李 娜 馬向陽 鐘志良 宋光紅 盧 靜

1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041；

2.中國石油塔里木油田公司庫車勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部，新疆 庫爾勒 841000；

3.北京興油工程項(xiàng)目管理有限公司，北京 100085

0 前言

天然氣是優(yōu)質(zhì)高效、清潔環(huán)保的能源和重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和民用各個領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生活中具有重要作用。 在政府能源策略的大力支持下，中國天然氣在一次性能源結(jié)構(gòu)中所占比例正在逐年攀升，現(xiàn)已達(dá)到2.5%［1］，但對比其他國家，如美國25.8%，英國38.1%，俄羅斯54.6%，可以發(fā)現(xiàn)，這只是縱向的升高， 和其他國家和地區(qū)相比仍處于較低水平。隨著中國在國內(nèi)不斷勘探并開發(fā)新的天然氣田，在國外持續(xù)發(fā)展并加深與俄羅斯、中東、非洲等地的天然氣能源合作戰(zhàn)略，中國天然氣在一次性能源中所占的比例還將極大提高，天然氣的生產(chǎn)和應(yīng)用具有非常廣闊的發(fā)展前景。 2008 年全球能源消耗對比見表1。

天然氣加工、儲備、運(yùn)輸規(guī)模將不斷擴(kuò)大，安全隱患也會相應(yīng)增多。 天然氣儲藏事故、管道泄漏事故等時有發(fā)生，跨越廣域范圍的運(yùn)輸管道也常有中途泄漏、敵意竊取、自然損壞、人為破壞等情況發(fā)生。 由此帶來的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染都不可估量，對國家能源安全戰(zhàn)略也造成嚴(yán)重威脅。 在此情況下，不斷提高天然氣生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的安全控制具有重要意義。

表1 2008年能源消耗構(gòu)成對比

隨著無線傳感器節(jié)點(diǎn)以及WSN（Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)的成熟、類型的豐富、成本的降低和可靠性的提高［2］，美國、歐洲等地已經(jīng)在開展采用WSN 實(shí)時監(jiān)控工廠、管道狀態(tài)的應(yīng)用研究，以求及時發(fā)現(xiàn)安全隱患、排除安全故障［3］。中國也在城市天然氣供給系統(tǒng)中逐步開展了這樣的試驗(yàn)與應(yīng)用。 但是，在國內(nèi)的天然氣加工、儲存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)，仍缺少系統(tǒng)的隱患實(shí)時監(jiān)測、故障快速排除機(jī)制［4］，常常是事故已發(fā)生后再去現(xiàn)場排查、解決問題，不僅不能防患于未然，而且事故發(fā)生后也難以迅速控制事故、減少損失。 將WSN 用于天然氣加工、儲存與運(yùn)輸，建立大規(guī)模、全范圍、多方位的協(xié)同式無線傳感器監(jiān)測系統(tǒng)，可以很好解決該問題。

1 安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)由后臺監(jiān)管中心、WSN 網(wǎng)絡(luò)和被監(jiān)測的管道、設(shè)備組成。

WSN 中的節(jié)點(diǎn)通常分為兩種：Sensor 節(jié)點(diǎn)和Sink 節(jié)點(diǎn)。Sensor 節(jié)點(diǎn)是感知節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集感知范圍內(nèi)的某種特定信息，如氣體組成、溫度、壓力等。 Sink 節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)，負(fù)責(zé)將Sensor 節(jié)點(diǎn)傳過來的信息通過某種指定的網(wǎng)絡(luò)傳遞到后端監(jiān)控、處理網(wǎng)絡(luò)。

考慮到監(jiān)測區(qū)域一般為廣域范圍，WSN 采用分層結(jié)構(gòu)， 同時引入一種比Sink 節(jié)點(diǎn)更高級別的數(shù)據(jù)匯聚設(shè)備——匯聚節(jié)點(diǎn)。 Sensor 節(jié)點(diǎn)感知的數(shù)據(jù)由Sink 節(jié)點(diǎn)匯聚后，多個Sink 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)再上交給匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再次匯聚、 融合， 最后通過廣域網(wǎng)絡(luò)（如Internet、GPRS、3G等）傳送到后臺監(jiān)管中心，由監(jiān)管中心進(jìn)行實(shí)時分析與評測，見圖1。其中，壓力傳感器、氣體傳感器和溫度傳感器都屬于Sensor 節(jié)點(diǎn)。

