長(zhǎng)輸天然氣管道智能監(jiān)控警示系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用

侯志博 王全樂 柴登龍

（中石油北京天然氣管道有限公司 北京 100101）

1 引言

目前，中國(guó)石油所轄在役油氣管道總里程約為6萬(wàn)公里，其中天然氣管道里程約為4萬(wàn)公里。管道管理、巡護(hù)看護(hù)工作的質(zhì)量和水平，直接關(guān)系到管道安全運(yùn)行和長(zhǎng)治久安。黨的十九大以來(lái)，國(guó)家和各級(jí)地方政府出臺(tái)了多項(xiàng)法律法規(guī)，對(duì)安全環(huán)保生產(chǎn)提出了更加嚴(yán)格的要求，日趨復(fù)雜多變的外部環(huán)境提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，易發(fā)頻發(fā)的自然與地質(zhì)災(zāi)害也嚴(yán)重威脅著管道安全。尤其是保障人口密集型高后果區(qū)運(yùn)行安全，提升管道日常巡護(hù)質(zhì)量，成為當(dāng)前亟待解決的重要課題。

中國(guó)石油各管道企業(yè)在管道保護(hù)方面均進(jìn)行大膽探索，引入無(wú)人機(jī)和視頻監(jiān)控等新技術(shù)設(shè)備，但總體上仍以傳統(tǒng)人工巡護(hù)為主，屬地巡線工和工程師每天對(duì)管線進(jìn)行實(shí)地巡檢。主要問題是巡護(hù)成本較高，不能對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

根據(jù)目前管道巡護(hù)管理現(xiàn)狀，本文以現(xiàn)有管道警示樁為載體，將視頻監(jiān)控設(shè)備集成其中，研發(fā)制造一套管道線路智能監(jiān)控警示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道線路及其周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)試用，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)設(shè)備成本低、集成度高、智能響應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，并且設(shè)備便攜性好、安裝工序簡(jiǎn)單。

2 天然氣管道線路巡護(hù)管理現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，各管道企業(yè)對(duì)管道線路的巡護(hù)仍以人工為主，每天均由屬地巡線工對(duì)管道線路進(jìn)行徒步巡檢，管道維護(hù)站通過GPS定位系統(tǒng)對(duì)巡線工的巡檢工作進(jìn)行監(jiān)督和考核。管道維護(hù)站人員定期以駕車巡檢和徒步巡檢相結(jié)合的方式對(duì)管道線路進(jìn)行巡檢。

傳統(tǒng)的管道線路巡護(hù)方式，主要問題是人力和物力成本較高，只能對(duì)管道實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)時(shí)間的巡查，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控。面對(duì)日趨復(fù)雜多變的社會(huì)環(huán)境，對(duì)管道線路的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，以及對(duì)危害管道安全運(yùn)行的活動(dòng)及時(shí)制止，成為各管道企業(yè)亟待解決的問題。伴隨著視頻監(jiān)控和無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各管道企業(yè)在應(yīng)用這兩項(xiàng)技術(shù)方面均進(jìn)行探索。對(duì)管道的穿跨越等重點(diǎn)地段安裝視頻監(jiān)控，對(duì)社會(huì)活動(dòng)偏少的地段進(jìn)行無(wú)人機(jī)巡檢。但現(xiàn)在應(yīng)用的視頻監(jiān)控設(shè)備，主要問題為設(shè)備成本高，安裝需要委托專業(yè)施工單位完成，不能快速、機(jī)動(dòng)地建設(shè)監(jiān)控站點(diǎn)。

為優(yōu)化解決上述問題，本文將視頻監(jiān)控設(shè)備及其配套設(shè)施集成于管道警示樁中，研發(fā)出一套智能化監(jiān)控警示系統(tǒng)，采用運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)卡及電路作為傳輸通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道線路的監(jiān)控運(yùn)行。

3 智能監(jiān)控警示系統(tǒng)概述

圖1 智能監(jiān)控警示樁設(shè)備

本文設(shè)計(jì)的智能監(jiān)控警示系統(tǒng)，考慮前端設(shè)備應(yīng)用的低成本、便攜性，依托管道線路已有的管道警示樁，將攝像機(jī)、太陽(yáng)能板及蓄電池和無(wú)線傳輸模塊均集成在管道警示樁中。利用運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)卡和專用電路作為傳輸通道，并租用云中心平臺(tái)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)點(diǎn)，支持現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在滿足生產(chǎn)監(jiān)控的條件下，本系統(tǒng)支持告警推送，無(wú)需人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。在給管理人員推送告警的同時(shí)，前端設(shè)備可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的活動(dòng)人員進(jìn)行語(yǔ)音驅(qū)離?，F(xiàn)場(chǎng)智能監(jiān)控警示樁設(shè)備如圖1所示。

現(xiàn)有管道警示樁橫截面為邊長(zhǎng)10cm，壁厚1cm的正方形，桿體高度3m，頂部標(biāo)示牌規(guī)格為70cm長(zhǎng)、50cm寬的長(zhǎng)方形，材質(zhì)為復(fù)合有機(jī)塑料。在桿體和警示牌的連接處，新增攝像機(jī)和無(wú)線傳輸模塊安裝盒，內(nèi)置兩臺(tái)攝像機(jī)，對(duì)監(jiān)控警示樁上下游管道線路實(shí)時(shí)監(jiān)控，攝像機(jī)最大功耗為5W。根據(jù)桿體規(guī)格定制鋰電池，置于監(jiān)控桿底座處，主要優(yōu)點(diǎn)有兩方面，一是桿體埋地1m深后可對(duì)鋰電池有保溫作用，在極端的寒冷天氣下也能保證鋰電池正常工作，二是增加桿體底部重量，增大桿體負(fù)荷承載能力。在警示牌一側(cè)粘貼轉(zhuǎn)換效率較高的薄膜太陽(yáng)能電池板，為設(shè)備和鋰電池供電。攝像機(jī)和無(wú)線傳輸模塊的安裝盒與桿體和警示牌的連接角度均是360度連續(xù)可調(diào)，既能保證攝像機(jī)監(jiān)控畫面正對(duì)管道沿線，也可使太陽(yáng)能電池板朝向陽(yáng)光充足的方向，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

