孫 偉

(國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司華中分公司，湖北武漢 430021)

油氣長輸管道是連接油氣資源與市場的重要紐帶，在國家能源安全戰(zhàn)略中占據(jù)重要地位。隨著中國油氣長輸管道的不斷建設(shè)，先進技術(shù)的應(yīng)用成為推動“智能管道、智慧管網(wǎng)”建設(shè)、實現(xiàn)油氣管網(wǎng)“全數(shù)字化移交、全智能化運營、全生命周期管理”，完成數(shù)字管道想智能管道及智慧管網(wǎng)演進的重要動力。

安全平穩(wěn)運行是智能管道建設(shè)的重要內(nèi)容，油氣長輸管道多穿越人口密集區(qū)及生態(tài)敏感區(qū)，其發(fā)生泄漏將造成嚴重的安全、環(huán)保事故，人員傷亡和經(jīng)濟損失。為實現(xiàn)油氣長輸管道安全運行，需加強和完善管道安全監(jiān)控手段，綜合提高人防、物防、技防管理水平，有效監(jiān)控各類安全風險隱患，預防重大安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，確保管道安全可控。

針對油氣長輸管道安全平穩(wěn)運行、智能化建設(shè)的需要，通過需求分析和技術(shù)調(diào)研，設(shè)計基于全景化理念的油氣長輸管道安全監(jiān)控預警系統(tǒng)，在部分長輸管道上進行了綜合應(yīng)用，測試系統(tǒng)的各項功能。應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠為安全管道、智能管道和智慧管網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)設(shè)計

以智能化、全景化、一體化為設(shè)計原則，融合先進、成熟的技術(shù)，集成無人機、傳感器、攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合巡檢帽巡檢、車輛巡檢，實現(xiàn)智能化安全巡檢；通過傾斜攝影技術(shù)、三維建模技術(shù)、視頻融合技術(shù)，實現(xiàn)全景化安全監(jiān)控預警；融合多源數(shù)據(jù)，構(gòu)建安全預警分析“智慧大腦”，實現(xiàn)一體化監(jiān)控預警。

1.1 框架設(shè)計

以“智能管道、智慧管網(wǎng)”架構(gòu)體系為基礎(chǔ)，依據(jù)智能化、全景化、一體化設(shè)計原則，進行系統(tǒng)框架設(shè)計。系統(tǒng)由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層構(gòu)成(圖1)，實現(xiàn)全面感知、實時傳輸、智能分析和綜合應(yīng)用。

a) 感知層：以傳感器的觸覺、攝像頭的視覺，結(jié)合無人機智能巡檢，安全帽人工巡檢和車輛巡檢等手段，獲取管道各類安全數(shù)據(jù)，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的全面獲取。

b) 傳輸層：以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)為核心，打造數(shù)據(jù)通信鏈路，用于把各類傳感器的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)较到y(tǒng)，實現(xiàn)應(yīng)用層與感知層的互聯(lián)互通。

c) 數(shù)據(jù)層：構(gòu)建大型的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的綜合管理，包括安全感知數(shù)據(jù)、管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)運行數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)及日志數(shù)據(jù)等，通過對數(shù)據(jù)進行抽取、清析、分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合與應(yīng)用。

d) 應(yīng)用層：打造綜合管理和決策分析應(yīng)用，通過桌面端、移動端和大屏端等多種方式，實現(xiàn)油氣長輸管道安全監(jiān)控預警，為管理人員提供決策支持。

圖1 管道安全監(jiān)控預警系統(tǒng)框架

1.2 功能設(shè)計

油氣長輸管道安全監(jiān)控預警系統(tǒng)主要由管道安全智能化監(jiān)控、風險信息大數(shù)據(jù)分析、管道數(shù)據(jù)可視化管理、安全預警全景化展示、安全生產(chǎn)一體化管理等功能融合集成(圖2)。通過管道安全智能化監(jiān)控，實現(xiàn)安全隱患信息全面感知；由風險信息大數(shù)據(jù)分析提供全智能化預警分析，實現(xiàn)安全隱患信息快速獲知；結(jié)合傾斜攝影技術(shù)、視頻融合技術(shù)等全景化展示方式，實現(xiàn)安全隱患信息沉浸式?jīng)Q策；對于管道數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等，借助系統(tǒng)的管道數(shù)據(jù)可視化管理和安全生產(chǎn)一體化管理，實現(xiàn)信息的全方位管理。

