大數(shù)據(jù)技術(shù)在地下燃?xì)夤艿朗鹿史揽刂械膽?yīng)用

1、大數(shù)據(jù)技術(shù)在地下燃?xì)夤艿朗鹿史揽刂械膽?yīng)用摘要：城市地下燃?xì)夤艿澜M成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、服役壽命較長(zhǎng),且易受到違章占?jí)?、腐蝕、外力 破壞等因素的影響,存在極大的平安隱患,嚴(yán)重威脅城市的公共平安.傳統(tǒng)的地下管道事 故防控技術(shù)已無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的平安需求,將管道事故防控與前沿信息技術(shù)相結(jié)合已成 為當(dāng)前的研究熱點(diǎn).總結(jié)地下燃?xì)夤艿朗鹿史揽丶夹g(shù)研究現(xiàn)狀,將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于地下 燃?xì)夤艿朗鹿史揽?監(jiān)測(cè)布點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與突發(fā)事故應(yīng)急決策)之中,對(duì)大數(shù) 據(jù)技術(shù)在管道事故防控中的應(yīng)用難點(diǎn)及解決舉措進(jìn)行綜述,以期為中國(guó)地下管道事故防控 向信息化、智能化方向開展提供參考.城市地下燃?xì)夤艿谰哂薪M成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管道位置不明

2、確、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)困難、管道老化嚴(yán)重等 特點(diǎn),且極易受到違章施工、外力破壞等因素的影響,各類影響因素耦合使得城市地下管 道的危險(xiǎn)性增大,嚴(yán)重威脅城市的穩(wěn)定開展與公共平安1城市燃?xì)夤艿朗鹿史揽匮芯楷F(xiàn)狀城市地下燃?xì)夤艿赖氖鹿史揽匕ㄊ鹿曙L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、事故預(yù)警、事故應(yīng)急處置3類,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于事故防控技術(shù)的研究已取得大量成果.其中燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)治理已由傳統(tǒng)的定性 化向定量化開展,地下管道事故防控與地理信息系統(tǒng)( Geographic Information System,GIS)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的聯(lián)系也日益密切.一些興旺國(guó)家已成功實(shí)現(xiàn)了地下 管道事故防控的信息化治理,如美國(guó)Optima公司開發(fā)了應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)

3、限制與根底設(shè)施維護(hù)的管道風(fēng)險(xiǎn)治理軟件包" MISHAP ,英國(guó)燃?xì)夤緸槠涔艿老到y(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研發(fā)了“TRANSPIPE 軟件包目前的研究成果對(duì)燃?xì)夤艿朗鹿史揽丶夹g(shù)開展有一定的指導(dǎo)作用,但在事故風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)確預(yù)防 和限制的綜合集成治理上仍存在缺乏.同時(shí),在管道狀態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析技術(shù)上的研究并 不完善,管道狀態(tài)監(jiān)測(cè)的大量數(shù)據(jù)未能得到充分利用,燃?xì)夤艿朗鹿手悄芑揽厮饺狈? 燃?xì)夤艿朗鹿实膽?yīng)急救援缺乏準(zhǔn)確性、時(shí)效性.而信息化、智能化的地下管網(wǎng)事故防控技 術(shù)可消除人為誤差,減少人工工作量,實(shí)現(xiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與事故的高效應(yīng)急處置, 將在更大程度上保證城市的公共平安.因此,將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿信

4、息技術(shù)應(yīng)用到地 下管道平安治理與風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)化限制之中已成為一種必然的開展趨勢(shì).2大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用大數(shù)據(jù)的主要特征包括規(guī)模性 Volume、多樣性Variety 、高速性Velocity 及 不確定性Veracity2.2 基于大數(shù)據(jù)的燃?xì)夤艿朗鹿史揽丶軜?gòu)將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于城市地下燃?xì)夤艿朗鹿史揽?建立大數(shù)據(jù)技術(shù)研究城市地下燃?xì)夤艿?事故防控一體化平臺(tái)圖1,可實(shí)現(xiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)警與突發(fā)事故應(yīng)急決策分析的實(shí) 時(shí)、聯(lián)動(dòng)、智能化.Hadoop分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)具有容錯(cuò)性高、系統(tǒng)配置要求低等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用 Hadoop可實(shí)現(xiàn)管道大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理與分析圖2,其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用 Hcatalog元數(shù)據(jù)治理、HBase

5、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、Redis日志型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行；在數(shù)據(jù)處理模型中采用MapReduce的并行處理與Samza/Storm的流處理進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析.2.3 城市地下燃?xì)夤艿来髷?shù)據(jù)類型2.3.1 管道運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)城市地下燃?xì)夤艿赖倪\(yùn)行參數(shù)與環(huán)境參數(shù)是管道事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)警、應(yīng)急處置的根本數(shù) 據(jù).運(yùn)行參數(shù)主要包括管道的內(nèi)部壓力、外部壓力、外表幾何狀態(tài)等相關(guān)參數(shù),環(huán)境數(shù)據(jù) 主要包括土壤電阻率、地下水位、溫度、濕度等相關(guān)參數(shù).目前,主要通過(guò)各種傳感器來(lái) 實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的采集與傳輸,所用傳感器包括光纖傳感器、壓力傳感器、外形監(jiān)測(cè)傳感器、 腐蝕電位監(jiān)測(cè)傳感器、位移傳感器等2.3.2 歷史數(shù)據(jù)中國(guó)地下管道的信

