謝銳 鄭宇恒 方迎潮 吳東容 孫嘯 王彬彬

國家管網(wǎng)集團西南管道公司

摘  要：西南山區管道所經(jīng)區域地質(zhì)條件復雜，地勢起伏大且地災頻發(fā)，傳統的管道地質(zhì)災害風(fēng)險管控模式難以發(fā)揮有效作用。為滿(mǎn)足山區管道運行管理更高安全和環(huán)保要求，利用新技術(shù)，建立天基系統、地基系統與管控流程相結合的天地聯(lián)合風(fēng)險管控體系，形成風(fēng)險普查、詳查、監查的風(fēng)險識別及管控模式，實(shí)現地質(zhì)災害的天地一體化綜合監測預警，提高風(fēng)險管控能力和管控效率。

關(guān)鍵詞：山區管道；地質(zhì)災害；天地聯(lián)合風(fēng)險管控；天基系統；地基系統；InSAR；高后果區；預警

西南管道70%以上位于V字形、大落差山區，沿線(xiàn)水網(wǎng)密布，地理環(huán)境復雜，地質(zhì)災害頻發(fā)；自然環(huán)境敏感區及人員密集型高后果區較多；基礎設施建設活動(dòng)（第三方施工）頻繁。與平原地區油氣管道相比，安全運營(yíng)、環(huán)保管控等面臨更大難度和挑戰。

西南山區管道在地質(zhì)災害、第三方人為破壞、腐蝕等方面風(fēng)險突出，與建設期缺陷雙重疊加，失效可能性比平原管道明顯較高[1-2]。環(huán)境敏感區域（濕地公園、水源保護地等）及人員密集型高后果區搶險難度大，溢油回收困難，人員傷亡及環(huán)境污染等失效后果影響較大[3]。針對山區管道風(fēng)險管控的重難點(diǎn)問(wèn)題，需要應用新技術(shù)予以解決。

1  風(fēng)險管控重難點(diǎn)分析

表 1為山區管道風(fēng)險管控典型重難點(diǎn)問(wèn)題。

可以看出，現有管道完整性管理手段在大范圍地質(zhì)災害排查、流域性環(huán)境風(fēng)險識別、高后果區增量排查等方面，難以滿(mǎn)足山區管道更高安全和環(huán)保要求。需運用衛星遙感、傳感器監測、人工智能等新技術(shù)開(kāi)展山區管道風(fēng)險管控，形成適用的風(fēng)險管控體系[4-9]。

2  天地聯(lián)合風(fēng)險管控體系

融合衛星遙感數據與地基感知數據，基于人工智能分析建立天地一體化風(fēng)險管控體系及平臺，實(shí)現管道風(fēng)險篩查、評估、監測及預警的綜合管理。技術(shù)體系包含天基系統和地基系統兩個(gè)部分，兩者結合形成天地聯(lián)合管控，對地質(zhì)災害進(jìn)行“三查”，實(shí)現天地一體化綜合預警，提高風(fēng)險管控范圍和工作效率，為管道地質(zhì)災害防治提供技術(shù)支撐。

2.1  天基系統

天基系統主要利用衛星遙感監測手段，結合大數據、人工智能等信息技術(shù)，對管道沿線(xiàn)開(kāi)展大范圍的地質(zhì)災害隱患點(diǎn)普查、大范圍監測、地災風(fēng)險識別以及重點(diǎn)風(fēng)險持續跟蹤，并為災害與風(fēng)險詳查、地基監測提供數據支撐。

基于衛星遙感技術(shù)（表 2），在管道左右兩側0.1、0.5、2.5公里范圍開(kāi)展累計緩慢形變監測，實(shí)現管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害早期識別，同時(shí)對管道周邊大范圍地質(zhì)變化情況進(jìn)行管控。采用國產(chǎn)高分辨率光學(xué)衛星對管道沿線(xiàn)進(jìn)行地物變化檢測統計及建筑物識別提取，查找人為因素導致的建筑用地變化區域，并做出相關(guān)分析，實(shí)現管道沿線(xiàn)施工監測和高后果區管理。

