王玉江1 張江龍2 王琛3

1.中石化勝利油田分公司工程技術管理中心； 2.中石化石油工程設計有限公司；

3.中國石油國際勘探開發有限公司

摘  要：建立數據完整、真實可視、運行安全的智能化管線管理系統，達到油田站場地下管網清晰、地上設施直觀的目的。通過地下管線探測技術、點云掃描技術、點云抽稀技術，實現站場地上、地下一體化建模；通過制作數據采集標準模板，實現站場數據的統一完整采集。應用結果表明，系統實現了基礎信息管理、安全管理、運行管理、設備管理、施工管理等功能。

關鍵詞：油田站場；地下管網；三維建模；點云抽稀；數據采集

油田站場作為聯系產、運、銷的紐帶，其工藝管網是油田企業的“動脈血管”，為保障管網安全、高效運行，建設智能管網是管道運營者的一致共識[1]。智能管網系統采用大數據分析建模理念，提供成熟可靠的智能管網一體化解決方案[2]。

油田站場由于資料丟失、擴建改造和施工圖紙未及時存檔等原因，造成地下管線資料不準確、不完善，特別是不能準確掌握歷次維修改造后的地下備用或廢棄管線的管徑、材質、走向、埋深等關鍵數據。筆者在研究數據標準化采集錄入的基礎上，論述了智能化管線管理系統架構及關鍵技術，以實現基礎信息管理、安全管理、運行管理、設備管理、施工管理、三維應用等功能。

1 系統架構

在站場地下管線探測、三維建模和業務應用基礎上，通過數據采集入庫、自動化數據接入等手段提供基礎數據支持，按照 “統一模型、統一標準、分級管理、分步實施”的指導原則，搭建智能化管線管理系統框架，建設六大業務應用模塊：“基礎信息管理、安全管理、運行管理、設備管理、施工管理、三維應用”（圖 1），完善企業數據庫，開發個性化功能模塊，支持系統調用。

（1）基礎信息管理。實現廠區管線基礎數據、文檔資料、設備設施臺賬、地下管線CAD圖紙等信息檔案管理以及管線建設新增信息、三維模型、視頻信息、流程圖庫的統一管理。

（2）安全管理。實現氣防、消防、安防分布和統一管理，為企業HES管理提供地理數據支撐，基于工藝流程管網結構關系植入三維模型，通過爆管關閥分析、應急預案模擬功能實現管網關聯分析及應急預案演練，輔助管線應急事件及時快速高效處理。

（3）運行管理。接入管線運行實時參數，實現管線及設備運行液位、溫度、壓力、流量等工藝運行參數實時監控；基于工藝實時運行數據設置閾值，實現管線設備超溫、超壓、超量等工藝超限預警。

（4）設備管理。實現設備設施信息管理，形成設備臺帳，地上基于三維模型完成屬性數據關聯實現三維場景設備設施屬性直觀展示；實現設備檢維修記錄業務信息管理，業務人員在系統上在線完成檢維修 操作信息錄入存檔及導出。

（5）施工管理。基于三維地理信息平臺實現施工動土三維模擬，對擬動土區域設置開挖深度和邊界范圍（長、寬、深）進行開挖模擬測算動土作業量，同時三維地表相關區域斷面顯示地下管網的分布情況。

（6）三維應用。實現三維空間飛行、空間測量（距離、面積、高程、角度）、設備設施三維模型屬性展示等三維平臺基礎功能。利用管線閥門定位、地表透視、管線斷面圖進行分析，通過可視化輔助企業廠區進行管網規劃建設。利用三維仿真流程模擬，實現定制工藝流程仿真、站場介紹流程、在線培訓流程模擬展示等功能。

2 系統關鍵技術

2.1 數據標準

設計了站場（閥室）設備設施、管道本體及附屬設施、管道運行和站場周邊環境等四大類共計191套數據采集標準模板，建立統一的數據采集標準，確保數據完整準確，滿足系統建設及運營管理需求。

2.2 建模流程

站場地上建模精度達到普通模型水平，站內主要設備實景建模并體現重要閥門等信息，對生產工藝流程有重要影響的泵房實現泵房內主要設備建模；地下管線建模達到普通模型水平并對重要閥門建模[3]。

