基于北斗精准时空信息的燃气管网模型与方案

一、基本情况

我国天然气管网建设还日递增且覆盖率趋于集中在人口密集的大型城市，保障天然气管网安全运营是燃气行业的重要责任，也是燃气行业面临的主要挑战。2021年燃气安全事故新闻1131起，其中天然气事故总数446起，液化气事故641起，事故共造成104人死亡，762人受伤。特别是2021年6月13日，湖北十堰市发生燃气爆燃，事故致26人死亡，138人受伤。

本项目研发建设周期共三年(2022年至2025年)、研发团队由中国检验认证集团北京有限公司、北京理工大学(自动化学院)、北京控股有限公司、北京交通大学(移动专用网络国家工程研究中心)和北京讯腾智慧科技股份有限公司(自然资源部卫星导航与位置服务重点实验室)共同组建。项目面向国家急需，高度契合集团发展战略，为集团开拓新的检验检测领域提供技术支撑，项目成果转化价值高、市场应用广泛，可以满足各地政府提升燃气管网安全的迫切需求，降低爆燃事故发生率，保障人民生命财产安全，具有显著的社会效益和经济效益。

本项目建设成果可广泛应用于燃气泄漏检测、燃气管线常规巡检、管线建设规划和管理、管线隐患排查、应急抢修、大型活动及重要会议保障、恶劣天气或灾后快速巡查等多种场景。可通过独立或合作模式，对一些城市或地区提供单次或定期的燃气检测服务，为客户提供准确的检测数据报告。

二、主要内容

本项目利用北斗精准时空信息。大数据分析等先进技术，研发燃气管网监测模型与方案，以实现区域内燃气管网健康状态及其变化趋势的量化评估，能够有效提升城市燃气管网精细化管理和风险管控水平，保障城市安全稳定运行。

本项目是落实总书记对燃气安全重要批示，彰显央企责任担当的典范，由央企、地方国企、院校科研机构和专精特新高新技术企业协力合作，开创了解决城市管理问题的创新模式。该科研项目落地后，业务直接涉及国家经济安全和产业安全的燃气领域，使命担当责任重大，事关国家安全和人民生命财产安全，科研单位参与各方要扛起重任，做到自主创新，推进国有企业打造原创技术策源地。

1、本项目研发目标共分为五方面：

(1)针对我国燃气输送的特定场景，研究燃气行业系统化的安全检测解决方案及管理模式，研发新型检测模式对燃气行业的经营和管理进行认证考核；

(2)研制基于多手段融合的燃气多组分高灵敏度检测系统，满足典型工况与大气条件下城市燃气快速检测需求，突破性的实现最高ppb微量级的检测精度；

(3)基于北斗高精准时空信息，结合燃气物联网，建立大数据分析、多元信息融合的智能化模型，构建地下燃气管道泄漏风险灾害识别和泄漏动态扩散推演技术，评估辨识城市地下燃气管道可燃介质泄漏事故风险等级；

(4)优化城市燃气系统运行工况状态监测分布，构建物联网感知网络，研发燃气设施故障智能感知与泄漏防控系统，实现泄漏源的精准定位和危险程度的快速判别；

(5)在重点城市典型区域开展应用示范工作，为我国城市燃气安全战略顺利实施，提供技术和数据支撑。

2、本项目成果包括：

(1)研发一套基于北斗精准时空信息的燃气管网检测模型和方案，形成《基于北斗精准时空信息的燃气管网检测技术》报告，并依托中国检验认证集团为国家部委、地方政府或相关单位提供面向典型城市或重点区域的燃气泄漏检测服务。

(2)申请发明专利3至5项，并完成2项专利成果的转化与应用。

(3)结合承研单位相关专业的研究生教育和学科建设，培养硕士生6至8名、博士生4至6名。

3、本项目关键技术与技术难点：

(1)精准时空信息与综合气体泄漏检测数据融合技术

以采集到的甲烷和乙烷气体的泄漏浓度数据为基础，深入融合精准位置信息和风速、风向、车速等信息，基于流体基本方程组(连续性方程、动量方程、能量方程),为构建风险评估分析平台提供数据源，为泄漏源位置判定、泄漏点风险评估等工作奠定基础。

(2)综合气体泄漏检测模型分析技术

结合采集的泄漏检测数据，建立基于北斗精准时空信息的燃气管网泄漏点定位模型，对泄漏检测数据与其它管网状态数据进行深度挖掘分析，形成风险评估等级图，快速地解决高泄漏风险，精准预测气体泄漏安全风险，为管理决策提供支持。

