胡江鋒1 周彬1 孫鵬1 高良澤1 滿(mǎn)海東2

1.國家管網(wǎng)集團西部管道酒泉輸油氣分公司；

2.中國鐵塔股份有限公司酒泉市分公司

摘要：人工智能技術(shù)在油氣管道保護領(lǐng)域的研究與應用，給管道保護工作帶來(lái)新的變革。通過(guò)提出智能監控解決方案，較好地解決了以往管道保護單純靠人盯死守、信息滯后、事前難以預防、事后無(wú)法查證的難題，為提升管道保護效率和管道運行安全提供重要的保障。

關(guān)鍵詞：油氣管道；人工智能；實(shí)時(shí)監控；預警推送

酒泉輸油氣分公司地處“河西走廊”，主要負責管轄西氣東輸一、二、三線(xiàn)管道，鄯蘭原油管道、烏蘭成品油管道及油氣分輸支線(xiàn)共15條管道，總長(cháng)度達4000多公里。長(cháng)期以來(lái)，油氣管道日常巡護主要以人工徒步巡查方式為主，耗時(shí)長(cháng)、效率低，且野外地形復雜，一些“巡檢盲區”難以通行；管道周邊常有地質(zhì)災害、第三方施工等瞬時(shí)發(fā)生的安全風(fēng)險；人口密集型高后果區多，稍有不慎就有可能造成嚴重后果。以傳統的人力巡護方式已無(wú)法適應快速變化的外部安全風(fēng)險挑戰。2019年以來(lái)，分公司依托河西走廊內中國鐵塔架設遠距離（覆蓋半徑2 km）高清攝像機，通過(guò)采用人工智能監控技術(shù)，較好地解決了這一難題。

1  人工智能監控系統的結構和功能

1.1  監控系統實(shí)現路徑

利用中國鐵塔遠距離（覆蓋半徑2 km）高清攝像機的前端攝像頭，實(shí)時(shí)回傳圖像并上傳到管理系統大數據分析平臺對圖片進(jìn)行分析計算，將分析結果發(fā)送至大數據分析系統，結合人工智能分析結果、歷史報警信息及用戶(hù)交互等數據進(jìn)行第二次計算[1]，并根據預設需求信息判定是否發(fā)送報警信息。對需要發(fā)送的報警信息，系統推送至PC客戶(hù)端以及其他移動(dòng)終端，并進(jìn)行提醒，工作人員即可查看報警圖片及報警詳情，快速定位報警區域并第一時(shí)間進(jìn)行處理。

1.2  系統結構

系統在結構上分為五部分：基礎數據維護系統、數據采集系統、人工智能監測識別系統、大數據分析平臺、客戶(hù)端，如圖 1所示。

圖 1 人工智能監控網(wǎng)絡(luò )設計

（1）基礎數據維護系統�；�礎數據維護系統主要是針對項目中的傳感器基礎數據（傳感器信息、預置位信息、巡航計劃）、規則基礎數據、人員信息等進(jìn)行數據管理與維護。

（2）數據采集系統。圖像/視頻傳感器信息采集模塊依賴(lài)于大數據分析平臺，實(shí)現了模塊程序分布式處理，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、合理的運用各節點(diǎn)機器資源，提高了程序模塊對圖像/視頻傳感器數據采集過(guò)程中整體處理效率，保證了數據由進(jìn)到出的毫秒級快速處理。

（3）人工智能監測識別系統。人工智能監測識別系統是整個(gè)系統的技術(shù)核心，對于不同需求的場(chǎng)景建立不同的識別模型，并且做到系統的擴展性，對于車(chē)輛及其他檢測對象的可配置性，保證了滿(mǎn)足不同應用方的個(gè)性化需求�？煞譃樗矔r(shí)和駐留模式，瞬時(shí)指的是只要畫(huà)面中出現需要報警的車(chē)輛，系統會(huì )立即報警；駐留指的是在同一個(gè)地方，同一車(chē)輛或者同一個(gè)人停留出現時(shí)間超過(guò)系統所配置的駐留時(shí)間，系統會(huì )立即報警。

