城镇燃气管理中物联网技术的应用

Value Engineering
0引言
城镇燃气管网的网络化、自动化管理是我国燃气
行业实现现代化发展的关键标志，
因此，探索物联网技术与城镇燃气的有机融合发展，不仅能够有效提供城
镇燃气管理的效率及技术水平，而且也能给人们生产
生活用气提供更大的便利及保障，更是燃气行业顺应时代发展的必然趋势[1]。

1物联网技术概述1.1定义物联网，顾名思义就是物与物通过网络实现互
联，同时物联网也有着两层含义：
第一层含义物联网是基于互联网技术发展而来的，
并基于互联网进行网络延伸及扩展；第二层含义通过物联网的用户端可以实现任何物品和物品间的信息交换和通信，
即物物相息。

物联网技术的应用主要是利用智能感知、
识别技术和普适计算等通信感知技术融合到不同的网络中，
并通过射频识别、
GPS 、红外线感应和激光扫描等实现对物品的智能化识别、
定位、跟踪及监管等功能，从而形成一个全新闭合的网络[2]。

物联网技术架构图见图1所示。

1.2关键技术对物联网而言，其关键技术主要包括传感器网络、传输网络及射频自动识别技术（RFID ），下面就其一一展开分析。

1.2.1传感器网络传感器网络属于是物联网信息感知的关键部分，它不仅可以对网络中各种信息感知问题进行妥善处理，而且也可以通过传感器节点来建立相应的局部网络，并有效感知
和协同处理特定区域内的信息（比如电流、声音、湿度、电
压及振动等），以此来有效监测及管理目标区域环境[3]。

1.2.2传输网络
物联网的传输网络主要由局域网络及广域网络组成，
并且能够通过无线通信技术及传感器等来实对所需信息进行收集、
监测及分析等，再通过特定的网络连接方式实现和广域网络的通信及连接。

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—作者简介:刘宇翔（1990-），男，四川雅安人，工程师，工学学士，研究方向为城镇燃气。

城镇燃气管理中物联网技术的应用
Application of Internet of Things Technology in Town Gas Management
刘宇翔LIU Yu-xiang
（四川华油集团有限责任公司，
成都610000）（Sichuan Huayou Group Co.，Ltd.，Chengdu 610000，China ）
摘要:在现代互联网技术、自动化技术、
智能化技术等先进科技的不断发展背景下，物联网技术应运而生且迅速发展。

目前在社会中物联网技术的应用越来越广泛，作为人们日常不可缺少的燃气行业也在探索应用物联网技术，
通过应用物联网技术可以有效改善和解决以往管理方式单一及设备老化等原因导致的管理效率低下及断气、
停气等影响人们正常生产生活的问题。

为了进一步探索和优化物联网技术在城镇燃气管理中的应用，
文章从物联网技术的概述出发，分析了物联网技术在城镇燃气管理中应用的要点，最后结合实例针对物联网技术的实际应用展开了进一步分析，
旨在为加快燃气行业稳健快速发展增砖添瓦。

Abstract:In the context of the continuous development of advanced technologies such as modern Internet technology,automation technology,and intelligent technology,the Internet of Things technology has emerged and developed rapidly.At present,the application of IoT technology in society is becoming more and more extensive.The gas industry,which is indispensable to people's daily life,is also exploring the application of IoT technology.The application of IoT technology can effectively improve and solve the problems caused by the single management method and aging equipment in the past.The management efficiency is low and the gas is cut off and stopped,etc.,which affect people's normal production and life.In order to further explore and optimize the application of the Internet of Things technology in urban gas management,the article starts from the overview of the Internet of Things technology,analyzes the main points of the application of the Internet of Things technology in urban gas management,and finally combines the practical application of the Internet of Things technology.For further analysis,it aims to contribute to accelerating the steady and rapid development of the gas industry.
关键词:城镇燃气；
管理；物联网技术；应用Key words:urban gas ；management ；Internet of Things technology ；application 中图分类号:TU996.7文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2022）04-143-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2022.04.047
图1物联网技术架构示意图应用层智能交通智能电网智慧农业智能工业智能家居智慧医疗
业务支撑平台（中间件平台）处理层服务支撑平台网络管理平台信息处理
平台信息安全平台网络层电信网互联网广电网电网专用网其他网RFID 网络
传感器网络感知层RFID 标签和读写器M2M 终端导航定位
摄像头二维码标签传感器·143·
价值工程
1.2.3射频自动识别技术（RFID）
对于物联网而言，其主要是通过射频自动识别技术来识别和获取相应的数据信息，同时也可以利用双向通信实现自动化识别及系统采集对象信息及属性信息。

