管道安防數據可視化研究與應用

宋家友

摘 要：國內外油氣長輸管道事故表明，第三方破壞是管道安防的重中之重。文章基于廣東大鵬公司DPMS系統現有涉及管道安防的第三方作業事件數據，運用數據可視化技術揭示該公司所屬天然氣長輸管道保護及控制范圍內第三方施工作業活動的潛在規律和變化趨勢，以便更具針對性地開展日常巡查和防止第三方損傷管道的預警保護工作。

關鍵詞：數據可視化；管道安防；研究

國內外油氣長輸管道事故表明，第三方破壞是管道安防的重中之重。廣東大鵬液化天然氣有限公司（簡稱廣東大鵬公司或大鵬公司）運營在珠三角地區的440余公里高壓天然氣長輸管道，因屬地經濟的高速發展和城鎮化水平、人口密度及土地開發強度的逐年提高，影響管道運行安全的第三方施工作業活動近幾年始終處于高位狀態。為了保護這條區域級能源地下輸送動脈的安全，廣東大鵬公司5年前就建立數字化管道維護系統（Digital Pipeline Maintenance System，DPMS），其中多個模塊從不同的角度較為詳細地記錄了管道保護及控制范圍內的第三方施工作業動態及影響管道安全的風險管控情況，5年累計數據超過10000條。如此龐大的數據對管道安防人員來說猶如一處可以提高第三方作業預警深度的“信息寶藏”，倘若能借助一定的工具與分析方法，智能化地揭示出管道第三方作業活動的潛在規律及其對管道運營安全的交互影響程度或趨勢，必將對優化當前的管道安防策略起到良好的支撐作用。

本文選取廣東大鵬公司DPMS系統存儲的2014～2016年間有關管道第三方作業活動的6453條記錄數據，在加深對管道安防業務理解和認知的基礎上，借助數據可視化分析技術[1]，來揭示管道保護及控制范圍內第三方施工作業活動的潛在規律和變化趨勢，以便更具針對性地開展日常巡查和防止第三方損傷管道的預警保護工作。

1 數據整理與精簡

全面、準確地收集管道保護及控制范圍內的第三方作業活動信息數據，是做好管道巡防工作并進行策略優化的基礎。因大鵬公司DPMS系統初建時所考慮的角度不同，大量涉及第三方作業活動的數據被分別記錄和儲存到眾多模塊中，這就需要按照一定的格式、維度或屬性對其進行數據整理和精簡[2]，從而為相應數據的可視化工作創造前提條件。

第三方作業活動是否會影響到管道運行安全，最直觀的判斷就是二者的距離和第三方活動行為的時空分布狀態。因此，首先可以基于大鵬公司DPMS系統“管道保護”模塊下的“電話管理”記錄數據，結合管道安防業務流程，創建一個包括序號、日期、時間、管理區、市、區、鎮/街辦、村/社區、管線區間、起始樁號、終止樁號、作業對象、作業項目、作業類型、作業活動、所用機具、實施狀態、相對位置、相對距離、風險等級、處置結果、匯報人身份、匯報人姓名等子項的數據源表。其次，利用數據關聯規則將有內在聯系的數據按照其屬性進行智能化篩選和歸類，如將電話管理“電話描述”中含有“計劃”、“準備”、“將”、“可能”等表述第三方作業實施狀態的文本信息統一轉換到數據源表中“實施狀態”項下的“計劃”字段，讓不同來源、不同格式和不同特點的數據在邏輯上或物理上得到精簡、整合和集中。最后，對數據源中不完整的數據、錯誤的數據和重復的數據進行再梳理或再審核（亦稱數據清洗），達到整理和精簡管道第三方作業事件數據的目的。

2 數據可視化分析

管道第三方作業事件數據可視化是在相應數據得到整理和精簡的基礎上，運用大數據分析工具（TABLEAU軟件）將可能影響公司管道運行安全的第三方作業活動數據[3]，轉化為易被管道保護人員所感知和識別的圖形、符號、視頻或動畫，這種數據的視覺表現形式與其發生地理位置（管道地面標識編號）間的映射重疊，不僅可以直觀地反映第三方作業的屬地活躍程度，而且還可以便捷有效地展示第三方作業的風險等級和變化趨勢，便于管道保護人員分析現行安防策略中的問題或不足，從而采取更具針對性和實效性的改進措施，在防控第三方破壞管道的預警工作上，由被動變為主動。

