油气长输管道安全监控预警系统设计与实现*

孙 伟

(国家石油天然气管网集团有限公司华中分公司，湖北武汉 430021)

油气长输管道是连接油气资源与市场的重要纽带，在国家能源安全战略中占据重要地位。随着中国油气长输管道的不断建设，先进技术的应用成为推动“智能管道、智慧管网”建设、实现油气管网“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”，完成数字管道想智能管道及智慧管网演进的重要动力。

安全平稳运行是智能管道建设的重要内容，油气长输管道多穿越人口密集区及生态敏感区，其发生泄漏将造成严重的安全、环保事故，人员伤亡和经济损失。为实现油气长输管道安全运行，需加强和完善管道安全监控手段，综合提高人防、物防、技防管理水平，有效监控各类安全风险隐患，预防重大安全生产事故的发生，确保管道安全可控。

针对油气长输管道安全平稳运行、智能化建设的需要，通过需求分析和技术调研，设计基于全景化理念的油气长输管道安全监控预警系统，在部分长输管道上进行了综合应用，测试系统的各项功能。应用结果表明：该系统能够为安全管道、智能管道和智慧管网建设提供技术支撑。

1 系统设计

以智能化、全景化、一体化为设计原则，融合先进、成熟的技术，集成无人机、传感器、摄像头等物联网技术，结合巡检帽巡检、车辆巡检，实现智能化安全巡检；通过倾斜摄影技术、三维建模技术、视频融合技术，实现全景化安全监控预警；融合多源数据，构建安全预警分析“智慧大脑”，实现一体化监控预警。

1.1 框架设计

以“智能管道、智慧管网”架构体系为基础，依据智能化、全景化、一体化设计原则，进行系统框架设计。系统由感知层、传输层、数据层和应用层构成(图1)，实现全面感知、实时传输、智能分析和综合应用。

a) 感知层：以传感器的触觉、摄像头的视觉，结合无人机智能巡检，安全帽人工巡检和车辆巡检等手段，获取管道各类安全数据，实现感知数据的全面获取。

b) 传输层：以互联网、物联网、5G技术为核心，打造数据通信链路，用于把各类传感器的数据实时传输到系统，实现应用层与感知层的互联互通。

c) 数据层：构建大型的数据中心，实现各类数据的综合管理，包括安全感知数据、管道基础数据、业务运行数据、倾斜摄影数据、系统配置数据、系统管理数据及日志数据等，通过对数据进行抽取、清析、分析，实现数据的融合与应用。

d) 应用层：打造综合管理和决策分析应用，通过桌面端、移动端和大屏端等多种方式，实现油气长输管道安全监控预警，为管理人员提供决策支持。

图1 管道安全监控预警系统框架

1.2 功能设计

油气长输管道安全监控预警系统主要由管道安全智能化监控、风险信息大数据分析、管道数据可视化管理、安全预警全景化展示、安全生产一体化管理等功能融合集成(图2)。通过管道安全智能化监控，实现安全隐患信息全面感知；由风险信息大数据分析提供全智能化预警分析，实现安全隐患信息快速获知；结合倾斜摄影技术、视频融合技术等全景化展示方式，实现安全隐患信息沉浸式决策；对于管道数据、环境数据、业务数据等，借助系统的管道数据可视化管理和安全生产一体化管理，实现信息的全方位管理。

图2 管道安全监控预警系统功能设计

2 关键技术

2.1 全景化安全监控预警

全景化安全监控预警是油气长输管道安全监控预警系统的核心。通过倾斜摄影技术，采集管理区内的实景信息，建立三维倾斜摄影模型，进而形成油气长输管道的三维模型。结合布设在沿线的摄像头，传感器等实时感知设备，通过感知融合技术，将实时视频、实时感知信息融合到长输管道三维模型，进而实现全景化安全监控预警。

通过无人机倾斜摄影技术，采集实景信息，构建三维倾斜摄影模型，形成油气长输管道三维全景模型。例如：采用无人机倾斜摄影技术，建立场站倾斜摄影模型，结合场站内的摄像头，实现全景化管理(图3)。

高后果区安全监控预警不仅对管道、场站进行全景化管理，对于高后果区内的居民、厂房、医院、学校等设施，通过全景化管理，增加了管理者决策分析的直观性。例如：通过对高后果区采用无人机倾斜摄影技术，建立高后果区倾斜摄影模型，实现了高后果区全景化管理(图4)。

图3 场站全景化管理

图4 高后果区全景化管理

2.2 智能化安全巡检融合

系统将多源传感器的实时回传数据进行有序管理和融合，并在平台上进行一站式可视化呈现。通过可视化融合技术，确保管理人员形成全景化的管道环境空间整体印象，高效率地实现对各类信息源、风险点、关键区域的全局性资源调度和应急处置。

对于无人机实时回传的轨迹和视频数据，系统快速进行轨迹匹配、视频融合和安全智能分析，为管理人员展示无人机巡检轨迹、实时视频和风险点，为管理人员决策分析提供支持。结合视频融合技术和智能分析技术，对固定监控点回传的视频数据进行快速融合处理，为管理者呈现一个沉浸式管道环境，并及时预警人员侵入、挖掘侵入等安全隐患。

3 综合应用

目前，油气长输管道安全监控预警系统已在国内多条油气长输管道上进行了探索和应用，通过融合感知设备，建立数据中心、安全中心、监控中心、预警中心和直播中心，实现了油气长输管道安全信息全面感知、智能分析、预警处置和现场直播。通过融合无人机、摄像头、传感器、安全帽、巡检帽、车辆等巡检设备及人员，实现安全隐患的全面感知。建立管线、场站、高后果区等三维倾斜摄影模型，集成视频摄像头实时回传数据，实现了管线安全全景化监控预警，可及时发现人员侵入、挖掘侵入等安全隐患。

探索和应用结果表明，基于全景化理念的油气长输管道安全监控预警系统，可以实现信息数据从文本、表格向可视化、全景化转变；风险监测从被动监控模式向主动智能预警模式转变，显著提高监管的精准性和时效性，有效提升管道风险主动防御能力，为智慧管网的建设提供有力技术支撑。