長輸管道施工遠程可視化管理系統

厲宇等

[摘 要] 長輸石油天然氣管道是國家能源大動脈，其快速可靠建設關系到國家經濟的成長。長輸管道工程通常具有地域分布廣，沿線地質情況復雜，山區溝壑縱橫，江河水網密布，公路、鐵路、河流“三穿”工程量大，施工管理困難的特點。以西氣東輸二線工程為例，該工程西起新疆的霍爾果斯口岸，與境外的中亞管道相連，南至廣州，東到上海，全長9 102千米，橫貫14個?。▍^）市，由1干8支組成。如此龐大的工程，對各類工程信息的收集整理工作非常艱巨，管理也非常困難，需要采用視頻監控、視頻調度、視頻會議等可視化管理方式實現對現場信息的直觀獲取與工程指揮，而傳統可視化管理方式的實現需要架設相應通信與視頻傳輸線路，難以滿足流動性極強的管道工程現場應用需求。本文探討了采用衛星網絡通信、GPRS網絡通信與WiFi通信等方式實現管道可視化管理信息的無線傳輸，解決由于管道工程現場流動性強而造成的管理難度大的問題，對于提高管道生產的進度管理、質量管理與安全管理水平具有重要意義。

[關鍵詞] 管道施工；管理；可視化；視頻會議；視頻監控；視頻調度；衛星通信；GPRS通信；WiFi通信

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 10. 019

[中圖分類號] F272.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）10- 0031- 03

中國石油天然氣管道局（簡稱管道局）是國內的主要管道施工企業，年陸上大口徑管道施工能力6 000千米，承擔了國內大部分的石油與天然氣管道施工業務，尤其是“十二五”期間，中石油還將建設管道40 000千米，管道工程建設與管理任務非常艱巨，利用現代化的通信手段與網絡技術，搭建一套能同時具備視頻監控、視頻調度與視頻會議一體化功能的管道施工遠程可視化管理系統，使其相較傳統管道工程管理更加形象化、直觀化，為管道施工管理提供技術與平臺支持。

1 問題分析

管道工程主要分為相對固定管道工程與線路管道工程。

固定工程（盾構、穿越、場站）生產管理目前主要存在以下問題：

（1）施工難度大，大型穿越、盾構工程經常面臨各種重大技術難題，一些難題嚴重影響了施工進度，需要相關技術專家進行遠程協助以解決問題。

（2）工程安全管理壓力較大，例如盾構工程容易發生透水、觸電等重大安全事故，需要對現場的生產場景進行不間斷視頻記錄，通過視頻記錄來尋找和調查事故原因，追究相關責任，最終實現規范現場生產流程與操作，杜絕和減少施工事故的目的。

線路工程的生產管理主要存在以下問題：

管道工程現場地域分布廣，單個施工機組分布在幾千米至幾十千米的作業范圍內，且施工地點隨工程進度的變化而變化，流動性極強，難于實現集中管理與信息獲取和傳輸。

管道工程的施工質量要求極高，天然氣管道運行過程中需要維持6～10MPa壓力，如此高的管道壓力，對施工工程中的運輸、開挖、焊接、下管等多個環節的施工質量都有極高的要求，需要保存各種竣工資料，尤其是帶有GIS屬性的圖片信息，用于對現場完成的工程量信息進行確認，并對管道施工完成后出現的工程質量問題提供追責依據。

2 系統組成

系統按照管道施工機組類型進行分類，劃分為固定機組可視化工程管理系統與移動機組可視化管理系統兩大子系統。兩種系統的現場應用條件簡介如表1所示。

3 系統功能及原理

3.1 固定工程可視化管理系統功能及原理

3.1.1 固定工程可視化管理系統功能

固定工程可視化管理系統主要用于實現對工程現場的視頻監控，管理部門對現場的可視化管理調度以及現場與后方專家的遠程視頻會議等功能。

視頻監控功能主要是對固定工程現場的主要施工區、監控機房、生活區進行不間斷視頻監控，并將視頻信息進行定期存儲。視頻監控信息除本地監控室可以進行瀏覽，也可以通過通信網絡上傳至監控中心服務器，由監控中心服務器進行媒體轉發，這樣就實現了后方各級管理人員對工程現場視頻監控信息的遠程瀏覽。