2.1 第三方作業屬地活躍度的可視化

廣東大鵬公司的高壓天然氣長輸管道依次穿越珠三角五個城市的20個區、56個鎮/街辦和217個行政村/社區，利用TABLEAU軟件的氣泡圖功能，就能對數據源表中6453條數據進行“村/社區”級分布展示（如圖1），填充氣泡圖形狀的大小表示記錄次數值的大小，每個氣泡內的字體（亦稱標簽）可以快速顯示某個維度字段的名稱、數值或其他需要展示的信息。

在此基礎上，利用數據間的關聯性，還可以就第三方作業屬地活躍度較高的行政村/社區展開深度分析，例如通過利用TABLEAU的線性圖，在儀表板里分析圖1中任一行政村/社區或其他涉及地理范圍的字段（如鎮/街辦、區、市及管理區等）2104～2016年間的第三方作業活躍度的逐月變化趨勢（如圖2）。

由于村/社區、鎮/街辦、區和市之間具有行政隸屬關系，我們可以利用該變量的分層鉆取功能，快速地在同一儀表盤中展現市、區、鎮/街辦等轄區內的管道第三方作業活躍程度，讓各區、各責任段的管道保護人員從中發現能指導自己工作的有價值的信息。從圖1可以看出，廣佛區的坑頭村、廟頭社區、里仁洞村、樟邊村、海傍村、金山村、鐘三村，東莞區的溫塘村，惠州區的黃漁涌村、南坑村內近三年第三方作業活躍度很高；就其中的坑頭村而言，2015年為近三年中活躍度最高的年份，盡管各年逐月變化的趨勢不盡相同，但每年的3月、4月及8月、9月份基本達到當年峰值，呈現出明顯的活躍期。圖1及圖2的可視化及分析結果，有助于管道安防人員通過增加相應時段的管道巡查頻率、加強管道保護宣傳和外事協調來預警和管控第三方違規作業活動。

2.2 第三方作業時間的可視化

運用數據可視化軟件的“樹地圖”功能，在連接到數據源后，依次雙擊字段“記錄數”和“時間”，再單擊“智能顯示”下拉菜單選項中的“樹地圖”，然后將“時間”字段拖曳到標記“顏色”框中，即可實現第三方作業時間的可視化（如圖3）。圖中顏色深淺和方塊順序（自上而下，自左至右）分別表示同一作業時間所包含事件記錄的多少。

很顯然，圖3揭示出第三方進場開始作業時間段大都位于每日的上午8時20分與11時20分之間，較符合人為活動的時間規律，這就要求管道安防人員將自己當班8個小時的工作重點或強度放到當日的上午，從而提高第三方違規作業活動的預警針對性。

2.3 第三方作業地理位置可視化

人類行為的時空屬性決定了任何可能危害管道安全的第三方作業活動，均可以借助賦予有地理坐標編碼的管道地面標識樁號進行位置界定。以第三方作業臨近管道的最近樁號作為基準點，將DPMS系統中脫密后的管道標識樁位數據表與2014～2016管道第三方作業數據表在TABLEAU軟件中進行關聯，將脫密后的“X坐標”及“Y坐標”分別轉換為“地理角色”中的緯度和經度，并將其從數據源顯示框中的“度量”欄拖曳到“維度”欄，再分別雙擊“X坐標”及“Y坐標”，2014～2016年第三方作業的點位便呈現在TABLEAU自帶地圖上。如果將此時的背景地圖切換成DPMS系統當前所應用的高德地圖，即可實現第三方作業地理位置可視化（如圖4）。

在上述圖4的基礎上，利用TABLEAU的篩選器和標記面板框，對第三方作業數據維度中“風險等級”、“所用器具”等想要可視化的字段進行拖放，可以在管道路由圖上實現第三方作業風險等級及其所用機具分布范圍的可視化。管道安防人員利用此分析結果，不僅能夠適時調整安防力量的現場布控，而且還能夠向屬地政府相關部門及時傳達或展示管道安保管理的現狀，提高管道安防內外溝通的效率和水準。

