[ez-toc]

مقدمه: تحول در مدیریت شبکه گاز با پلتفرم‌های هوشمند

در سال‌های اخیر، کشورهایی مانند استرالیا با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین نظیر IoT، نرم‌افزارهای ابری و هوش مصنوعی، سیستم‌های توزیع گاز خود را هوشمند کرده‌اند. این تحولات باعث شده‌اند شرکت‌های گاز بتوانند بر مصرف مشترکان نظارت لحظه‌ای داشته باشند، خطرات احتمالی را پیش‌بینی کرده و به‌صورت خودکار اقدامات اصلاحی انجام دهند.

 پلتفرم‌های پیشرفته نرم‌افزار هوشمند شبکه گاز

 پلتفرم Itron DI

 Azure Cloud Platform (مایکروسافت)

 EDMI Energy Cloud

 پلتفرم X2M IoT (Vision Platform)

 اجزای یک نرم‌افزار هوشمند شبکه گاز مبتنی بر IoT

1. دستگاه‌های IoT

دستگاه‌هایی هوشمند متصل به کنتورها برای ارسال/دریافت داده

2. هاب IoT

واسط ارتباط بین دستگاه‌های انتهایی و فضای ابری – مسئول پردازش محلی

3. پلتفرم مرکزی IoT

نرم‌افزاری برای مدیریت هشدارها، داده‌ها، کنترل دستگاه‌ها و توسعه اپلیکیشن

 نقش هوش مصنوعی در سامانه‌های هوشمند گاز

هوش مصنوعی (AI) با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، در سیستم‌های اندازه‌گیری هوشمند گاز نقش‌هایی کلیدی دارد:

مزایا:

• شناسایی نشت گاز و جلوگیری از خطرات ایمنی

• پیش‌بینی تقاضای آینده بر اساس الگوهای مصرف

• تشخیص تقلب یا دستکاری در کنتورها

• پشتیبانی از مشتری از طریق ربات‌های گفت‌وگو و توصیه شخصی‌شده

نمونه‌های واقعی از AI در شبکه‌های گاز استرالیا

 هوش توزیع‌شده: تصمیم‌گیری در مرز شبکه

برخلاف ساختارهای سنتی که تحلیل و تصمیم‌گیری تنها در سرور مرکزی انجام می‌شود، در ساختار توزیع‌شده:

• داده‌ها در خود دستگاه یا هاب محلی تحلیل می‌شوند

• کاهش تأخیر، بهبود تشخیص فوری و واکنش سریع در شرایط بحرانی حاصل می‌شود

• مثال: پلتفرم X2M و Itron از این فناوری استفاده می‌کنند

پلتفرم‌هايي مانند آنچه كه در پلتفرم هوشمند شبکه گاز استرالیا استفاده شده و همچنينSchneider Electric، AZZO و … و پلتفرم‌هاي شركت‌هاي فروشنده عمده گاز در استراليا مورد استفاده قرار گرفته­اند. نرم‌افزار head end مورد استفاده در استرالیا نیز بر اساس استانداردهای باز معرفی شده برای برقراری ارتباط با دستگاه‌های IoT جایگزین خواهد شد. گزینه‌های جایگزینی زیادی وجود دارد؛ از میزبانی (مانند Eclipse Leshan) تا پیشنهادات پلتفرم به عنوان سرویس (PaaS) و پيشنهاداتي مانند Microsoft Azure IoT Suite تا نرم‌افزار به عنوان سرویس (SaaS) .

