王磊 杭光強(qiáng)

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）管道運(yùn)輸公司

摘要：基于吳延管道主要外部風(fēng)險(xiǎn)特征，融合振動(dòng)光纖預(yù)警、AI視頻監(jiān)控、無(wú)人機(jī)巡檢和智能感知終端等管道巡護(hù)新技術(shù)，搭建風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)智能管控一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息共享、設(shè)備聯(lián)動(dòng)，有效提升了公司管道外部風(fēng)險(xiǎn)管控水平。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)管控；一體化平臺(tái)；振動(dòng)光纖；AI視頻監(jiān)控；無(wú)人機(jī)巡檢

傳統(tǒng)的以人巡為主的管道巡護(hù)方式在時(shí)間、空間、質(zhì)量和效率上已難以應(yīng)對(duì)當(dāng)前油氣管道不斷增加的外部安全風(fēng)險(xiǎn)。陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)管道運(yùn)輸公司采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備彌補(bǔ)人工巡檢的短板，為油氣管道保護(hù)提供了新的解決方案。

1  管道安全管控現(xiàn)狀

吳起—延煉輸油管道（以下簡(jiǎn)稱吳延管道）全長(zhǎng)322.77公里，途經(jīng)陜北黃土高原，多次穿越水源地、自然保護(hù)區(qū)和河流，地形地貌復(fù)雜多變。沿途設(shè)有閥室16座，跨越明管29處，穿越大型河流77處。現(xiàn)有高后果區(qū)51處，約115.1公里，占全線35.66%。風(fēng)險(xiǎn)管段34處，易打孔盜油點(diǎn)67處，與道路交叉399處、并行92段，并行里程111.14公里，與油氣管道交叉207處，并行135段，并行里程77.049公里。

隨著兩輪漏磁內(nèi)檢測(cè)和缺陷修復(fù)工作，吳延管道本體風(fēng)險(xiǎn)基本得到了控制，但是第三方施工損壞、違章占?jí)骸⒋蚩妆I油和自然與地質(zhì)災(zāi)害等管道外部風(fēng)險(xiǎn)呈上升趨勢(shì)。傳統(tǒng)的管道巡護(hù)方式難以做到全時(shí)空覆蓋，存在不到位、效率低、管理難度大等問(wèn)題，無(wú)法做到事前預(yù)警。近年來(lái)雖然采取GPS、振動(dòng)光纖、視頻監(jiān)控、無(wú)人機(jī)等技術(shù)手段彌補(bǔ)人巡的不足，但各系統(tǒng)之間存在壁壘，影響信息共享、業(yè)務(wù)交互和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，亟須建立多源、多維度的空地協(xié)同管道智能平臺(tái)，加強(qiáng)統(tǒng)一管理，以提升資源的有效利用。

2  監(jiān)測(cè)智能管控一體化平臺(tái)

2.1  系統(tǒng)構(gòu)成

（1）振動(dòng)光纖預(yù)警。能夠準(zhǔn)確識(shí)別和預(yù)警管道周邊人工挖掘、機(jī)械挖掘、車輛行駛等第三方損壞行為（圖 1）。

圖 1 振動(dòng)光纖預(yù)警避免第三方損壞事故

（2）AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)。安裝在管道高后果區(qū)、風(fēng)險(xiǎn)管段、易打孔盜油等管道重要部位的AI視頻監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣管道的全天時(shí)、全天候“慧眼巡查”，對(duì)闖入電子圍欄的可疑人員、車輛和機(jī)械進(jìn)行智能識(shí)別、抓拍、告警和錄像，特別是對(duì)打孔盜油不法分子起到了一定程度的震懾作用。同時(shí)也彌補(bǔ)了雨雪等特殊天氣人工無(wú)法巡護(hù)和人工巡護(hù)具有時(shí)段性的短板，保證了巡護(hù)質(zhì)量和效率（圖 2）。

圖 2 AI視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（3）無(wú)人機(jī)場(chǎng)。無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢具有速度快，覆蓋面廣，不受地形影響，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)全方位、高視角、寬視野巡檢，彌補(bǔ)了人工巡檢視野窄小，效率低等短板。但是無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢也受續(xù)航里程、天氣、供電、機(jī)場(chǎng)位置和成本等因素制約。