圖1 安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 WSN 安全監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施方法

2.1 WSN 節(jié)點(diǎn)部署

2.1.1 Sensor 節(jié)點(diǎn)部署

Sensor 節(jié)點(diǎn)部署需根據(jù)具體監(jiān)測環(huán)境與需求而設(shè)定。 一般而言，在生產(chǎn)、儲存環(huán)節(jié)，需要在廠房和儲存室內(nèi)部署一定的氣體傳感器節(jié)點(diǎn)和溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，對室內(nèi)氣體含量和空氣溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并將這些信息通過傳感器網(wǎng)絡(luò)， 再由某種廣域網(wǎng)絡(luò)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。而壓力傳感器則可廣泛部署于生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸和終端居民供給系統(tǒng)的管道中，通過對壓力變化的感知預(yù)測可能的危險，同時根據(jù)不同位置的壓力差，可以很容易地發(fā)現(xiàn)泄漏、破壞等事故。 溫度傳感器也可以在管道內(nèi)適當(dāng)部署，以增加對潛在危險的預(yù)測能力。

在故障率低、故障影響小的普通區(qū)域，可以對傳感器節(jié)點(diǎn)采用分段、采樣式的部署，根據(jù)若干個采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)來推斷整個區(qū)域的狀況。 在關(guān)鍵區(qū)域，可以采用全覆蓋式部署，即該區(qū)域所有Sensor 可監(jiān)測范圍的并集等于該區(qū)域的面積。

2.1.2 Sink 節(jié)點(diǎn)部署

Sensor 節(jié)點(diǎn)采集到的信息， 周期性上報到Sink 節(jié)點(diǎn)，Sink 節(jié)點(diǎn)匯聚后，上報給更高級別的匯聚節(jié)點(diǎn)，通過某種類型的廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Internet、GPRS、3G 等）向后臺監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送。 在這個過程中，Sink 節(jié)點(diǎn)扮演了終端信息采集與后臺信息處理之間連接紐帶的角色， 其數(shù)量、位置的合理設(shè)置，對于整個WSN 網(wǎng)絡(luò)信息的通暢性、有效性有重要意義。為使用盡可能少的Sink 節(jié)點(diǎn)管理盡可能多的Sensor 節(jié)點(diǎn)，降低WSN 的部署成本，可根據(jù)同類型Sensor 節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分簇，每個簇的中心位置設(shè)置一個Sink 節(jié)點(diǎn)，該簇所有同類型Sensor節(jié)點(diǎn)采集的信息都向此Sink 節(jié)點(diǎn)匯集。Sink 節(jié)點(diǎn)的部署遵循以下原則：

a）1≤∑NSink<<∑NSensor，其中NSink為同類型Sink 節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，NSensor為同類型傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。 即各種類型的Sink 節(jié)點(diǎn)數(shù)量之和應(yīng)該大于等于1， 并遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于各種類型的Sensor 節(jié)點(diǎn)數(shù)量之和。

2.1.3 匯聚節(jié)點(diǎn)部署

匯聚節(jié)點(diǎn)與Sink 節(jié)點(diǎn)的關(guān)系， 類似于Sink 節(jié)點(diǎn)與Sensor 節(jié)點(diǎn)的關(guān)系。 在匯聚節(jié)點(diǎn)的部署中可以參考Sink節(jié)點(diǎn)的思路， 同時可以結(jié)合具體實(shí)施環(huán)境進(jìn)行考慮，如便于接入廣域網(wǎng)、容易供電、便于配置等。

2.2 廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)選擇

目前廣域范圍內(nèi)可以有多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可供選擇，主要包括專網(wǎng)、Internet、GPRS/EDGE、3G、B3G/4G 等。