使用運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)卡作為傳輸通道，租用企業(yè)的云平臺(tái)中心作為數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)點(diǎn)。在企業(yè)監(jiān)控中心只需配備一臺(tái)客戶端電腦，即可登錄平臺(tái)中心進(jìn)行視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)查看和歷史信號(hào)回顧。為提升系統(tǒng)應(yīng)用的便捷性，支持手機(jī)APP客戶端訪問云平臺(tái)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)監(jiān)控。在滿足對(duì)管道沿線監(jiān)控需求下，為節(jié)約物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)卡流量費(fèi)用，當(dāng)管道及其周邊線路的視頻監(jiān)控?zé)o人員活動(dòng)情況下，每5分鐘抓拍1張現(xiàn)場(chǎng)圖片并保存到云平臺(tái)中心，實(shí)時(shí)視頻信號(hào)攝像機(jī)本地存儲(chǔ)，攝像機(jī)本地搭載1張容量128GB的Micro SD卡。當(dāng)有人員活動(dòng)時(shí)，前端設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、處理，將告警信息推送至管理人員，管理人員再通過監(jiān)控中心客戶端或手機(jī)APP客戶端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。

4 系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用效果

本文在研發(fā)制造智能監(jiān)控警示樁后，將其應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某條長(zhǎng)輸天然氣管道沿線，同時(shí)在一些高后果區(qū)和管道周邊施工區(qū)域增設(shè)該設(shè)備。經(jīng)試用，該套智能監(jiān)控警示系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)工業(yè)電視視頻監(jiān)控有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）單體設(shè)備成本低。傳統(tǒng)天然氣管道線路視頻監(jiān)控設(shè)備，需要單獨(dú)使用鍍鋅鋼管作為立桿并水泥澆筑基礎(chǔ)，單套設(shè)備采購(gòu)和施工費(fèi)用約為3萬(wàn)元，而本文研發(fā)的智能監(jiān)控警示樁單套設(shè)備費(fèi)用不足1萬(wàn)元，成本降幅為67%。為后續(xù)在天然氣管道線路的大范圍應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)集成度高。本文將視頻監(jiān)控設(shè)備、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)還有無(wú)線傳輸模塊均集成于管道警示樁中，不再新建桿體設(shè)備。對(duì)于管道警示樁僅是新增攝像機(jī)的安裝盒，對(duì)桿體和警示片的規(guī)格未做變化，做到監(jiān)控系統(tǒng)、太陽(yáng)能系統(tǒng)以及警示牌系統(tǒng)的高度集成。對(duì)于在役天然氣管道的警示牌，前端設(shè)備完全適配。

（3）前端設(shè)備便攜性好，安裝工序簡(jiǎn)單。相比傳統(tǒng)管道線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，本文系統(tǒng)設(shè)備的太陽(yáng)能板采用轉(zhuǎn)換效率更高的薄膜太陽(yáng)能板，不僅可以縮小太陽(yáng)能板的面積，而且可以粘貼在警示牌上，無(wú)需配備單獨(dú)的太陽(yáng)能板支架。相比于傳統(tǒng)使用的膠體電池，本系統(tǒng)設(shè)備采用鋰電池，體積小且質(zhì)量輕。整套系統(tǒng)設(shè)備間連線均為出廠插接預(yù)置，現(xiàn)場(chǎng)按照電路圖連接即可。整體設(shè)備質(zhì)量輕，桿體埋深1m后完全能夠承載全部重量負(fù)荷，無(wú)須水泥澆筑基礎(chǔ)。所以本系統(tǒng)設(shè)備體積小，便攜性好，安裝工序簡(jiǎn)單，能夠做到快速建設(shè)部署。

（4）系統(tǒng)智能化程度高。相比于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控需要管理人員實(shí)施查看圖像，本系統(tǒng)結(jié)合智能攝像機(jī)及其平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)能夠捕捉異常人員活動(dòng)并及時(shí)將告警信息推送到監(jiān)控中心平臺(tái)以及管理人員手機(jī)，通知相關(guān)人員進(jìn)行查看并做處理。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)支持音頻播放，對(duì)異常人員活動(dòng)進(jìn)行制止并驅(qū)離。

（5）系統(tǒng)可擴(kuò)展性好?，F(xiàn)有系統(tǒng)采用的無(wú)線傳輸模塊不僅提供以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口供攝像機(jī)使用，還有RS232、RS485等多路工控信號(hào)接口，在天然氣管道線路可將陰保數(shù)據(jù)通過該設(shè)備一并傳輸，無(wú)需人工巡線測(cè)量。

5 結(jié)論

在國(guó)家對(duì)工業(yè)安全生產(chǎn)的要求日趨嚴(yán)格下，油氣管道的巡護(hù)質(zhì)量以及完整性管理成為各管道企業(yè)的重中之重。在視頻監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的階段，結(jié)合國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸油氣管道管理現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)研發(fā)的智能監(jiān)控警示系統(tǒng)以其成本低、可快速安裝部署和集成度高等特點(diǎn)，試用效果證明該系統(tǒng)適用于國(guó)內(nèi)油氣管道線路的監(jiān)控管理。