一种基于城市燃气管网拓扑分析的应急处理方法

摘要

一种基于城市燃气管网拓扑分析的应急处理方法，大大提高工作效率及精准控制停气影响区，其特征在于，建立城市燃气管网拓扑关系图，所述拓扑关系图包括若干个关键节点和将所述若干个关键节点连接成网络结构的连接线路，所述关键节点是指气源、中压闸井、中压调压站箱、低压闸井或低压调压站箱，所述连接线路是指管线和管线中的燃气气体流向；当燃气泄漏发生时，通过GIS确定泄漏点位置坐标和泄漏管线位置坐标，根据泄漏点位置坐标和泄漏管线位置坐标确定相邻且相关的关键节点并在所述拓扑关系图中模拟关阀操作；通过所述模拟关阀操作确定受其影响的关键节点并对所有受影响关键节点进行标记。

说明书

技术领域

本发明涉及城市燃气管网的应急处理技术，特别是一种基于拓扑分析的城市燃气管网应急处理方法，有利于快速、准确、有效地形成城市燃气管网的应急预案，大大提高工作效率及精准控制停气影响区。

背景技术

城市燃气管网是一种典型的地下管线系统，具有隐蔽性、系统性和动态性等特点，其纵横交错的网络系统大部分埋设在城市地下空间，空间位置信息和属性信息获取困难，管线间的空间关系复杂。城市燃气管网运营过程中的泄漏之类事故一般是难免的，一旦事故发生时就必须进行关阀处理，以避免事故的蔓延并及时组织抢救。由于多方面的原因，目前对燃气管网事故时关闭阀门方案确定的研究一直没有取得很好的进展。目前主要的方法是在GIS平台下实现关阀分析，首先获得事故点所在管段的起、止端点，然后分别以起、止端点为中心，按一定的搜索半径(往往很小)搜索与之相连的管段进行遍历，最终得到相关的阀门。这种方法比较易于实现，结果比较形象，但其分析结论不可靠，另外由于受到搜索半径和燃气流方向的影响，该方法得出的结论可能造成关阀范围过大。同时所述的两种方法只是停留在关阀分析的层面上，没有进一步对关阀后造成的影响进行分析。且由于城镇燃气管网在计算机未普遍开展的情况已经开始了铺设，很多数据信息不完整，这也导致了在GIS数据信息的不全。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提供一种基于拓扑分析的城市燃气管网应急处理方法，有利于快速、准确、有效地形成城市燃气管网的应急预案，大大提高工作效率及精准控制停气影响区。

本发明的技术方案如下：

一种基于拓扑分析的城市燃气管网应急处理方法，其特征在于，建立城市燃气管网拓扑关系图，所述拓扑关系图包括若干个关键节点和将所述若干个关键节点连接成网络结构的连接线路，所述关键节点是指气源、中压闸井、中压调压站箱、低压闸井或低压调压站箱，所述连接线路是指管线和管线中的燃气气体流向；当燃气泄漏发生时，通过GIS确定泄漏点位置坐标和泄漏管线位置坐标，根据泄漏点位置坐标和泄漏管线位置坐标确定相邻且相关的关键节点并在所述拓扑关系图中模拟关阀操作；通过所述模拟关阀操作确定受其影响的关键节点并对所有受影响关键节点进行标记。

在所有受影响关键节点中得出具体受影响燃气设备的统计数据。

通过受影响关键节点确定受影响用户数。

所述相邻且相关的关键节点是指距离所述泄漏点最近的关键节点。

对于距离所述泄漏点最近的关键节点进行如下模拟操作：如果该关键节点是单向有向连接，则直接关闭该关键节点的阀门，该阀门确定为关阀对象；如果该关键节点是双向连接，则找出该关键节点的上一级或上游关键节点，将其进行阀门关闭操作，将其确定为关阀对象。

采用广度优先遍历方法确定所有受影响关键节点并最终确定受影响用户。

所述广度优先遍历方法包括以关阀对象作为基点，向下搜索所有未曾被访问的邻接关键节点，再从邻接关键节点出发，依次访问它们未被访问过的邻接关键节点，直到所有与基点有有向连接的关键节点都被访问，该基点的拓扑结束，确定受影响关键节点。