專網(wǎng)技術(shù)是按照具體行業(yè)和單位需求建立的私有網(wǎng)絡(luò)。 這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、外交、金融等安全性與可靠性要求非常高的場合。 專網(wǎng)建設(shè)完成后僅供指定組織使用， 其他任何組織和用戶都無法共享該專網(wǎng)的資源。 專網(wǎng)技術(shù)可以保證很高的安全性、可靠性，時延、傳輸速率都在可控范圍之內(nèi)。 專網(wǎng)的缺陷是造價高昂，尤其是石油、 天然氣行業(yè)廣域范圍監(jiān)控中的專網(wǎng)布設(shè)，需要大量的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與維護(hù)等方面的資金投入。

Internet，中文正式譯名為因特網(wǎng)，又叫做國際互聯(lián)網(wǎng)，是目前全球最大的廣域網(wǎng)絡(luò)。 Internet 采用分組傳送技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)資源不再由某一部分用戶占用，而是由全部用戶動態(tài)、實(shí)時共享。 天然氣監(jiān)測中WSN 的數(shù)據(jù)匯聚到Sink 節(jié)點(diǎn)之后， 由Sink 節(jié)點(diǎn)通過有線或者無線 （如WLAN，wireless Local Area Network，無線局域網(wǎng)）方式傳送到Internet， 再通過Internet 向后端的監(jiān)測處理網(wǎng)絡(luò)傳送。 這種方式的缺點(diǎn)是Internet 骨干網(wǎng)和核心接入網(wǎng)通常是有線連接，無法延伸到某些區(qū)域，如地形條件特殊的區(qū)域，諸如山區(qū)、沙漠等，而這些類型的區(qū)域通常是天然氣加工、儲存、運(yùn)輸中經(jīng)常涉及的區(qū)域。

GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線服務(wù)） 是在第二代移動通信技術(shù)GSM （Global System of Mobile Communication，全球移動通訊系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，應(yīng)用戶需求發(fā)展而來的數(shù)據(jù)服務(wù)方式。WSN 的數(shù)據(jù)匯集到sink 節(jié)點(diǎn)以后，通過GPRS 經(jīng)過GSM 傳送到后臺監(jiān)控處理終端網(wǎng)絡(luò)。 目前GSM 覆蓋在全國范圍內(nèi)比較完善，在GSM 基礎(chǔ)上使用GPRS 服務(wù)不需要進(jìn)行新的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，接入方式靈活，不受固有條件和線纜的限制。 缺陷是GPRS 速度較慢，一般在幾kbps 到幾十kbps。EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM 演進(jìn)技術(shù)）對此進(jìn)行了改進(jìn)，信息傳輸速率可以達(dá)到GPRS 的4 倍以上。

3G 網(wǎng)絡(luò)以及正在發(fā)展中的B3G/4G 網(wǎng)絡(luò)是基于分組的蜂窩網(wǎng)技術(shù)， 相對于2G GSM 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢在于全部采用分組交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)資源的利用更加充分，并且在物理層、傳輸層采用了更多的新技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸速率可以達(dá)到GPRS/EDGE 的幾十倍到幾百倍。 在目前網(wǎng)絡(luò)向無線化、高帶寬發(fā)展的趨勢下，3G/B3G/4G 網(wǎng)絡(luò)將會是非常有競爭力的廣域傳送技術(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

