席有強 薛繼旭 孫國強 于晶晶

北京管道石家莊輸油氣分公司

摘要：光纖預警系統告警與視頻監控技術(shù)聯(lián)動(dòng)應用于油氣管道保護領(lǐng)域，能有效解決以往光纖預警處置低效、事后無(wú)法查證等難題，是一種新的預防性手段，可以有效提升管道保護工作效率，保障管道運行安全。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；光纖預警；視頻監控聯(lián)動(dòng)；人工智能

石家莊輸油氣分公司地處“京津冀”要地，天然氣管道穿越高鐵、高速公路、河道、人口密集型高后果區情況普遍，第三方施工損壞風(fēng)險較高。2021年對陜京二線(xiàn)259公里管道啟用光纖振動(dòng)預警系統，在傳統的人機聯(lián)防模式下，巡護工接到電話(huà)或告警短信后到達事發(fā)現場(chǎng)，作業(yè)區管道管理人員根據現場(chǎng)風(fēng)險等級給出處理措施并協(xié)調相關(guān)資源。由于光纖預警系統穿越區域條件復雜，誤告警情形難以避免，導致大量無(wú)效人力物力成本的付出。還由于巡護工到達現場(chǎng)存在時(shí)間差，無(wú)法及時(shí)防范管道損壞事件的發(fā)生。2022年石家莊輸油氣分公司利用陜京二線(xiàn)周邊2公里范圍內的中國鐵塔公司存量高清攝像機，采取光纖預警與視頻監控兩者聯(lián)動(dòng)，結合人工智能識別技術(shù)，用較低成本解決了這一難題。

1  聯(lián)動(dòng)系統路徑和功能

1.1   聯(lián)動(dòng)系統實(shí)現路徑

視頻監控系統根據光纖預警系統告警信息，實(shí)時(shí)調用離事件發(fā)生地最近且最合適的高清攝像頭，對準事發(fā)地點(diǎn)及周?chē)�進(jìn)行抓圖錄像（包含可見(jiàn)光與熱成像）。然后實(shí)時(shí)上傳到人工智能識別系統，識別事發(fā)區域是否有大型施工機械包括挖掘機、推土機等，把計算結果、打標簽后圖像、錄像實(shí)時(shí)推送至Web客戶(hù)端和APP端（圖 1）。Web客戶(hù)端彈窗和語(yǔ)音提示告警，APP端消息推送，作業(yè)區人員可快速查看告警詳情和實(shí)時(shí)視頻并做出判斷，如有必要APP可導航至事發(fā)位置[1]。

圖 1 聯(lián)動(dòng)系統工作路徑

1.2  聯(lián)動(dòng)系統工作步驟

光纖預警與視頻監控聯(lián)動(dòng)系統處理過(guò)程主要分為四個(gè)步驟。

（1）接收光纖預警系統信息。接收光纖預警系統發(fā)出的事發(fā)地位置信息，通過(guò)系統運算識別并推送至聯(lián)動(dòng)系統。

（2）事發(fā)地與監控攝像頭相對坐標轉換。根據事發(fā)地和監控攝像頭位置信息，測算并搜索最近且最合適的監控攝像頭，采用三角定位法解算大地坐標，得出事發(fā)地需要聯(lián)動(dòng)的監控攝像頭的方位、距離，根據距離和攝像頭安裝高度計算出攝像頭下傾角（T），從而得到攝像頭方位角（P）。

（3）合適倍率計算。根據事發(fā)地相對于監控攝像頭的距離，結合鏡頭倍率曲線(xiàn)計算出鏡頭大小，系統根據該值控制鏡頭變倍至合適倍率（Z），確保事發(fā)地目標在視頻畫(huà)面中的尺寸不會(huì )過(guò)小或過(guò)大。

（4）視頻監控系統聯(lián)動(dòng)。調用攝像頭相應接口，攝像頭根據計算得到的PTZ（方位角、下傾角、倍率）指向事發(fā)地目標（圖 2），實(shí)現實(shí)時(shí)抓圖和錄像。

