楊永和1 陶超2 孫鵬3 張蓓蕾3
1.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)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(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道酒泉輸油氣分公司 

摘要：應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，采集管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，搭建油氣管道智能化管理平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索優(yōu)化技術(shù)，對(duì)管道數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，經(jīng)管理系統(tǒng)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(gòu)建與現(xiàn)實(shí)長(zhǎng)輸管線及周邊環(huán)境高度一致的生動(dòng)直觀的三維場(chǎng)景，以三維可視化方式展示各類信息的整合關(guān)聯(lián)，為模擬演練及應(yīng)急響應(yīng)提供輔助決策。

關(guān)鍵詞：油氣管道；智能管道；大數(shù)據(jù)分析；GIS；三維可視化

信息技術(shù)在長(zhǎng)輸管道初期勘查選線、中期建設(shè)實(shí)施和后期運(yùn)營(yíng)管理中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如美國(guó)阿拉斯加管道借助信息技術(shù)已實(shí)現(xiàn)對(duì)地震等自然災(zāi)害的預(yù)警和自動(dòng)控制。以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(zhuǎn)變提供了技術(shù)基礎(chǔ)。智能化管道通過將管道及周邊區(qū)域資料數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化，采集、處理管道在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)過程的全生命周期基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與管道專業(yè)數(shù)據(jù)，結(jié)合管道沿線的環(huán)境經(jīng)濟(jì)信息建設(shè)管道數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，為管道建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與完整性管理提供真實(shí)可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，達(dá)到信息化動(dòng)態(tài)管理的目的。實(shí)現(xiàn)管道管理在地理空間上的“無限拉近”和“所見即所得”，“隨時(shí)隨地”掌握、定位、查看、監(jiān)控管道的各類數(shù)據(jù)、信息及事件，實(shí)現(xiàn)虛擬的“直達(dá)和深入基層”，幫助企業(yè)解決實(shí)際問題[1]。

1  平臺(tái)建設(shè)

2016年開始，西部管道酒泉輸油氣分公司以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、GIS和三維可視化等技術(shù)為支撐，通過內(nèi)容綜合、形式統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一采集存儲(chǔ)和管理二維、三維地理信息及長(zhǎng)輸管道業(yè)務(wù)三維模型，建設(shè)智能化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)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信息的整合關(guān)聯(lián)。

1.1  數(shù)據(jù)處理

利用大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索優(yōu)化技術(shù)，定制多類專用數(shù)據(jù)格式，包括三維設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、設(shè)備信息等，數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)碼與解碼，在保障數(shù)據(jù)質(zhì)量與場(chǎng)景效果的前提下，顯著縮小存儲(chǔ)空間，提升數(shù)據(jù)處理整體效率[2]。并采用合理的邏輯組織，分散的物理存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)索引、數(shù)據(jù)操作的優(yōu)化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)檢索與優(yōu)化。

1.2  平臺(tái)架構(gòu)

智能化管道管理系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)如圖 1所示。

圖 1 智能化管道管理系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)層。提供本地及遠(yuǎn)程等多種數(shù)據(jù)連接方式，將外系統(tǒng)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)收集的其他數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分類，分為空間GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)三類�？臻gGIS數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括GIS數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)包含周邊社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素等數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)包含運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等。

（2）平臺(tái)層。采用全國(guó)產(chǎn)化睿-Pipe平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、空間GIS技術(shù)及模擬仿真技術(shù)的有機(jī)融合，引擎提供標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外接口和功能方法調(diào)用，同時(shí)對(duì)應(yīng)用層提供支撐。

（3）應(yīng)用層。將整合的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分門別類展示，呈現(xiàn)系統(tǒng)全部功能并進(jìn)行實(shí)際操作，查看各類數(shù)據(jù)的分布情況，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3  系統(tǒng)部署