此外，射频自动识别技术（RFID）也可以根据场景的不同而具有不同的功能，比如自动发出警报、数据抄送及远程监控等，从而有效提高了物品管理的信息化、自动化及网络化水平[4]。

2物联网技术在城镇燃气管理中应用的要点
在城镇燃气管理中，为了达到理想的效果，应立足于当地燃气发展的实际情况来引入和应用物联网技术，并从软件系统、硬件系统、远程监控及远程无线抄表四个方面进行优化设计，促使物联网技术发挥出其最大化的效用，保证城镇燃气实现安全优质的供应。

2.1软件系统设计
要想城镇燃气管理工作能够充分实现预期目标，并长久不衰，就需要顺应时代发展要求，对燃气管道的实际特点及优势进行综合化分析，再通过专业化管理人才加强内部资源管理及优化，从而有效提高燃气供应的质量，保障人们可以正常安稳的进行生产及生活。

基于此，城镇燃气管理中一定要充分重视和做好软件系统的设计，优化人机互动，即在操作简单的基础上，优化信息输入及信息处理等功能，比如，通过设计和优化GPRS通信模块，及时接收和处理相关的阀门开关信息，并反映到操作界面，使管理人员能清楚掌握阀门的开关状态。

同时，也能通过GPRS通信模块信息传到终端系统，从而实现相应的功能及效果[5]。

2.2硬件系统设计
城镇燃气实际管理工作中，管理人员通常都是通过传感器节点来控制无形通信系统的和全面收集所需的数据信息。

而传感节点的蓝牙收发系统则是主要通过GPRS 无线通信模块来进行双向通信的。

因此，在对城镇燃气硬件系统进行设计的时候，可选择星型拓扑结构。

这是因为星型拓扑结构在发生故障的时候，不仅不会给整体系统安全运行产生较大的影响，而且还可以预防各部件间发生干扰[6]。

2.3远程监控系统设计
在城镇燃气管理工作中，为了确保物联网技术能充分发挥其作用，相关技术人员应结合规划设计标准，考量和分析城镇燃气系统各节点的流量及压力等情况，设计合理的远程监控系统，实现对燃气管道阀门的全方位、实时化监控。

同时，设计人员也应深入现场考察清楚燃气输配系统的各节点情况，通过温度表、计量表及压力表等优化和完善远程监控终端系统，有效提高城镇燃气管理的实效性[7]。

2.4远程无线抄表设计
通过远程无线数据传输燃气表，管理人员可以实现远程抄表，有效降低了相应的运维成本，实现了燃气的自动化控制目标，同时，燃气用户也可以进行自主购气，有效提高了燃气管理的效率及水平。

因此，城镇燃气供应单位，应积极推动燃气表换新，把用户端旧的IC燃气表有计划的换成远程无线传输燃气表，再利用无线路由器构建出无线抄表网络，再通过GPRS集中器将燃气企业与区域无线抄表网络连接到一起，从而优化抄表工作效率及质量。

另外，远程无线抄表系统也应跟附近银行系统相连接，以便用户缴费购气[8]。

3案例分析
3.1案例概况
某市预构建一套完善的智能城市燃气示范系统，且该项目也是物联网试点应用项目。

该项目建设的主要是在自动采集、智能应用和可靠传输等的原则上，实现对相关燃气数据的实时采集及传输，并把收集到的数据统一汇总到一起进行集中化处理，再结合业务需要进行加工应用到实际工作中。

