引言

城市地下燃气管道因其构成复杂、地点未知、危险监控难度大、老化问题凸显，易受工程违规作业、外部环境等各种因素的综合影响，导致其风险不断增加。当前，我国大部分埋地燃气管道事故防治仍停留在人工监测和专家危险辨识阶段，缺少实时、科学定量的分析手段，其在地下管线事故防治中的应用仍存在一定的局限性。针对我国的城市安全需要和地下天然气管线的实际运行情况，研究基于大数据的地下管线事故预防与预警方法，达到对管道事故进行智能评估、预警和远程控制的目的。笔者概述了我国城市埋地燃气管线事故防治技术的现状，剖析大数据环境下管道事故预防与控制的优势，识别其存在的问题，并提出相应的对策，为构建大数据环境下的地下管线事故预防与控制体系提供参考。

1 城市燃气管道事故防控研究现状

在具体研究中，主要从风险评价、预测和预案设置的制定三个角度论述城市地下燃气管道的防控方法和思路。其中，燃气管线的安全管理实现从定性到定量的转变，城市地下管道灾害防治与信息技术（GIS）及大数据处理方法的结合也越来越紧密。美国欧特斯公司研制了MISHAP软件，用于风险控制和基础设施维修；英国煤气公司开发的TRANSPIPE软件，可用于管线安全评价。梁磊在前期研究的基础上，提出采用量化风险分析的方法对管线进行定量化预警，并建立管线安全预警的技术路径。徐鑫磊以 Arc GIS为技术手段，建立了一套以互联网为基础的天然气管线安全管理和突发事件的决策支持系统。Fan等以燃气爆炸事件为研究对象，针对 CBR （计算机构建报告）中存在的多个属性相似性测度问题，提出一种新的混合相似度测度方法，提出用于衡量各格式属性数值属性相似性的方法；并采用简单的加权法融合多个类别间的相似性，提出一种衡量多个历史事例和多个事例的混合相似性的方法，最后基于该方法检索出适用于多个历史事例的事例。宋英华等人面向城市洪水突发事件的突发事件检索难题，拟将归纳式索引与证据推理相结合，研究突发事件突发事件的快速检索方法，首先，通过对案例知识的表达和转换，建立城市洪水突发事件的可信度规则库；然后,通过激活权重设定、证据推理和效果评估等手段，对突发事件的相似性进行量化评估,通过对武汉市洪水事件的实际处理，验证该模型对突发事件的处理是可靠的。王悦宸等人认为，在紧急情况下，单一目标和资源分配方法很难有效地处理紧急情况下的资源配置问题，采用线性规划的方法，获取与灾害救援需求更接近的资源分配方案，并引入动态规划中的多级资源配置策略，建立应急救援物资分配模式，提出一种基于多目标协同、多目标权重优化的方法，可以缩短救援任务的执行时间，提升救援资源的供给能力，高效地处理紧急情况下救援任务与资源动态变化的问题。

目前的研究为燃气管道事故预防与控制提供理论依据，但其在安全风险精准防控一体化管理方面还存在不足。同时针对天然气管线的在线监测和数据分析方法研究还不够完善，海量的管线状态监测数据没有被有效地利用，管线事故的智能防控能力还不够强，对突发事件的处理精度、时效性都需要进一步提高。而采用信息化和智能化的方法，可以有效地消除人为错误，降低人员的工作负荷，达到精确的事故风险预报和有效的应急处理，对保障城市公共安全具有重要意义。在此背景下，运用现代信息技术，对城市地下管线进行安全管理和风险监控，已经是大势所趋。

2大数据技术的应用

2.1天然气管线事故预防与控制的大数据特性研究

面向各类结构复杂的地下管线事故预防与控制，将事故防范与数据分析相结合，构成当代城市地下管线事故防控的基本特征。（1）事故防治大数据是对所有数据进行全面的关联分析，具有庞大的计算量；（2）大数据自身无法解释事件相关性分析的结果；（3）由于数据种类繁多，大多是半结构化或无结构化，因此很难进行整合和分析；（4）大数据的真实价值体现在其本身没有明确的特点的数据挖掘技术上。