通过受影响关键节点，读取关键节点信息，统计该次泄漏事故关闭阀门事件所影响的用户数。

本发明的技术效果如下：本发明一种基于拓扑分析的城市燃气管网应急处理方法，在燃气管网GIS数据不全的基础上，构建燃气管网的拓扑分析图，并应用于燃气管网的应急预案中，通过对管网图的考虑，以拓扑分析的方法，得到优化的关闭阀门方案，并计算获取影响的关键节点和影响的用户数，以图的形式展现给用户，减少对线性数据的依赖，大大提高工作效率及精准控制停气影响区。

附图说明

图1为应急预案方法步骤图。

图2为构建完成的某气源的管网拓扑图。

图3为拓扑分析流程图。

图4为应急预案关阀操作演示图。图4中所示，当图中所示闸井确认为泄露点的上游节点，进行了关阀操作后，黑色阴影所示的调压设备为受影响的关阀对象，共有2个中压调压设备，4个低压调压设备，所影响的调压设备比较大，同时读取这6个调压设备，统计出受影响的民用户为2344户，公服用户为234户。其中所述民用户为普通居民用户，公服用户为公共服务用户。

图中附图标记列示如下：S1～S3‐步骤1至步骤3；1‐气源；2‐第一中压闸井；3‐第二中压闸井；4‐第三中压闸井；5‐第四中压闸井；6‐第六中压调压站/箱；7‐第五中压调压站/箱；8‐低压调压站/箱；9‐第四中压调压站/箱；10‐第三中压调压站/箱；11‐第二中压调压站/箱；12‐第一中压调压站/箱；13‐第一低压闸井；14‐第二低压闸井；15‐第三低压闸井；16‐第四低压闸井；17‐第五低压闸井。

具体实施方式

下面结合附图(图1-图4)对本发明进行说明。

图1为应急预案方法步骤图。如图1所示，步骤S1：以城市燃气管网中的场站、各级调压站(箱)、闸井作为关键节点。以关键节点为核心建有关键节点基本信息表和关键节点关系信息表，其中关键节点基本信息包括GIS管网地图上的坐标，流向类型，关键节点状态等。关键节点关系包括上级关键节点、下级关键节点、权重等字段。其中所述关键节点即为城市燃气管网中的场站、中压调压站(箱)、低压调压站(箱)、中压闸井、低压闸井。

步骤S2：相邻两个关键点之间的燃气气体流向为关键点之间的联通关系。相邻两个关键点之间的燃气气体流向为关键点之间的联通关系。城市燃气管网中的关键点和关键点之间的联通关系即构成了城市燃气管网联通网络拓扑关系图，如图2所示。

步骤S3：进行拓扑分析计算，模拟关阀操作。

步骤S3-1：确定泄漏管线位置。当燃气泄漏发生时，确定泄漏点所在的位置坐标，确定该泄漏点所在的管线位置。

步骤S3-2：确定关阀对象。根据泄漏的管线位置，选择距离该泄漏点最近的关键节点，判断该关键节点是双向连接还是单向有向连接。如果是单向有向连接，则直接关闭该关键节点的阀门，该阀门确定为关阀对象；如果是双向连接，则找出该关键节点的上一级关键节点，将其进行阀门关闭操作，将其确定为关阀对象。

步骤S3-3：确定关阀影响对象。以该关阀对象作为基点，对该基点做有向的广度优先搜索，查找该关键节点下的所有下一级关键节点，则该关键节点下的所有关键节点则为该次泄漏事故关闭阀门事件所影响的关键节点对象。其中广度优先搜索，确定影响关键节点的流程如图3所示：以关键节点作为基点，向下搜索所有未曾被访问的邻接关键节点，再从邻接关键节点出发，依次访问它们未被访问过的邻接关键节点，直到所有与基点有有向连接的关键节点都被访问，该基点的拓扑结束，确定影响关键节点。

步骤S3-4：通过确定的受影响的关键节点对象，读取关键节点本信息，统计该次泄漏事故关闭阀门事件所影响的用户数。如图4所示，当图中所示闸井确认为泄露点的上游节点，进行了关阀操作后，黑色阴影所示的调压设备为受影响的关阀对象，共有2个中压调压设备，4个低压调压设备，所影响的调压设备比较大，同时读取这6个调压设备，统计出受影响的民用户为2344户，公服用户为234户。其中所述民用户为普通居民用户，公服用户为公共服务用户。

