胡江鋒1 周彬1 孫鵬1 高良澤1 滿海東2

1.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道酒泉輸油氣分公司；

2.中國(guó)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(hù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，給管道保護(hù)工作帶來新的變革。通過提出智能監(jiān)控解決方案，較好地解決了以往管道保護(hù)單純靠人盯死守、信息滯后、事前難以預(yù)防、事后無法查證的難題，為提升管道保護(hù)效率和管道運(yùn)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(jiān)控；預(yù)警推送

酒泉輸油氣分公司地處“河西走廊”，主要負(fù)責(zé)管轄西氣東輸一、二、三線管道，鄯蘭原油管道、烏蘭成品油管道及油氣分輸支線共15條管道，總長(zhǎng)度達(dá)4000多公里。長(zhǎng)期以來，油氣管道日常巡護(hù)主要以人工徒步巡查方式為主，耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，且野外地形復(fù)雜，一些“巡檢盲區(qū)”難以通行；管道周邊常有地質(zhì)災(zāi)害、第三方施工等瞬時(shí)發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)；人口密集型高后果區(qū)多，稍有不慎就有可能造成嚴(yán)重后果。以傳統(tǒng)的人力巡護(hù)方式已無法適應(yīng)快速變化的外部安全風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。2019年以來，分公司依托河西走廊內(nèi)中國(guó)鐵塔架設(shè)遠(yuǎn)距離（覆蓋半徑2 km）高清攝像機(jī)，通過采用人工智能監(jiān)控技術(shù)，較好地解決了這一難題。

1  人工智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

1.1  監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑

利用中國(guó)鐵塔遠(yuǎn)距離（覆蓋半徑2 km）高清攝像機(jī)的前端攝像頭，實(shí)時(shí)回傳圖像并上傳到管理系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)圖片進(jìn)行分析計(jì)算，將分析結(jié)果發(fā)送至大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，結(jié)合人工智能分析結(jié)果、歷史報(bào)警信息及用戶交互等數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次計(jì)算[1]，并根據(jù)預(yù)設(shè)需求信息判定是否發(fā)送報(bào)警信息。對(duì)需要發(fā)送的報(bào)警信息，系統(tǒng)推送至PC客戶端以及其他移動(dòng)終端，并進(jìn)行提醒，工作人員即可查看報(bào)警圖片及報(bào)警詳情，快速定位報(bào)警區(qū)域并第一時(shí)間進(jìn)行處理。

1.2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為五部分：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人工智能監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、客戶端，如圖 1所示。

圖 1 人工智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)主要是針對(duì)項(xiàng)目中的傳感器基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（傳感器信息、預(yù)置位信息、巡航計(jì)劃）、規(guī)則基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、人員信息等進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與維護(hù)。

（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖像/視頻傳感器信息采集模塊依賴于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了模塊程序分布式處理，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、合理的運(yùn)用各節(jié)點(diǎn)機(jī)器資源，提高了程序模塊對(duì)圖像/視頻傳感器數(shù)據(jù)采集過程中整體處理效率，保證了數(shù)據(jù)由進(jìn)到出的毫秒級(jí)快速處理。

（3）人工智能監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)。人工智能監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)核心，對(duì)于不同需求的場(chǎng)景建立不同的識(shí)別模型，并且做到系統(tǒng)的擴(kuò)展性，對(duì)于車輛及其他檢測(cè)對(duì)象的可配置性，保證了滿足不同應(yīng)用方的個(gè)性化需求。可分為瞬時(shí)和駐留模式，瞬時(shí)指的是只要畫面中出現(xiàn)需要報(bào)警的車輛，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警；駐留指的是在同一個(gè)地方，同一車輛或者同一個(gè)人停留出現(xiàn)時(shí)間超過系統(tǒng)所配置的駐留時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警。

