長輸天然氣管道智能監(jiān)控警示系統(tǒng)研究

秦恒浩 羅忠元 陳曉龍 李龍

貴州天然氣管網(wǎng)有限責(zé)任公司，中國·貴州 貴陽 550081

1 引言

近幾年來，中國天然氣管道的里程越來越長。要想保證長輸天然氣管道運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，就必須做好相應(yīng)的管道管理和巡護(hù)看護(hù)。自中國共產(chǎn)黨第十九大召開以來，國家相關(guān)部門和各級地方政府部門也在安全環(huán)保方面提出了更加嚴(yán)格的要求。外界環(huán)境的日益復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生，給長輸天然氣管道的安全運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的影響。在這種情況下，在長輸天然氣管道上加裝智能監(jiān)控警示系統(tǒng)，提升管道日常維護(hù)質(zhì)量，就顯得尤為重要。

2 長輸天然氣管道智能監(jiān)控警示系統(tǒng)的安裝必要性

所謂長輸天然氣管道，指的是產(chǎn)地、儲存庫、使用單位間的用于輸送天然氣的管道。一般情況下，長距高輸氣管線采用超高壓力輸氣，輸送的起點(diǎn)壓力為1.0～2.5Mpa。每隔一段距離需要設(shè)置一個中間壓氣站，目的是保持長輸管線恒定的輸氣壓力。在長輸管道的發(fā)展過程中，智能管道、智慧管網(wǎng)等概念相繼提出。這些概念的提升對于長輸管道運(yùn)行過程中的安全性與穩(wěn)定性提出了更高的要求。一些長輸管道埋設(shè)附近可能存在著各種各樣的情況，如第三方施工作業(yè)、人員活動頻繁等。而這些情況都會對長輸管道的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，甚至引發(fā)燃爆、泄露等后果。在這種情況下，智能監(jiān)控警示系統(tǒng)的安裝就顯得尤為重要。

目前，很多管道企業(yè)依然以人工的方式進(jìn)行管道線路的巡護(hù)，即每天安排專門的屬地巡線工人，徒步巡檢管道線路。而管道維護(hù)站則主要通過巡線工徒步巡檢以及駕車巡檢的方式，對管道線路進(jìn)行巡檢。這種管道線路巡護(hù)方式的應(yīng)用弊端，就是只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)時間的管道巡查，無法對管道的實(shí)際情況進(jìn)行24 小時全天候的實(shí)時監(jiān)控。在視頻監(jiān)控和無人機(jī)技術(shù)發(fā)展水平逐漸提升，越來越多的管道企業(yè)也加入了這兩項(xiàng)技術(shù)的研究與開發(fā)當(dāng)中。與此同時，如何對管道線路進(jìn)行全天候監(jiān)控，并及時制止有損于管道安全運(yùn)行的行為，成為絕大多數(shù)管道企業(yè)需要急切解決的問題?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，智慧管道的提出，使這一問題的解決有了突破性進(jìn)展。因此，非常有必要在長輸天然氣管道上安裝智能監(jiān)控警示系統(tǒng)[1]。

3 長輸天然氣管道智能監(jiān)控警示系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)

以高后果區(qū)的長輸天然氣管道埋設(shè)區(qū)域的實(shí)際情況為例，分析智能監(jiān)控警示系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)。圖1為天然氣長輸管道智能監(jiān)控系統(tǒng)控制示意圖，該智能監(jiān)控警示系統(tǒng)主要由3 臺熱成像雙光譜智能球機(jī)、3 臺工業(yè)交換機(jī)、31 臺風(fēng)光互補(bǔ)供電設(shè)施、3 個監(jiān)控立桿及安裝支架組成。

圖1 天然氣長輸管道智能監(jiān)控系統(tǒng)控制示意圖

3.1 智能監(jiān)控警示系統(tǒng)設(shè)計思路

高后果區(qū)指的是管道泄漏后可能對公眾和環(huán)境造成較大不良影響的區(qū)域。針對高后果區(qū)長輸天然氣管道埋設(shè)區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)，然后根據(jù)高后果區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行前端監(jiān)控設(shè)備的安裝。與此同時，還要對現(xiàn)場進(jìn)行音視頻采集，在相鄰站場進(jìn)行音視頻的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而滿足相關(guān)區(qū)域在實(shí)時監(jiān)控、防災(zāi)監(jiān)測、應(yīng)急搶險以及事故預(yù)警等方面的需求，實(shí)現(xiàn)資金與信息的共享與應(yīng)用。要想建設(shè)智慧管道，就需要在滿足智能化及高清化的要求上，在管道沿線上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的安裝，如圖2所示。