2.2基于大数据的输气管线安全管理体系结构

将大数据技术应用到城市地下燃气气管道事故防治中，建立以大数据为基础的城市地下燃气管道事故防范一体化平台。Hadoop是一种基于 Hadoop的分布式存储系统，具有较高的容错性和较小的系统配置需求，可以为管线数据的处理和分析提供支撑。通过 Hcatalog 的信息集成、 HBase 的存储能力，采用 Map Reduce、 Samza/Storm等数据处理方法，实现对海量数据的分析。

2.3城市地下燃气管道大数据类型

2.3.1管线运行状况与环境监测

城市地下燃气管道的运行状态和环境参数是进行故障识别、风险预警和紧急情况处理的基础。利用多种传感器对以上数据进行整合和利用，实现对燃气管道的动态监测，不仅可以获得压强、温度、流速等操作参数，而且可以获取周围的温湿度、地质等方面的信息。监测结果有助于掌握管线的运行状况，并能及时发现管线的异常状况，采取有效的预防措施。此外，通过对环境因子的分析，能够对将来可能发生的问题进行预测。

2.3.2 历史数据的合理运用

我国地下管线信息化建设还处于起步阶段，大部分管线铺设时间长，其设计和施工数据都是 CAD、2D和4D文件，这些管线的静态基础数据采集和录入是保证信息完整性的前提。同时，海量的管道事故数据和维修数据也是管线大数据系统中的重要内容。

2.3.3互联网数据的融合分析

网络数据不仅包括风险评估、事故预测和应急处置的智能化计算模型，还包括从第三方软件或者数据源获得的统计结果、地图、人口密度等各种信息。在这些数据中，大部分为结构化和格式化数据，也有一些数据是不规则的和不确定的。网络中的有效数据大多为非结构式，并且增长速度极快，因此，对其进行有效的开发是当前的研究热点。

2.3.4 人工采集及专家实证资料

目前，我国城市地下天然气管线的监测技术还不够完善，不能对所有管线参数进行动态监测和联机传送，所以一些城市地下天然气管线的一些参数仍然需要进行人工采集。传统的人工采集方法，不仅效率低下，工作量大，且结果存在很大的误差。在建立大数据平台前，需要将现有的数据交由专家进行分析和验证，协助作出紧急决策，并发布调度命令。基于专家经验的信息对评估不确定性、简化模型和参考应急决策具有重要意义。通过行业内资深专家的分析，结合大量的数据，做出的决策更具科学性。

3大数据的应用优势及难点分析

3.1大数据应用在管道事故防控中的潜力和优势

佟敬阔等人利用R -OTDR技术研制了一套分布式光纤测温装置，实现了管道温度的实时监控。在此基础上，结合大数据分析，优化物联网终端布局，检验数据误差，分析布局方案的合理性。

运用神经网络、决策树和聚类分析等大数据分析手段，对天然气管线的事故发生规律进行了有效的分析。大数据下管线风险评价是以管线全样本数据为研究对象，用精确的监测数据代替人为的经验估算，揭示环境、压力、腐蚀等因素对管线风险发展的影响，进而对管线进行风险评价和预测。当前，有关领域的大数据技术主要在以下几个方面发挥作用：在风险评价和预测的基础上，通过对特定致灾因素的精确辨识，实现对突发事件的预防；通过对管道失效过程中各个参数的分析，确定管线运行参数的临界值，实现风险的动态预测和警情快速发布；融合历史事故和专家处置经验等决策支撑大数据，开展管线事故应急决策；利用事故资料的内部关联性来评价二次事故的可能性；建立救灾路线和救灾物资最优模型，实现应急物资的智能化配置；人工神经网络因其强大的自适应性，已经被广泛用于数据分析，构建基于大数据和人工神经网络的管道风险评估体系。

通过大数据的应用，可以有效地克服由于人为的主观判断和统计错误所带来的风险预报和预警错误，并与物联网技术相结合，可以实时、快速地发布管线报警信息，克服单纯依靠人的经验等人为因素所带来的决策失误，与传统的事故防控技术相比，具有更大的优势。

3.2大数据在管道事故防控中的应用难点

由于国内管网的信息化建设才刚刚起步，相关的技术研究还比较滞后，大数据的运用还面临着一些困难，这主要是由于以下几个方面的原因:

3.2.1底层数据的访问受到限制

管线设计和施工资料大部分是平面图，有些管线由于建造时间太久，数据遗失情况较为常见；同时，存在施工路线发生变更，而数据归档和整理工作未落实，造成管线的具体位置和走向等基础数据不完整；另外，管线历史资料中还存在事故状况不明确、意外的起因不清晰、记录不全等问题。

