基于物联网技术的数字油田三维管线智能巡检系统

张彪，杜景涛，许海银

（1.青岛中油岩土工程有限公司；2.中石油管道联合有限公司西部兰州输气分公司）

基于物联网技术的数字油田三维管线智能巡检系统

张彪1，杜景涛2，许海银2

（1.青岛中油岩土工程有限公司；2.中石油管道联合有限公司西部兰州输气分公司）

在分析物联网技术的研究发展现状和传统油田数字化管线管理差异的基础上，提出采用数据中心思想及ESB服务总线的开发模式，利用物联网技术建立数字油田三维管线智能管理系统的技术路线与构建流程;最终阐明了物联网技术在油田三维管线巡检管理系统上的应用价值和发展趋势。

三维管线；ESB；数据中心；巡检管理

1 引言

随着物联网技术的发展应用及油田信息化管理概念的提出，油田三维管线智能管理系统的构建变得十分重要。传统的管理方法采用图纸资料结合人工处理方式，巡检日志主要以纸笔记录为主，调度管理主要靠移动通讯传达，工作流程十分繁琐，效率低下，不能适应现代化办公的需要。随着油田信息化建设速度加快，图纸资料难以得到及时更新，工作及人员调度亦不能够及时进行相应调整，为管理带来诸多不便。

因此，建立一个功能完备，操作简便的三维管线智能管理系统成为迫切的需求。针对目前油田管网国内外的研究现状，本文提出利用物联网中的RFID技术、GPS技术和大区域WiFi技术，建立三维

管线智能管理系统。通过系统，可以实现各种管线相关资料的科学有效管理和查询，以及人员有效调度等功能；实现三维管线巡检的信息化和数字化功能。

2 技术路线

2.1 物联网技术

物联网是以互联网为载体，采取约定的协议，通过网络终端实现物与物的连接。物联网核心技术包括RFID、信息服务系统、激光扫描技术、WiFi技术、GNSS, 通过这些技术实现各种终端设备的智能识别、定位、监控以及管理。在油田管线监控管理中，RFID、WiFi、GNSS等物联网技术能够对油田管网进行实时的检测、监控和跟踪，异常情况下可以及时关闭泄漏点附近阀门，实现切断泄漏点从而防止燃爆事故发生，同时将燃气泄漏情况第一时间向控制中心报警提示，通知抢险人员对泄漏点进行及时抢修，防止事故扩大。

2.2 数据中心技术

数据中心技术主要承担了三维管线所有数据资源的配置、管理与维护，通过元数据管理实现数据的分类与定制，不仅可以解决多源、异构、异质数据的统一管理问题，而且可以充分利用各种信息资源，实现其可持续利用，减少浪费。仓库式管理，无需格式转换就可以直接管理各种来源的系统相关数据，如基础数据、业务数据、运营管理数据、实时数据等。

基础数据不仅包括基础地形图、遥感影像、三维模型等基础地理数据，而且包括综合管廊、地下管线、基础设施等数据。业务数据是指在三维管线管理过程中产生的各种数据信息。运营管理数据包括环境监测、视频监控、有线通信、无线通信、人员定位、应急资源等多种数据。实时数据包括压力计、流量计等传感监测设备获取的实时数据。

2.3 ESB总线

ESB服务总线是数字油田的分布式业务系统的连接与通信中枢，支持分布系统的集成与整合，实现多源综合管线数据信息的集成以及对外分发与共享。

以三维管线智能管理系统数据中心为基础，ESB服务总线可提供符合W3C标准的Web服务接口，如地理信息服务、管线业务信息服务、服务管理、运维管理等，为建设不同的管理子系统提供丰富的服务资源和实现手段，如SCADA系统、视频监控系统、可视化巡检系统、人员定位系统等。ESB服务总线不仅使数据中心的数据得到更好的利用，而且为搭建各种管线业务管理软件系统提供了通信层基础（见图1）。

图1 ESB服务总线定位

图2 网络构架原理

ESB服务总线是搭建统一信息管理平台的服务管理中心，可提供数据服务、功能服务、服务管理、运维管理等功能，各种服务能够通过ESB服务总线进行注册和管理，服务可集中托管，也可分布式部署，各管线业务管理软件系统可通过ESB服务总线调用其他系统的数据服务和功能服务。

