王磊 杭光強

陜西延長(cháng)石油（集團）管道運輸公司

摘要：基于吳延管道主要外部風(fēng)險特征，融合振動(dòng)光纖預警、AI視頻監控、無(wú)人機巡檢和智能感知終端等管道巡護新技術(shù)，搭建風(fēng)險監測智能管控一體化平臺，實(shí)現各系統數據信息共享、設備聯(lián)動(dòng)，有效提升了公司管道外部風(fēng)險管控水平。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險管控；一體化平臺；振動(dòng)光纖；AI視頻監控；無(wú)人機巡檢

傳統的以人巡為主的管道巡護方式在時(shí)間、空間、質(zhì)量和效率上已難以應對當前油氣管道不斷增加的外部安全風(fēng)險。陜西延長(cháng)石油集團管道運輸公司采用大數據、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和人工智能等先進(jìn)技術(shù)和設備彌補人工巡檢的短板，為油氣管道保護提供了新的解決方案。

1  管道安全管控現狀

吳起—延煉輸油管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)吳延管道）全長(cháng)322.77公里，途經(jīng)陜北黃土高原，多次穿越水源地、自然保護區和河流，地形地貌復雜多變。沿途設有閥室16座，跨越明管29處，穿越大型河流77處�，F有高后果區51處，約115.1公里，占全線(xiàn)35.66%。風(fēng)險管段34處，易打孔盜油點(diǎn)67處，與道路交叉399處、并行92段，并行里程111.14公里，與油氣管道交叉207處，并行135段，并行里程77.049公里。

隨著(zhù)兩輪漏磁內檢測和缺陷修復工作，吳延管道本體風(fēng)險基本得到了控制，但是第三方施工損壞、違章占壓、打孔盜油和自然與地質(zhì)災害等管道外部風(fēng)險呈上升趨勢。傳統的管道巡護方式難以做到全時(shí)空覆蓋，存在不到位、效率低、管理難度大等問(wèn)題，無(wú)法做到事前預警。近年來(lái)雖然采取GPS、振動(dòng)光纖、視頻監控、無(wú)人機等技術(shù)手段彌補人巡的不足，但各系統之間存在壁壘，影響信息共享、業(yè)務(wù)交互和應急聯(lián)動(dòng)，亟須建立多源、多維度的空地協(xié)同管道智能平臺，加強統一管理，以提升資源的有效利用。

2  監測智能管控一體化平臺

2.1  系統構成

（1）振動(dòng)光纖預警。能夠準確識別和預警管道周邊人工挖掘、機械挖掘、車(chē)輛行駛等第三方損壞行為（圖 1）。

圖 1 振動(dòng)光纖預警避免第三方損壞事故

（2）AI視頻監控系統。安裝在管道高后果區、風(fēng)險管段、易打孔盜油等管道重要部位的AI視頻監控，可實(shí)現對油氣管道的全天時(shí)、全天候“慧眼巡查”，對闖入電子圍欄的可疑人員、車(chē)輛和機械進(jìn)行智能識別、抓拍、告警和錄像，特別是對打孔盜油不法分子起到了一定程度的震懾作用。同時(shí)也彌補了雨雪等特殊天氣人工無(wú)法巡護和人工巡護具有時(shí)段性的短板，保證了巡護質(zhì)量和效率（圖 2）。

圖 2 AI視頻監控數據統計

（3）無(wú)人機場(chǎng)。無(wú)人機自動(dòng)巡檢具有速度快，覆蓋面廣，不受地形影響，環(huán)境適應能力強，可實(shí)現全方位、高視角、寬視野巡檢，彌補了人工巡檢視野窄小，效率低等短板。但是無(wú)人機自動(dòng)巡檢也受續航里程、天氣、供電、機場(chǎng)位置和成本等因素制約。