با یک پلتفرم کاملاً یکپارچه برای جمع‌آوری و مدیریت داده‌ها، و توانایی نظارت بر کنتور از راه دور، شرکت‌های گاز می‌توانند خروجی دارایی‌های اندازه‌گیری را بهبود بخشند، از خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده جلوگیری کنند، تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را اجرا کنند، و برای ارتقاهای آینده مجهزتر شوند و تهدیدات امنیتی را برطرف کنند. پلتفرم‌هاي نام برده داراي ويژگي‌هاي زير مي‌باشند:

• رابط مشتری وب بصری و قابل تنظیم
• نظارت زمان واقعی با الگوهای صفحه نمایش از پیش تعریف شده
• گزارش‌های استاندارد و پیشرفته انرژی برای تجزیه و تحلیل مصرف و مدیریت هزینه
• پشتیبانی کامل WAGES (آب، هوا، گاز، برق، بخار) (داشبورد، گزارش و صفحه نمایش) در ابزارهای نرم‌افزاری
• مدیریت هشدار از پیش تعریف شده یا سفارشی­ شده
• پشتیبانی از اندازه­گیری ورودی
• ثبت خودکار پایگاه داده
• کاملاً با فناوری ION سازگار است.
• برخی پلتفرم‌ها از نرم‌افزار PowerLogic ION Enterprise و انتقال نرم‌افزار System Manager پشتیبانی می‌کند.

پلتفرم‌های استفاده شده در استرالیا در جدول زیر آورده شده است.

پلتفرم	ویژگی‌ها
Itron’s DI platform	توضيحات: برنامه‌های Itron DI شامل برنامه‌هایی برای بهینه‌سازی شبکه، مدیریت دارایی، یکپارچه‌سازی منابع انرژی توزیع‌شده (DER) و مشارکت مصرف‌کننده است. علاوه بر این، DI از یک پلتفرم باز استفاده می‌کند که از نوآوری شخص ثالث با کیت توسعه API پشتیبانی می‌کند و اکوسیستم رو به رشد شرکا را قادر می‌سازد تا برنامه‌های کاربردی سفارشی مبتنی بر ارزش خود را ایجاد کنند. ویژگی‌ها: ·         دارای هوش توزیع یافته ·         مجهز به فناوری لبه ·         بهبود ایمنی مشتری ·         کاهش هزینه‌های عملیاتی، ·         افزایش طول عمر دارایی‌های سرمایه‌ای
Azure cloud platform Azure and Platform as a Service (PaaS)	شركت سازنده: EDMI شركت گاز استفاده كننده: Australian Gas Networks مدت مهاجرت به پلتفرم مبتني بر ابر: 12 ماه ويژگي‌ها: –    جمع‌آوري و اشتراك اطلاعات تمامي كنتور‌ها –    به‌روزرساني خودكار نرم‌افزار كنتور: هزینه‌های نگهداری مرتبط با مدیریت ناوگان متنوعی از دستگاه‌ها یا نسخه‌های مختلف نرم‌افزار را کاهش می‌دهد. –    راه حلی که برای EDMI به کار گرفته شده است، خدمات ابری، برنامه‌ها، لینوکس و ماشین‌های مجازی ویندوز را با پیشنهادات PaaS برتر مانند Redis Cache و Service Bus ترکیب می‌کند. –    تغيير شيوه مديريت توسعه: ابتدا محاسبات در ابر و نتيجه­گيري مثبت و منفي و در آخر حركت به سوي هدف موردنظر به جاي ابتدا حركت و ديدن نتيجه مثبت و منفي آن. –          حداقل تلاش برای استقرار وجود دارد – توسعه‌دهندگان از ویژوال استودیو استفاده می‌کنند و در فضای ابری مستقر می‌شوند و می‌توانند خیلی سریع از طریق تکرار حرکت کنند. –          برای انتقال داده‌ها، Azure از پروتکل‌های حمل و نقل استاندارد صنعتی بین دستگاه‌های کاربر و مراکز داده مایکروسافت و در خود مراکز داده استفاده می‌کند. امنيت: –          Azure برای انطباق با یک سری از استانداردهای جهانی امنیت و اعتماد طراحی شده است و در لیست خدمات ابری تایید شده دولت استرالیا گنجانده شده است. Azure برای قرار گرفتن در لیست، توسط دولت استرالیا مورد ارزیابی برای امنیت اطلاعات ثبت شده (IRAP) قرار گرفته و توسط اداره سیگنال‌های استرالیا (ASD) گواهینامه دریافت کرده است. –          قابلیت رمزگذاری تا AES-256. –          مایکروسافت Azure برای نشان دادن تعهد خود به حفظ حریم خصوصی، اولین کد عملی در جهان برای حفظ حریم خصوصی ابری، ISO 27018 را پذیرفته است. در عین حال به شرکت‌ها اطمینان داده می‌شود که همیشه همه داده‌های موجود در Azure را در اختیار دارند تا از کنترل کامل بر آن اطلاعات اطمینان حاصل کنند.
EDMI Energy Cloud	سازنده: شرکت EDMI شرکت‌های گاز استفاده کننده: AGN، Jemena و… ویژگی‌ها: برای پاسخگویی به این تغییر بازار، EDMI، EDMI Energy Cloud را توسعه داده است، یک سیستم کامل end to end که در دسترس بودن و ظرفیت بالایی را در یک هداند AMI پیشرفته، یک MDMS یکپارچه و یک پورتال مدیریت انرژی و تجزیه و تحلیل مشتری ارائه می‌دهد.
پلتفرم X2M IoT	شرکت سازنده: X2M پلتفرم X2M IoT یک ارائه SaaS است که موتورهای میکرو مستقر و همه دستگاه‌های متصل را مدیریت، نظارت، تشخیص و کنترل می‌کند. این به عنوان یک نقطه تجمع برای تمام داده‌های مشتری، تولید گزارش و مدیریت شبکه عمل می‌کند. از طریق یک رابط باز به صورت‌حساب، برنامه‌ریزی منابع سازمانی، مراقبت از مشتری، بازاریابی و سیستم‌های مکانی ادغام می‌شود. پلتفرم X2M IoT با نام Vision Platform (Vision) شناخته می‌شود. همچنین شامل یک برنامه تلفن همراه معروف به PRISM است. PRISM برنامه کاربری است که به خانواده‌ها اجازه می‌دهد به داده­ها و هشدارهای خود دسترسی داشته باشند و در صورت مشترک شدن ارائه دهنده خدمات در این سرویس، این داده­ها در دسترس است.