天然氣監(jiān)測涉及加工、儲存、運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，在每個環(huán)節(jié)的監(jiān)測中也涉及多種信息，如氣體組成、溫度、壓力等， 各個環(huán)節(jié)的多種信息流量如果直接注入廣域網(wǎng)，則對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的壓力很大。 同時，天然氣監(jiān)測往往不會關(guān)注某一個Sensor 節(jié)點(diǎn)的信息，而是關(guān)注某個區(qū)域內(nèi)所有Sensor 節(jié)點(diǎn)的信息。 比如，在某個區(qū)域出現(xiàn)了漏氣事故，則該區(qū)域內(nèi)的所有壓力傳感器節(jié)點(diǎn)感知到的壓力都會相應(yīng)降低。 此時只需要把此區(qū)域內(nèi)的整體壓力變化傳送到后端監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，即可獲知泄漏信息，而不需要把每個節(jié)點(diǎn)的壓力數(shù)值都傳送過去。 這種思路即為數(shù)據(jù)融合技術(shù)， 采用融合技術(shù)可以極大降低傳輸網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合方法通常只針對單一業(yè)務(wù)，以減少報文數(shù)量和長度為目標(biāo)進(jìn)行融合，其算法僅適用于特定業(yè)務(wù)，不具有擴(kuò)展性。 天然氣監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)種類繁多，融合算法和融合要求也各不相同，并且同一種業(yè)務(wù)還可能跨越區(qū)域分布在多個WSN 子網(wǎng)中。 目前傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合方法既沒有針對多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一融合方法，也無法對不同區(qū)域內(nèi)的同種業(yè)務(wù)進(jìn)行充分融合。 因此， 不僅要從各個協(xié)議層次上減少報文的長度和數(shù)量，還要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類轉(zhuǎn)發(fā)，使相同業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)盡可能沿靠近其業(yè)務(wù)區(qū)的路徑傳遞，以便進(jìn)行更加充分的融合。

數(shù)據(jù)融合方式可分為粗融合和細(xì)融合。 粗融合負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的融合加工，例如在鏈路層通過進(jìn)行數(shù)據(jù)包頭部信息的壓縮，合并多個發(fā)往同一目的地的數(shù)據(jù)包，減少信息報文的傳遞和信道競爭等。 細(xì)融合負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致融合， 根據(jù)天然氣安全監(jiān)測業(yè)務(wù)特點(diǎn)，越靠近核心業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)對該類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合度越高。 匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)類型、實(shí)時性、路由信息及帶寬等決定是否進(jìn)行細(xì)融合，并針對業(yè)務(wù)種類選擇不同的應(yīng)用層融合算法。 與傳統(tǒng)的單一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合方式相比，這種分級數(shù)據(jù)融合模型提高了網(wǎng)絡(luò)對信息融合處理的靈活性與擴(kuò)展性。 為了在匯聚節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一處理各種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)融合，可采用一種基于可重構(gòu)中間件的數(shù)據(jù)融合框架，見圖2。 對每種業(yè)務(wù)類型，融合中間件將采用不同的融合處理方式。 對每種業(yè)務(wù)而言，當(dāng)時延、剩余帶寬等約束條件變化時， 同一種業(yè)務(wù)的融合算法也會隨之變化?？芍貥?gòu)融合中間件，方便地實(shí)現(xiàn)多種融合算法的動態(tài)加載和替換，滿足上述各種應(yīng)用需求，提高匯聚節(jié)點(diǎn)的靈活性。

圖2 可重構(gòu)融合中間件

2.4 數(shù)據(jù)存儲與查詢

由于每個Sensor 節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源、存儲資源以及能量有限， 網(wǎng)絡(luò)中的通信帶寬也非常有限， 傳統(tǒng)的基于Sensor 節(jié)點(diǎn)的分布式存儲策略不適用于這種廣域的傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)［5］。同時，用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)所搜集的各種數(shù)據(jù)有不同查詢頻度，數(shù)據(jù)自身的容遲度也有差異，因此需要針對數(shù)據(jù)屬性的差異進(jìn)行分級分布式存儲，以提高查詢效率。

基于上述考慮，可采用分級、分布式時空存儲查詢策略。 該存儲查詢策略除了可以提供基于數(shù)據(jù)類型的快速事件查詢外，還可以在不增加復(fù)雜度的前提下實(shí)現(xiàn)基于地理區(qū)域的快速信息查詢。 在該策略中，將采用以下三級存儲結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)存儲于不同層次的節(jié)點(diǎn)上。

第一級——Sink 節(jié)點(diǎn)：Sink 節(jié)點(diǎn)可存儲網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)先級（與查詢概率和容遲特性有關(guān)的度量參量）高的信息，并管理信息匯聚網(wǎng)中的數(shù)據(jù)存儲，例如：根據(jù)事件計(jì)算各種觀察屬性數(shù)據(jù)的最優(yōu)存儲位置，計(jì)算各種屬性（信息類型）的存儲查詢路由、數(shù)據(jù)遷移路由等。