3 统一网络通讯管理

考虑到数字油田内部的人员定位、巡检管理、无线对讲等系统的技术及数据传输的多样性，为避免多重、多种网络对系统实施、维护、应用带来的不便，在人员定位、巡检管理、无线对讲系统的技术和设备的选择上，采用统一基础设施网络进行应用设计。

1）人员定位：定位基站集成WiFi通讯模块，定位基站统一将数据上传到数据中心。

2）巡检管理：巡检手持PDA支持WiFi连接，与数据中心进行通讯。

3）无线对讲：无线对讲系统采用WiFi无线对讲机，对讲终端可通过WiFi连接实现对讲终端与对讲终端、对讲终端与控制中心的通讯。

4）人员定位、巡检管理、无线对讲均通过WiFi进行网络通讯，实现三网合一。网络构架原理如图2所示。

4 系统应用管理

4.1 无线对讲

以WiFi无线网络覆盖为基础建设的无线对讲系统，外勤作业人员通过手持无线对讲终端，可实现作业人员之间、作业人员与控制中心人员之间的及时、便捷的语音通讯。

4.1.1 系统部署

在机房部署广播对讲主机，作为对讲系统的核心服务器，广播对讲主机通过网线接入局域网内。在机房部署语音网关，语音网关通过网线接入局域网。

在指挥中心部署双手柄调度台，并在调度台上运行广播对讲管理软件，调度台通过网线接入局域网，向主机注册，指挥中心可通过调度台对终端进行单呼、群呼和组呼等操作。巡检外勤工作人员可配备终端手机，通过覆盖的WiFi接入局域网中，向主机注册，注册后可接受系统的调度管理，实现呼叫功能。

4.1.2 主要功能

无线对讲系统提供丰富的对广播终端进行管理功能。主要实现终端IP部署、广播预设、终端状态监管、电话广播、全双工对讲、权限控制等功能。确保作业

人员与控制人员之间实时通讯。

4.2 人员定位

作为GNSS的补充，解决室内巡检人员定位的问题，采用先进的UWB无线通讯技术，通过在油田站室内部署定位基站，为巡检人员佩戴定位标签的方式，对巡检人员进行实时定位，定位信息通过WiFi网络进行数据回传，实现对巡检人员的实时、可视化管理。

4.2.1 系统部属

定位基站部署在站室内，每个基站间隔200m，考虑到防火墙会对无线脉冲造成衰减，导致定位精度降低，在防火墙处应适当多部署1台定位微基站。定位基站实时测算与定位标签的距离，并通过WiFi进行数据回传，后台服务解算引擎对距离信息进行实时解算，从而获得人员的实时位置信息。

4.2.2 主要功能

基于对定位基站和定位标签的管理，结合油田对人员定位的业务需求，系统提供符合巡检场景的多种应用功能。

1）基础信息管理

提供对定位基站信息的配置功能，能够根据现场部署情况对定位基站进行参数设置，从而满足不同的定位和数据传输需求。可根据定位标签ID新建定位标签，同时，系统提供对标签再编辑、删除的管理功能。只有在系统中进行注册的标签，才能对标签进行识别和位置信息的接收。

2）人员实时定位

能够实时查看巡检人员在站室内的位置，并在电子地图上进行可视化展示。

3）历史轨迹查询

支持对站室内工作人员任意指定时间段的轨迹进行查询。

4）人员遇险报警

遇到危险情况时，人员可以通过标签SOS报警，后台及时发现报警信息，并及时精确定位遇险位置。

5）灾后救援

当站室内发生火灾、气体泄漏等事故，并导致与巡查工作人员失联时，系统自动根据失联人员的运行轨迹和最后停留时间，分析失联人员可能存在的位置，指导救援工作，提高救援效率。

4.3 巡检管理

结合GNSS、无线对讲、人员定位系统，巡检人员通过手持PDA实现巡检管理，在站室内通过扫码功能将手持PDA与定位标签进行绑定，通过实时匹配定位标签的位置信息实现对巡检人员的位置定位和轨迹管理，从而达到对巡检人员监督，保障巡检质量的目的。巡检管理系统可实现对巡检人员、计划、事件、绩效的精细化管理，提高巡检工作的管理水平。