پلتفرم اینترنت اشیاء

مزایای پلتفرم‌های اینترنت اشیاء عبارتند از: ارائه اطلاعات پیشرفته در مورد استفاده مشتری، کنترل نقاط پایانی را از طریق اطلاعات توزیع شده و متمرکز فراهم می‌کند. به بهبود بهره ­وری انرژی و تعادل بار در سراسر شبکه، و به حداقل رساندن خطر حوادث ایمنی مانند نشت آب و انفجار گاز کمک می‌کند.

سه جزء مختلف یک پلتفرم اینترنت اشیاء عبارتند از: دستگاه اینترنت اشیاء،‎هاب اینترنت اشیاء و پلتفرم اینترنت

الف : دستگاه اینترنت اشیاء

این دستگاه­ها، دستگاه‌های هوشمند جداگانه هستند، یا ساخته شده یا به یک کنتور یا زیرساخت دیگر اضافه شده‌اند که می‌توانند برای ارسال و دریافت داده به اینترنت متصل شوند.

ب :‎هاب اینترنت اشیاء

یک دستگاه محاسباتی کوچک که در نزدیکی دستگاه‌های هوشمند انتهایی قرار دارد. هدف آن جمع­آوری و ساده­سازی اطلاعات دریافتی از هر دستگاه و راه­اندازی اقدامات محلی است. همچنین داده‌ها به پلتفرم مرکزی اینترنت اشیاء در فضای ابری ارسال می‌شوند تا اقدامات گروهی را آغاز کنند. برخی از دستگاه‌های اینترنت اشیاء از‎هاب اینترنت اشیاء استفاده نمی‌کنند.

ج. پلتفرم اینترنت اشیاء

نرم‌افزاری که امکان مدیریت دستگاه، هشدار، جمع­آوری داده‌ها، توسعه برنامه و تجزیه و تحلیل را فراهم می‌کند.