（4）平臺邏輯程序是預警信息確認、協(xié)同和聯(lián)動(dòng)。為了快速確認和反饋預警信息，實(shí)現人防、物防、技防的緊密結合，系統建設中拓展了視頻與無(wú)人機聯(lián)動(dòng)模塊。當單一報警信息無(wú)法明確事件的準確性時(shí)，平臺會(huì )自動(dòng)觸發(fā)協(xié)同分析模型，實(shí)現不同監測手段之間的協(xié)同分析，用于進(jìn)一步確認報警事件的準確性。例如當發(fā)生光纖振動(dòng)報警時(shí)，協(xié)同分析模塊可快速匹配相應位置的攝像頭查看實(shí)時(shí)監控視頻，附近無(wú)攝像頭時(shí)匹配無(wú)人機快速前往報警現場(chǎng)查看，確認是何原因造成光纖振動(dòng)報警，是否需要派遣巡護人員進(jìn)行現場(chǎng)處置。

（5）在光纖振動(dòng)和AI視頻監控預警且巡護人員無(wú)法立即到達現場(chǎng)的情況下，可通過(guò)AI視頻監控桿上或無(wú)人機掛載的遠程喊話(huà)器進(jìn)行遠程喊話(huà)警告和驅離，及時(shí)制止危害管道的行為，防范第三方損壞事件的事故發(fā)生。

（6）通過(guò)系統平臺可以實(shí)時(shí)查看每一個(gè)AI視頻監控攝像頭視頻畫(huà)面和無(wú)人機巡檢視頻畫(huà)面。通過(guò)云存儲可實(shí)現各項歷史數據的存儲的調閱，包括統計分析數據和各項原始數據，為安全生產(chǎn)、運維、管理和決策提供數據支撐。

2.2  系統架構

平臺采用B/S架構搭建（圖 3），基于統一平臺底座，建立時(shí)空基準框架，采用高可靠、高性能和彈性可伸縮地理空間數據計算和存儲技術(shù)，實(shí)現地面傳感器監測、光纖振動(dòng)預警、AI視頻監控和空中無(wú)人機巡檢、人工巡檢等多源異構數據的統一管理、存儲、分析、對齊、共享、分發(fā)及檢索等功能。通過(guò)多維度變換、多模態(tài)綜合、多尺度空間數據整合、數據集成，實(shí)現各類(lèi)監測數據的統一集成、匯聚、分析和共享應用。

圖 3 系統架構圖

2.3  關(guān)鍵技術(shù)選擇

（1）智能感知終端。在管道沿線(xiàn)安裝地表位移監測裝置（圖 4），在各閥室與場(chǎng)站安裝壓力變送器和溫度變送器等感知終端并接入系統，及時(shí)獲取真實(shí)、可靠的管道運行數據。

圖 4 地質(zhì)災害位移檢測器

（2）振動(dòng)光纖預警。振動(dòng)光纖預警由預警主機、傳感光纖和預警管理終端組成。預警主機安裝在站場(chǎng)或閥室。傳感光纖利用管道原有伴行光纜中的一芯光纖作為傳感器，實(shí)時(shí)采集監測沿線(xiàn)振動(dòng)信號并加以處理通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上傳至管理系統。管理終端為監控管理軟件，安裝在有人值守場(chǎng)站或調控中心電腦，用于接收預警主機上傳數據及預警信息，可對預警、顯示、權限、查詢(xún)等進(jìn)行集中管理（圖 5）。

圖 5 振動(dòng)光纖預警設備構成

（3）AI 視頻監控。自建高度10 m監控桿（接入電源或風(fēng)光互補）和利用中國鐵塔掛載的方式，在沿線(xiàn)高后果區、風(fēng)險管段和其它管道重要位置分批次安裝了41臺200萬(wàn)像素53倍變焦激光云臺攝像機，以及遠程喊話(huà)器。攝像機支持水平360°連續旋轉，垂直旋轉范圍為40°～90°，水平旋轉速度為0.1°～120°/s，垂直旋轉速度為0.1°～50°/s，激光照射距離為1000 m；可設置預置位300個(gè)。

