基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的方法及系统与流程

1.本发明涉及燃气检测技术领域，具体为基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的方法及系统。


背景技术：

2.城市燃气的实际用气量受气象变化、用户类型构成、气源供应能力等多种因素影响，除特殊原因外，其中气温的影响最为明显，尤其在北方供暖期，因此，研究气温和城市燃气用气量之间的规律，对于燃气用气量预测，保证燃气供应系统的经济、安全、可靠运行具有重要意义。目前预测燃气日用量一般依靠用量检测进行预测，但是由于在不同的季节燃气用量会有明显不同，仅仅通过检测用量来预测后续用量的方式会产生较大的误差，因此针对上述问题，本发明提出一种基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的方法及系统。本发明在燃气预测分析成功的基础上，确定了燃气用量主要由气温因素决定，且是否处于供暖期，对燃气用量预测影响较大，同时本发明结合燃气公司提供的地区燃气日用气量及对应时期的气温变化情况，对地区气象局燃气预测算法进行了改进，优化基于气象条件的气量预测模块，以企业用气数据及实时天气数据以及天气预报数据为基础，实现了全区燃气用量的日预测，以及预测燃气实际用量和人工预测用量，并将二者进行对比展示，并基于企业用气数据，实现异常数据报警，包括总用气量异常报警、大用户用气量异常报警以及用气量接近用气指标量报警，确定发生燃气泄漏事件后，自动开启燃气泄漏模型、爆管分析，快速得到智能应急抢险预案。


技术实现要素：

3.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的方法及系统，解决了仅通过检测用量来预测后续用量的方式会产生较大的误差的问题，并充分利用企业用气数据情况进行燃气管网运行状态分析，确定泄漏点位及泄漏量，搭建燃气泄漏模型、爆管分析模型，实现燃气泄漏智慧化预警与处置。（二）技术方案为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的系统，包括用户层、综合服务层、服务支撑层和基础设施层，所述用户层包括调度大屏、外部企业用户终端、内部管理员终端和gis展示系统，且综合服务层包括燃气用量预测模块、天气信息采集模块、燃气用量上报模块、企业信息管理模块、燃气价格管理模块、燃气批量管理模块、用气量报警模块、燃气泄漏处置模块和爆管分析模块，所述服务支撑层包括用户管理模块、角色管理模块、权限管理模块、日志管理模块、数据字典模块、总气量数据异常报警模块、气量接近用气指标报警模块、大用户用气异常报警模块、燃气泄漏报警模块和管道地理信息模块，且基础设施层包括私有云模块、地区燃气综合数据
库模块、scada数据库模块、气象气站数据库模块和5g/nb-iot表具数据采集模块。所述燃气用量上报模块包括用气量预测模块、用气量获取模块和实时天气数据以及天气预报数据获取模块，所述用气量获取模块的输出端和实时天气数据以及天气预报数据获取模块的输出端与用气量预测模块的输入端连接，且用气量获取模块包括门站供气量获取模块和重点企业用气量获取模块，所述实时天气数据以及天气预报数据获取模块的输入端与scada数据库模块的输出端连接，且实时天气数据以及天气预报数据获取模块的输入端与气象气站数据库模块的输出端连接。优选的，所述私有云模块包括web服务器、应用服务器和数据库服务器，所述web服务器、应用服务器和数据库服务器两两之间均使用windows操作系统。优选的，所述燃气用量上报模块分别需要从燃气内部scada数据库模块和气象气站数据库模块获取燃气用量数据、搭建气象基站获取的实时天气数据以及天气预报数据。优选的，所述气象气站数据库模块是通过气象基站采集数据至气象局，并建立连接接口，实时从气象局采集供气区域内实时天气数据以及天气预报数据。