（4）大數據分析平臺。是整個(gè)系統流程中的關(guān)鍵環(huán)節，建立在時(shí)序基礎上，實(shí)現了對于消息整體走向及處理辦法的解決方案。隨著(zhù)平臺投用時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，采集的海量信息越來(lái)越多，系統可以根據客戶(hù)端的信息正誤反饋信息，自主開(kāi)展學(xué)習功能，對于3次及以上的誤報信息，通過(guò)對比分析學(xué)習功能，不再輸出此類(lèi)信息，從而其分析識別的精準度越來(lái)越高。該系統可根據用戶(hù)需要設置攝像頭每個(gè)監控預置位下的報警方式，可以設置瞬時(shí)或者駐留，也可以設置瞬時(shí)或者駐留時(shí)自主選擇不同時(shí)段的不同檢測特定需求對象，例如各個(gè)時(shí)段的挖掘機、鏟車(chē)、油罐車(chē)等需求信息。當系統前端檢測、后端分析后判定為檢測對象時(shí)，立即向客戶(hù)端實(shí)時(shí)發(fā)出報警信息。

（5）客戶(hù)端。把監控設備的實(shí)時(shí)圖像傳回后端，做視頻剪切及圖像連續幀分析使用，并將發(fā)現警情的前后時(shí)間段內的視頻留存、圖像留存，以及在客戶(hù)端GIS地圖上顯示警情，執行可查看詳情及處理操作。

1.3  主要功能設置

（1）個(gè)性化報警規則設置 。由于長(cháng)輸管道線(xiàn)路長(cháng)，經(jīng)過(guò)的區域環(huán)境復雜，同一個(gè)攝像頭的多個(gè)預置位看到的環(huán)境也完全不同，而且白天晚上也會(huì )是不同的環(huán)境。系統為了切合用戶(hù)實(shí)際使用，支持針對同一個(gè)攝像頭的不同預置位，在白天和晚上都可以設置不同的報警規則。例如1號攝像頭1號預置位經(jīng)過(guò)高后果區，2號預置位經(jīng)過(guò)一段管道隱蔽地段必經(jīng)的唯一路口，此時(shí)白天就可以針對1號預置位設置工程車(chē)輛入侵和駐留，夜晚設置針對面包車(chē)、皮卡、人員設置駐留報警。2號預置位白天針對人、面包車(chē)、皮卡車(chē)設置入侵報警，夜晚對油罐車(chē)、廂式貨車(chē)等設置入侵報警，對可疑的盜油行為進(jìn)行監控和預警。

（2）電子圍欄、管線(xiàn)位置設置。攝像頭每個(gè)預置位的畫(huà)面回傳之后，系統讀取該畫(huà)面，呈現在WebGIS客戶(hù)端，可由用戶(hù)自行根據管線(xiàn)位置繪制電子圍欄。電子圍欄可減少用戶(hù)的無(wú)效報警，系統只針對電子圍欄區域內的目標進(jìn)行識別和報警，而電子圍欄之外即使出現了施工行為，系統不做任何處理，從而大幅度降低了無(wú)效報警，切合用戶(hù)實(shí)際使用場(chǎng)景。

（3）報警等級劃分。系統在基本報警對象的基礎上，增加了報警等級劃分功能，監控人員可根據實(shí)際情況，針對任意一個(gè)攝像頭的任意一個(gè)預置位現有的報警對象進(jìn)行等級劃分，比如發(fā)現挖掘機施工，是緊急報警，發(fā)現面包車(chē)停留，是重要報警，發(fā)現人員入侵，是普通報警，系統也會(huì )根據用戶(hù)自行設置的不同的報警等級觸發(fā)不同的報警聲音，方便用戶(hù)區分。

（4）報警屏蔽時(shí)段。系統還可以根據用戶(hù)需求對特定預置位的預警進(jìn)行屏蔽，例如某特定預置位，為管道企業(yè)對管道進(jìn)行維檢修，則可以設置該預置位在特定的維檢修期間對相關(guān)檢測對象不進(jìn)行預警。