该项目建设的主要目标就是将物联网技术有机应用到燃气业务管理体系中，对燃气管网及设备等进行智能化及远程化监控，在保障燃气管网运行及用户用气安全的基础上，有效预防和降低燃气爆管、爆炸和泄露等安全事故发生，最终推动该市燃气产业实现网络化、智能化、自动化发展，进一步优化燃气资源的合理利用率。

该燃气物联网建设项目共包括三方面内容：①该燃气项目的输气管道建设长度大约2.3km，重点要做好防第三方外力破坏监测；②该项目中设有用于燃气管道破损泄漏监测的地下密闭空间共计60个；③构建用户端的燃气泄漏实时监测及报警系统，并通过控制阀门来实现自动化控制和远程控制切断气源。

该燃气项目应用物联网技术构建的系统网络拓扑结构图见图2。

由图2可知，该燃气物联网系统是在业务层（即图中的最上层）进行系统数据汇总，然后再实施数据展示、现场监测和业务管理等工作；中间的网络层主要是负责完成相关系统属性及信息的承载及传输，且该网络层中不仅设有专用的VPN电信网络，而且设有专用的移动APN网络，同时也可以支持无线GPRS；采集层中，既能通过486总线方式利用RTU来集中采集及汇总现场数据信息，也能够利用前置机通过对串口的方式来采集数据信息。

3.2物联网技术在城镇燃气系统管理中的实际应用
3.2.1软件系统的设计
该燃气物联网系统主要是通过在人机界面的监测管理系统内输入相关信息，利用STM32处理器对燃气的阀门开关实际状态进行监测，并GPRS通信模块收集和传输信息信号到用户终端管理系统中，然后可以在人机界面中显示出所要查看的阀门开关的当前状态。

比如，该燃气物联网管理系统可以在监测到某一节点发生泄漏情况之后，第一时间发送报警信号给监控管理人员。

即这个过程中是通过传感器检测到的信息经无线通信模块传输到STM32处理器中，同时也会发送相关信息到用户手机终端系统中，这时燃气监控管理人员只要通过人机操作界面把发生泄漏的燃气阀门远程关掉，并通知安排抢险队第一时间抢修，用最短的时间解决燃气泄漏事故。

在燃气物联网管理系统的初始化阶段，建立了完善的接收传感器接点网络，并请求入网，同时通过STM32对燃气管网进行实时监测，若监测到有节点数据超出其阀值，便通过无线网络系统把收集到的数据传输到后台管理系统中。

这样工作人员便可以通过管理系统实时严格监管燃气管网，再通过输出信号对城镇范围内的所有燃气管道阀门进行全程控制。

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3.2.2硬件设计中无线通信系统该燃气物联网管理系统中的硬件通信模块主要是通过GPRS 无线通信系统把各个传感器节点收集到的信息数据统一传到网络中。

同时，也可以通过传感器节点上自带的蓝牙收发系统实现与GPRS 无线通信模块的双向通信。

另外，该案例燃气物联网管理系统设计过程中，其传感器节点选择使用的是星型拓扑结构，这样可以最大化的确保整个无线网络再某个传感器节点发生故障时也不会受到较大的影响，也能够避免传感器节点之间出现互相干扰等。

3.2.3远程监控设计为保障该燃气物联网管理系统实现全面覆盖，对该市有线网络难以覆盖的场地及燃气输配系统节点应用物联网技术构建了无线远程监控系统，实现对其压力、流量和温度等运行数据的远程实时监控。

具体来说，就是在燃气输配系统节点场地安装远程传输终端设备，再通过一些技术手段把计量表、
压力表和温度表等设备中的原始数据采集并传输到远程传输终端设备内，经对数据进行整理后，再通过GPRS 无线通信系统把处理后的数据传送到互联网监控服务器中，再经互联网监控服务器进一步把数据传送给各级调控中心等具有SCADA 系统服务器的监控站
点，最终后台管理人员可以通过监控界面上显示处理的数据了解和掌握燃气管网的运行状态。