优选的，所述用户管理模块包括系统内用户的新增、删除、用户信息查询和修改操作，且权限管理模块包括系统的登录权限和综合服务层各具体业务的使用权限，以及前端和外部系统对系统内各业务接口的调用权限管理。优选的，所述内部管理员终端用于信息录入，包括企业信息录入、企业用气量补填、燃气气源价格录入、人工燃气用量预测录入和燃气报批记录填报信息。优选的，所述燃气用量预测模块是根据昨日全区用气总量、未来气温情况和是否处在供暖期，来预测未来全区的用气总量，预测算法按日预测，并基于天气预报的天数提供对应日期的燃气用量预测情况，燃气用量预测还提供了历史预测记录查询、人工预测填报和供暖区间管理。优选的，所述总气量数据异常报警模块用于对比总预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值结合压力波动曲线完成管网运行状态分析，若出现异常压力波动情况，则进行报警，若未出现压力异常点，则不报警。优选的，所述大用户用气异常报警模块用于对比大用户预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值判断该用户是否填报用气增加申请，未填报则不进行报警，填报则报警，同时通过用户端app及短信两种模式对用户端进行报警。本发明还公开了实施基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警系统的方法，具体包括以下步骤：s1、通过基础设施层中的scada数据库模块采集门站、各调压站、储配站工艺管道的流量、压力、温度和总用气数据，且5g/nb-iot表具数据采集模块获取企业用气数据，同时通过气象气站数据库模块实时采集气象基站获取的实时天气数据以及天气预报数据；s2、通过综合服务层将所有数据进行筛选、清洗、转换后以统一的标准化格式储存，预测模型获取所需标准化数据后，计算出预测数据；s3、用户层根据展现所需，从综合服务层获取相关数据进行展现；s4、用气量获取模块中的门站供气量获取模块和重点企业用气量获取模块均获取scada数据库模块中的实际负荷数据，然后对比模块对实际负荷数据和预测数据进行分析；s5、预警：冬季用气紧张时段，通过对比预测数据与用气指标实现用气量预警，预
测数据接近用气指标95%时进行预警，以便及时开启备用气源；s6、报警：对比总预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值结合压力波动曲线完成管网运行状态分析，若出现异常压力波动情况，则进行报警，若未出现压力异常点，则不报警，对比大用户预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值判断该用户是否填报用气增加申请，未填报则不进行报警，填报则报警，同时通过用户端app及短信两种模式对用户端进行报警；s7、发生燃气报警后，通过后台数据分析是用气异常还是发生泄漏，若判断为发生泄漏，通过综合服务层模拟燃气泄漏点、泄漏浓度及气体扩散范围，并基于三维管线地理信息，自动对泄漏点位进行爆管分析，计算泄漏发生后需关闭的燃气阀门井及受影响企业范围，生成智能应急抢险预案。（三）有益效果本发明提供了基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的方法及系统。与现有技术相比具备以下有益效果：该基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的方法及系统，包括用户层、综合服务层、服务支撑层和基础设施层，用户层包括调度大屏、外部企业用户终端、内部管理员终端和gis展示系统，且综合服务层包括燃气用量预测模块、天气信息采集模块、燃气用量上报模块、企业信息管理模块、燃气价格管理模块、燃气批量管理模块、用气量报警模块、燃气泄漏处置模块和爆管分析模块，服务支撑层包括用户管理模块，角色管理模块、权限管理模块、日志管理模块、数据字典模块、总气量数据异常报警模块、