（5）報警類(lèi)別。報警類(lèi)別目前分為駐留和入侵報警，駐留報警即檢測人、面包車(chē)等停留出現時(shí)間超過(guò)系統所配置的駐留時(shí)間就會(huì )立即報警；違法入侵為瞬時(shí)報警，即監控區域只要出現人、面包車(chē)等系統對該預置位配置的報警對象時(shí)就會(huì )立即報警。

（6）遠程喊話(huà)。系統提供遠程喊話(huà)功能，后端（APP端、PC端）采集到的危險信息，后臺人員將喊話(huà)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳遞至現場(chǎng)設備，經(jīng)過(guò)功放把喊話(huà)內容通過(guò)現場(chǎng)的大喇叭進(jìn)行播放，可實(shí)現對現場(chǎng)可疑、違法行為第一時(shí)間進(jìn)行遠程喊話(huà)警告和驅離。

（7）預警短信通知。發(fā)生報警后，系統根據所設置的報警等級等報警規則進(jìn)行分析，對于危險度高的信息，通過(guò)短信息提醒的方式，將預警的摘要信息通過(guò)短信息發(fā)送至客戶(hù)手機，彌補微信客戶(hù)端可能提醒不及時(shí)的短板，及時(shí)派遣巡線(xiàn)人員進(jìn)行現場(chǎng)處理。

圖 2 系統監控主界面

圖 3 系統監控實(shí)時(shí)預警畫(huà)面

2  現場(chǎng)應用實(shí)踐

目前，分公司實(shí)現了30個(gè)高后果區段監控全覆蓋，并對10個(gè)監控點(diǎn)配套安裝遠程喊話(huà)設備，實(shí)現遠程喊話(huà)功能。

（1）投入運行一年多，系統報警總數60412條，其中白天報警數量為48622條，夜晚報警數量為11790條。

（2）通過(guò)不斷完善和添加識別規則，共識別到進(jìn)入高后果區管線(xiàn)電子圍欄區域人員673人、挖掘機12703輛、推土機33029輛，其他車(chē)輛及其他信息14007條。系統運行報警準確率由最初不足50%提升到92%。

（3）共發(fā)現高后果區管線(xiàn)周邊施工150起，做到了提前預警，同時(shí)通過(guò)遠程喊話(huà)功能，制止違法施工行為，隨后派人前往現場(chǎng)核查違法施工情況，提高了管道保護質(zhì)量，降低了隱患整治成本。

3  提升建議

（1）模型更新。為保證系統模型的識別準確率，針對現場(chǎng)情況定期進(jìn)行模型優(yōu)化更新，持續提升報警準確率，降低誤報情況。

（2）功能優(yōu)化。更精準的設置預置位、電子圍欄。

（3）平臺升級。針對現場(chǎng)需求，對系統平臺，根據功能需要持續進(jìn)行更新升級。

（4）設備更新。應用更長(cháng)距離的攝像機，單臺覆蓋半徑能夠達到5 km及以上。

（5）系統聯(lián)動(dòng)。光纖振動(dòng)報警系統可對地下的振動(dòng)情況進(jìn)行預警，諸如開(kāi)挖隧道、打孔盜油、定向鉆施工等，但光纖預警誤報較多，現場(chǎng)核實(shí)工作量大。而鐵塔遠程攝像機可以遠程直觀(guān)觀(guān)察到管道周邊的一切動(dòng)態(tài)行為并進(jìn)行預警，但無(wú)法獲取地下活動(dòng)信息。故通過(guò)對智能監控系統在功能架構上的水平擴展，增加多元化的預警通知功能[2]，實(shí)現視頻智能監控與光纖預警的功能互補。

參考文獻：

[1]李遵照，王劍波，王曉霖，董列武，劉道乾，李明，葉青.智慧能源時(shí)代的智能化管道系統建設[J].油氣儲運，2017，36(11)：1243-1250.

[2]王小龍.淺析人工智能在油氣行業(yè)中的應用[J]. 現代信息科技，  2017，1(2)：117-119.

作者簡(jiǎn)介：胡江鋒，現任國家管網(wǎng)集團西部管道有限責任公司酒泉輸油氣分公司經(jīng)理，高級工程師。聯(lián)系方式：17325141325，123860562@qq.com。