第二級——匯聚節(jié)點(diǎn)：匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)存儲優(yōu)先級較低的信息（除Sink 節(jié)點(diǎn)存儲的類型之外的信息）。存儲的數(shù)據(jù)根據(jù)查詢應(yīng)用不同，分為兩種：一種是由Sink 節(jié)點(diǎn)根據(jù)最優(yōu)存儲映射算法決定的某種或多種類型的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自于整個網(wǎng)絡(luò)；另一種是該匯聚節(jié)點(diǎn)所有下屬Sensor 節(jié)點(diǎn)經(jīng)過匯聚融合后的數(shù)據(jù)，以提供基于地理區(qū)域的快速信息查詢。

第三級——Sensor 節(jié)點(diǎn)： 存儲本節(jié)點(diǎn)一定時限范圍內(nèi)的歷史感知數(shù)據(jù)。 Sensor 節(jié)點(diǎn)并不是將所有感知數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，而是根據(jù)當(dāng)前感知的數(shù)據(jù)和存儲的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，決定是否需要將感知信息更新到上級匯聚節(jié)點(diǎn)，減少不必要的通信。

由于傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，第一級和第二級的數(shù)據(jù)存儲采用以數(shù)據(jù)為中心的分布式存儲方式進(jìn)行管理。 由于分布式存儲和查詢功能主要在匯聚節(jié)點(diǎn)和Sink 節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)， 而傳感器節(jié)點(diǎn)的相關(guān)功能大為簡化，故可極大降低WSN 的整體組網(wǎng)成本。 第三級可以采用傳統(tǒng)的本地存儲方式。

3 WSN 安全檢測系統(tǒng)應(yīng)用前景

3.1 應(yīng)用范圍

WSN 可廣泛應(yīng)用于天然氣安全監(jiān)測的各個環(huán)節(jié)，包括加工、儲存和運(yùn)輸?shù)母鞣N安全信息采集與實(shí)時狀況監(jiān)測。 在天然氣加工環(huán)節(jié)，可以對生產(chǎn)工況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常狀況， 為實(shí)時的流程控制提供必需的數(shù)據(jù)；在天然氣儲存環(huán)節(jié)，可以實(shí)時監(jiān)測儲存設(shè)備內(nèi)部的溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)，對異常狀態(tài)進(jìn)行及時的匯報與預(yù)警；在天然氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)，通過對溫度、壓力、流量及氣體組成等參數(shù)的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)已有（或潛在）的中途泄漏、敵意竊取、自然損壞、人為破壞等安全問題。在此基礎(chǔ)上，迅速、有針對性地采取合適措施，防范潛在事故的發(fā)生，控制已發(fā)事故的擴(kuò)大，將損失降低到最小限度。

3.2 與現(xiàn)有系統(tǒng)的結(jié)合

在天然氣工業(yè)領(lǐng)域，目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)是SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)［6］。 該系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的分布式控制與自動化監(jiān)控系統(tǒng)，采用有線方式，對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能。

將WSN 與SCADA 結(jié)合使用，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，避免各自的缺陷：WSN 節(jié)點(diǎn)成本較低，可對關(guān)鍵地區(qū)進(jìn)行全覆蓋的監(jiān)測，也可用于穿越沙漠、森林等特殊條件下的儲運(yùn)設(shè)備與管道， 避免了SCADA 系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)少、 部分環(huán)境下部署成本高等問題；SCADA 系統(tǒng)在監(jiān)測之外，還可以根據(jù)監(jiān)測的情況或者生產(chǎn)需求，對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)、實(shí)時控制等操作，彌補(bǔ)了WSN 只能單向監(jiān)測，無法反向控制的缺陷。