（4）大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。是整個(gè)系統(tǒng)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立在時(shí)序基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于消息整體走向及處理辦法的解決方案。隨著平臺(tái)投用時(shí)間越來越長(zhǎng)，采集的海量信息越來越多，系統(tǒng)可以根據(jù)客戶端的信息正誤反饋信息，自主開展學(xué)習(xí)功能，對(duì)于3次及以上的誤報(bào)信息，通過對(duì)比分析學(xué)習(xí)功能，不再輸出此類信息，從而其分析識(shí)別的精準(zhǔn)度越來越高。該系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要設(shè)置攝像頭每個(gè)監(jiān)控預(yù)置位下的報(bào)警方式，可以設(shè)置瞬時(shí)或者駐留，也可以設(shè)置瞬時(shí)或者駐留時(shí)自主選擇不同時(shí)段的不同檢測(cè)特定需求對(duì)象，例如各個(gè)時(shí)段的挖掘機(jī)、鏟車、油罐車等需求信息。當(dāng)系統(tǒng)前端檢測(cè)、后端分析后判定為檢測(cè)對(duì)象時(shí)，立即向客戶端實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。

（5）客戶端。把監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)圖像傳回后端，做視頻剪切及圖像連續(xù)幀分析使用，并將發(fā)現(xiàn)警情的前后時(shí)間段內(nèi)的視頻留存、圖像留存，以及在客戶端GIS地圖上顯示警情，執(zhí)行可查看詳情及處理操作。

1.3  主要功能設(shè)置

（1）個(gè)性化報(bào)警規(guī)則設(shè)置 。由于長(zhǎng)輸管道線路長(zhǎng)，經(jīng)過的區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，同一個(gè)攝像頭的多個(gè)預(yù)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(tǒng)為了切合用戶實(shí)際使用，支持針對(duì)同一個(gè)攝像頭的不同預(yù)置位，在白天和晚上都可以設(shè)置不同的報(bào)警規(guī)則。例如1號(hào)攝像頭1號(hào)預(yù)置位經(jīng)過高后果區(qū)，2號(hào)預(yù)置位經(jīng)過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(duì)1號(hào)預(yù)置位設(shè)置工程車輛入侵和駐留，夜晚設(shè)置針對(duì)面包車、皮卡、人員設(shè)置駐留報(bào)警。2號(hào)預(yù)置位白天針對(duì)人、面包車、皮卡車設(shè)置入侵報(bào)警，夜晚對(duì)油罐車、廂式貨車等設(shè)置入侵報(bào)警，對(duì)可疑的盜油行為進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。

（2）電子圍欄、管線位置設(shè)置。攝像頭每個(gè)預(yù)置位的畫面回傳之后，系統(tǒng)讀取該畫面，呈現(xiàn)在WebGIS客戶端，可由用戶自行根據(jù)管線位置繪制電子圍欄。電子圍欄可減少用戶的無效報(bào)警，系統(tǒng)只針對(duì)電子圍欄區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和報(bào)警，而電子圍欄之外即使出現(xiàn)了施工行為，系統(tǒng)不做任何處理，從而大幅度降低了無效報(bào)警，切合用戶實(shí)際使用場(chǎng)景。

（3）報(bào)警等級(jí)劃分。系統(tǒng)在基本報(bào)警對(duì)象的基礎(chǔ)上，增加了報(bào)警等級(jí)劃分功能，監(jiān)控人員可根據(jù)實(shí)際情況，針對(duì)任意一個(gè)攝像頭的任意一個(gè)預(yù)置位現(xiàn)有的報(bào)警對(duì)象進(jìn)行等級(jí)劃分，比如發(fā)現(xiàn)挖掘機(jī)施工，是緊急報(bào)警，發(fā)現(xiàn)面包車停留，是重要報(bào)警，發(fā)現(xiàn)人員入侵，是普通報(bào)警，系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)用戶自行設(shè)置的不同的報(bào)警等級(jí)觸發(fā)不同的報(bào)警聲音，方便用戶區(qū)分。

（4）報(bào)警屏蔽時(shí)段。系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶需求對(duì)特定預(yù)置位的預(yù)警進(jìn)行屏蔽，例如某特定預(yù)置位，為管道企業(yè)對(duì)管道進(jìn)行維檢修，則可以設(shè)置該預(yù)置位在特定的維檢修期間對(duì)相關(guān)檢測(cè)對(duì)象不進(jìn)行預(yù)警。

