引言
人工智能(Artificial Intelligence)简称为AI,是当前深入研究的热门课题之一,也是计算机科学与技术最前沿的一个分支。人工智能最初的建立主要是来自仿生学、心理学及概率论等知识理论的探索,之后经过大量的分析与实践,逐渐形成了一些行之有效的计算机算法;最近的十来年在大数据技术和计算机算力不断提高的基础上已发展成为一种高新的技术,并且越来越多地应用于各个行业领域,极大地改变了人们的生产、生活方式,加速了人类现代化的进程。
人工智能之所以能给人类带来如此重要的影响,其根本原因在于其在硬件方面借助了计算机超强的存储力、记忆力、快速运算力,而在软件方面又有先进的算法设计、大数据的机器训练作为支撑。由此以来,人工智能在感知、学习、视觉识别、逻辑推理、预测控制、规划、决策等方面表现出卓越的能力,甚至在有些时候能超过人类的极限。鉴于人工智能的这些优势,已经被广泛应用于智慧化项目的运营管理中,本文主要阐述人工智能在智慧燃气系统中的应用,具体体现在智能感知、智能巡检/监控、智慧服务、智慧决策这四个方面。
1 智慧燃气的理念[1]
1.1 智慧燃气的由来
燃气是我国重要的能源,但是传统的燃气运营存在很多管理上的困难,主要表现在以下几点。一是日常的人工巡检效率低、精确度不够;二是分布在地下的燃气管网腐蚀、燃气泄漏、温度异常等安全隐患难以及时察觉;三是人工应急响应滞后;四是燃气企业抄表难、用户缴费查询等事项所消耗的人力时间成本较大;五是难以实施燃气分阶梯调价。
尤其随着我国燃气用量的不断增加,燃气场站的设备量也大幅增多,同时产生相关的运行数据量更是呈现出目不暇接的态势。因而,各大燃气运营商不得不积极探索改革,力求打破传统模式的局限性,借助一些高新科技手段打造先进的控制系统及管理平台,由此即拉开了智慧燃气建设的序幕。
所谓的智慧燃气主要是利用大数据、物联网、人工智能等高新科技,智能化在线监测设备,以及具有远传功能的计量仪表,实时感知城市燃气系统的运行状态,并对收集到的数据及时分析、处理,以更加高效、精细、灵活、协同的方式对整个燃气系统生产、存储、输配、销售、服务等流程提供系统化、
智慧化的管理。
1.2 智慧燃气的建设内容
智慧燃气的建设多以管网运营、安全监测、设备管理、应急指挥调度、用户服务为核心,将GIS、GPS、视频监控与 SCADA系统集成应用为一体,根据实际工作情况的需要可以从政府管理、企业运维、客户使用等角度开发B/S、C/S、M/S等不同的架构模式。
其中最重要的是实现燃气场站、燃气管网数据实时监控,能够达到在远程可视化的展示,并且在有异常突发状况下第一时间作出阀门关断、人员车辆最优路线调度等应急响应。此外,在日常运维中,需要根据动态监测数据,智能化分析预测其未来可能发生的变化,能够提前释放预警信号,从而做出相应的燃气生产储备、调配,或是管道设备及计量表具更新换装等处理。
因此,分析预测、自动化排除故障、风险预警、资源优化、智能调度等是智慧燃气管网投建运维尤为关键的问题,而要解决这些问题的有力抓手便是人工智能。
2 人工智能在智能感知中的应用
随着时代各种高新技术的发展,对传感器的稳定性、准确性、可靠性等性能上提出了更为严格的需求,对于数据的采集上,也要求传感器具有自动检测校正的功能,而传统的传感器都无法予以实现。为此,将人工智能高级算法写入在微处理器芯片上,并将之与传统传感器有机集成,便有了智能传感器的降临。智能传感器有机结合应用了计算机运算及存储能力,在对外界环境的物理感知以及数据的采集处理上都能发挥出更强大的功能。
2.1 智能感知
智慧燃气在感知层面主要的设备是气体探测器和气体计量仪表,这些设备通常都有嵌入传感器。虽然传感器本身是可以像人一样对周围环境的温度、压力、气味等做出感应,但是其感知的状态类别是单一的;而由人工智能为之赋能的传感器,即智能传感器将多模态传感技术集成于一体,能够实现传感器更具灵动性和兼容性的感知功能,从而满足智慧燃气建设的需求。
2.2 数据处理
当前最具发展潜力的边缘人工智能领域,可以将智能微处理单元集成在传感器中,实现智能传感器更为精准的数据计量,使得数据采集工作达到高精度、低成本的效果。此外,智能传感器还具备自适应、自学习的能力,可以对采集到的数据
