智慧城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全監(jiān)測技術(shù)與系統(tǒng)(解決方案)

1智慧城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全監(jiān)測技術(shù)與系統(tǒng)（解決方案）目錄2項目背景建設(shè)思路系統(tǒng)功能關(guān)鍵技術(shù)項目背景–城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的現(xiàn)狀3長距離輸送管線城內(nèi)管道輸氣干管分配管道用戶引入管室內(nèi)燃?xì)夤艿拦I(yè)企業(yè)燃?xì)夤艿拦S引入管廠區(qū)燃?xì)夤艿儡囬g燃?xì)夤艿赖鹊叵轮甭瘢?9%）架空（管廊）工廠普遍采用城市小區(qū)有時采用高壓A類：2.5-4.0MPaB類：1.6-2.5MPa次高壓A類：0.8-1.6MPaB類：0.4-0.8MPa中壓A類：0.2-0.4MPaB類：0.01-0.2MPa低壓燃?xì)夤艿?lt;0.01MPa液化氣需求減少（<5%）主要成分:丁烷，丙烷，丙烯和甲烷天然氣需求快速增長（90-95%）主要成分:甲烷人工煤氣需求逐年下降（<3%）主要成分:一氧化碳和氫氣燃?xì)夤芫W(wǎng)支撐著現(xiàn)代城市的運行和發(fā)展，對國計民生有重大影響，保證其安全運行是各地政府的重要職能之一。輸送方式敷設(shè)方式輸氣壓力城市用氣結(jié)構(gòu)城市管網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4項目背景–我國燃?xì)夤芫W(wǎng)的事故情況統(tǒng)計42011-2013年城市燃?xì)馐鹿式y(tǒng)計圖近年來燃?xì)夤芫W(wǎng)工程安全事故呈現(xiàn)高發(fā)趨勢：據(jù)不完全統(tǒng)計，2011-2013年間，全國燃?xì)馐鹿拭磕昶骄?00起以上，其中燃?xì)獗ㄕ?4%，燃?xì)庑孤┱?6%，燃?xì)庵卸菊?4%，燃?xì)馊紵?3%，其他占3%；

2014年全國燃?xì)庑孤┰蛑?4%為微小泄漏。項目背景–燃?xì)夤芫W(wǎng)安全事故案例（1）-臺灣高雄7

31氣爆事故5燃?xì)膺M入雨水管道爆炸事故事件基本信息：2014年7月31日，臺灣高雄事件發(fā)生原因：事故原因為石化氣體（丙烯）沿市區(qū)與水下水道系統(tǒng)擴散，引發(fā)市區(qū)連環(huán)爆炸。事件導(dǎo)致危害：事故造成死傷合計340人，4.4公里的市區(qū)道路被摧毀，上萬用戶停電、停氣、停水、停話。項目背景–燃?xì)夤芫W(wǎng)安全事故案例（2）-青島11

22爆燃事故6事件基本信息：2013年11月22日，山東青島事件發(fā)生原因：山東青島中石化黃濰輸油管道泄漏，進入與之交叉的生活污水管道，在密閉環(huán)境中形成可燃?xì)庥蜌猸h(huán)境，由于搶險施工產(chǎn)生的火花引發(fā)強烈爆炸。事件導(dǎo)致危害：事故造成62人死亡，139人受傷；大量原油泄漏導(dǎo)致海水污染，直接經(jīng)濟損失75172萬元。燃?xì)膺M入生活污水管道爆炸事故石油管道生活污水管道項目背景–燃?xì)夤芫W(wǎng)安全事故案例（3）-長春7

30連環(huán)爆炸事故7燃?xì)膺M入排污管道爆炸事故事件基本信息：2010年7月30日，吉林長春事件發(fā)生原因：由于夏季連降大雨，地面沉降，管線在雨水沖刷后，下部懸空，管道連接處受壓斷裂，可燃?xì)怏w在污水井發(fā)生第一次爆炸后，繼而發(fā)生了后面的三次爆炸事件導(dǎo)致危害：爆炸造成1人死亡，30余人受傷。附近住宅和車輛玻璃全部震碎。項目背景–燃?xì)夤芫W(wǎng)安全事故案例（4）82014年3月，美國紐約曼哈頓一建筑樓發(fā)生爆炸。18人死亡，60余人受傷。(煤氣泄漏）2010年9月，美國舊金山發(fā)生爆炸。11人死亡，52人受傷，百余座民宅燒毀。（地下煤氣泄漏至人群密集區(qū)域）2014年8月，法國巴黎一四層住宅樓發(fā)生爆炸。8名居民死亡，11人受傷。(天然氣泄漏）2014年4月，美國華盛頓州三棟建筑被炸毀，加油站被損毀，數(shù)人死傷。