气量接近用气指标报警模块、大用户用气异常报警模块、燃气泄漏报警模块和管道地理信息模块，且基础设施层包括私有云模块、地区燃气综合数据库模块、scada数据库模块和气象气站数据库模块，本发明在燃气预测分析成功的基础上，确定了平均相对湿度、平均风压、平均风速等气象因子与燃气用量的相关性不高，在气象维度上，燃气用量主要由气温因素决定，且是否处于供暖期，对燃气用量预测影响较大，同时本发明结合燃气公司提供的地区燃气日用气量及对应时期的气温变化情况，对地区气象局燃气预测算法进行了改进与优化，优化基于气象条件的气量预测模块，实现了全区燃气用量的日预测，以及预测属于与燃气实际用量、人工预测用量的对比展示，并基于数据分析，实现异常数据报警，包括总用气量异常报警、大用户用气量异常报警以及用气量接近用气指标量报警，在确定发生燃气泄漏后自动开启燃气泄漏模型，模拟燃气泄漏点、泄漏浓度及气体扩散范围，并基于三维管线地理信息，自动对泄漏点位进行爆管分析，计算泄漏发生后需关闭的燃气阀门井及受影响企业范围，生成智能应急抢险预案。
附图说明
4.图1为本发明系统的结构原理框图；图2为本发明燃气用量上报模块的结构原理框图；图3为本发明私有云模块的结构原理框图；图4为本发明实施方法的流程图。图中，1用户层、11调度大屏、12外部企业用户终端、13内部管理员终端、14 gis展示系统、2综合服务层、21燃气用量预测模块、22天气信息采集模块、23燃气用量上报模块、231用气量预测模块、232用气量获取模块、2321门站供气量获取模块、2322重点企业用气量
获取模块、233实时天气数据以及天气预报数据获取模块、24企业信息管理模块、25燃气价格管理模块、26燃气批量管理模块、27用气量报警模块、28燃气泄漏处置模块、29爆管分析模块、3服务支撑层、31用户管理模块、32角色管理模块、33权限管理模块、34日志管理模块、35数据字典模块、36总气量数据异常报警模块、37气量接近用气指标报警模块、38大用户用气异常报警模块、39燃气泄漏报警模块、310管道地理信息模块、4基础设施层、41私有云模块、411 web服务器、412应用服务器、413数据库服务器、42地区燃气综合数据库模块、43 scada数据库模块、44气象气站数据库模块、45 5g/nb-iot表具数据采集模块。
具体实施方式
5.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警的系统，包括用户层1、综合服务层2、服务支撑层3和基础设施层4，用户层1包括调度大屏11、外部企业用户终端12、内部管理员终端13和gis展示系统14，内部管理员终端13用于信息录入，包括企业信息录入、企业用气量补填、燃气气源价格录入、人工燃气用量预测录入和燃气报批记录填报信息，且综合服务层2包括燃气用量预测模块21、天气信息采集模块22、燃气用量上报模块23、企业信息管理模块24、燃气价格管理模块25、燃气批量管理模块26、用气量报警模块27、燃气泄漏处置模块28和爆管分析模块29，服务支撑层3包括用户管理模块31、角色管理模块32、权限管理模块33、日志管理模块34、数据字典模块35、总气量数据异常报警模块36、气量接近用气指标报警模块37、大用户用气异常报警模块38、燃气泄漏报警模块39和管道地理信息模块310，用户管理模块31包括系统内用户的新增、删除、用户信息查询和修改操作，且权限管理模块33包括系统的登录权限和综合服务层2各具体业务的使用权限，以及前端和外部系统对系统内各业务接口的调用权限管理，且基础设施层4包括私有云模块41、地区燃气综合数据库模块42、scada数据库模块43、气象气站数据库模块44和5g/nb-iot表具数据采集模块45，私有云模块41包括web服务器411、应用服务器412和数据库服务器413，web服务器411、应用服务器412和数据库服务器413两两之间均使用windows操作系统，气象气站数据库模块44是通过气象基站采集数据至气象局，并建立连接接口，实时从气象局采集供气区域内实时天气数据以及天气预报数据。