3 管道安防策略優化

通過前面有關第三方作業事件數據可視化分析，我們不難看出，同一管道地區等級內，因屬地自然、經濟和人文環境的不同，第三方作業屬地活躍程度、發展趨勢和影響管道安全的風險等級也存在較大差異。為提高日常巡查的針對性和防止第三方破壞管道的預警深度，在原來基于管道地區等級設置巡查頻率和監護重點的基礎上，2016年9月，依照該分析所得結論，廣東大鵬公司對安防策略進行了以下優化。

3.1 依照屬地第三方作業活躍度，適當調整管道巡查頻率

基于原來“管道一、二級地區日巡查頻率不少于2次，管道三、四級地區日巡查頻率不少于4次”的量化巡防標準，可選取近三年電話事件記錄數累計占三、四級地區總量80%的村/社區所轄的管道作為安防的重點區段（如圖5），將巡防頻率從日巡查4次提高到5～6次，將剩余三、四級地區管道的日巡防頻率從原來的4次降低到2～3次。通過數據比對和測算，日巡線頻率為5～6次的管道長度約308公里，所用人員為102人，日巡查頻率為2～3次的管道長度約為132公里，所用人員為42人，兩類優化合計的人數比原來平均設置日巡線頻率為4次的人數減少3人，這樣，不僅節約了人力資源，同時也增強了管道安防的針對性和實效性，較好地體現了安防數據可視化研究所創造的價值。

3.2 在管道敏感點加裝無線視頻監控系統，彌補人防短板

基于第三方在管道敏感點周邊實施靈活機動的機械挖掘、地堪鉆探和定向穿越等影響管道安全高危作業的地域分布數據可視化分析，在原來單靠經驗而派駐看護人員進行“守株待兔”式的被動防守區段，加裝無線視頻監控系統。這一措施，不僅能夠起到快速增加管道敏感點內巡查頻率的作用，而且還能夠幫助管道安防人員在非工作時間，通過智能手機等終端便捷高效地查看管道保護范圍內是否存在第三方高危施工作業活動，彌補了過去單純依賴實地派人進行被動盯防的短板。

3.3 聚焦管道保護基層宣傳的重點，持續壯大管道保護聯防力量

第三方作業屬地活躍度和作業時間的數據可視化，讓管道巡防人員能夠更為全面、及時地掌握第三方可能實施危及管道安全的施工作業動態，從而可以更加輕松地找準發展管線信息員和管道保護宣傳進社區的重點。例如，在第三方作業活躍度高的地段，管道保護宣傳和聯防的優化方向是：既要持續壯大基層個體管線信息員隊伍，又要和屬地社區居委會及村行政組織建立起管道保護聯防關系，編織一張“上下互通、合縱連橫”的管道安防預警信息溝通網。

3.4 基于管道安防工作強度調整巡防人員的薪酬結構

大鵬公司管道巡防采用基層人力資源外包業務模式，防范第三方損傷管道的首要任務就是要調動一線管道安防人員工作的積極性和主動性，公平、合理的薪酬結構是保證員工穩定和可持續發展的基礎。基于管道安防人員所屬責任段內管控第三方作業活動的次數和質量，增設安防工作強度指標，通過在TABLEAU中創建新字段的方式即可實現不同時間段（如季度、半年度及年度等）內所有安防人員工作強度排序的可視化。在原來基本薪酬分級設定的基礎上，2016年第4季度及年終兩處評定時，將量化后的個人安防工作強度指標納入績效考核范疇，豐富了績效考核的內容，改善了績效考核的結構，讓管道安防人員的績效管理更趨公平與合理。

4 結束語

管道安防數據可視化研究，是挖掘大鵬公司DPMS系統多年來收集、儲存的管道外部風險數據資源價值的一種有益嘗試，是發現具有較大不確定性的第三方作業活動規律及主動預警第三方作業活動的一次有效探索。管道安防數據可視化應用，能增強管道安防工作的針對性并推動管道安防管理走向精細化和智能化，為管道安防工作的進一步“提質增效”打下堅實基礎。

參考文獻

[1]陳為，沈則淺，陶煜波，等.數據可視化[M].北京：電子工業出版社，2013.

[2]申琢，譚章祿.基于數據挖掘的煤礦大數據可視化管理平臺研究[J].中國煤炭，2016，42（12）：86-89.

[3]沈浩，王濤，韓朝陽，等.觸手可及的大數據分析工具[M].北京：電子工業出版社，2015.