(天然氣泄漏至飯店）2010年1月，比利時一棟樓房發(fā)生爆炸導(dǎo)致樓房坍塌。11人死亡，20余人受傷。（煤氣泄漏）2013年2月，墨西哥國家石油公司發(fā)生爆炸。32人死亡，120余人受傷。(地下天然氣泄漏凝聚于電力控制室）近年來，國際上因為燃?xì)膺M入地下相鄰密閉空間發(fā)生爆炸的事故數(shù)不勝數(shù)。傷亡慘重。項目背景–燃?xì)夤芫W(wǎng)引發(fā)城市爆炸事故的風(fēng)險9地鐵通氣管道電梯井停車場地下超市雨水管道污水管道污水管道電纜溝人防工程城市中存在大量與燃?xì)夤芫W(wǎng)相鄰的密閉空間。

隨著燃?xì)夤芫W(wǎng)的建設(shè)運營，由于管道老化、腐蝕及第三方破壞造成的燃?xì)庑孤┦呛茈y杜絕的。

當(dāng)燃?xì)夤芫W(wǎng)局部泄漏時，燃?xì)馔ㄟ^地下裂隙滲透進入地下密閉空間。將引發(fā)爆炸、火災(zāi)和中毒事故，造成人員傷亡。燃?xì)夤艿理椖勘尘皑C小結(jié)10123城市中的燃?xì)夤芫W(wǎng)與雨水管道、污水管道、地鐵、人防工程、地下商場等地下密閉空間交叉或臨近很難避免，事故案例總結(jié)發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域成為燃?xì)庑孤┍ú?dǎo)致嚴(yán)重后果的高風(fēng)險區(qū)。根據(jù)國外城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全運行管理的經(jīng)驗，可通過先進的風(fēng)險辨識、監(jiān)測預(yù)警等技術(shù)來降低風(fēng)險、避免爆炸事故的發(fā)生。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)發(fā)展迅速，迫切需要建立燃?xì)夤芫W(wǎng)安全監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對燃?xì)夤芫W(wǎng)發(fā)生泄漏爆炸的風(fēng)險識別、監(jiān)控、預(yù)警，保障城市安全運行。建設(shè)思路

–總體框架11風(fēng)險分析密閉空間風(fēng)險分析密閉空間風(fēng)險分級信息采集傳感器信息燃?xì)夤拘畔⑤浨樾畔⑿畔鬏擹igbee2G/3G/4G光纖綜合應(yīng)對撤離路線救援路線處置方案信息分析信息融合碰撞比對風(fēng)險預(yù)警事故后果影響范圍封閉區(qū)域全面感知智能決策提前處置系統(tǒng)功能–風(fēng)險識別12密閉空間風(fēng)險分級利用爆炸作用及其防護科學(xué)，根據(jù)燃?xì)庑孤┻M入地下密閉空間的風(fēng)險，結(jié)合德國水氣協(xié)會關(guān)于燃?xì)庑孤┑臉?biāo)準(zhǔn)G465-3進行風(fēng)險分級。燃?xì)夤芫W(wǎng)分布雨水管網(wǎng)分布污水管網(wǎng)分布地鐵路網(wǎng)分布人防工程分布地下停車場分布人口密度分布空間綜合信息系統(tǒng)功能–風(fēng)險識別13等級劃分-根據(jù)燃?xì)夤芫W(wǎng)與地下空間的距離劃分A1級：空間檢測到大量泄漏氣體，立即采取搶修措施、啟動應(yīng)急預(yù)案；A2級：空間檢測到適量泄漏氣體，啟動應(yīng)急預(yù)案；B級：空間可能檢測到泄漏氣體，啟動更新修補計劃；C級：被測空間檢測到氣體泄漏的可能性較小，屬于安全范圍