同时，
远程阀门控制系统和现场监控视频系统也都是采用的和上述相近的方式构建完成的，
即通过物联网技术和无线传输相结合实现各级站点之间的信息传输。

3.2.4远程无线抄表
为进一步提高该燃气物联网管理系统水平，
便将用户端的旧IC 燃气表换成了远程无线抄表燃气表，这样既能
有效缓解用户排队买气的压力，也能使燃气公司的运行成本得到合理化的降低。

具体来说，燃气公司通过调查分析管辖区域内燃气表的使用情况，制定更换计划，有计划、有步骤的把用户端的旧燃气表换成无线远传燃气表，并利用无线路由器建立完善的无线抄表网络，有效覆盖该市的各大小区域，在通过GPRS 集中器把各居住
区域的无线抄表网络接入到燃气公司建立的数据中心中，再通过各营业网点和数据中心相连接来实现相关燃气业务的办理及查询等
功能，
同时，燃气数据中心也与建行、工行等系统进行了有效连接，
从而可以在网上缴费购气，缓解了
排队购气的压力，
也实现燃气收费的网络化及现代化。

这样做有着诸多好处及深远意义，主要集中在以下几个方面：①可以进一步完善对燃气用户表的监控及管理，且不再受地域和时间限制，
能够随时随地的了解用户燃气表的运行情况；
②相对比于以前用的IC 燃气表来
说，能够有效防止和解决偷气及长
通表等问题，
有效保障了燃气公司及用户的利益；③该远程抄表系统可以进行远程预收费，大大简化了缴费购气流程，用户不用再到燃气营业厅去排队购气，
既方便了用户生产生活用气购气，也大大改善了燃气营业厅的人员聚
集拥挤的现象，同时也合理降低了燃气公司的运行成
本；④通过远程无线抄表系统既能远程自动抄收用户燃
气表的有关信息，也能进行智能化的分析及统计，从而有效提高燃气公司管理工作的效率及质量。

4结语综上所述，随着城镇化发展步伐加快，作为基础设施
的燃气管道工作也在不断扩建，燃气管道的长度及燃气用户数量日益增多，传统的燃气管理模式越来越无法满足现代燃气的发展了。

因此，燃气公式顺应时代发展，积极应用物联网技术构建完善的燃气管理网络，提高燃气管理工作
水平的同时，也能最大化的保障燃气实现高效、安全的供应，为城镇居民提供更加优质的燃气服务，进而为城镇实
现现代化发展提供动力和保障。

参考文献:[1]刘冰.城镇燃气管理中物联网技术的应用探讨[J].电子元器
件与信息技术，2018（07）：29-31.
[2]潘云亮.城镇燃气管理中物联网技术的应用[J].化工管理，2021
（19）：67-68.[3]韩金丽.城镇燃气物联网建设实践要点[J].城市管理与科技，
2021，22（02）：60-63.[4]刘勋.基于RFID 和物联网技术的燃气安全管理系统[J].建设科技，2017（16）：17-18，23.
[5]邵泽华，权亚强.基于燃气表物联网技术的城镇燃气需求
侧用气监管系统研究[J].物联网技术，2021，11（04）：106-109.
[6]袁涛.基于物联网技术的户内燃气安全管理技术[J].城市燃
气，2020（11）：29-31.
[7]周乃卿.城镇燃气管理中物联网技术的应用[J].居舍，2019
（13）：172.
[8]贺培胜.城镇燃气管理中物联网技术的应用探讨[J].电脑知
识与技术，2019，15（29）：31-32.
图2系统网络拓扑结构图市应急管理工作领导小组
市应急管理办公室
燃气公司应急管理工作领导小组
燃气公司应急管理办公室
（安全生产部）现场应急指挥部燃气公司应急管理专家组
安
全
生
产
部党委工作部综合管理部人力资源部计划财务部技术开发部市场发展部公共事务管理部瓶装气分公司管道气分公司工程分公司
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