3.3 應(yīng)用示例

WSN 用于天然氣工業(yè)及同類工業(yè)監(jiān)測， 如石油運(yùn)輸、暖氣供應(yīng)等都可取得良好效果。 以山東臨濟(jì)管線泄露監(jiān)測系統(tǒng)（圖3）為例，該系統(tǒng)由一首站、臨南站、臨濟(jì)3站及化2 站的四個采集點(diǎn)組成，臨濟(jì)3 站又分為南、北兩個子系統(tǒng)。 各子系統(tǒng)可完成各站點(diǎn)的壓力、流量、溫度等工況信息的實(shí)時采集處理，利用無線傳輸技術(shù)將監(jiān)測信息傳送到檢測中心， 由檢測中心進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)自動報警和泄露點(diǎn)定位。 該管道監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)施可在安全隱患爆發(fā)前發(fā)出安全預(yù)警，極大地提高管線系統(tǒng)的安全性與可靠性。

圖3 山東臨濟(jì)管線泄露檢測系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)論

WSN 應(yīng)用于天然氣工業(yè)安全監(jiān)測的各個環(huán)節(jié)，可提高對安全事故的預(yù)警，并降低已發(fā)生事故的損失。 廣域范圍的天然氣加工安全監(jiān)測， 需要采用大規(guī)模分層WSN，收集天然氣加工各環(huán)節(jié)的各種信息，將這些信息通過廣域網(wǎng)傳送到后端監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與預(yù)警。Sink 節(jié)點(diǎn)、Sensor 節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的合理部署可以提高改善監(jiān)測的覆蓋范圍、 提高監(jiān)測的有效性，并降低網(wǎng)絡(luò)成本。 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分層融合模型可大大降低通過廣域網(wǎng)傳送的數(shù)據(jù)量，減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和有效性；分級查詢模型能夠?qū)⒋罅康臄?shù)據(jù)分布式存儲，降低各級節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，并提高查詢定位的精確度，減少查詢時間。

WSN 在天然氣工業(yè)安全監(jiān)測中的應(yīng)用，必將有效提高天然氣工業(yè)安全的可控性， 減少各種安全事故的發(fā)生，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，為國家能源戰(zhàn)略的順利進(jìn)行保駕護(hù)航。

［1］ 張格非. 用光學(xué)傳感器提高石油和天然氣的開采量［J］. 光機(jī)電信息，2007，24（3）：28-30.Zhang Gefei. Oil and Gas Production Enhanced by Using Optical Sensor ［J］. Opto-mechatronics Information，2007，24（3）：28-30.

［2］ 馮仁劍，張帥鋒，于 寧，等. 應(yīng)用于天然氣管網(wǎng)安全監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］. 傳感技術(shù)學(xué)報，2009，22（10）：1492-1497.Feng Renjian，Zhang Shuaifeng，Yu Ning，et al. Design and Implementation of Wireless Sensor Network Nodes Used for Natural Gas Pipeline Safety Monitoring［J］. Journal of Sensing Technology，2009，22（10）：1492-1497.

［3］ Stolanov I，Nachman L，Madden S，et al. Pipenet：A Wireless Sensor Network for Pipeline Monitoring. Proceedings of 6th ICIP in Sensor Networks［C］.Massachusetts，USA：IEEE Press，2007.

［4］ 蔣宏業(yè)，姚安林，么惠全，等. 輸氣管道第三方破壞風(fēng)險因素的敏感性分析［J］. 天然氣與石油，2011，29（1）：1-3.Jiang Hongye，Yao Anlin，Yao Huiquan，et al. Sensitivity Analysis on the Third -party Damage Risk Factors of Gas Pipeline ［J］.Natural Gas and Oil，2011，29（1）：1-3.

［5］ Lee T H. The Design of CMOS Radio Frequency Integrated Circuits ［M］. Cambridge：Cambridge University Press，2005.26-37.

［6］ 朱小華， 楊 駿. 天然氣長輸管道應(yīng)急救援系統(tǒng)開發(fā)研究［J］. 天然氣與石油，2009，27（2）：38-41.Zhu Xiaohua，Yang Jun.Development and Research of Emergency Rescue System in Long-distance Natural Gas Pipeline［J］.Natural Gas and Oil，2009，27（2）：38-41.