站場三維建模流程如下：數據整理→模型建立→材質獲取→立面貼圖→三維模型貼面及素材→材質處理→模型細化→模型渲染。

2.3 點云掃描及點云抽稀

（1）點云掃描。站場三維激光點云的外業數據采集采用三維激光掃描儀完成，所布設的控制點涵蓋整個測區，并均勻分布，在設備密集地區適當加密。平面控制網采用二級附和導線布設，水平角和距離觀測執行工程測量規范中的二級導線測量要求。高程控制測量采用四等水準測量進行。內業數據處理采用Cyclone軟件進行，主要包括多視點云拼接、點云去噪、點云數據均一化（unify）等內容。

（2）點云抽稀。一般情況下，由多個站場數據拼接而成的成果點云數據量大，影響使用效率，需要對點云數據抽稀后再使用。點云抽稀以站場模型的建筑、設備、儀器等為重點關注對象，對大尺寸設備、地面、樹木等可以采用低密度數據表示，小尺寸儀器、閥門等采用高密度數據表示。即根據設備尺寸調整對象點云數據密度，保證不同尺寸儀器設備的模型精度。

點云抽稀分為對象范圍分割和對象點云提取兩個 階段，前者依據點云對象之間空間相離的拓撲關系，采用距離聚類法，分離出點云對象的分布范圍；后者根據點云對象范圍從原始點云中提取對象點云，針對單個點云進行化簡，得到最終結果點云[4,5]。

2.4 地下管線探測及一體化建模

（1）地下管線探測。地下管線探測以物探為主，根據管線類型、材質、管徑、埋深、出露情況、接地條件及干擾等因素，可選用直接法、夾鉗法、電偶極感應法、磁偶極感應法、示蹤電磁法、管線雷達法、直流電法及其他探查方法。地下管線探測的難點在于非金屬管線及廢棄管線探查，探測前要詳細搜集相關資料，并結合站內人員現場指認，確定每條管線的基本走向后再針對性探測；當現場復雜、探查困難時，有條件的地方進行小范圍開挖，或采用多種探查方法、綜合會診，確定管線位置。

（2）地上地下一體化建模。地上地下一體化建模的難點在于地下管線與地上模型的對接，以及整體模型與影像圖的疊加。在采用高精度點云完成地上建模后，通過特征點與地下管線對接，系統自動生成連接頭；整體模型建立后，通過站場中心點坐標數據，對應到高精度影像圖。所建站場模型加載入智能化管線管理系統后，掛接已有的生產數據和設備數據，實現網上實時查看和追蹤。基于虛擬技術，建立各站場三維數字場景，展示真實環境，提供在三維可視化環境中的信息屬性查詢和分析等功能，并關聯實時監控數據、生產動態數據、設備運行數據等，直觀顯示設備運行情況以及設備屬性，支撐HSE管理、應急管理以及站場日常管理工作[6]。

3 結論

采用地下管線探測、點云掃描及點云抽稀技術，提出了站場一體化三維模型建立方法；在此基礎上，以數據采集標準為依托，構建了智能化管線管理系統。經勝利油田海三聯等六座站場應用，實現了站場管線分布走向、管線基礎及附屬物構造物、空間結構等明確清晰；建立了集中管理的管線數據中心，補齊管線缺失數據，實現管線數據管理由分散、紙質化向集中、數字化轉變；基于管道完整性管理，實現安全管控模式由被動向主動轉變，促進了運行效率的提升，為輔助站場運行管理、工程設計和建設施工提供多方位、可視化的信息服務和數據支持。

參考文獻：

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

[2] 王昆，李琳，李維校．基于物聯網技術的智慧長輸管道[J]．油氣儲運， 2018， 37(1)： 15-19．[3] 張江龍．論三維GIS在管線管理中的應用[J]．腐蝕與防護， 2017， 38（增刊1）： 62-66．

[4] WANG Zhen,ZHANG Li qiang,FANG Tian,et al.AMultiscale and Hierarchical Feature ExtractionMethod for Terrestrial Laser Scanning Point CloudClassification[ J].IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing, 2015,53( 5):2409- 2425.

[5] 楊必勝，梁福遜，黃榮剛. 三維激光掃描點云數據處理研究進展、挑戰與趨勢[ J].測繪學報， 2017，46(10)： 1509- 1516.

[6] 趙志峰，文虎，高煒欣，等. 長輸管道完整性管理中的數據挖掘和知識決策[J]. 西安石油大學學報（自然科學版）， 2016， 31（4）： 109-114.

作者簡介：王玉江，教授級高級工程師， 1968年生， 2002年碩士畢業于中國石油大學（北京）天然氣工程專業，現主要從事油氣集輸與污水處理的管理研究工作。聯系方式：13963362922， wyj1310@163.com。