城市燃气管网中的场站、各级调压站(箱)、闸井作为关键节点，相邻两个关键点之间的燃气气体流向为关键点之间的联通关系。城市燃气管网中的关键点和关键点之间的联通关系即构成了城市燃气管网联通网络拓扑关系图。在城市燃气管网联通网络拓扑关系图的基础上，进行拓扑分析计算，以泄漏点为中心，一方面是向上游寻找为泄漏管道供气的最近的阀门，然后将该阀门关闭；另一方面采用广度优先遍历方法确定受影响的关键节点，最终确定受影响用户。所述阀门是燃气输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。

所述广度优先遍历方法是连通图的一种遍历策略，它的思想是从一个顶点V0开始，辐射状地优先遍历其周围较广的区域。它的基本思想是：1、从图中某个顶点V0出发，并访问此顶点；2、从V0出发，访问V0的各个未曾访问的邻接点W1，W2，…,Wk；然后,依次从W1,W2,…,Wk出发访问各自未被访问的邻接点；3、重复步骤2，直到全部顶点都被访问为止。

基于城市燃气管网拓扑分析的应急处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：以城市燃气管网中的场站、各级调压站(箱)、闸井作为关键节点；步骤S2：相邻两个关键节点之间的燃气气体流向为关键点之间的联通关系；步骤S3：进行拓扑分析计算，模拟关阀操作。本发明的技术效果如下：在燃气管网GIS数据不全的基础上，构建燃气管网的拓扑分析图，并应用于燃气管网的应急预案中，通过对管网图的考虑，以拓扑分析的方法，得到优化的关闭阀门方案，并计算获取影响的关键节点和影响的用户数，以图的形式展现给用户，减少对线性数据的依赖，大大提高工作效率及精准控制停气影响区。

一种基于拓扑分析的城市燃气管网应急处理方法，建立城市燃气管网拓扑关系图，所述拓扑关系图(如图2所示)包括若干个关键节点(例如图2或图3中的气源1，第一中压闸井2。第二中压闸井3，第三中压闸井4，第四中压闸井5，第六中压调压站/箱6，第五中压调压站/箱7，低压调压站/箱8，第四中压调压站/箱9，第三中压调压站/箱10，第二中压调压站/箱11，第一中压调压站/箱12，第一低压闸井13，第二低压闸井14，第三低压闸井15，第四低压闸井16，第五低压闸井17)和将所述若干个关键节点连接成网络结构的连接线路(例如图2和图3中的箭头线)，所述关键节点是指气源、中压闸井、中压调压站箱、低压闸井或低压调压站箱，所述连接线路是指管线和管线中的燃气气体流向(即图2和图3中连接线上箭头所指方向)；当燃气泄漏发生时，通过GIS确定泄漏点位置坐标和泄漏管线位置坐标，根据泄漏点位置坐标和泄漏管线位置坐标确定相邻且相关的关键节点并在所述拓扑关系图中模拟关阀操作；通过所述模拟关阀操作确定受其影响的关键节点并对所有受影响关键节点进行标记(例如图4中第四中压闸井5关闭后所影响的第六中压调压站/箱6，第五中压调压站/箱7，以及4个低压调压站/箱8)。在所有受影响关键节点中得出具体受影响燃气设备的统计数据。通过受影响关键节点确定受影响用户数。所述相邻且相关的关键节点是指距离所述泄漏点最近的关键节点。对于距离所述泄漏点最近的关键节点进行如下模拟操作：如果该关键节点是单向有向连接，则直接关闭该关键节点的阀门，该阀门确定为关阀对象；如果该关键节点是双向连接，则找出该关键节点的上一级或上游关键节点，将其进行阀门关闭操作，将其确定为关阀对象。采用广度优先遍历方法(如图3所示)确定所有受影响关键节点并最终确定受影响用户。所述广度优先遍历方法包括以关阀对象作为基点(如图4中第四中压闸井5)，向下搜索所有未曾被访问的邻接关键节点，再从邻接关键节点出发，依次访问它们未被访问过的邻接关键节点，直到所有与基点有有向连接的关键节点都被访问，该基点的拓扑结束，确定受影响关键节点。通过受影响关键节点，读取关键节点信息，统计该次泄漏事故关闭阀门事件所影响的用户数。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。