（4）平臺(tái)邏輯程序是預(yù)警信息確認(rèn)、協(xié)同和聯(lián)動(dòng)。為了快速確認(rèn)和反饋預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)人防、物防、技防的緊密結(jié)合，系統(tǒng)建設(shè)中拓展了視頻與無(wú)人機(jī)聯(lián)動(dòng)模塊。當(dāng)單一報(bào)警信息無(wú)法明確事件的準(zhǔn)確性時(shí)，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)協(xié)同分析模型，實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)測(cè)手段之間的協(xié)同分析，用于進(jìn)一步確認(rèn)報(bào)警事件的準(zhǔn)確性。例如當(dāng)發(fā)生光纖振動(dòng)報(bào)警時(shí)，協(xié)同分析模塊可快速匹配相應(yīng)位置的攝像頭查看實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，附近無(wú)攝像頭時(shí)匹配無(wú)人機(jī)快速前往報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)查看，確認(rèn)是何原因造成光纖振動(dòng)報(bào)警，是否需要派遣巡護(hù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處置。

（5）在光纖振動(dòng)和AI視頻監(jiān)控預(yù)警且巡護(hù)人員無(wú)法立即到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的情況下，可通過(guò)AI視頻監(jiān)控桿上或無(wú)人機(jī)掛載的遠(yuǎn)程喊話器進(jìn)行遠(yuǎn)程喊話警告和驅(qū)離，及時(shí)制止危害管道的行為，防范第三方損壞事件的事故發(fā)生。

（6）通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)可以實(shí)時(shí)查看每一個(gè)AI視頻監(jiān)控?cái)z像頭視頻畫(huà)面和無(wú)人機(jī)巡檢視頻畫(huà)面。通過(guò)云存儲(chǔ)可實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的調(diào)閱，包括統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)和各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)，為安全生產(chǎn)、運(yùn)維、管理和決策提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2  系統(tǒng)架構(gòu)

平臺(tái)采用B/S架構(gòu)搭建（圖 3），基于統(tǒng)一平臺(tái)底座，建立時(shí)空基準(zhǔn)框架，采用高可靠、高性能和彈性可伸縮地理空間數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)、光纖振動(dòng)預(yù)警、AI視頻監(jiān)控和空中無(wú)人機(jī)巡檢、人工巡檢等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、存儲(chǔ)、分析、對(duì)齊、共享、分發(fā)及檢索等功能。通過(guò)多維度變換、多模態(tài)綜合、多尺度空間數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成、匯聚、分析和共享應(yīng)用。

圖 3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3  關(guān)鍵技術(shù)選擇

（1）智能感知終端。在管道沿線安裝地表位移監(jiān)測(cè)裝置（圖 4），在各閥室與場(chǎng)站安裝壓力變送器和溫度變送器等感知終端并接入系統(tǒng)，及時(shí)獲取真實(shí)、可靠的管道運(yùn)行數(shù)據(jù)。

圖 4 地質(zhì)災(zāi)害位移檢測(cè)器

（2）振動(dòng)光纖預(yù)警。振動(dòng)光纖預(yù)警由預(yù)警主機(jī)、傳感光纖和預(yù)警管理終端組成。預(yù)警主機(jī)安裝在站場(chǎng)或閥室。傳感光纖利用管道原有伴行光纜中的一芯光纖作為傳感器，實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)沿線振動(dòng)信號(hào)并加以處理通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至管理系統(tǒng)。管理終端為監(jiān)控管理軟件，安裝在有人值守場(chǎng)站或調(diào)控中心電腦，用于接收預(yù)警主機(jī)上傳數(shù)據(jù)及預(yù)警信息，可對(duì)預(yù)警、顯示、權(quán)限、查詢等進(jìn)行集中管理（圖 5）。

圖 5 振動(dòng)光纖預(yù)警設(shè)備構(gòu)成

（3）AI 視頻監(jiān)控。自建高度10 m監(jiān)控桿（接入電源或風(fēng)光互補(bǔ)）和利用中國(guó)鐵塔掛載的方式，在沿線高后果區(qū)、風(fēng)險(xiǎn)管段和其它管道重要位置分批次安裝了41臺(tái)200萬(wàn)像素53倍變焦激光云臺(tái)攝像機(jī)，以及遠(yuǎn)程喊話器。攝像機(jī)支持水平360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直旋轉(zhuǎn)范圍為40°～90°，水平旋轉(zhuǎn)速度為0.1°～120°/s，垂直旋轉(zhuǎn)速度為0.1°～50°/s，激光照射距離為1000 m；可設(shè)置預(yù)置位300個(gè)。