采用客戶端（C/S）嵌網(wǎng)頁(yè)（B/S）模式，基于INTERNET/INTRANET的通信基礎(chǔ)，以C/S+B/S模式架構(gòu)。同時(shí)采用多邏輯服務(wù)器負(fù)載均衡，在1臺(tái)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(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、集成應(yīng)用服務(wù)器。

3D-GIS服務(wù)器存放地理信息數(shù)據(jù)、全息場(chǎng)景數(shù)據(jù)、各種模型數(shù)據(jù)，并針對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于安裝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，存放除地理信息數(shù)據(jù)以外的所有數(shù)據(jù)，對(duì)所存數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，如生產(chǎn)工藝流程數(shù)據(jù)、救援資源數(shù)據(jù)、應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)、外系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)等，并對(duì)所存數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。Web程序操作快捷、方便，集成外系統(tǒng)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(tǒng)Web服務(wù)器，也可以COM組件、網(wǎng)絡(luò)等形式集成應(yīng)用服務(wù)器、3D-GIS服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器功能。

集成應(yīng)用服務(wù)器主要負(fù)責(zé)集成外系統(tǒng)的功能，如油氣擴(kuò)散、火災(zāi)及爆炸模型等；集成其他已有信息系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)。應(yīng)用服務(wù)器除集成外系統(tǒng)的功能外還可以為災(zāi)情評(píng)估、災(zāi)情推演等應(yīng)用提供后臺(tái)支持及計(jì)算。

1.4  關(guān)鍵技術(shù)

采用地理坐標(biāo)與虛擬現(xiàn)實(shí)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化等技術(shù)[3,4]，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)。

2  平臺(tái)功能特點(diǎn)

2.1  實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中和數(shù)字化

將管道本體及附屬數(shù)據(jù)、管道業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)整合為統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，在系統(tǒng)里構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)走向一致、狀態(tài)一致的數(shù)字化管道，不僅僅是視覺上還原，更重要的是還原管道的各類信息，主要包括空間實(shí)體數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等三大類數(shù)據(jù)。包括通過焊縫、鋼管、彎管等信息，還原管道本體及附屬設(shè)施；周邊地貌、敏感目標(biāo)、居民等，構(gòu)建管道周邊環(huán)境；納入實(shí)時(shí)溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)管道運(yùn)行動(dòng)態(tài)（圖 2）。

圖 2 管道狀態(tài)數(shù)字化展示

2.2  實(shí)現(xiàn)可視化預(yù)案管理

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

圖 3 應(yīng)急預(yù)案可視化展示

2.3  實(shí)現(xiàn)巡檢區(qū)域化管理

站場(chǎng)巡檢實(shí)現(xiàn)巡檢點(diǎn)位精確定位和推送，三維可視化標(biāo)識(shí)巡檢對(duì)象；站內(nèi)精確定位，巡檢歷史路線可視化回放；巡檢操作精細(xì)化，按照提示任務(wù)進(jìn)行拍照、錄像等取證過程及巡檢結(jié)果直接觸發(fā)線上業(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(duì)講。線路巡檢實(shí)現(xiàn)對(duì)管道巡線在線人數(shù)、實(shí)時(shí)位置、歷史軌跡、計(jì)劃覆蓋情況、計(jì)劃執(zhí)行情況等信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、展示。提高了巡檢人員的單兵作戰(zhàn)能力；中心站將各分站場(chǎng)、線路巡檢綜合集中管理，有利于實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)所轄站場(chǎng)、閥室設(shè)備設(shè)施的集中巡檢、統(tǒng)一維修、資源共享，提升設(shè)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(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)管控