اینترنت اشیاء همچنین دستگاه‌های آنالوگ قدیمی را قادر می‌سازد تا به دستگاه‌های «هوشمند» تبدیل شوند که مزایای فوری را برای مشتری ارائه کنند. شکل زیر اجزای یک پلتفرم اینترنت اشیاء را نشان می‌دهد.

هوش مصنوعی در نرم‌افزار هوشمند شبکه گاز

هوش مصنوعی این پتانسیل را دارد که صنعت اندازه‌گیری دیجیتال یا هوشمند گاز در استرالیا را با امکان نظارت و مدیریت دقیق‌تر و کارآمدتر بر مصرف گاز متحول کند. یکی از مزایای کلیدی هوش مصنوعی در اندازه‌گیری دیجیتال گاز، توانایی تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از داده‌های تولید شده توسط کنتورهای هوشمند گاز به صورت زمان واقعی است.

با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، سیستم‌های هوش مصنوعی می‌توانند الگوها و ناهنجاری‌ها را در داده‌های مصرف گاز شناسایی کنند، که می‌تواند به شرکت‌های گاز کمک کند تا نشت‌ها را شناسایی کنند، همچنين تقاضای آینده را پیش‌بینی کنند و شبکه‌های توزیع خود را بهینه کنند.

علاوه بر این، ربات‌های گفتگوی مبتنی بر هوش مصنوعی و دستیارهای مجازی می‌توانند برای ارائه توصیه‌ها و پشتیبانی شخصی‌شده مصرف گاز، مانند نکاتی در مورد کاهش مصرف گاز و هشدارهایی برای الگوهای استفاده غیرعادی، به مشتریان ارائه دهند. به طور کلی، ادغام هوش مصنوعی در سیستم‌های اندازه‌گیری دیجیتال یا هوشمند گاز در استرالیا، پتانسیل بهبود کارایی، کاهش هزینه‌ها و افزایش تجربه مشتری را دارد.

با این حال، مهم است که اطمینان حاصل شود که این سیستم‌ها با حفظ حریم خصوصی داده‌ها و اقدامات امنیتی مناسب برای محافظت از داده‌های مشتری طراحی و اجرا شده­اند.

یکی دیگر از کاربردهای هوش مصنوعی در اندازه‌گیری هوشمند گاز، تشخیص تقلب است. با تجزیه و تحلیل داده‌های کنتورهای هوشمند گاز، الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توانند الگوهای استفاده غیرعادی را شناسایی کنند که ممکن است نشان دهنده سرقت گاز یا دستکاری کنتور باشد.

این می‌تواند به شرکت‌های گاز کمک کند تا فعالیت‌های تقلبی را شناسایی و رسیدگی کنند، دقت صورت‌حساب را بهبود بخشد و از دست دادن درآمد را کاهش دهد.

چندین شرکت گاز در استرالیا در حال بررسی استفاده از هوش مصنوعی در اندازه‌گیری دیجیتال گاز هستند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

1- Jemena : ایت شرکت در حال آزمایش یک شبکه گاز مبتنی بر هوش مصنوعی است که از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی توزیع گاز و شناسایی خطاهای احتمالی در شبکه استفاده می‌کند. این سیستم در شبکه گاز Jemena در  New South Walesدر حال آزمایش است.

2- AGN: شبکه‌های گاز استرالیا (AGN) یکی دیگر از شرکت‌های توزیع گاز است که در حال بررسی استفاده از هوش مصنوعی در اندازه‌گیری دیجیتال گاز است. AGN در حال آزمایش سیستمی است که از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای نظارت بر الگوهای مصرف گاز و پیش­بینی تقاضای آینده استفاده می‌کند. این سیستم در شبکه گاز AGN در استرالیای جنوبی در حال آزمایش است.

3-Energy Queensland : Queensland، از هوش مصنوعی برای بهبود دقت خوانش کنتور گاز استفاده می‌کند. این شرکت در حال آزمایش سیستمی است که از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای شناسایی بی‌نظمی‌ها در الگوهای مصرف گاز و تنظیم قرائت‌های کنتور بر این اساس استفاده می‌کند.