圖2 管道沿線安裝網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控示意圖

3.2 智能化視頻前端設(shè)備的選擇

智能化視頻前端設(shè)備的安裝，可以對現(xiàn)場視頻或者存儲的視頻進(jìn)行智能化分析，進(jìn)而了解相關(guān)區(qū)域內(nèi)可以活動、事件以及行為模式的可疑之處。將智能化視頻前端設(shè)備應(yīng)用到長輸天然氣管道智能監(jiān)控警示系統(tǒng)中，可以將事后追溯轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)警。融合了集成視頻分析軟件的DVR 和視頻服務(wù)器是現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)人士高度追捧的智能化監(jiān)控設(shè)備，可以對基本行為和場景進(jìn)行判斷。但是，要想對更加復(fù)雜的獨(dú)立行為作出判斷，還需要將前端智能感知技術(shù)與智能分析算法進(jìn)行結(jié)合，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的大量采集、數(shù)據(jù)內(nèi)部聯(lián)系的深度挖掘來實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)利用率的提升[2]。

另外，針對高后果區(qū)的視頻監(jiān)控重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)集中在第三方人員、機(jī)械開挖施工作業(yè)對管道運(yùn)行的不利影響方面，所以智能化視頻前端設(shè)備的選擇，還需要確保其具備運(yùn)動目標(biāo)檢測、絆線檢測、入侵檢測、徘徊檢測、流量統(tǒng)計等功能，并且可以對植物、陰影、水面等因素對現(xiàn)場場景變化的影響進(jìn)行有效地過濾。只有這樣，才能對監(jiān)控區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行有效的預(yù)警和快速的響應(yīng)。

由于該智能監(jiān)控警示系統(tǒng)主要安裝在管道沿線，環(huán)境惡劣，設(shè)備除了功耗低、易安裝、易維護(hù)的要求外，還需要保證智能化與高清化。為了避免因?yàn)榭床磺鍒D像細(xì)節(jié)而增加人工被動監(jiān)控壓力的情況，確保在500m 內(nèi)可進(jìn)行車輛、人員及目標(biāo)的清晰識別、報警，需要優(yōu)先使用清晰度在1080P 以上的高清攝像機(jī)。另外，采用三級監(jiān)控模式，即指揮調(diào)度中心、站級監(jiān)控以及建廠級監(jiān)控。各級之間的通訊方式要多樣化，為集中管理、分散控制、實(shí)時監(jiān)控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供保證。

3.3 視頻采集點(diǎn)的設(shè)置

分析高后果區(qū)管道沿線區(qū)域的實(shí)際情況，針對視頻監(jiān)控的設(shè)置需要注意以下幾方面。

第一，針對帶狀散居村鎮(zhèn)，工業(yè)電視可以采取間隔設(shè)置，確保監(jiān)視范圍覆蓋到所有區(qū)域。

第二，針對集中居住區(qū)和學(xué)校等人口密集場所，工業(yè)電視采取單點(diǎn)設(shè)置，確保監(jiān)視范圍覆蓋重點(diǎn)地區(qū)。再次，根據(jù)各監(jiān)控點(diǎn)的具體位置和監(jiān)視范圍，設(shè)置不同數(shù)量的攝像機(jī)。論文案例擬在管道沿線6 處高后果區(qū)共設(shè)置13 處視頻采集點(diǎn)，13 套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，每個布設(shè)點(diǎn)的配置如表1所示。

表1 高后果區(qū)視頻監(jiān)控點(diǎn)配置一覽表

第三，工業(yè)電視數(shù)據(jù)匯聚至各段歸屬站場，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至總調(diào)度室。

3.4 傳輸方案的確定

為了保證投資以及傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，針對管道沿線設(shè)置的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸，最好優(yōu)先使用“引接光纜+以太網(wǎng)交換機(jī)”的方式。針對不同地區(qū)攝像機(jī)視頻數(shù)據(jù)，建議通過帶光口的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)經(jīng)8芯光纜接入干線光纜，從而傳輸至所屬管轄的就近站場進(jìn)行存儲。

3.5 攝像機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控

將攝像機(jī)安裝到管道沿線區(qū)域，在記錄非法行為方面有著非常重要的作用。但是，在實(shí)際情況中存在著一些攝像機(jī)被盜或者引接光纜被破壞的風(fēng)險。在這種情況下，為了確保攝像機(jī)長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，就必須安排專門的巡檢人員對攝像機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定期巡檢。同時，如果發(fā)現(xiàn)攝像機(jī)出現(xiàn)了無信號情況，那么需要在第一時間到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行處理。

3.6 做好防雷接地

為了避免雷電波沿著線路侵入前端設(shè)備當(dāng)中，還需要將浪涌保護(hù)器安裝到設(shè)備前的線路上。需要注意的是，前端控制點(diǎn)需要單獨(dú)接地，接地電阻應(yīng)當(dāng)在4Ω 以下。

4 結(jié)語

綜上所述，智能監(jiān)控警示系統(tǒng)的安裝，對于長輸天然氣管道運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性有著積極的作用。要想保證智能監(jiān)控警示系統(tǒng)的安裝，建議先明確智能監(jiān)控警示系統(tǒng)設(shè)計思路，然后以此為基礎(chǔ)選擇智能化視頻前端設(shè)備，設(shè)置視頻采集點(diǎn)，確定傳輸方案，加強(qiáng)攝像機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，做好防雷接地。