本发明实施例中，燃气用量上报模块23包括用气量预测模块231、用气量获取模块232的输出端和实时天气数据以及天气预报数据获取模块233，用气量获取模块232和实时天气数据以及天气预报数据获取模块233的输出端与用气量预测模块231的输入端连接，且用气量获取模块232包括门站供气量获取模块2321和重点企业用气量获取模块2322，实时天气数据以及天气预报数据获取模块233的输入端与scada数据库模块43的输出端连接，且实时天气数据以及天气预报数据获取模块233的输入端与气象气站数据库模块44的输出端连接，燃气用量上报模块23分别需要从燃气内部scada数据库模块43和气象气站数据库模块44获取燃气用量数据、搭建气象基站获取的实时天气数据以及天气预报数据，燃气用量预测模块21是根据昨日全区用气总量、未来气温情况和是否处在供暖期，来预测未来全区
的用气总量，预测算法按日预测，并基于天气预报的天数提供对应日期的燃气用量预测情况，燃气用量预测还提供了历史预测记录查询、人工预测填报和供暖区间管理。本发明实施例中，总气量数据异常报警模块36用于对比总预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值结合压力波动曲线完成管网运行状态分析，若出现异常压力波动情况，则进行报警，若未出现压力异常点，则不报警。本发明实施例中，大用户用气异常报警模块38用于对比大用户预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值判断该用户是否填报用气增加申请，未填报则不进行报警，填报则报警，同时通过用户端app及短信两种模式对用户端进行报警。本发明实施例还公开了实施基于气温预测燃气日用气量及用气异常报警系统的方法，具体包括以下步骤：s1、通过基础设施层4中的scada数据库模块43采集门站、各调压站、储配站工艺管道的流量、压力、温度和总用气数据，且5g/nb-iot表具数据采集模块45获取企业用气数据，同时通过气象气站数据库模块44实时采集气象基站获取的实时天气数据以及天气预报数据；s2、通过综合服务层2将所有数据进行筛选、清洗、转换后以统一的标准化格式储存，预测模型获取所需标准化数据后，计算出预测数据；s3、用户层1根据展现所需，从综合服务层2获取相关数据进行展现；s4、用气量获取模块232中的门站供气量获取模块2321和重点企业用气量获取模块2322均获取scada数据库模块43中的实际负荷数据，然后对比模块对实际负荷数据和预测数据进行分析；s5、预警：冬季用气紧张时段，通过对比预测数据与用气指标实现用气量预警，预测数据接近用气指标95%时进行预警，以便及时开启备用气源；s6、报警：对比总预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值结合压力波动曲线完成管网运行状态分析，若出现异常压力波动情况，则进行报警，若未出现压力异常点，则不报警，对比大用户预测数据与实际负荷数据，通过设定阈值实现总用气量报警，超过阈值判断该用户是否填报用气增加申请，未填报则不进行报警，填报则报警，同时通过用户端app及短信两种模式对用户端进行报警；s7、发生燃气报警后，发生燃气报警后，通过后台数据分析是用气异常还是发生泄漏，若判断为发生泄漏，通过综合服务层2模拟燃气泄漏点、泄漏浓度及气体扩散范围，并基于三维管线地理信息，自动对泄漏点位进行爆管分析，计算泄漏发生后需关闭的燃气阀门井及受影响企业范围，生成智能应急抢险预案。本发明实施例中，用户可分别通过用户层1内的调度大屏11、外部企业用户终端12、内部管理员终端13和 gis展示系统14进行数据的查阅和调度，可通过综合服务层2内的燃气用量预测模块21对燃气的使用情况进行预测，通过天气信息采集模块22采集天气信息情况，再通过燃气用量上报模块23内的用气量预测模块231、用气量获取模块232和实时天气数据以及天气预报数据获取模块233得到用气量和天气信息，同时进行用气量预测，其中用气量获取模块232分别通过门站供气量获取模块2321和重点企业用气量获取模块2322获取门站供气量和重点企业用气量，然后通过企业信息管理模块24进行数据管理，同时通过燃气价格管理模块25对燃气价格进行管控力，也可通过燃气批量管理模块26对燃气进行批
