長輸天然氣管道智能監控警示系統的研發應用

侯志博 王全樂 柴登龍

（中石油北京天然氣管道有限公司 北京 100101）

1 引言

目前，中國石油所轄在役油氣管道總里程約為6萬公里，其中天然氣管道里程約為4萬公里。管道管理、巡護看護工作的質量和水平，直接關系到管道安全運行和長治久安。黨的十九大以來，國家和各級地方政府出臺了多項法律法規，對安全環保生產提出了更加嚴格的要求，日趨復雜多變的外部環境提出了嚴峻挑戰，易發頻發的自然與地質災害也嚴重威脅著管道安全。尤其是保障人口密集型高后果區運行安全，提升管道日常巡護質量，成為當前亟待解決的重要課題。

中國石油各管道企業在管道保護方面均進行大膽探索，引入無人機和視頻監控等新技術設備，但總體上仍以傳統人工巡護為主，屬地巡線工和工程師每天對管線進行實地巡檢。主要問題是巡護成本較高，不能對管道進行實時監控。

根據目前管道巡護管理現狀，本文以現有管道警示樁為載體，將視頻監控設備集成其中，研發制造一套管道線路智能監控警示系統，實現對管道線路及其周邊環境的實時監控。經試用，該系統運行穩定可靠，系統設備成本低、集成度高、智能響應及時準確，并且設備便攜性好、安裝工序簡單。

2 天然氣管道線路巡護管理現狀

現階段，各管道企業對管道線路的巡護仍以人工為主，每天均由屬地巡線工對管道線路進行徒步巡檢，管道維護站通過GPS定位系統對巡線工的巡檢工作進行監督和考核。管道維護站人員定期以駕車巡檢和徒步巡檢相結合的方式對管道線路進行巡檢。

傳統的管道線路巡護方式，主要問題是人力和物力成本較高，只能對管道實現單點時間的巡查，并根據經驗進行預測，無法實現全天候實時監控。面對日趨復雜多變的社會環境，對管道線路的全天候實時監控，以及對危害管道安全運行的活動及時制止，成為各管道企業亟待解決的問題。伴隨著視頻監控和無人機技術的快速發展，各管道企業在應用這兩項技術方面均進行探索。對管道的穿跨越等重點地段安裝視頻監控，對社會活動偏少的地段進行無人機巡檢。但現在應用的視頻監控設備，主要問題為設備成本高，安裝需要委托專業施工單位完成，不能快速、機動地建設監控站點。

為優化解決上述問題，本文將視頻監控設備及其配套設施集成于管道警示樁中，研發出一套智能化監控警示系統，采用運營商物聯網數據卡及電路作為傳輸通道，實現對管道線路的監控運行。

3 智能監控警示系統概述

圖1 智能監控警示樁設備

本文設計的智能監控警示系統，考慮前端設備應用的低成本、便攜性，依托管道線路已有的管道警示樁，將攝像機、太陽能板及蓄電池和無線傳輸模塊均集成在管道警示樁中。利用運營商的物聯網數據卡和專用電路作為傳輸通道，并租用云中心平臺作為數據轉發、存儲點，支持現場環境的實時監控。在滿足生產監控的條件下，本系統支持告警推送，無需人員實時監控。在給管理人員推送告警的同時，前端設備可對現場的活動人員進行語音驅離。現場智能監控警示樁設備如圖1所示。

現有管道警示樁橫截面為邊長10cm，壁厚1cm的正方形，桿體高度3m，頂部標示牌規格為70cm長、50cm寬的長方形，材質為復合有機塑料。在桿體和警示牌的連接處，新增攝像機和無線傳輸模塊安裝盒，內置兩臺攝像機，對監控警示樁上下游管道線路實時監控，攝像機最大功耗為5W。根據桿體規格定制鋰電池，置于監控桿底座處，主要優點有兩方面，一是桿體埋地1m深后可對鋰電池有保溫作用，在極端的寒冷天氣下也能保證鋰電池正常工作，二是增加桿體底部重量，增大桿體負荷承載能力。在警示牌一側粘貼轉換效率較高的薄膜太陽能電池板，為設備和鋰電池供電。攝像機和無線傳輸模塊的安裝盒與桿體和警示牌的連接角度均是360度連續可調，既能保證攝像機監控畫面正對管道沿線，也可使太陽能電池板朝向陽光充足的方向，保證系統的可靠運行。