6、息化治理應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短,而多數(shù)管道敷設(shè)年限較長(zhǎng),其設(shè)計(jì)、施工 資料多為CAD二維圖紙與紙質(zhì)文檔,此類管道靜態(tài)根底數(shù)據(jù)的收集與錄入是保證城市地下 管道大數(shù)據(jù)體系完整性的重要前提.止匕外,地下管道大量的歷史事故數(shù)據(jù)、管道維護(hù)數(shù)據(jù) 等也是管道大數(shù)據(jù)體系的重要組成局部.2.3.3 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)不僅包括實(shí)現(xiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、事故預(yù)警、事故應(yīng)急決策分析的智能計(jì)算模型, 還包括第三方軟件或數(shù)據(jù)源提供的統(tǒng)計(jì)結(jié)果、地圖、區(qū)域人口密度等數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析產(chǎn) 生的各種結(jié)果數(shù)據(jù).在這些結(jié)果數(shù)據(jù)中,既存在大量高度組織和整潔格式化的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù), 又存在結(jié)構(gòu)不規(guī)那么、不完整的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù).在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中,絕大多數(shù)可用數(shù)

7、據(jù)為非結(jié) 構(gòu)化數(shù)據(jù),且其增長(zhǎng)速度快,尋找適宜的方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效利用已成為當(dāng) 前研究的重點(diǎn)方向.地下管道監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用尚未完全成熟,無(wú)法實(shí)現(xiàn)全部管道參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與在線傳輸,因 此城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿谰植繀?shù)仍需通過(guò)人工在現(xiàn)場(chǎng)收集相關(guān)數(shù)據(jù)的方式獲取,這類數(shù)據(jù)即 為人工采集數(shù)據(jù).人工采集數(shù)據(jù)方式不僅效率低、投入大,所收集數(shù)據(jù)還存在較大誤差3應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及難點(diǎn)分析地下管道數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)通常利用物聯(lián)傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)管道數(shù)據(jù)的采集與在線傳輸,佟敬闊等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、決策樹、聚類分析等大數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘工具,可有效分析燃?xì)夤艿?事故規(guī)律.基于大數(shù)據(jù)的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以管道的全部樣本數(shù)據(jù)作為樣本,以準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù) 據(jù)

8、替代依賴主觀經(jīng)驗(yàn)的概率估計(jì),并以此解釋環(huán)境、壓力、腐蝕等因素與管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)展間 的關(guān)聯(lián)度,從而實(shí)現(xiàn)管道風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與預(yù)測(cè).目前,大數(shù)據(jù)技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用主要有： 基于大數(shù)據(jù)的管道事故預(yù)警,以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)測(cè)結(jié)果為根底,準(zhǔn)確識(shí)別具體致災(zāi)因子從而 實(shí)現(xiàn)事故預(yù)防；以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為根底,挖掘管道失效時(shí)各類參數(shù)的臨界值,從而實(shí)現(xiàn)管 道風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警；結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)警情信息的多部門快速發(fā)布；基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行管 道事故應(yīng)急決策,集成歷史事故、專家處置經(jīng)驗(yàn)等決策支持大數(shù)據(jù),以提升決策的科學(xué)性； 通過(guò)分析事故數(shù)據(jù)內(nèi)在相關(guān)性,對(duì)二次事故可能性進(jìn)行評(píng)估；構(gòu)建救援路徑與物資的優(yōu)化 模型,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急資源的智能調(diào)度基于大數(shù)據(jù)

9、技術(shù)的事故防控技術(shù)可消除傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)判斷導(dǎo)致的因素遺漏與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)誤差導(dǎo)致 的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警誤差,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)管道警情的實(shí)時(shí)、快速發(fā)布,同時(shí)可消除僅 以專家經(jīng)驗(yàn)等人為因素作為事故應(yīng)急決策依據(jù)而造成的決策誤差,其相較傳統(tǒng)事故防控技 術(shù)存在較大優(yōu)勢(shì)表 1表3.中國(guó)的管道信息化治理應(yīng)用時(shí)間較短,技術(shù)研究也較為落后,大數(shù)據(jù)的應(yīng)用存在一定障礙, 其主要原因有：1根底數(shù)據(jù)獲取受限.目前中國(guó)管道的設(shè)計(jì)、施工等資料多為二維圖紙, 且某些管道建設(shè)年限較長(zhǎng),根底資料存在缺損；同時(shí),可能存在施工時(shí)更改施工線路但未 及時(shí)更新資料存檔等情況,導(dǎo)致管道的具體位置、走向等根底資料獲取困難4結(jié)論大數(shù)據(jù)技術(shù)在城市地下管道物聯(lián)終端布點(diǎn)、事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、事故預(yù)警以及事故應(yīng)急處置方 面具有明顯的優(yōu)勢(shì),基于大數(shù)據(jù)的事故防控技術(shù)可實(shí)現(xiàn)管道風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確分析與實(shí)時(shí)預(yù)警, 可為事故防范與應(yīng)急提供科學(xué)決策依據(jù).大數(shù)據(jù)技術(shù)在地下燃?xì)夤艿朗鹿史揽刂械膽?yīng)用研 究尚未完全成熟,仍需進(jìn)行深入研究.針對(duì)目前大數(shù)據(jù)技術(shù)在燃?xì)夤艿朗鹿史揽刂械膽?yīng)用 局限,提出如下建議：1 為保證管道大數(shù)據(jù)的完備性,應(yīng)加快大數(shù)據(jù)采集物聯(lián)終端設(shè)備的研發(fā),終端設(shè)備不僅 能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控,同時(shí)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的風(fēng)險(xiǎn)限制.加快監(jiān)測(cè)終端采集數(shù)據(jù)封裝與大數(shù) 據(jù)快速標(biāo)準(zhǔn)化,降低大數(shù)據(jù)集成的難度.(