因管道所經(jīng)區域地形地貌復雜，采用了多種組網(wǎng)方式進(jìn)行傳輸，對可視通地段采用IP數字微波設備搭建鏈路，建立網(wǎng)絡(luò )傳輸通道；對不可視通地段考慮中轉或租用運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )，傳輸至云服務(wù)軟件平臺。通過(guò)大數據算法對人工智能解析之后的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，對危害管道安全的各種場(chǎng)景進(jìn)行智能監測和告警，最后由調度人員做出是否出警和應急響應的決策。

（4）無(wú)人機自動(dòng)巡檢。采用大疆自動(dòng)起降多旋翼無(wú)人機及機場(chǎng)，并將飛控系統融入延長(cháng)石油吳-延管道風(fēng)險監測智能管控一體化平臺，實(shí)現無(wú)人機自動(dòng)起降、存放、充電、遠程控制、遠程通信、巡檢、數據存儲、智能分析和應急聯(lián)動(dòng)等功能。

（5）基于大數據、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術(shù)，底層搭建智能管控一體化平臺架構，打通各類(lèi)智能感知終端、振動(dòng)光纖預警、AI視頻監控和無(wú)人機場(chǎng)等系統平臺接口，利用數據倉庫技術(shù)，對各類(lèi)異構數據源進(jìn)行有效集成。通過(guò)AI自動(dòng)識別和自動(dòng)分析，設計感知觸發(fā)事件邏輯程序，實(shí)現各系統之間的有效融合，最終實(shí)現多方位感知、綜合性預判、自適應優(yōu)化、一體化管控的管道智能管控一體化系統平臺。

3  應用效果

通過(guò)管道風(fēng)險監測智能管控一體化平臺，對管道周邊第三方破壞、打孔盜油、地質(zhì)災害等管道風(fēng)險進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監測和管控。自2023年5月試用至今，振動(dòng)光纖預警431次，其中一級預警（最低級）247次，二級預警140次（包括6次自主驗證），三級預警（最高級）44次，系統平臺自動(dòng)觸發(fā)AI視頻監控23次，有效確認管道周邊大型機械施工3次，啟用遠程驅離喊話(huà)3次，自動(dòng)觸發(fā)無(wú)人機巡線(xiàn)2次。另外，AI視頻監控自動(dòng)識別管道周邊風(fēng)險46次，啟用遠程驅離喊話(huà)8次，自動(dòng)觸發(fā)無(wú)人機巡線(xiàn)5次，無(wú)人機常規巡線(xiàn)13次。有效制止了管道周邊第三方大型機械施工作業(yè)等對管道造成威脅，通過(guò)管道風(fēng)險監測管控一體化平臺，使管道各類(lèi)風(fēng)險多方位實(shí)時(shí)監測，并進(jìn)行自動(dòng)分析和觸發(fā)響應，實(shí)現管道風(fēng)險智能一體化管控。

4  結語(yǔ)

吳延管道途徑多個(gè)高后果區和高風(fēng)險管段，傳統人巡方式效率低、質(zhì)量不高，原有GPS、振動(dòng)光纖、視頻監控、無(wú)人機等巡檢系統獨立運行，無(wú)法實(shí)現信息共享、業(yè)務(wù)交互和應急聯(lián)動(dòng)。通過(guò)搭建風(fēng)險監測智能管控一體化平臺，實(shí)現了對振動(dòng)光纖預警、AI視頻監控、無(wú)人機巡檢和智能感知終端等系統數據的整合，各系統聯(lián)防聯(lián)動(dòng)，有效提升了吳延管道外部風(fēng)險管控能力。

作者簡(jiǎn)介：王磊，1982年生，本科，工程師，陜西延長(cháng)石油（集團）管道運輸公司第四分公司管道技術(shù)科主管，主要從事分公司管道完整性管理和智能管道建設工作。聯(lián)系方式：18909112618，306690743@163.com。