进行特征检测、自动筛选、回归分类等清洗处理,也可以将模拟信号转换为数字信号。经过智能传感器处理的数据对下一步的应用服务提供了便利[2]。
3 人工智能在智能巡检/监控中的应用
3.1 燃气场站安全巡检
燃气场站是智慧燃气运转的重要平台,是实现燃气存储、输配及燃气营销的第一道枢纽。而燃气具有易燃易爆的天然属性,这就要求燃气场站配备全天候的巡检与快速响应的人力装备及措施。传统燃气场站依靠人工日常倒班巡检,难免受到体力不支、疏忽大意、环境干扰等因素的制约,由此形成的燃气风险事故会带来极其严重的损失。另外,我国当前以及未来发展阶段对于燃气量的需求呈现出日益增加的态势,单纯依靠人工的经验,对燃气储备及输配量的估算很容易产生误差,这也会造成一些不可预见的风险。所以,借助人工智能的力量,替代人类进行燃气场站的安全巡检或是预测规划的工作势在必行。
3.1.1 场站环境及周边巡检。在SCADA系统中可以显示燃气场站中各个设备的运行状态及相关数据,也可以全景观测周边的环境信息,并且有三维立体化模型的效果;一旦有燃气泄漏、外围人员闯入等情况发生,则可以通过激光甲烷遥测仪扫描监测到并在SCADA系统中显现,且会弹出窗口,调用声卡发出对现场以及控制中台的喊话警告[3]。
3.1.2 设备状态运行检测。对于燃气场站的储气罐、调压箱、监控仪器等所有设备都建立台账信息管理系统,定期进行维护保养,并且针对各个设备的使用制订相关的标准,对其每天的运行情况都进行数据实时采集;如果设备日常运行数据超出了设定的使用标准,则发出不同程度的预警信号,一方面可以在三维模型中数据颜色变色提示,浅黄色、黄色、棕色、红色、深红色的显示代表由轻到重五种情况,另一方面可以通过App、小程序、绑定的手机号码对相关的工作人员发信息提示,以此取得多维度反馈、联动控制的效果。
3.1.3 燃气存储输配规划。通过对燃气进出库存信息的报表统计,利用机器学习等智能算法可以分析、预测、判断未来阶段的燃气需求量,由此做出燃气存储输配等规划,用以满足用户的需要。
3.2 燃气管网监控
由于燃气管道的特殊性,会有绝大部分被埋藏在地下空间运行,而地下空间这种不可见的情形使得燃气管网的监管十分艰难。更为棘手的是在道路施工时,会出现燃气管道被重型器
械损坏而发生燃气泄漏的风险。因此,为保障燃气管网正常有序的运营需要配置更为科学合理且完整的智能化监控方案。
具体实施方案中,可在地下井洞中安设可燃气体监测装置,这种设备将激光传感器、温度传感器、压力传感器等硬件以及智能算法集成于一体,可对周边的燃气管道进行实时感知。当燃气管网出现燃气泄漏或是周边有重型机械挖掘时,该系统会同步感应到并且对远程控制中台及终端移动设备发出即时报警信息,进而派出相关人员到现场进行处理,有效规避了可能发生的燃气泄漏或管道爆炸等风险。
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人工智能在智慧服务中的应用
燃气表是燃气企业针对客户提供服务的重要介质。然而,传统的燃气表如机械燃气表只能计量不能实现收费结算,人工抄表费时费力还有拖欠燃气费的隐患;之后出现的IC卡预付费系统,虽然解决了欠费问题,但是缴费还是比较烦琐;直到近几年出现了具有无线远传功能的智能燃气表才比较妥善地解决了这些疑难问题[4]。
通过燃气表的智能化改造,不仅构建了完整的营收系统,而且还预留了很多人工智能的服务接口。很多大型的燃气公司都会通过PC网页端、手机App、小程序、微信公众号等媒介对客户提供报装、维修、售后、缴费、查询以及24小时智能客服等功能。
此外,利用这些软件工具,各大燃气公司还积极推荐客户安装保险关断阀,这一设备可以帮助客户在忘记关闭燃气阀门且燃气浓度超标的情况下,既能够向客户发出短信或电话的提醒,又能够实现远程关断燃气阀门的操作。
再者,随着人工智能应用场景的不断拓展,燃气灶及油烟机的研发生产中都加入了人工智能的元素,如手势感应、语音交互、定时关断、燃气浓度自检、自动清洗等,这些功能给人们的生活带来了诸多便利,同时也有利于增加客户的使用黏度,进一步巩固了客户关系。