因管道所經(jīng)區(qū)域地形地貌復(fù)雜，采用了多種組網(wǎng)方式進(jìn)行傳輸，對(duì)可視通地段采用IP數(shù)字微波設(shè)備搭建鏈路，建立網(wǎng)絡(luò)傳輸通道；對(duì)不可視通地段考慮中轉(zhuǎn)或租用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，傳輸至云服務(wù)軟件平臺(tái)。通過(guò)大數(shù)據(jù)算法對(duì)人工智能解析之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，對(duì)危害管道安全的各種場(chǎng)景進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)和告警，最后由調(diào)度人員做出是否出警和應(yīng)急響應(yīng)的決策。

（4）無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢。采用大疆自動(dòng)起降多旋翼無(wú)人機(jī)及機(jī)場(chǎng)，并將飛控系統(tǒng)融入延長(zhǎng)石油吳-延管道風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)智能管控一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)起降、存放、充電、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程通信、巡檢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、智能分析和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等功能。

（5）基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)，底層搭建智能管控一體化平臺(tái)架構(gòu)，打通各類智能感知終端、振動(dòng)光纖預(yù)警、AI視頻監(jiān)控和無(wú)人機(jī)場(chǎng)等系統(tǒng)平臺(tái)接口，利用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)，對(duì)各類異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行有效集成。通過(guò)AI自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)分析，設(shè)計(jì)感知觸發(fā)事件邏輯程序，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的有效融合，最終實(shí)現(xiàn)多方位感知、綜合性預(yù)判、自適應(yīng)優(yōu)化、一體化管控的管道智能管控一體化系統(tǒng)平臺(tái)。

3  應(yīng)用效果

通過(guò)管道風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)智能管控一體化平臺(tái)，對(duì)管道周邊第三方破壞、打孔盜油、地質(zhì)災(zāi)害等管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)和管控。自2023年5月試用至今，振動(dòng)光纖預(yù)警431次，其中一級(jí)預(yù)警（最低級(jí)）247次，二級(jí)預(yù)警140次（包括6次自主驗(yàn)證），三級(jí)預(yù)警（最高級(jí)）44次，系統(tǒng)平臺(tái)自動(dòng)觸發(fā)AI視頻監(jiān)控23次，有效確認(rèn)管道周邊大型機(jī)械施工3次，啟用遠(yuǎn)程驅(qū)離喊話3次，自動(dòng)觸發(fā)無(wú)人機(jī)巡線2次。另外，AI視頻監(jiān)控自動(dòng)識(shí)別管道周邊風(fēng)險(xiǎn)46次，啟用遠(yuǎn)程驅(qū)離喊話8次，自動(dòng)觸發(fā)無(wú)人機(jī)巡線5次，無(wú)人機(jī)常規(guī)巡線13次。有效制止了管道周邊第三方大型機(jī)械施工作業(yè)等對(duì)管道造成威脅，通過(guò)管道風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)管控一體化平臺(tái)，使管道各類風(fēng)險(xiǎn)多方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行自動(dòng)分析和觸發(fā)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)管道風(fēng)險(xiǎn)智能一體化管控。

4  結(jié)語(yǔ)

吳延管道途徑多個(gè)高后果區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)管段，傳統(tǒng)人巡方式效率低、質(zhì)量不高，原有GPS、振動(dòng)光纖、視頻監(jiān)控、無(wú)人機(jī)等巡檢系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息共享、業(yè)務(wù)交互和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。通過(guò)搭建風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)智能管控一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)光纖預(yù)警、AI視頻監(jiān)控、無(wú)人機(jī)巡檢和智能感知終端等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合，各系統(tǒng)聯(lián)防聯(lián)動(dòng)，有效提升了吳延管道外部風(fēng)險(xiǎn)管控能力。

作者簡(jiǎn)介：王磊，1982年生，本科，工程師，陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）管道運(yùn)輸公司第四分公司管道技術(shù)科主管，主要從事分公司管道完整性管理和智能管道建設(shè)工作。聯(lián)系方式：18909112618，306690743@163.com。