量处理，通过用气量报警模块27对用气情况进行检测报警，当燃气泄漏处置模块28监测到有燃气泄漏时，通过爆管分析模块29对燃气管道进行分析处理、通过用户管理模块31、角色管理模块32、权限管理模块33和日志管理模块34分别对用户角色、权限和日志进行管理，通过总气量数据异常报警模块36检测总气量数据，若达到危险值则报警，同时可通过气量接近用气指标报警模块37对接近用气量指标时进行检测报警，通过大用户用气异常报警模块38对用气量大的用户用气异常情况进行报警，通过燃气泄漏报警模块39对检测到燃气泄漏时进行报警。本发明实施例中，基础设施层4包括西青燃气预警指挥智慧平台运行所需要的硬件基础设施和外部数据资源。本发明实施例中，服务支撑层3基于南大通用gbase通用开发平台，为系统提供了用户管理、角色管理、权限管理、数据字典、日志管理通用的服务支撑功能，本系统采用了业内最成熟的rbac模型，将“用户-角色-权限”分别配置，通过三者中的关联关系，实现了用户权限控制的安全性和灵活性。其中：角色管理，西青燃气预警指挥智慧平台包含三类角色，管理员、普通用户和外部用户，分别对应系统管理员、大屏显示与西青各用气单位。系统在登录后，即根据角色的不同，展示相应的系统界面，即系统管理界面、调度大屏界面和外部企业用气填报界面。数据字典，为价格管理、气源管理等模块提供支持，以数据字典的形式保存气源类型、价格单位等信息。日志管理，主要记录系统运行状态、外部接口调用情况等信息，并且可以自动化的持久化异常信息，保存故障现场，为系统运维及故障定位、系统优化提供指导。本发明实施例中，综合服务层2包括本系统所有的核心业务功能，包括燃气用量预测、天气信息采集、燃气用量上报、企业信息管理、燃气价格管理、燃气报批管理、用气量报警、燃气泄漏处置和爆管分析功能。天气信息采集，天气信息采集包括实时的天气信息采集和天气预报的采集。实时天气采集从scada系统获取天气数据，包括温度、湿度、风力、风向，用于实时天气的大屏展示。天气预报数据从气象基站获得，包括天气情况、最高温度、最低温度、风力、风向等，用于燃气总量的预测及展示。燃气用量上报，包括外部企业用户上报和内部管理员上报两部分。业务上，主要是由外部企业用户使用开通的帐户登录系统，查看历史上报记录，并上报改用气单位次日预计用气总量；内部管理员作为补充，为没有来得及上报的企业填写燃气预估量。此外，内部管理员还可以查看各企业上报预计量与实际用气量的对比。调度中心也可以通过大屏查看昨日用气量前10/20排名单位及其预计用气量等信息。企业信息管理，实现了对西青燃气的用气单位基本信息的综合管理，包括企业名称、地址、联系人、用气地点、用气性质、经营范围等，以及燃气表与企业的对应关系。在新建企业时，同时新增了外部企业用户，设置了登录时的用户名密码等信息，外部用户可直接使用此用户名密码登录系统，上报燃气用量。本发明实施例中，用户层1涵盖了本系统所有业务数据所面对的主要外部用户，包括调度大屏、内部管理员、外部企业用户以及gis展示系统。其中：调度大屏，部署在燃气公司调度中心，主要负责燃气用量预测与实际用量对比，燃