利用大數(shù)據(jù)，將影響管線完整性的各類影響因素（天氣、施工、占?jí)�、腐蝕、運(yùn)行壓力、地質(zhì)情況等）綜合展現(xiàn)，掌握各類影響因素之間關(guān)聯(lián)規(guī)律。通過建立三維信息系統(tǒng)，優(yōu)化管道管理模式，提高信息傳遞的效率，宏觀可以掌握走向態(tài)勢(shì)，微觀可以方便查看焊縫、閥門，將風(fēng)險(xiǎn)管控模式由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，將事后處理轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防管理，提高了管道安全運(yùn)行系數(shù)。如對(duì)第三方施工管理可按照施工狀態(tài)（未施工、施工中、已完工）分類查詢第三方施工分布情況，也可進(jìn)行專題圖統(tǒng)計(jì)。

對(duì)管道缺陷進(jìn)行預(yù)警分析，通過ERF（預(yù)估維修比）指標(biāo)，將ERF＞1的缺陷篩選維修；對(duì)不符合維修標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，計(jì)算生長(zhǎng)速率并持續(xù)關(guān)注；通過三維場(chǎng)景可視化展示，快速定位和修復(fù)需維修缺陷位置。陰極保護(hù)管理將測(cè)試樁數(shù)據(jù)在三維場(chǎng)景可視化展示，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向和橫向統(tǒng)計(jì)分析，并展示報(bào)警位置，提高保護(hù)的有效性。對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一張圖管理，將不同種類的風(fēng)險(xiǎn)分類管理。分種類、分等級(jí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)分析，在三維場(chǎng)景中定位風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)按等級(jí)在場(chǎng)景中分顏色展示 。

2.5  實(shí)現(xiàn)資源調(diào)配整體優(yōu)化

利用設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)和大數(shù)據(jù)查詢功能，進(jìn)行應(yīng)急資源和物資調(diào)度、作業(yè)維修，提高資源周轉(zhuǎn)能力及管道運(yùn)力，降低設(shè)備故障率，提高工作效率。

3  結(jié)論

本文闡述的智能管道建設(shè)，是希望管道企業(yè)通過智能化管道管理平臺(tái)，整合海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管道的數(shù)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(yīng)急搶險(xiǎn)等過程中，能夠快速獲取管道的基本信息、周邊環(huán)境、運(yùn)行參數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)隱患、應(yīng)急資源等信息，輔助用戶迅速做出決策。

酒泉分公司通過管道智能化管理平臺(tái)實(shí)踐，多次在處理管道缺陷風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，利用系統(tǒng)查看特定范圍內(nèi)的人員、環(huán)境、管道附屬設(shè)施、陰極保護(hù)等數(shù)據(jù)信息，通過系統(tǒng)內(nèi)置的管道全生命周期數(shù)據(jù)分析，快速掌握管道的本質(zhì)安全情況，為預(yù)防性維修維護(hù)提供依據(jù)。結(jié)合智能巡檢模塊，提升管道隱患的處理效率，在應(yīng)急演練時(shí)預(yù)先在三維可視化場(chǎng)景中模擬災(zāi)害并進(jìn)行事故推演，更加直觀看到事故的整體態(tài)勢(shì)和影響范圍。

后期，智能化管道管理平臺(tái)可延伸業(yè)務(wù)管理功能，加強(qiáng)分公司決策分析支持能力及基層核心業(yè)務(wù)過程管理，在分公司層實(shí)現(xiàn)管道等級(jí)劃分，管道健康評(píng)價(jià)；在基層實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)事件可追溯，工作任務(wù)可推送；結(jié)合移動(dòng)端功能及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，依據(jù)不斷累積的數(shù)據(jù)，逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析識(shí)別、主動(dòng)預(yù)警預(yù)防。通過接入管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的深入分析，查找管理短板，提升管理能力，對(duì)今后管網(wǎng)實(shí)施智慧化管理起到一定的作用。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用、事件處置效率、應(yīng)急響應(yīng)速度、運(yùn)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(xiàn)“六提高”，成為企業(yè)管理的有力抓手，保障管道安全、平穩(wěn)、可靠、綠色運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：楊永和， 博士，現(xiàn)任國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道有限責(zé)任公司蘭州輸氣分公司經(jīng)理，曾任國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道有限責(zé)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。