作者：焦建瑛，張濤，王嵩梅， 何少平，任立坤，陳鵬第一作者單位：北京市燃氣集團有限責(zé)任公司
摘自《煤氣與熱力》2021年3月刊
1 概述 隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，天然氣在我國經(jīng)濟和能源生產(chǎn)中的地位越來越重要。作為城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的主要組成部分，城鎮(zhèn)燃氣管道安全運行不僅關(guān)系城市經(jīng)濟發(fā)展，更關(guān)系到居民的生命財產(chǎn)安全［1］。 我國城市大部分燃氣管道的服役時間已超出30 a，正逐步進入事故多發(fā)階段［2］。因此，有效評估燃氣管道泄漏風(fēng)險非常必要。為了更好地評估燃氣管道的健康狀況，相關(guān)部門采取了很多的檢測措施，在特定時期內(nèi)對燃氣管道腐蝕程度進行檢測。但檢測需要耗費大量的人力物力，且存在檢測頻率低等問題［3］。本文以燃氣管道泄漏風(fēng)險影響因素為出發(fā)點，建立燃氣管道泄漏風(fēng)險評價體系。 2 體系架構(gòu) 燃氣管道泄漏風(fēng)險評價體系包括風(fēng)險預(yù)測層、風(fēng)險篩查層、風(fēng)險預(yù)警層，架構(gòu)見圖1。風(fēng)險預(yù)測層：將泄漏風(fēng)險影響因素歸納為10個風(fēng)險強度指標(biāo)，對評價時間段內(nèi)各風(fēng)險強度指標(biāo)進行評分，量化評價風(fēng)險強度指標(biāo)。風(fēng)險篩查層：基于風(fēng)險強度指標(biāo)評分，計算綜合風(fēng)險得分，對高風(fēng)險區(qū)域進行篩查，并量化各風(fēng)險強度指標(biāo)的風(fēng)險強度貢獻度。風(fēng)險預(yù)警層：在時序上實現(xiàn)快速迭代，對未來綜合風(fēng)險得分做出預(yù)判，以實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警。 
圖1 燃氣管道泄漏風(fēng)險評價體系架構(gòu)
3 風(fēng)險預(yù)測層 通過整合燃氣管道泄漏風(fēng)險影響因素，并結(jié)合燃氣管道泄漏事故原因［4］，將燃氣管道泄漏風(fēng)險影響因素歸納為10個風(fēng)險強度指標(biāo)：雜散電流風(fēng)險強度、土壤腐蝕性風(fēng)險強度、防腐層風(fēng)險強度、管道本體風(fēng)險強度、庭院管道環(huán)境風(fēng)險強度（僅適用于庭院管道）、地面沉降風(fēng)險強度、地質(zhì)擾動風(fēng)險強度、天氣風(fēng)險強度、施工風(fēng)險強度、穿跨越風(fēng)險強度。 3.1 評價單元 在實際工程中，由管網(wǎng)編號（由壓力級制編碼、測量編碼、順序碼、地區(qū)編碼等組成）描述的管段是燃氣管道的最小單元，由于管段長度過短，將管段作為風(fēng)險評價單元并不合適。因此，將由多條管段組成的評價單元作為燃氣管道泄漏風(fēng)險評價體系的評價對象。 通常，評價單元可分為固定長度單元、可變長度單元［5］。本文采用可變長度單元，并將管道分為庭院管道、庭院外管道：庭院管道以小區(qū)燃氣管道作為評價單元，庭院外管道以若干分配管段作為評價單元。
3.2 風(fēng)險強度指標(biāo)
3.3 評價單元數(shù)據(jù)融合 第k（k=1~10）個風(fēng)險強度指標(biāo)的風(fēng)險強度值Sk的計算式為：
4 風(fēng)險篩查層 4.1 高風(fēng)險區(qū)域篩查 基于風(fēng)險強度指標(biāo)評估燃氣管道泄漏風(fēng)險的問題屬于有監(jiān)督學(xué)習(xí)，高風(fēng)險區(qū)域篩查的一般步驟為：①統(tǒng)計各風(fēng)險強度上的事件數(shù)。②標(biāo)注標(biāo)簽：將泄漏樣本標(biāo)記為1，未泄漏樣本標(biāo)記為0。③樣本對照組數(shù)據(jù)集整理：正樣本集是發(fā)生管道泄漏事件的樣本集，負樣本集是未發(fā)生管道泄漏事件的樣本集。④模型訓(xùn)練：確定訓(xùn)練集、驗證集和測試集。本研究中的正負樣本分布不均衡，生成訓(xùn)練集時采用的是組合-集成方法，反復(fù)多次抽取與正樣本數(shù)相同的負樣本，采用隨機森林模型建立泄漏風(fēng)險二分類模型［6］。⑤泄漏風(fēng)險評價：將二分類預(yù)測時的輸出概率作為評價單元對應(yīng)的綜合風(fēng)險得分。綜合風(fēng)險得分越高，則表明該評價單元的泄漏風(fēng)險可能性越大。 4.2 各風(fēng)險強度指標(biāo)的風(fēng)險強度貢獻度
5 風(fēng)險預(yù)警層 風(fēng)險預(yù)警層并不是對某一風(fēng)險強度指標(biāo)進行預(yù)警，而是對評價單元的綜合風(fēng)險得分進行預(yù)警。在時序上實現(xiàn)快速迭代，基于風(fēng)險時序數(shù)據(jù)對未來風(fēng)險得分做出預(yù)判，實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警。 6 結(jié)語 伴隨著機器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，利用內(nèi)外部的時空大數(shù)據(jù)，由宏觀至微觀，由預(yù)測篩查至預(yù)警的城鎮(zhèn)燃氣管道泄漏風(fēng)險評價得以實現(xiàn)。軟檢測技術(shù)對大量容易測量的過程數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)進行有監(jiān)督學(xué)習(xí)，突破傳統(tǒng)風(fēng)險預(yù)測技術(shù)的小樣本、貧信息等限制，有效預(yù)測復(fù)雜的多因素耦合泄漏風(fēng)險的發(fā)生和發(fā)展趨勢。 以燃氣管道泄漏風(fēng)險影響因素為出發(fā)，建立包括風(fēng)險預(yù)測層、風(fēng)險篩查層、風(fēng)險預(yù)警層的燃氣管道泄漏風(fēng)險評價體系?？蓪崿F(xiàn)對評價時間段內(nèi)各風(fēng)險強度指標(biāo)進行評分，量化評價風(fēng)險強度指標(biāo)?；陲L(fēng)險強度指標(biāo)評分，計算綜合風(fēng)險得分，對高風(fēng)險區(qū)域進行篩查，并量化各風(fēng)險強度指標(biāo)的風(fēng)險強度貢獻度。在時序上實現(xiàn)快速迭代，對未來綜合風(fēng)險得分做出預(yù)判，以實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警。 本研究由北京市燃氣集團有限責(zé)任公司“燃氣管道泄漏風(fēng)險耦合軟檢測模型研究與應(yīng)用示范”項目提供資助。
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