。壓力（MPa）危險半徑（m）A1級A2級B級C級低壓0.010.114>

4中壓<0.4458>

8次高壓<1.6161720>

20高壓<4.0404144>

44監(jiān)測半徑系統(tǒng)功能–綜合分析14燃?xì)夤芫W(wǎng)公司信息SCADA數(shù)據(jù)城市管網(wǎng)線路數(shù)據(jù)…………輿情監(jiān)測數(shù)據(jù)信息微博數(shù)據(jù)論壇數(shù)據(jù)…………密閉空間傳感器數(shù)據(jù)信息氣體傳感器數(shù)據(jù)風(fēng)速傳感器數(shù)據(jù)…………實時數(shù)據(jù)提取-預(yù)處理-挖掘-分析危險密閉空間燃?xì)鉂舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)事發(fā)地位置信息、濃度描述管網(wǎng)壓力、流量異動數(shù)據(jù)地下密閉空間爆炸風(fēng)險系統(tǒng)功能–綜合應(yīng)對15道路交通數(shù)據(jù)城市人口分布應(yīng)急力量配置應(yīng)急預(yù)案警戒區(qū)域疏散路線疏散路線救援路線救援路線資源調(diào)度聯(lián)動協(xié)調(diào)風(fēng)險預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)

–混合氣體爆炸危險性實驗探測技術(shù)16熱輻射危害沖擊波危害破片危害全尺寸實驗噪聲危害等氯氣；硫化氫一氧化碳；氨氣等甲烷乙烷暗渠中污水壓力傳感器溫度傳感器氣體濃度傳感器點火系統(tǒng)40米破片收集裝置布置圖暗渠內(nèi)測點布置俯視圖暗渠外測試塔布置俯視圖測試塔布置側(cè)視圖20米三維空間構(gòu)建模型三維矢量模型利用CSG、B-rep進行幾何表達體積模型Octree、3D

grids等模型關(guān)鍵技術(shù)

–

危險空間的識別技術(shù)獲得燃?xì)夤芫W(wǎng)與其他地下空間相鄰區(qū)域的分布數(shù)據(jù)：地理坐標(biāo)空間體積空間屬性空間識別燃?xì)夤芫W(wǎng)分布圖地鐵路網(wǎng)分布圖污水管道分布圖雨水管道分布圖管網(wǎng)區(qū)域劃分按照以下特征對管網(wǎng)整體進行劃分：管網(wǎng)功能服務(wù)對象實地考察地下商場分布圖3D-GIS系統(tǒng)17其他地下空間分布圖專題圖層疊加空間拓?fù)錁?gòu)建臨近空間分析人防工程分布圖地下車場分布圖關(guān)鍵技術(shù)

–數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)18文本數(shù)據(jù)獲取Web-Clawing算法流程專家系統(tǒng)挑選種子URL設(shè)置待抓取URL隊列下載網(wǎng)頁內(nèi)容，更新源數(shù)據(jù)庫根據(jù)PartialPageRank策略獲取其他URL結(jié)束條件否數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)清洗：處理缺失數(shù)據(jù)、消除噪聲數(shù)據(jù)處理流程相關(guān)算法數(shù)據(jù)分布特征及箱型圖方法聚類方法、回歸預(yù)測算法數(shù)據(jù)歸一化：同趨化處理、無量綱化處理最小-最大值：z-score標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)格式化：消除不同來源、復(fù)雜數(shù)據(jù)格式AWK，Perl等腳本語言處理Weka等數(shù)據(jù)挖掘軟件關(guān)鍵技術(shù)

