楊永和1 陶超2 孫鵬3 張蓓蕾3
1.國家管網(wǎng)集團西部管道蘭州輸氣分公司；

2.北京睿呈時(shí)代信息科技有限公司；
3.國家管網(wǎng)集團西部管道酒泉輸油氣分公司 

 

摘要：應用現代信息技術(shù)，采集管道基礎數據及周邊環(huán)境數據，搭建油氣管道智能化管理平臺，利用大數據存儲檢索優(yōu)化技術(shù)，對管道數據進(jìn)行歸納，經(jīng)管理系統智能分析，為決策提供支持。依靠空間GIS技術(shù)與三維可視化技術(shù)，構建與現實(shí)長(cháng)輸管線(xiàn)及周邊環(huán)境高度一致的生動(dòng)直觀(guān)的三維場(chǎng)景，以三維可視化方式展示各類(lèi)信息的整合關(guān)聯(lián)，為模擬演練及應急響應提供輔助決策。

關(guān)鍵詞：油氣管道；智能管道；大數據分析；GIS；三維可視化

 

信息技術(shù)在長(cháng)輸管道初期勘查選線(xiàn)、中期建設實(shí)施和后期運營(yíng)管理中已經(jīng)得到廣泛應用，如美國阿拉斯加管道借助信息技術(shù)已實(shí)現對地震等自然災害的預警和自動(dòng)控制。以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的新一輪信息技術(shù)革命，為油氣管道行業(yè)全面向信息化、智能化管理轉變提供了技術(shù)基礎。智能化管道通過(guò)將管道及周邊區域資料數字化、網(wǎng)絡(luò )化、可視化，采集、處理管道在規劃、設計、施工、運營(yíng)、維護過(guò)程的全生命周期基礎地理數據與管道專(zhuān)業(yè)數據，結合管道沿線(xiàn)的環(huán)境經(jīng)濟信息建設管道數據倉庫，為管道建設、運營(yíng)與完整性管理提供真實(shí)可靠的技術(shù)數據，達到信息化動(dòng)態(tài)管理的目的。實(shí)現管道管理在地理空間上的“無(wú)限拉近”和“所見(jiàn)即所得”，“隨時(shí)隨地”掌握、定位、查看、監控管道的各類(lèi)數據、信息及事件，實(shí)現虛擬的“直達和深入基層”，幫助企業(yè)解決實(shí)際問(wèn)題[1]。

1  平臺建設

2016年開(kāi)始，西部管道酒泉輸油氣分公司以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數據、GIS和三維可視化等技術(shù)為支撐，通過(guò)內容綜合、形式統一的空間數據庫，統一采集存儲和管理二維、三維地理信息及長(cháng)輸管道業(yè)務(wù)三維模型，建設智能化管理平臺，實(shí)現大場(chǎng)景的二三維一體化管理，以三維可視化的方式展示各類(lèi)信息的整合關(guān)聯(lián)。

1.1  數據處理

利用大數據存儲檢索優(yōu)化技術(shù)，定制多類(lèi)專(zhuān)用數據格式，包括三維設計模型數據、GIS數據、實(shí)時(shí)傳輸數據、設備信息等，數據經(jīng)過(guò)轉碼與解碼，在保障數據質(zhì)量與場(chǎng)景效果的前提下，顯著(zhù)縮小存儲空間，提升數據處理整體效率[2]。并采用合理的邏輯組織，分散的物理存儲，設計索引、數據操作的優(yōu)化等技術(shù)，實(shí)現海量數據的存儲檢索與優(yōu)化。

1.2  平臺架構

智能化管道管理系統平臺架構如圖 1所示。

圖 1 智能化管道管理系統平臺架構

（1）數據庫層。提供本地及遠程等多種數據連接方式，將外系統數據及現場(chǎng)收集的其他數據進(jìn)行整合分類(lèi)，分為空間GIS數據庫、靜態(tài)數據庫、動(dòng)態(tài)數據庫三類(lèi)�？臻gGIS數據庫主要包括GIS數據和三維模型數據，靜態(tài)數據庫包含周邊社會(huì )經(jīng)濟要素等數據，動(dòng)態(tài)數據庫包含運行維護數據、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數據等。

（2）平臺層。采用全國產(chǎn)化睿-Pipe平臺，實(shí)現虛擬現實(shí)技術(shù)、空間GIS技術(shù)及模擬仿真技術(shù)的有機融合，引擎提供標準對外接口和功能方法調用，同時(shí)對應用層提供支撐。

（3）應用層。將整合的各類(lèi)業(yè)務(wù)數據分門(mén)別類(lèi)展示，呈現系統全部功能并進(jìn)行實(shí)際操作，查看各類(lèi)數據的分布情況，并進(jìn)行統計分析。