通過(guò)對三維數據、基礎地理數據、地質(zhì)環(huán)境數據、地質(zhì)災害數據、管道數據以及其他數據的多源數據融合疊加分析等大數據技術(shù)，以獲得被測對象的一致性解釋或描述，從而得出更為準確、可信的結論。

人工智能技術(shù)集中于機器學(xué)習算法在遙感影像數據計算分析中的應用。系統內共形成9種功能算法，13個(gè)分析模塊，為進(jìn)行復雜的數據分析和處理提供了算法保證。

2.2  地基系統

地基系統主要利用地面傳感監測設備，對各重大地質(zhì)災害點(diǎn)時(shí)空演變信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監測（圖 1），包括形變、地球物理場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)、誘發(fā)因素等，最大程度獲取連續的空間變形數據，利用指數平滑法、回歸分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等大數據分析方法，分析預測災害發(fā)展變化趨勢，結果應用于地質(zhì)災害的穩定性評價(jià)、預警預報和防治。

主要工作流程包括數據采集、數據分析及存儲、預警規則以及預警行為四個(gè)部分。數據采集主要通過(guò)野外監測設備進(jìn)行，采用三網(wǎng)聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò )作為主信道，同時(shí)預留了北斗數據傳輸系統作為備用信道，并建立了兩個(gè)信道的自動(dòng)切換方式。數據分析及存儲，主要使用大數據分析算法將傳回的數據進(jìn)行分析，找出災害發(fā)育變形規律，并將分析結果存儲到數據庫中。預警規則以“管道安全”為核心，構建外界誘發(fā)指標、地災形變指標與管道力學(xué)指標組成的預警預報判別矩陣，將管道地質(zhì)災害預警級別劃分為三級預警。預警行為的確定是根據報警規則計算災害點(diǎn)的預警級別，并進(jìn)行自動(dòng)響應，同時(shí)將報警信息發(fā)給對應的業(yè)務(wù)人員。

2.3  天地一體化方案及體系建立

通過(guò)技術(shù)與管理相結合，建立天基系統、地基系統與地災風(fēng)險管控流程結合的天地聯(lián)合風(fēng)險管控體系，對地質(zhì)災害進(jìn)行“三查”（普（排）查、詳（篩）查、監查），實(shí)現地質(zhì)災害的天地一體化綜合監測預警，提高風(fēng)險管控能力和管控效率（圖 2）。

普（排）查：借助高分辨率的光學(xué)影像和SAR影像，識別歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)明顯變形破壞和正在變形的區域，實(shí)現對地質(zhì)災害隱患的大范圍普查。

詳（篩）查：基于衛星普查結果，對解譯出的形變區域開(kāi)展地面調查，記錄隱患點(diǎn)的地形地貌條件、地質(zhì)環(huán)境破壞程度、巖土體結構等，并結合管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)模型、評級體系，對確認的風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行評估，確定需要進(jìn)行監測、治理的地質(zhì)災害點(diǎn)位。

監查：對詳查確認的風(fēng)險點(diǎn)位，部署地基監測系統，進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、預警與管控。

3  管控實(shí)踐

西南管道公司地基系統從2014年開(kāi)始建設，2018年進(jìn)行了二次升級改造。截至2020年，已接入監測區域150處，其中應力應變監測117處，地災監測59處（合建26處），769個(gè)監測點(diǎn)位，791套監測設備。天基系統從2019年開(kāi)始建設， 2020年逐步投入實(shí)驗性應用，并與地基系統有效融合聯(lián)動(dòng)。天地聯(lián)合風(fēng)險管控體系應用以來(lái)，在中緬天然氣管道晴隆段InSAR地質(zhì)風(fēng)險識別、高后果區管理、地質(zhì)災害監測預警等應用中取得了良好效果。