–數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)19數(shù)據(jù)挖掘結(jié)論分析發(fā)生特定事件的時間、地點等特定事件持續(xù)時間、波及范圍、涉及人員等對特定事件的關(guān)注程度、態(tài)度及受到的影響特定事件詞匯的相互關(guān)聯(lián)程度對歷史數(shù)據(jù)進行挖掘，建立歷史數(shù)據(jù)庫與其他數(shù)據(jù)相結(jié)合提供及時、全面、可靠的預(yù)警信息天然氣爆炸煤氣危險泄漏地下窨井可燃?xì)怏w人身保護緊急情況火災(zāi)傷員甲烷救援消防車應(yīng)急管道臭味呼救時間關(guān)注度關(guān)鍵技術(shù)–可燃?xì)怏w監(jiān)測位置優(yōu)化技術(shù)20測點優(yōu)化的意義：最小化風(fēng)險最小化反應(yīng)時間最小化成本最大監(jiān)測覆蓋面積總體優(yōu)化目標(biāo)：數(shù)學(xué)模型化疊加各圖層得到風(fēng)險等級劃分計算各井的屬性值（d,c,a,t），并存儲于預(yù)定義的動態(tài)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中選擇初始化池中個體（可利用專家系統(tǒng)或預(yù)選算法）設(shè)置交叉概率與變異概率利用NSGA-II算法在最短時間與最少空間條件下生成子代個體根據(jù)輪轉(zhuǎn)與競爭算法相結(jié)合的選擇算法生成下一代個體更新當(dāng)前進化池中個體當(dāng)前最優(yōu)個體是否滿足要求否輸出最優(yōu)個體即為最優(yōu)檢測點集合是算法實現(xiàn)工程車輛定位全球定位系統(tǒng)美國GPS系統(tǒng)中國北斗系統(tǒng)俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)控制中心坐標(biāo)變換地圖匹配工程車輛周圍管線狀態(tài)分析管網(wǎng)類別管網(wǎng)空間分布狀態(tài)管網(wǎng)屬性破壞危險等級挖掘控制施工單位管線所屬單位工程車輛控制3D-GIS地下管網(wǎng)電子地圖地下空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心物理隔離涉密機房21關(guān)鍵技術(shù)

–地下管網(wǎng)實時位置服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)

–密閉空間泄漏源反演技術(shù)22校正因子確定與修正監(jiān)測數(shù)據(jù)異常監(jiān)控中心預(yù)警備案監(jiān)測濃度場

（t0時刻）密閉空間源項估計

（t0時刻）預(yù)測濃度場

（t1時刻）其他反演方法優(yōu)化方法

-Thomson模擬退火算法等隨機逼近-MCMC抽樣方法等基于優(yōu)化方法的泄漏源反演流程圖貝葉斯推斷理論的隨機

采樣方法反演模型監(jiān)測濃度場（t1時刻）Δt密閉空間源項估計

（tn時刻）掃描+監(jiān)測泄漏空間邊界條件關(guān)鍵技術(shù)

–燃?xì)夤芫W(wǎng)密閉空間泄漏區(qū)域預(yù)測技術(shù)23甲烷爆炸上限：15%下限：5%爆炸區(qū)域濃度

上限：107500mg/m3下限：35800mg/m3最高允許接觸濃度：6700mg/m3泄漏源判定管道泄漏小孔泄漏大孔泄漏預(yù)估泄漏源特征分析泄漏環(huán)境計算燃?xì)庑孤┝啃孤U散分析高斯擴散模型BM模型FEM3模型正態(tài)煙羽模型計算泄漏源有效高度生成氣體擴散濃度場分析擴散危害范圍擴散危險區(qū)域預(yù)判人員中毒概率模型火災(zāi)概率分布模型爆炸概率分布模型標(biāo)志危險區(qū)域等級劃分人員疏散路徑劃分救援路徑模型確定定性分析模型確定定性分析模型確定定性分析氣體泄漏率隨孔徑變化圖組分輸運守恒方程動量守恒方程能量守恒方程物質(zhì)傳輸方程關(guān)鍵技術(shù)

–泄漏后果預(yù)測技術(shù)2424點燃YN天然氣

噴射燃燒天然氣

噴射擴散天然氣混合物爆炸燃?xì)庑孤┕芫W(wǎng)狀況區(qū)域劃分地質(zhì)條件經(jīng)濟損失人員傷亡建筑倒塌爆炸沖擊波模型數(shù)值模型FLACS、REAGS等物理模型

SCOPE、CLICHé模型等相關(guān)模型TNT當(dāng)量法、TNO模型等熱輻射危害噪聲危害沖擊波危害破片危害次生災(zāi)害中毒、窒息用戶分布火焰熱輻射模型單點源模型