长输管道施工远程可视化管理系统

厉宇等

[摘 要] 长输石油天然气管道是国家能源大动脉，其快速可靠建设关系到国家经济的成长。长输管道工程通常具有地域分布广，沿线地质情况复杂，山区沟壑纵横，江河水网密布，公路、铁路、河流“三穿”工程量大，施工管理困难的特点。以西气东输二线工程为例，该工程西起新疆的霍尔果斯口岸，与境外的中亚管道相连，南至广州，东到上海，全长9 102千米，横贯14个省（区）市，由1干8支组成。如此庞大的工程，对各类工程信息的收集整理工作非常艰巨，管理也非常困难，需要采用视频监控、视频调度、视频会议等可视化管理方式实现对现场信息的直观获取与工程指挥，而传统可视化管理方式的实现需要架设相应通信与视频传输线路，难以满足流动性极强的管道工程现场应用需求。本文探讨了采用卫星网络通信、GPRS网络通信与WiFi通信等方式实现管道可视化管理信息的无线传输，解决由于管道工程现场流动性强而造成的管理难度大的问题，对于提高管道生产的进度管理、质量管理与安全管理水平具有重要意义。

[关键词] 管道施工；管理；可视化；视频会议；视频监控；视频调度；卫星通信；GPRS通信；WiFi通信

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 10. 019

[中图分类号] F272.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）10- 0031- 03

中国石油天然气管道局（简称管道局）是国内的主要管道施工企业，年陆上大口径管道施工能力6 000千米，承担了国内大部分的石油与天然气管道施工业务，尤其是“十二五”期间，中石油还将建设管道40 000千米，管道工程建设与管理任务非常艰巨，利用现代化的通信手段与网络技术，搭建一套能同时具备视频监控、视频调度与视频会议一体化功能的管道施工远程可视化管理系统，使其相较传统管道工程管理更加形象化、直观化，为管道施工管理提供技术与平台支持。

1 问题分析

管道工程主要分为相对固定管道工程与线路管道工程。

固定工程（盾构、穿越、场站）生产管理目前主要存在以下问题：

（1）施工难度大，大型穿越、盾构工程经常面临各种重大技术难题，一些难题严重影响了施工进度，需要相关技术专家进行远程协助以解决问题。

（2）工程安全管理压力较大，例如盾构工程容易发生透水、触电等重大安全事故，需要对现场的生产场景进行不间断视频记录，通过视频记录来寻找和调查事故原因，追究相关责任，最终实现规范现场生产流程与操作，杜绝和减少施工事故的目的。

线路工程的生产管理主要存在以下问题：

管道工程现场地域分布广，单个施工机组分布在几千米至几十千米的作业范围内，且施工地点随工程进度的变化而变化，流动性极强，难于实现集中管理与信息获取和传输。

管道工程的施工质量要求极高，天然气管道运行过程中需要维持6～10MPa压力，如此高的管道压力，对施工工程中的运输、开挖、焊接、下管等多个环节的施工质量都有极高的要求，需要保存各种竣工资料，尤其是带有GIS属性的图片信息，用于对现场完成的工程量信息进行确认，并对管道施工完成后出现的工程质量问题提供追责依据。

2 系统组成

系统按照管道施工机组类型进行分类，划分为固定机组可视化工程管理系统与移动机组可视化管理系统两大子系统。两种系统的现场应用条件简介如表1所示。

3 系统功能及原理

3.1 固定工程可视化管理系统功能及原理

3.1.1 固定工程可视化管理系统功能

固定工程可视化管理系统主要用于实现对工程现场的视频监控，管理部门对现场的可视化管理调度以及现场与后方专家的远程视频会议等功能。

视频监控功能主要是对固定工程现场的主要施工区、监控机房、生活区进行不间断视频监控，并将视频信息进行定期存储。视频监控信息除本地监控室可以进行浏览，也可以通过通信网络上传至监控中心服务器，由监控中心服务器进行媒体转发，这样就实现了后方各级管理人员对工程现场视频监控信息的远程浏览。