3.1  InSAR地質(zhì)風(fēng)險識別

開(kāi)展InSAR地質(zhì)風(fēng)險識別，對約100公里中緬天然氣管道晴隆段新老管線(xiàn)進(jìn)行了識別驗證。重點(diǎn)對2.5公里地質(zhì)災害風(fēng)險區域進(jìn)行普查，共排查出23個(gè)隱患區域，其中位于管道300米緩沖區的有6個(gè)。InSAR解譯出形變區67處，其中老管線(xiàn)35處，新管線(xiàn)32處。經(jīng)綜合判斷， 64個(gè)形變區域需要開(kāi)展野外地質(zhì)環(huán)境調查。經(jīng)專(zhuān)業(yè)人員現場(chǎng)實(shí)勘，確認了地質(zhì)災害點(diǎn)。

InSAR解決了潛在隱患由人工排查難以發(fā)現的難題，極大地提升了地質(zhì)災害識別的能力與水平，使得地災防控更具針對性。

3.2  高后果區管理

建立“技防+人防”管理模式，將衛星遙感監測結果與人工巡線(xiàn)結果相互復核，提升人工巡線(xiàn)針對性、廣覆蓋和巡視效率；開(kāi)展管道沿線(xiàn)建筑物識別和統計，輔助確定高后果區等級；自動(dòng)排查高后果區新增建筑物，記錄其出現時(shí)間，保留證據鏈。

目前，西南管道公司監測管道總長(cháng)度約500公里，共監測高后果區98個(gè)，其中I級9個(gè)，II級54個(gè)，III級33個(gè)，IV級2個(gè)，總長(cháng)度約162公里�；�于衛星遙感的山區管道高后果區動(dòng)態(tài)監測管理取得了初步應用效果。

3.3  地質(zhì)災害監測預警

利用地基監測系統，多次成功預警，包括中緬管道K321滑坡、晴隆改線(xiàn)段管體應力異常、采空區隧道裂縫加速變形等事件。

2018年8月13日，平臺監測到中緬管道K321滑坡1#應變監測點(diǎn)應變值出現穩步上升趨勢，抗滑樁出現輕微形變，系統預警。經(jīng)現場(chǎng)復核發(fā)現，持續降雨導致滑坡體第一排抗滑樁左側兩根樁上部管溝處出現小范圍局部滑塌（圖 3）�；�塌區呈圈椅狀，長(cháng)約15米，寬約8～12米，厚度約1.2米，滑塌區后緣下錯約 1.2米，邊緣下錯約0.4米，局部光纜外露，排水溝堵塞。公司及時(shí)趕赴現場(chǎng)復核，并采取消減措施降低了風(fēng)險。

4  結論及建議

（1）西南山區管道天地聯(lián)合風(fēng)險管控體系充分利用天基系統、地基系統技術(shù)優(yōu)勢，結合多源數據融合和專(zhuān)業(yè)數據分析，解決了山區管道運行風(fēng)險有效管控難題，顯著(zhù)提高了風(fēng)險管控能力及管控效率。

（2）形成了 “三查” （普（排）查、詳（篩）查、監查）管控模式，取得了較好的應用效果，為山區管道風(fēng)險管控探索出了新方向。

（3）實(shí)際應用中還存在地物變化監測分類(lèi)精度不足、衛星監測地物變化時(shí)容易受到云層和植被影響等問(wèn)題。后續將持續提升天地一體化平臺智能化水平及預報準確率，并探索Lidar、無(wú)人機等技術(shù)應用，構建天空地一體化風(fēng)險管控體系，實(shí)現山區管道風(fēng)險全面管控。

 

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作者簡(jiǎn)介：謝銳，工程師，1986年生，2013年碩士畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運專(zhuān)業(yè)�，F主要從事油氣管道運行管理及數據管理研究工作。聯(lián)系方式：18008306535， 181828333@qq.com。