圖2 管道安全監(jiān)控預警系統(tǒng)功能設(shè)計

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 全景化安全監(jiān)控預警

全景化安全監(jiān)控預警是油氣長輸管道安全監(jiān)控預警系統(tǒng)的核心。通過傾斜攝影技術(shù)，采集管理區(qū)內(nèi)的實景信息，建立三維傾斜攝影模型，進而形成油氣長輸管道的三維模型。結(jié)合布設(shè)在沿線的攝像頭，傳感器等實時感知設(shè)備，通過感知融合技術(shù)，將實時視頻、實時感知信息融合到長輸管道三維模型，進而實現(xiàn)全景化安全監(jiān)控預警。

通過無人機傾斜攝影技術(shù)，采集實景信息，構(gòu)建三維傾斜攝影模型，形成油氣長輸管道三維全景模型。例如：采用無人機傾斜攝影技術(shù)，建立場站傾斜攝影模型，結(jié)合場站內(nèi)的攝像頭，實現(xiàn)全景化管理(圖3)。

高后果區(qū)安全監(jiān)控預警不僅對管道、場站進行全景化管理，對于高后果區(qū)內(nèi)的居民、廠房、醫(yī)院、學校等設(shè)施，通過全景化管理，增加了管理者決策分析的直觀性。例如：通過對高后果區(qū)采用無人機傾斜攝影技術(shù)，建立高后果區(qū)傾斜攝影模型，實現(xiàn)了高后果區(qū)全景化管理(圖4)。

圖3 場站全景化管理

圖4 高后果區(qū)全景化管理

2.2 智能化安全巡檢融合

系統(tǒng)將多源傳感器的實時回傳數(shù)據(jù)進行有序管理和融合，并在平臺上進行一站式可視化呈現(xiàn)。通過可視化融合技術(shù)，確保管理人員形成全景化的管道環(huán)境空間整體印象，高效率地實現(xiàn)對各類信息源、風險點、關(guān)鍵區(qū)域的全局性資源調(diào)度和應(yīng)急處置。

對于無人機實時回傳的軌跡和視頻數(shù)據(jù)，系統(tǒng)快速進行軌跡匹配、視頻融合和安全智能分析，為管理人員展示無人機巡檢軌跡、實時視頻和風險點，為管理人員決策分析提供支持。結(jié)合視頻融合技術(shù)和智能分析技術(shù)，對固定監(jiān)控點回傳的視頻數(shù)據(jù)進行快速融合處理，為管理者呈現(xiàn)一個沉浸式管道環(huán)境，并及時預警人員侵入、挖掘侵入等安全隱患。

3 綜合應(yīng)用

目前，油氣長輸管道安全監(jiān)控預警系統(tǒng)已在國內(nèi)多條油氣長輸管道上進行了探索和應(yīng)用，通過融合感知設(shè)備，建立數(shù)據(jù)中心、安全中心、監(jiān)控中心、預警中心和直播中心，實現(xiàn)了油氣長輸管道安全信息全面感知、智能分析、預警處置和現(xiàn)場直播。通過融合無人機、攝像頭、傳感器、安全帽、巡檢帽、車輛等巡檢設(shè)備及人員，實現(xiàn)安全隱患的全面感知。建立管線、場站、高后果區(qū)等三維傾斜攝影模型，集成視頻攝像頭實時回傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了管線安全全景化監(jiān)控預警，可及時發(fā)現(xiàn)人員侵入、挖掘侵入等安全隱患。

探索和應(yīng)用結(jié)果表明，基于全景化理念的油氣長輸管道安全監(jiān)控預警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)從文本、表格向可視化、全景化轉(zhuǎn)變；風險監(jiān)測從被動監(jiān)控模式向主動智能預警模式轉(zhuǎn)變，顯著提高監(jiān)管的精準性和時效性，有效提升管道風險主動防御能力，為智慧管網(wǎng)的建設(shè)提供有力技術(shù)支撐。