巡检管理系统包括平台管理端和巡检人员手持应用端两部分，通过平台和手持端的联合应用，实现油田管线巡检的精细化管理。

4.3.1 巡检服务端管理

1）巡检员监控

通过人员定位系统中的人员位置信息，可实现在二维GIS地图上对巡检人员位置、某段时间的巡检轨迹、是否偏离巡检任务、路线等情况监控，同时具有巡检人员巡线回放功能，有效地监督巡检人员工作。

2）巡检计划制定

系统按照指定规则和法定节假日自动生成每天的巡检任务，巡检任务类型包括按路线巡检任务、区域巡检任务、重要设备巡检任务等。明确了巡检任务类型、任务内容、开始及完成时间等信息，并提供动态调整工具，保证巡检过程的完整性，保证巡检计划的执行力度及内容的准确性。

3）巡检上报事件查看

可以实时查看巡检事件的动态，巡检事件的完成情况，巡检事件中可查看巡检人员、巡检时间、巡线长度、以及发现的故障或隐患信息的描述。

4）指挥调度

能实时接收手持终端的上报事件，并查看随事件上报的图片、空间位置等辅助快速定位。监控人员可通过直接点击电子地图上的巡检人员，或通过无线对讲、发短信的方式给巡检人员发送任务通知，实现对现场工作人员的指挥调度。同时能够按照事件的不同，把事件转发给不同的部门进行处理。

5）自动生成巡检日志

能够记录巡检人员上报的事件以及事件处理的整个情况，自动生成工作日志。

6）工作评价

可以对某个或者全体巡检人员进行任意时间段内的工作统计，可以明确了解巡检人员上报的事件个数，了解到维修养护人员维修养护管网路径的长短、累计下班和掉线时间等，为工作评价提供可靠准确的依据。

4.3.2 巡检终端

1）任务管理

手持智能终端设备可连接后台服务器，进行巡检任务实时更新，下载最新的巡检任务，并实时提醒。下载后的巡检任务将以列表及图形两种形式进行展现，辅助巡检工作人员了解巡检任务详细信息。

2）扫码识别

可对重要区域和重要设备的电子标签/二维码进行扫码识别，通过与数据中心进行通讯和数据匹配，巡检人员可查询当前区域/设备的正常状态特征信息及检查注意事项，辅助巡检人员能够正确对重要区域/设备的运行状态进行判断。

3）事件上报

当巡检过程中发现设施设备故障或隐患信息时，能够通过防爆手机进行故障或隐患信息的快速上报，支持文字描述、故障/隐患类型选择、图片拍照多种信息描述方式。系统根据人员定位信息，自动匹配上报事件的人员、地点和时间等信息。

5 结束语

基于物联网技术的数字油田三维管线智能巡检管理系统，克服了传统巡检方式的不足。通过RFID标识、对讲系统、人员定位系统与巡检系统的结合，监控指挥调度中心的工作人员能够在第一时间了解巡检人员的位置情况、管线的运行状态及健康状况，在第一时间通过对讲系统通知维抢人员进行抢修，解决了巡检人员室内不能定位，以及手机网络信号弱不能及时传输巡检信息及新员工对管线信息不熟悉导致巡检不到位的问题，从而实现真正的实时巡检、智能化管理。通过物联网技术，基于传感器、RFID、无线对讲、无线与Wif i通讯，根据系统，实现人员、管线的智能化管理。

基于物联网技术的数字油田建设是目前油田数字化构建的新趋势，该项技术将通讯技术、定位技术及GIS技术进行了有机结合，适合于各种油田管线及相关设施信息化管理需求，可提高数字油田的自动化和信息化水平，在管线巡检及数字油田构建等应用业务方面能够实现一定的提升作用。

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Intelligent Patrol Inspection System of Digital Oilf i eld Based on IOT Technology

ZHANG Biao1, DU Jing-tao2, XU Hai-yin2

（1.Qingdao China Petrol Geotechnical Engineering Co.,Ltd.; 2.Lanzhou Gas Transmission Company, PetroChina Pipeline Joint Co., Ltd.）

Based on the analysis of the status quo of the research and development of the Internet of Things technology and the management of the traditional oilf i eld digital pipeline, this paper puts forward the development of the data center and the development mode of the ESB service bus, and uses the Internet of Things technology to establish the technology of the three-dimensional pipeline intelligent management system Route and build process. Finally, the application value and development trend of the Internet of Things technology in the three -dimensional pipeline inspection and management system of oilf i eld are expounded.

three-dimensional pipeline; ESB; data center; inspection management