圖 2 系統實(shí)景圖

1.3  聯(lián)動(dòng)系統主要功能

（1）3D－GIS方式呈現管線(xiàn)樁位信息。系統采用直觀(guān)形象的3D方式呈現管線(xiàn)及輸氣方向，以3D立體標簽標示樁位（圖 3）。

圖 3 3D－GIS方式呈現管線(xiàn)樁位

（2）攝像頭覆蓋管線(xiàn)分析。因管線(xiàn)涉及區域場(chǎng)景復雜，攝像頭受到樹(shù)木、建筑、橋梁等物體遮擋，聯(lián)動(dòng)系統需統計攝像頭對管線(xiàn)的覆蓋情況，以便在聯(lián)動(dòng)時(shí)快速搜索最合適攝像頭（圖 4）。

圖 4 攝像頭覆蓋分析

（3）定向查圖功能。監控視頻界面點(diǎn)取需要查看的位置，攝像頭自動(dòng)指向目標位置，可與自定義POI結合使用，由于施工機械是移動(dòng)的，可以在地圖上點(diǎn)選快速查找，結合云臺控制功能進(jìn)行微調，并可截存本地錄像（圖 5）。

圖 5 定向查圖示例

（4）AI識別。針對石家莊區域復雜場(chǎng)景中大型機械的識別，智能識別模型融入實(shí)際場(chǎng)景圖像和視頻數據后，專(zhuān)門(mén)對場(chǎng)景做了多次迭代優(yōu)化，目前識別模型識別準確率從上線(xiàn)最初的70%提升到90%以上（圖 6）。

圖 6 AI識別結果

（5）APP功能。實(shí)現了管線(xiàn)樁位GIS呈現、告警接收導航與處理反饋，實(shí)時(shí)視頻查看等（圖 7）。

圖 7 APP功能示例

2  現場(chǎng)應用實(shí)踐

石家莊分公司陜京二線(xiàn)鹿泉至正定區間約40公里光纖預警與視頻監控無(wú)縫聯(lián)動(dòng)，接入鐵塔公司攝像頭20個(gè)。投入運行三個(gè)多月，辨識高危行為260條，低風(fēng)險行為101條。實(shí)例一，光纖預警系統發(fā)出機械施工告警，通過(guò)聯(lián)動(dòng)視頻監控核實(shí)管道周邊存在機械取土行為（圖 8）。實(shí)例二，光纖預警告警聯(lián)動(dòng)視頻監控系統告警下發(fā)APP，作業(yè)區段長(cháng)立即趕到現場(chǎng)核實(shí)事件并進(jìn)行處置，通過(guò)APP反饋處置結果（圖 9）。

圖 8 告警聯(lián)動(dòng)機械施工示例（高危施工）

圖 9 告警聯(lián)動(dòng)處置結果

3  結語(yǔ)

光纖預警與視頻監控聯(lián)動(dòng)系統有效解決了管道周邊施工信息人工核實(shí)存在時(shí)間差的問(wèn)題。通過(guò)遠程確認，減少了現場(chǎng)核實(shí)低風(fēng)險事件造成的人力浪費。實(shí)際應用中還存在農作物遮擋以及施工機械類(lèi)型識別不準的問(wèn)題。下一步將對系統做進(jìn)一步優(yōu)化，提高應用效果。①將高后果區4G攝像頭接入光纖預警與視頻監控聯(lián)動(dòng)系統，實(shí)現高低協(xié)同識別，減少遮擋物對遠程確認功能的影響；②根據現場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，融入不同季度不同光照條件下的圖像和視頻，提升AI模型識別準確率，降低誤報率[2]；③發(fā)揮光纖預警信息推送與視頻監控自動(dòng)識別的各自?xún)?yōu)勢，實(shí)現自動(dòng)巡檢功能，提升管道周邊風(fēng)險發(fā)現能力。

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：席有強，1985年生，工程師，2015年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，現主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式：13393386277，654732658@qq.com。