（5）報(bào)警類別。報(bào)警類別目前分為駐留和入侵報(bào)警，駐留報(bào)警即檢測(cè)人、面包車等停留出現(xiàn)時(shí)間超過系統(tǒng)所配置的駐留時(shí)間就會(huì)立即報(bào)警；違法入侵為瞬時(shí)報(bào)警，即監(jiān)控區(qū)域只要出現(xiàn)人、面包車等系統(tǒng)對(duì)該預(yù)置位配置的報(bào)警對(duì)象時(shí)就會(huì)立即報(bào)警。

（6）遠(yuǎn)程喊話。系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程喊話功能，后端（APP端、PC端）采集到的危險(xiǎn)信息，后臺(tái)人員將喊話通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，經(jīng)過功放把喊話內(nèi)容通過現(xiàn)場(chǎng)的大喇叭進(jìn)行播放，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可疑、違法行為第一時(shí)間進(jìn)行遠(yuǎn)程喊話警告和驅(qū)離。

（7）預(yù)警短信通知。發(fā)生報(bào)警后，系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)置的報(bào)警等級(jí)等報(bào)警規(guī)則進(jìn)行分析，對(duì)于危險(xiǎn)度高的信息，通過短信息提醒的方式，將預(yù)警的摘要信息通過短信息發(fā)送至客戶手機(jī)，彌補(bǔ)微信客戶端可能提醒不及時(shí)的短板，及時(shí)派遣巡線人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

圖 2 系統(tǒng)監(jiān)控主界面

圖 3 系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)預(yù)警畫面

2  現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐

目前，分公司實(shí)現(xiàn)了30個(gè)高后果區(qū)段監(jiān)控全覆蓋，并對(duì)10個(gè)監(jiān)控點(diǎn)配套安裝遠(yuǎn)程喊話設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程喊話功能。

（1）投入運(yùn)行一年多，系統(tǒng)報(bào)警總數(shù)60412條，其中白天報(bào)警數(shù)量為48622條，夜晚報(bào)警數(shù)量為11790條。

（2）通過不斷完善和添加識(shí)別規(guī)則，共識(shí)別到進(jìn)入高后果區(qū)管線電子圍欄區(qū)域人員673人、挖掘機(jī)12703輛、推土機(jī)33029輛，其他車輛及其他信息14007條。系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)警準(zhǔn)確率由最初不足50%提升到92%。

（3）共發(fā)現(xiàn)高后果區(qū)管線周邊施工150起，做到了提前預(yù)警，同時(shí)通過遠(yuǎn)程喊話功能，制止違法施工行為，隨后派人前往現(xiàn)場(chǎng)核查違法施工情況，提高了管道保護(hù)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(tǒng)模型的識(shí)別準(zhǔn)確率，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況定期進(jìn)行模型優(yōu)化更新，持續(xù)提升報(bào)警準(zhǔn)確率，降低誤報(bào)情況。

（2）功能優(yōu)化。更精準(zhǔn)的設(shè)置預(yù)置位、電子圍欄。

（3）平臺(tái)升級(jí)。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需求，對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)，根據(jù)功能需要持續(xù)進(jìn)行更新升級(jí)。

（4）設(shè)備更新。應(yīng)用更長(zhǎng)距離的攝像機(jī)，單臺(tái)覆蓋半徑能夠達(dá)到5 km及以上。

（5）系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。光纖振動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可對(duì)地下的振動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)警，諸如開挖隧道、打孔盜油、定向鉆施工等，但光纖預(yù)警誤報(bào)較多，現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)工作量大。而鐵塔遠(yuǎn)程攝像機(jī)可以遠(yuǎn)程直觀觀察到管道周邊的一切動(dòng)態(tài)行為并進(jìn)行預(yù)警，但無法獲取地下活動(dòng)信息。故通過對(duì)智能監(jiān)控系統(tǒng)在功能架構(gòu)上的水平擴(kuò)展，增加多元化的預(yù)警通知功能[2]，實(shí)現(xiàn)視頻智能監(jiān)控與光纖預(yù)警的功能互補(bǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[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(tǒng)建設(shè)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2017，36(11)：1243-1250.

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

作者簡(jiǎn)介：胡江鋒，現(xiàn)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，高級(jí)工程師。聯(lián)系方式：17325141325，123860562@qq.com。