使用運營商的物聯網數據卡作為傳輸通道，租用企業的云平臺中心作為數據的轉發、存儲點。在企業監控中心只需配備一臺客戶端電腦，即可登錄平臺中心進行視頻信號的實時查看和歷史信號回顧。為提升系統應用的便捷性，支持手機APP客戶端訪問云平臺中心，實現對現場即時監控。在滿足對管道沿線監控需求下，為節約物聯網數據卡流量費用，當管道及其周邊線路的視頻監控無人員活動情況下，每5分鐘抓拍1張現場圖片并保存到云平臺中心，實時視頻信號攝像機本地存儲，攝像機本地搭載1張容量128GB的Micro SD卡。當有人員活動時，前端設備對信號進行采集、處理，將告警信息推送至管理人員，管理人員再通過監控中心客戶端或手機APP客戶端對現場進行監控。

4 系統設備應用效果

本文在研發制造智能監控警示樁后，將其應用于國內某條長輸天然氣管道沿線，同時在一些高后果區和管道周邊施工區域增設該設備。經試用，該套智能監控警示系統相比于傳統工業電視視頻監控有如下優點。

（1）單體設備成本低。傳統天然氣管道線路視頻監控設備，需要單獨使用鍍鋅鋼管作為立桿并水泥澆筑基礎，單套設備采購和施工費用約為3萬元，而本文研發的智能監控警示樁單套設備費用不足1萬元，成本降幅為67%。為后續在天然氣管道線路的大范圍應用打下堅實基礎。

（2）系統集成度高。本文將視頻監控設備、太陽能供電系統還有無線傳輸模塊均集成于管道警示樁中，不再新建桿體設備。對于管道警示樁僅是新增攝像機的安裝盒，對桿體和警示片的規格未做變化，做到監控系統、太陽能系統以及警示牌系統的高度集成。對于在役天然氣管道的警示牌，前端設備完全適配。

（3）前端設備便攜性好，安裝工序簡單。相比傳統管道線路視頻監控系統，本文系統設備的太陽能板采用轉換效率更高的薄膜太陽能板，不僅可以縮小太陽能板的面積，而且可以粘貼在警示牌上，無需配備單獨的太陽能板支架。相比于傳統使用的膠體電池，本系統設備采用鋰電池，體積小且質量輕。整套系統設備間連線均為出廠插接預置，現場按照電路圖連接即可。整體設備質量輕，桿體埋深1m后完全能夠承載全部重量負荷，無須水泥澆筑基礎。所以本系統設備體積小，便攜性好，安裝工序簡單，能夠做到快速建設部署。

（4）系統智能化程度高。相比于傳統的視頻監控需要管理人員實施查看圖像，本系統結合智能攝像機及其平臺的發展趨勢，系統能夠捕捉異常人員活動并及時將告警信息推送到監控中心平臺以及管理人員手機，通知相關人員進行查看并做處理。同時現場攝像機支持音頻播放，對異常人員活動進行制止并驅離。

（5）系統可擴展性好。現有系統采用的無線傳輸模塊不僅提供以太網數據接口供攝像機使用，還有RS232、RS485等多路工控信號接口，在天然氣管道線路可將陰保數據通過該設備一并傳輸，無需人工巡線測量。

5 結論

在國家對工業安全生產的要求日趨嚴格下，油氣管道的巡護質量以及完整性管理成為各管道企業的重中之重。在視頻監控和物聯網技術飛速發展的階段，結合國內長輸油氣管道管理現狀，本文設計研發的智能監控警示系統以其成本低、可快速安裝部署和集成度高等特點，試用效果證明該系統適用于國內油氣管道線路的監控管理。