可視化調度功能是后方管理部門通過安裝在電腦上的終端軟件或IP可視電話與安裝于工程現場的IP可視電話實現雙向視頻通話，變過去的語音調度為可視調度，為各級管理部門實現與現場的視頻溝通建立了良好的通信鏈路。

現場與后方專家的遠程視頻會議功能，系統可支持最多達10方的視頻會議，會議各方可在同一畫面中共享所有會議參與者的視頻信息，會議過程中，還可同時引入視頻監控畫面，為會議各方專家及時了解現場技術問題提供有力支持。

3.1.2 固定工程可視化管理系統實現原理

如圖1所示，固定工程可視化管理系統分為可視化中心平臺與可視化終端兩大部分：可視化中心平臺主要裝有交換機，視頻監控服務器，視頻調度、會議、監控集成服務器；可視化終端具有IP可視電話、安裝于PC機的終端軟件、網絡攝像機以及視頻存儲設備等多種類型。

中心交換機：用于實現中心服務器與外部可視終端的互聯。

視頻監控服務器：用于實現對所有視頻監控信息的綜合管理，同時向各級訪問客戶端轉發現場返回的視頻監控信息。

視頻調度、會議、監控集成服務器：用于實現IP可視電話、PC機可視化軟終端之間的可視通話以及視頻會議系統與視頻監控系統的相互融合。

3.1.3 固定工程可視化管理系統通信解決方案

如圖2所示，工程現場與中心平臺之間的通信連接采用寬帶衛星通信網絡予以實現。寬帶衛星通信網絡的使用需要在工程現場布設衛星小站，衛星小站設備少，布設使用非常方便，可以提供雙向共2.5M通信帶寬，能夠滿足系統的視頻會議、視頻監控信息的傳輸要求?，F場信息經衛星中轉后，在中石油衛星通信主站落地，現有衛星通信主站與中石油廣域網相連，如此實現了現場衛星小站與監控中心及后方管理終端的網絡連接。

工程現場可視化管理終端與衛星小站之間的通信連接采用WiFi網絡予以實現，在施工現場架設WI-FI通信基站，即可實現現場無線網絡攝像機、PC型可視客戶端以及內置WI-FI通信網卡的IP可視電話之間實現互聯。

3.2 線路工程可視化管理系統功能及原理

3.2.1 線路工程可視化管理系統功能

線路工程可視化管理系統用于將現場竣工驗收的工程進行圖片抓拍，并將圖片信息、抓拍時間信息，抓拍圖片現場的GPS坐標一同回傳至數據中心，數據中心將該類圖片進行存儲與處理，即獲取了施工現場各項工程的直觀化、可視化竣工資料，如現場施工的土石方量是否按上報數據完成等，管理人員可通過圖片信息進行適當評估，管道焊接、防腐作業完成后是否有破損點等，這些為工程驗收、工程進度掌控、工程質量掌控提供了必要依據。

3.2.2 線路工程可視化管理系統原理

線路工程可視化管理系統分為現場智能終端、后臺服務器與客戶端軟件3大部分?，F場智能終端由現場監理與工程驗收人員進行操作，終端具備圖像抓拍功能，可將現場進行驗收的工程拍攝圖像，同時獲取拍攝的時間與拍攝地點的GPS坐標，抓拍完成后，操作人員輸入操作者的姓名、編號，點擊發送，即可將所有信息通過GPRS網絡發送至數據中心服務器，數據中心對收錄信息進行綜合處理與存儲后，后方管理人員就可以采用客戶端軟件，通過公共網絡對服務器中的工程圖像信息、工程驗收時間、工程竣工地點進行瀏覽。

系統采用GPRS網絡作為傳輸通路，是因為GPRS網絡覆蓋面廣，目前已基本覆蓋了全國區域，GPRS網絡的高覆蓋度使其能夠充分滿足移動機組分布位置廣、流動性強的管理需求，另外采用GPRS網絡的智能終端只有手機大小，體積小、重量輕，可隨身攜帶使用，適合于野外工程現場應用。

4 總 結

長輸油氣管道建設工程是關系到國際民生的重要工程，建設過程中，各級管理部門實現對一線施工現場的直觀、準確掌控是保證施工進度、施工質量以及施工安全的重要步驟。隨著我國目前各類通信網絡的迅速建設與計算機軟件技術的推廣應用，管道施工企業的全面信息化擁有了良好的技術與平臺支持，也必將推動管道施工企業向著更加正規化、專業化的方向發展。