4、本项目创新点及研发技术包括：

(1)快速、大范围、高精准检测与泄漏源定位技术

本项目主要采用车载式高精准检测设备开展检测任务，最高检测速度可达60公里/小时，对周边100米范围内的环境进行瞬时检测，较传统的检测技术及检测手段检测范围更大、检测速度更快，满足快速、高效的需求。

北斗高精准综合泄漏检测方案，十亿分之一级别泄漏检测技术与十厘米级高精准位置服务共同发挥作用，沿线检测甲烷和乙烷气体的浓度和位置，快速地为泄漏点提供精准时空信息，定位精度可达亚米级以上。

(2)基于精准时空信息的城市地下燃气管道可燃介质泄漏事故风险等级评估技术

基于多因素耦合作用的城市燃气管网风险评价，具体分析，即对城市燃气管网的各种灾害风险因素进行耦合分析，充分考虑人员、管网设备、环境以及管理四个方面的风险因素，分析各种风险因素间的耦合机制，同时选取合适的风险耦合模型，构建城市燃气管网多因素耦合灾害风险模型。

结合北斗精准时空信息的燃气管网设计施工、生产运行、检测检验、设备维护等全业务链结构化数据为基础，研制基于精准时空信息的燃气管网智能风险评价管理系统，量化燃气管网风险等级并实S/mV现智能预警，确保燃气管网运营状态实时可控。

5、本项目取得进展情况：

(1)2021年10月进行立项筹备工作；

(2)2021年12月完成课题项目的立项申报工作；

(3)2022年1月完成北京地区468公里的道路测试工作；

(4)2022年2月组织申报住房和城乡建设部2022年科学技术计划项目，北京市住建委已初审通过；

(5)2022年2月15日开展冬奥场馆周边燃气管网的数据采集工作，检测公里数367公里；

(6)2022年3月17日，本项目组织里程碑节点评审会，项目评审组由中国工程院院士、中国空间技术研究院研究员戚发轫，中国工程院院士、移动专用网络国家工程研究中心主任张宏科(评审组长),中国土木工程学会燃气分会执行理事长李建勋和中国卫星导航定位协会原秘书长张全德组成。评审组一致认为，本项目面向国家急需、面向人民生命安全，高度契合集团发展战略，契合政府及供气企业安全需求。利用北斗精准时空信息、大数据分析等先进技术，研究成果能够显著提升城市燃气管网精细化管理和风险管控水平，保障城市安全稳定运行。项目组具备相关技术积累和经验，人员配备分工合理，保障措施到位，风险可控。项目研发成效显著,达到项目阶段性技术指标要求。建议进一步开展燃气管网检测技术的标准化建设，加速推进项目成果在全国燃气行业检验检测中的推广应用。

三、主要效益

城镇燃气的蓬勃发展对国民经济水平的提高和社会事业的发展起到了重要作用，燃气安全一直是城市公共安全的重要环节。尤其是埋地的燃气管道，因服役时间长已进入事故高发阶段，加之自然环境的变化和人为因素的影响，如地质灾害、洪灾、腐蚀、违章占压、违章施工、人为破坏等原因，使因地下管道泄漏、破裂等原因发生的爆炸事故时有发生。

本项目成果可快速地为燃气管网泄漏点提供精准时空信息，定位精度可达亚米级以上，精准匹配后台管网业务数据，与传统检测设备相比灵敏度高出1000倍，达到十亿分之一级别。实时检测甲烷和乙烷气体，避免误报、漏报，提升检测效率与监管力度，极大提高燃气行业的安全管理业务的作业效率、安全隐患发现率，缩小隐患排查范围，大大降低隐患排查反映时间，从而减少人民群众的生命财产损失。使燃气行业安全管理方式由“被动安全”,上升为“主动安全”,从本质上预防风险的

“本质安全”,为城市公共安全保障提供坚实的基础，有效提升城市安全管理水平。

本项目研究成果将甲烷和乙烷气体泄漏检测覆盖范围及泄漏甄别能力提升到新的高度，实现管网及周边精准高效“体检”,大幅提升城市管网安全，对维护城市生命线的正常运行，保障重大活动的顺利举行、城市人民正常生产、生活和社会发展都具有重大的现实意义和深远的历史意义。