可视化调度功能是后方管理部门通过安装在电脑上的终端软件或IP可视电话与安装于工程现场的IP可视电话实现双向视频通话，变过去的语音调度为可视调度，为各级管理部门实现与现场的视频沟通建立了良好的通信链路。

现场与后方专家的远程视频会议功能，系统可支持最多达10方的视频会议，会议各方可在同一画面中共享所有会议参与者的视频信息，会议过程中，还可同时引入视频监控画面，为会议各方专家及时了解现场技术问题提供有力支持。

3.1.2 固定工程可视化管理系统实现原理

如图1所示，固定工程可视化管理系统分为可视化中心平台与可视化终端两大部分：可视化中心平台主要装有交换机，视频监控服务器，视频调度、会议、监控集成服务器；可视化终端具有IP可视电话、安装于PC机的终端软件、网络摄像机以及视频存储设备等多种类型。

中心交换机：用于实现中心服务器与外部可视终端的互联。

视频监控服务器：用于实现对所有视频监控信息的综合管理，同时向各级访问客户端转发现场返回的视频监控信息。

视频调度、会议、监控集成服务器：用于实现IP可视电话、PC机可视化软终端之间的可视通话以及视频会议系统与视频监控系统的相互融合。

3.1.3 固定工程可视化管理系统通信解决方案

如图2所示，工程现场与中心平台之间的通信连接采用宽带卫星通信网络予以实现。宽带卫星通信网络的使用需要在工程现场布设卫星小站，卫星小站设备少，布设使用非常方便，可以提供双向共2.5M通信带宽，能够满足系统的视频会议、视频监控信息的传输要求。现场信息经卫星中转后，在中石油卫星通信主站落地，现有卫星通信主站与中石油广域网相连，如此实现了现场卫星小站与监控中心及后方管理终端的网络连接。

工程现场可视化管理终端与卫星小站之间的通信连接采用WiFi网络予以实现，在施工现场架设WI-FI通信基站，即可实现现场无线网络摄像机、PC型可视客户端以及内置WI-FI通信网卡的IP可视电话之间实现互联。

3.2 线路工程可视化管理系统功能及原理

3.2.1 线路工程可视化管理系统功能

线路工程可视化管理系统用于将现场竣工验收的工程进行图片抓拍，并将图片信息、抓拍时间信息，抓拍图片现场的GPS坐标一同回传至数据中心，数据中心将该类图片进行存储与处理，即获取了施工现场各项工程的直观化、可视化竣工资料，如现场施工的土石方量是否按上报数据完成等，管理人员可通过图片信息进行适当评估，管道焊接、防腐作业完成后是否有破损点等，这些为工程验收、工程进度掌控、工程质量掌控提供了必要依据。

3.2.2 线路工程可视化管理系统原理

线路工程可视化管理系统分为现场智能终端、后台服务器与客户端软件3大部分。现场智能终端由现场监理与工程验收人员进行操作，终端具备图像抓拍功能，可将现场进行验收的工程拍摄图像，同时获取拍摄的时间与拍摄地点的GPS坐标，抓拍完成后，操作人员输入操作者的姓名、编号，点击发送，即可将所有信息通过GPRS网络发送至数据中心服务器，数据中心对收录信息进行综合处理与存储后，后方管理人员就可以采用客户端软件，通过公共网络对服务器中的工程图像信息、工程验收时间、工程竣工地点进行浏览。

系统采用GPRS网络作为传输通路，是因为GPRS网络覆盖面广，目前已基本覆盖了全国区域，GPRS网络的高覆盖度使其能够充分满足移动机组分布位置广、流动性强的管理需求，另外采用GPRS网络的智能终端只有手机大小，体积小、重量轻，可随身携带使用，适合于野外工程现场应用。

4 总 结

长输油气管道建设工程是关系到国际民生的重要工程，建设过程中，各级管理部门实现对一线施工现场的直观、准确掌控是保证施工进度、施工质量以及施工安全的重要步骤。随着我国目前各类通信网络的迅速建设与计算机软件技术的推广应用，管道施工企业的全面信息化拥有了良好的技术与平台支持，也必将推动管道施工企业向着更加正规化、专业化的方向发展。