气用量按小时、日、周、月、年统计，同时能够得到天气曲线、企业用气前10/20排名和燃气报批记录信息。外部企业用户，主要负责填报各自企业次日燃气用量数据。gis展示系统，主要负责结合三维gis展示燃气站点、管道的实时信息，详细说明请参考《“天津市西青经济开发区燃气公司预警指挥智慧平台三维gis综合展示系统”项目开发总结报告》。本发明实施例中，预测模型具体如下：1.供暖期预测模型其中：：预报燃气负荷：前一天的燃气负荷值/10000：预报的气温变量(即平均温度)：预报的最高与最低温度差：前一天的温度变量：前一天的最高温度与最低温度的差。2.非供暖期预测模型其中：：预报燃气负荷：前一天的燃气负荷值/10000：预报的气温变量：前一天的温度变量。本发明实施例中，采用了气象预测数据与实际数据相结合的方式，其中预测数据主要来源于气象局接口，因此预测模型也可支持5日之内的全区燃气用量预测，实时天气采用气象基站的自测实时天气数据以及天气预报数据，包括实时气温、风力、湿度等，并用于实时气象曲线描绘，以及燃气预测模型的数据支撑。本发明实施例中，是基于gbase数据工程通用开发平台，高度整合封装而成的高效，高性能，强安全性的开源java ee快速开发平台，本系统本身是以sprinboot为核心容器，采用前后端分离架构设计，前端部署在nginx，后端使用tomcat作为服务端web服务器，提高了整体系统的灵活性与平滑扩容的能力。在本项目中，采用了nutsdao为数据访问层， apache shiro为权限授权层，ehcahe对常用数据进行缓存，activit为工作流引擎。本发明实施例中，实时天气数据以及天气预报数据区别于原有网页抓取气象资料，与当地气象局搭建气象专线，获取精准气象预测数据，以便提高预测精度。本发明实施例中，用气预测能够实现单个用户负荷预测，并在用气高峰增加负荷
预测频次。（1）总用气量预测+大用户用气量预测；（2）冬季用气紧张时，增加负荷预测频次，由一天一次改为上、下午两个用气高峰各一次。本发明实施例中，数据对比作为气量预警及泄漏预警决策依据，包括（1）scada系统采集燃气场站上游供气数据与负荷预测数据对比；（2）大用户流量计通过增加5g/nb-iot数据远传模块上传用气量数据，并与大用户负荷预测数据对比。本发明实施例中，综合服务层2和服务支撑层3都要通过基础设施层4进行对数据的写入读取操作，然后再由用户层1进行展示与交互，用户层1通过调度大屏11对外部企业用户终端12、内部管理员终端13和gis展示系统14进行展示呈现使得操作人员可以直观看到预测结果，调度大屏11为led大屏幕，通过线缆计算机用于显示数据综合服务层2和服务支撑层3，外部企业用户终端12的web界面，用于展示预测结果以及用户燃气用量，即燃气用量预测模块21、天气信息采集模块22、燃气用量上报模块23，内部管理员终端13的web界面，用于操作人员使用配置综合服务层2和服务支撑层3，gis展示系统14用于展示企业信息管理模块24、燃气泄漏处置模块28和爆管分析模块29。本发明实施例中，燃气用量预测模块21通过用气量预测模块模块231输出在燃气用量预测模块21中呈现，天气信息采集模块22 通过室外气象站设备采集气温、气压、温湿度等数据,经rs232端子线传输至气象采集主机并将数据存储至气象气站数据库模块44。本发明实施例中，企业信息管理模块24用于编辑企业基本信息数据，服务支撑层3的用户管理模块31、角色管理模块32和权限管理模块33全部是内部管理员终端13的专属功能通过这些模块对次级用户进行创建以及权限管理。本发明实施例中，用户管理模块31通过内部管理员终端13对次级用户进行增删、个人信息编辑、角色管理模块32和权限权限管理模块33配置，角色管理模块32、创建、删除一个角色，例如操作员、调度员等，权限管理模块33为角色配置权限，日志管理模块34、用于记录人员对系统的操作记录以及数据读写的操作记录，数据字典模块35、定义数据库地区燃气综合数据库模块42、scada数据库模块43和气象气站数据库模块44的字段和数据类型例如int，char，string等，基础设施层4 为数据载体用于写入读取数据，私有云模块41作为物理容器承载地区燃气综合数据库模块42、scada数据库模块43和气象气站数据库模块44，scada数据库模块43用于承载服务支撑层3中的部分模块，气象气站数据库模块44用于承载综合服务层2中的部分模块。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。