1.3  系統部署

采用客戶(hù)端（C/S）嵌網(wǎng)頁(yè)（B/S）模式，基于INTERNET/INTRANET的通信基礎，以C/S+B/S模式架構。同時(shí)采用多邏輯服務(wù)器負載均衡，在1臺硬件服務(wù)器上部署4個(gè)邏輯服務(wù)器，分別是3D-GIS服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、集成應用服務(wù)器。

3D-GIS服務(wù)器存放地理信息數據、全息場(chǎng)景數據、各種模型數據，并針對存儲數據進(jìn)行分發(fā)、控制、同步等管理工作，并提供空間量算等GIS操作功能。

數據庫服務(wù)器用于安裝數據庫軟件，存放除地理信息數據以外的所有數據，對所存數據進(jìn)行管理，如生產(chǎn)工藝流程數據、救援資源數據、應急預案數據、外系統集成數據、系統配置數據等，并對所存數據進(jìn)行同步管理操作。

Web服務(wù)器提供Web服務(wù)功能及集成其他Web服務(wù)器，以Web的形式發(fā)布數據、進(jìn)行數據交互。Web程序操作快捷、方便，集成外系統功能和集成其他服務(wù)器功能，能以超鏈接的形式集成外系統Web服務(wù)器，也可以COM組件、網(wǎng)絡(luò )等形式集成應用服務(wù)器、3D-GIS服務(wù)器、數據庫服務(wù)器功能。

集成應用服務(wù)器主要負責集成外系統的功能，如油氣擴散、火災及爆炸模型等；集成其他已有信息系統的信息和數據。應用服務(wù)器除集成外系統的功能外還可以為災情評估、災情推演等應用提供后臺支持及計算。

1.4  關(guān)鍵技術(shù)

采用地理坐標與虛擬現實(shí)坐標的轉換匹配技術(shù)、虛擬仿真與空間GIS融合技術(shù)、大范圍三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染優(yōu)化顯示技術(shù)、多源信息整合與數據接口標準化等技術(shù)[3,4]，實(shí)現在不涉密的情況下，管道定位精度及在場(chǎng)景中的真實(shí)展現。

2  平臺功能特點(diǎn)

2.1  實(shí)現數據集中和數字化

將管道本體及附屬數據、管道業(yè)務(wù)數據、應急資源數據整合為統一數據庫，在系統里構建與現實(shí)走向一致、狀態(tài)一致的數字化管道，不僅僅是視覺(jué)上還原，更重要的是還原管道的各類(lèi)信息，主要包括空間實(shí)體數據、靜態(tài)數據、動(dòng)態(tài)數據等三大類(lèi)數據。包括通過(guò)焊縫、鋼管、彎管等信息，還原管道本體及附屬設施；周邊地貌、敏感目標、居民等，構建管道周邊環(huán)境；納入實(shí)時(shí)溫度、壓力、流量等數據，呈現管道運行動(dòng)態(tài)（圖 2）。

圖 2 管道狀態(tài)數字化展示

2.2  實(shí)現可視化預案管理

將事故災情、發(fā)展進(jìn)程、救援行動(dòng)等制作成數字化預案，按照事件的發(fā)展過(guò)程，將應急措施可視化展示，用于進(jìn)行預案桌面推演和應急救援培訓。同時(shí)，將已經(jīng)發(fā)生過(guò)的典型事故和應急救援過(guò)程，制作成數字化預案的多媒體演示腳本，可以隨時(shí)在平臺查詢(xún)和演示，改變傳統紙質(zhì)化預案演練模式（圖 3）。

圖 3 應急預案可視化展示

2.3  實(shí)現巡檢區域化管理

站場(chǎng)巡檢實(shí)現巡檢點(diǎn)位精確定位和推送，三維可視化標識巡檢對象；站內精確定位，巡檢歷史路線(xiàn)可視化回放；巡檢操作精細化，按照提示任務(wù)進(jìn)行拍照、錄像等取證過(guò)程及巡檢結果直接觸發(fā)線(xiàn)上業(yè)務(wù)流，可直接向其他協(xié)作崗位推送消息或發(fā)起視頻對講。線(xiàn)路巡檢實(shí)現對管道巡線(xiàn)在線(xiàn)人數、實(shí)時(shí)位置、歷史軌跡、計劃覆蓋情況、計劃執行情況等信息進(jìn)行查詢(xún)、統計、展示。提高了巡檢人員的單兵作戰能力；中心站將各分站場(chǎng)、線(xiàn)路巡檢綜合集中管理，有利于實(shí)現區域內所轄站場(chǎng)、閥室設備設施的集中巡檢、統一維修、資源共享，提升設備可靠性、全員勞動(dòng)生產(chǎn)力和員工技能水平。