4- AEMO: AEMO روی پروژه­ای کار می‌کند که هدف آن استفاده از هوش مصنوعی برای بهبود دقت پیش­بینی و زمان­بندی شبکه گاز است. این پروژه شامل توسعه الگوریتم‌های یادگیری ماشینی است که می‌تواند داده‌های گازسنج، حسگرهای آب و هوا و سایر منابع را برای پیش‌بینی تقاضای گاز و تنظیم عرضه بر اساس آن تجزیه و تحلیل کند.

نمونه‌های دیگر هوش مصنوعی را می‌توان همانطور که در قسمت پلتفرم ذکر شد در دستگاه‌ها و پلتفرم DI شرکت Itron مشاهده کرد. Itron، با کنتور‌های اینتلیس با ارائه توانایی خود نظارتی و قطع جریان گاز در طول یک حادثه با جریان بالا، مستقل از دخالت اپراتور یا با توپولوژی قرائت توسط RF، هوش توزیع شده را به اندازه‌گیری گاز اضافه می‌کند .

هوش توزیع‌شده به طور مؤثری تجزیه و تحلیل شبکه، تصمیم‌گیری و کنترل را به لبه شبکه منتقل می‌کند، که منجر به کاهش قابل‌توجه در تأخیر عمل، بهبود آگاهی موقعیتی، تجزیه و تحلیل دقیق‌تر و تشخیص رویداد پیشرفته‌تر می‌شود.

همچنین پلتفرم شرکت X2M نیز ارتباطات دو طرفه IoT و هوش توزیع شده را در بر می‌گیرد. این هسته فناوری X2M  که نقش یک «موتور هوشمند» را دارد می­تواند با چندین دستگاه از طریق هر شبکه تعامل کند. برنامه‌هایی که روی موتور میکرو اجرا می‌شوند، می‌توانند بر اساس اطلاعاتی دستگاه‌های جداگانه یا گروه‌هایی از دستگاه‌ها (که معمولاً به عنوان «هوش توزیع شده» شناخته می‌شوند)، تصمیم‌گیری مستقل داشته باشند.

برنامه‌های Micro Engine همچنین می‌توانند اطلاعات دریافتی از هر دستگاه را جمع‌آوری و نرمال کنند و آن را به پلتفرم X2M IoT ارسال کنند و در نتیجه میزان داده‌ای که باید به پلتفرم ارسال شود کاهش می‌یابد. اینتلیس با ارائه توانایی خود نظارتی و قطع جریان گاز در طول یک حادثه با فلوی بالا، مستقل از دخالت اپراتور یا با توپولوژی قرائت توسط RF، هوش توزیع شده را به اندازه‌گیری گاز اضافه می‌کند.

جمع‌بندی

نرم‌افزار هوشمند شبکه گاز، با بهره‌گیری از پلتفرم‌های ابری، ارتباطات IoT و الگوریتم‌های هوش مصنوعی، گامی بزرگ در جهت افزایش بهره‌وری، ایمنی و رضایت مشتری است. تجربه استرالیا در استفاده از پلتفرم‌هایی مانند Azure، Itron، X2M و EDMI نشان می‌دهد که این مسیر، آینده صنعت گازرسانی هوشمند است.

 سوالات متداول

چرا استفاده از پلتفرم ابری در سامانه گاز اهمیت دارد؟

برای کاهش هزینه‌ها، دسترسی آسان به داده‌ها، آپدیت سریع نرم‌افزار کنتورها و افزایش امنیت.

نقش هوش مصنوعی در مدیریت گاز چیست؟

شناسایی نشت، تشخیص تقلب، پیش‌بینی مصرف آینده و پشتیبانی از مشتریان با تحلیل رفتار مصرفی.

تفاوت پلتفرم X2M با سایر پلتفرم‌ها چیست؟

X2M دارای موتور هوش توزیع‌شده در لبه شبکه است که قادر به تحلیل محلی و واکنش سریع به اتفاقات می‌باشد.