3.2.2大数据的采集、传输和整合等方面的技术还不够完善

已有的监测仪器无法满足多种管线信息采集的需要，且为形成统一的数据规范，导致多类传感器采集到的数据难以进行有效的传递和整合。目前，针对事故预防和控制的大数据大多是半结构、非结构、形式复杂的数据，这就需要对大数据去噪、聚类等技术进行深入研究。

3.2.3大数据的价值挖掘还没有成熟

大数据的价值在于将事故特性、参数、出现定律等与大数据之间的关联展现出来。数据预处理能力不足，无法进行快速规范化的数据处理，使得事故预防和控制的实时性不高。此外，大数据自身也无法对其中蕴含的规则进行充分的诠释，容易从纷繁复杂的数据中提取出错误的信息，这也是大数据应用面临的一大难题。

3.2.4大数据共享平台的构建尚不完善

在城市地下天然气管线运行管理工作中，由于各单位、各部门之间的数据来源不一，且部分数据权属不明，难以实现数据共享。

4大数据在燃气管道防控体系中的应用建议

大数据在城市地下管线中布设感知终端、意外因素预测、风险识别与处置等领域有着显著的优势，利用大数据进行事故预防和控制，可以对管线进行精确的风险分析和预警，从而为事故预防和紧急情况的发生提供科学的决策依据。基于大数据的地下燃气管道事故预防与控制研究还不够完善，需要进一步的研究。通过分析当前基于大数据的燃气管道事故预防与控制方法存在的局限性，给出了以下几点建议。

4.1建设完整的数据和信息平台

为保证管道大数据的完整性，亟需加快大数据采集与感知终端的研发。通过终端设备实现对生产过程的实时监控，实现远程作业，加快采集到的数据的封装与标准化，降低大规模数据的融合难度。为了实现跨部门、跨行业的信息互通，需要加快构建城市地下燃气管线事故防控大数据集成共享平台。

4.2基于数据分析，实行精准风险防控

为保障数据分析的实时性，需要研究对大数据进行标准化处理，同时，研究基于大数据的燃气管道事故预防与控制方法，实现燃气管道事故预防和控制和精准、快速分析，为燃气管道事故预防和控制提供科学的决策依据。具体来说，可以构建一个全面的数据采集、储存、加工及运用的系统，通过对各类数据进行实时监控与分析，能够及时地识别出系统中存在的安全隐患，并采取有效措施。此外，借助人工智能等方法，实现对数据的深层次挖掘与预测，进一步提升风险防控的精度与效率。

结语

基于大数据的城市燃气管道安全事故预防与控制研究已取得明显成效。通过对数据的采集、分析与处理，能够更加精确的预报和防范燃气管道事故，保证城市的安全与稳定。同时，大数据技术也为我们提供了更高效的决策支持，结合实际情况，设计相应事故防制方案。因此，加强跨学科的横向协作，联合其他信息技术手段，更有效、更智能地预防和控制城市燃气管道的事故。总之，大数据技术将为城市燃气管道事故防控带来更大的潜力和可能性。

参考文献

[1]王昌鉴.大数据技术在城市燃气管道事故防控中的应用[J].化工管理，2021（29）:31-32.

[2]陈星媛.探讨大数据技术在燃气管线工程的应用管理——评《燃气工程施工》[J].新疆地质，2021，39（02）:346.

[3]顾寻奥. 市区燃气管道风险分析及巡检策略优化[D].北京建筑大学，2021.

[4]王文和，庞吉敏，刘伟等.大数据技术在城市地下燃气管道事故防控中的应用[J].油气储运，2021，40（05）:509-514.

[5]王艺儒. 城镇燃气管道事故主因分析与管道失效模型研究[D].北京建筑大学，2020.

作者简介：刘鹏辉，1976.04.13，男，汉族，陕西宝鸡人，大学本科。1998年起进入燃气行业，从事城镇燃气管网输配、生产运营、安全管理和工程建设 20多年，有较强的专业理论素养和丰富的运营管理经验；主要研究方向：燃气生产、工程安全管理。

作者简介：王磊，1971.11.08，男，汉族，安徽蚌埠人，大学专科。2001年起进入燃气行业，先后从事燃气设计，安全生产管理。主要研究方向：燃气生产安全管理。