2.4  實(shí)現風(fēng)險主動(dòng)管控

利用大數據，將影響管線(xiàn)完整性的各類(lèi)影響因素（天氣、施工、占壓、腐蝕、運行壓力、地質(zhì)情況等）綜合展現，掌握各類(lèi)影響因素之間關(guān)聯(lián)規律。通過(guò)建立三維信息系統，優(yōu)化管道管理模式，提高信息傳遞的效率，宏觀(guān)可以掌握走向態(tài)勢，微觀(guān)可以方便查看焊縫、閥門(mén)，將風(fēng)險管控模式由被動(dòng)轉為主動(dòng)，將事后處理轉變?yōu)轭A防管理，提高了管道安全運行系數。如對第三方施工管理可按照施工狀態(tài)（未施工、施工中、已完工）分類(lèi)查詢(xún)第三方施工分布情況，也可進(jìn)行專(zhuān)題圖統計。

對管道缺陷進(jìn)行預警分析，通過(guò)ERF（預估維修比）指標，將ERF＞1的缺陷篩選維修；對不符合維修標準的缺陷，計算生長(cháng)速率并持續關(guān)注；通過(guò)三維場(chǎng)景可視化展示，快速定位和修復需維修缺陷位置。陰極保護管理將測試樁數據在三維場(chǎng)景可視化展示，對測試數據進(jìn)行縱向和橫向統計分析，并展示報警位置，提高保護的有效性。對地質(zhì)災害風(fēng)險點(diǎn)實(shí)現一張圖管理，將不同種類(lèi)的風(fēng)險分類(lèi)管理。分種類(lèi)、分等級進(jìn)行風(fēng)險統計分析，在三維場(chǎng)景中定位風(fēng)險點(diǎn)，風(fēng)險點(diǎn)按等級在場(chǎng)景中分顏色展示 。

2.5  實(shí)現資源調配整體優(yōu)化

利用設備運行監控平臺和大數據查詢(xún)功能，進(jìn)行應急資源和物資調度、作業(yè)維修，提高資源周轉能力及管道運力，降低設備故障率，提高工作效率。

3  結論

本文闡述的智能管道建設，是希望管道企業(yè)通過(guò)智能化管道管理平臺，整合海量數據，實(shí)現管道的數字化、自動(dòng)化、智能化管理，做到有效處理，分析，展示。在管道日常業(yè)務(wù)活動(dòng)、應急搶險等過(guò)程中，能夠快速獲取管道的基本信息、周邊環(huán)境、運行參數、風(fēng)險隱患、應急資源等信息，輔助用戶(hù)迅速做出決策。

酒泉分公司通過(guò)管道智能化管理平臺實(shí)踐，多次在處理管道缺陷風(fēng)險時(shí)，利用系統查看特定范圍內的人員、環(huán)境、管道附屬設施、陰極保護等數據信息，通過(guò)系統內置的管道全生命周期數據分析，快速掌握管道的本質(zhì)安全情況，為預防性維修維護提供依據。結合智能巡檢模塊，提升管道隱患的處理效率，在應急演練時(shí)預先在三維可視化場(chǎng)景中模擬災害并進(jìn)行事故推演，更加直觀(guān)看到事故的整體態(tài)勢和影響范圍。

后期，智能化管道管理平臺可延伸業(yè)務(wù)管理功能，加強分公司決策分析支持能力及基層核心業(yè)務(wù)過(guò)程管理，在分公司層實(shí)現管道等級劃分，管道健康評價(jià)；在基層實(shí)現業(yè)務(wù)事件可追溯，工作任務(wù)可推送；結合移動(dòng)端功能及大數據分析技術(shù)，依據不斷累積的數據，逐步實(shí)現自動(dòng)分析識別、主動(dòng)預警預防。通過(guò)接入管道內檢測數據和運行監測數據，結合數據分析模型，實(shí)現對管道非結構化數據的深入分析，查找管理短板，提升管理能力，對今后管網(wǎng)實(shí)施智慧化管理起到一定的作用。在基礎數據應用、事件處置效率、應急響應速度、運行管理手段、本體業(yè)務(wù)管理、綜合分析能力等方面實(shí)現“六提高”，成為企業(yè)管理的有力抓手，保障管道安全、平穩、可靠、綠色運行。

 

參考文獻：

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[4]陳懷松，羅昌印.大數據可視化分析[J].計算機教育，2018(5)：194-197.

 

作者簡(jiǎn)介：楊永和， 博士，現任國家管網(wǎng)集團西部管道有限責任公司蘭州輸氣分公司經(jīng)理，曾任國家管網(wǎng)集團西部管道有限責任公司酒泉輸油氣分公司經(jīng)理，從事管道行業(yè)工作近30年。聯(lián)系方式：18999809871。