基于北斗衛星定位系統的雙模數傳輸鹵管道巡檢系統

喻海榕 陳鈞 李蓮香 顧漢清

1江蘇油田信息化管理中心

2大港油田采油一廠

江蘇油田地處蘇北黃淮平原和長江三角洲平原，埋地管道多處于水網地帶，穿孔、腐蝕現象常有發生，隨著油田開采規模和范圍的不斷擴大，管道保護及礦區的地質環境保護成為迫在眉睫的工作。因為管線的損壞，不僅會對生態壞境造成影響，也會給企業自身帶來經濟損失，并會引起諸多社會、經濟矛盾。

為避免或減少管道安全環保事件的發生，對礦區管道的巡檢工作顯得十分重要，目前采用的是開放式的巡檢工跑線模式，由于沒有巡檢系統，無法實時掌握巡檢人員的行蹤；也沒有管道設施運行狀態的實時監控手段及后期的巡檢數據統計分析，巡檢管理方式相對落后；特別是泄漏報警、現場隱患及坐標定位等信息分散，無法全面掌握現場情況，更無法準確、迅速地對隱患及事故點進行及時的處置。因此，為了保障礦區生產和環境安全，提升管道監管水平，對事故及時響應、科學決策，急需整合現有資源，建立一套科學、準確、完整的管道巡檢綜合管理系統[1]。

江蘇油田在“十一五”期間建成了具有完全自主知識產權的集成化大型綜合數據資源管理平臺（EPBP），形成了包括管道動靜數據、北斗終端定位實時數據、生產信息化實時數據在內的核心生產數據資源中心，江蘇油田還在國內率先探索實現了北斗指揮機、北斗移動終端、北斗短報文通訊等技術在油田的應用。這些都為油田管道巡檢系統的建立奠定了堅實的數據及技術基礎。

以江蘇油田一條長途輸鹵管線的巡檢管理為試點，通過北斗定位技術，對實時數據采集分析開發了油田管道巡檢系統，對管道進行實時高效巡檢管理。后續根據應用情況對系統進行完善并推廣到油田其他長輸管道的巡檢應用[2]。

1 研究內容

整合現有系統資源，包括油田勘探開發業務協同平臺（EPBP）、GIS地理信息系統、在線檢漏系統、陰極保護系統及設備相關數據資源。

整合現有硬件資源，包括基于油田北斗衛星導航定位終端開發巡檢終端，通過北斗/GPS雙星定位技術實現坐標定位，應用北斗終端與指揮機傳輸北斗定位數據及短報文數據，數傳通道應用北斗數傳及移動通信實現雙冗余數傳。

開發基于北斗衛星定位系統的雙模數傳輸鹵管道巡檢系統，實現了將巡檢人員的行蹤及隱患數據、管線陰極保護數據、視頻數據回傳至平臺；實現了對巡線人員的遠程監控、監督考核；實現了對管道運行狀態的實時監控、隱患管理及設備管理等功能；實現了陰極保護數據的在線監測及在線檢漏系統成果與巡檢業務的綜合應用[3-4]。

1.1 數據處理

在EPBP平臺上建立統一的組織機構及用戶管理機制，實現對井、站、管網及陰極樁等集輸基礎信息統一管理，在油田GIS地理信息系統中對影像圖成果進行空間數據統一管理。

系統建立APDM的管道數據模型，完成礦區管線和輸鹵管線坐標、樁數據、恒電位儀數據、站場數據的采集和入庫。購置并處理入庫礦區衛星影像，下載并處理入庫輸鹵管線Google影像。

1.2 系統開發

開發并搭建基于北斗衛星定位系統的雙模數傳輸鹵管道巡檢系統，分為WEB端系統和移動APP。其中WEB系統主要功能包括任務管理、隱患管理、應急管理、泄漏監測、陰保數據管理、檔案管理、數據管理、提醒管理、巡檢報表等功能模塊。巡檢APP包括人員巡檢、巡檢任務、事件上報、數據采集、數據維護、巡檢報表、系統配置、指引性導航等功能模塊。

1.3 安全管理

在油田信息安全管理體系下，構建系統的安全管理機制，使數據的保密、安全得到有效的保證，網絡建設方面嚴格按照網絡安全要求搭建相應的硬件平臺，在EPBP管理系統實現組織結構的統一用戶管理，配合應用系統功能對數據實行分級、分權限控制[5]。

2 系統設計

通過對系統架構、功能模塊、安全體系的設計，建立基于北斗衛星定位系統的雙模數傳輸鹵管道巡檢系統，滿足管線巡檢的業務需求[6]。

2.1 總體架構設計

為保證系統的實施與推廣能夠完全融合，在技術架構的設計上采用MVC模式的設計架構。

系統采用四層體系架構：界面展示層、控制流轉層、業務處理層及數據存儲層，如圖1所示。

圖1 系統體系架構Fig.1 System architecture

2.2 功能設計

系統功能設計主要包括GIS基本功能、巡檢管理、數據管理、應急管理、隱患管理、檔案管理、移動端APP等功能模塊[7]的設計。

2.2.1 巡檢WEB平臺展示系統功能

如圖2所示，在巡檢管理系統的用戶界面設計中，主要以基礎地理信息數據作為主背景，同時疊加管線、巡檢信息等多個圖層，可根據需要實現多個信息的查詢、統計與顯示，實現包括人員考核、隱患管理、指令下達等巡線工作的管理。

圖2 巡檢WEB平臺功能Fig.2 Function of inspection WEB platform

2.2.2 巡檢手機軟件APP系統功能

巡檢APP安裝在巡線工使用的北斗終端上用來采集巡線數據，如圖3所示。其中陰保采集模塊、指引性導航功能是針對江蘇油田管線管理特點開發。通過巡檢手持終端的陰保采集模塊實現將陰極樁數據進行采集并回傳至平臺；通過平臺向巡檢手持端下發位置坐標，引導巡線工快速到達隱患點，實現隱患巡查。

圖3 巡檢手機軟件APP功能Fig.3 Function of inspection mobile application

2.3 數據庫設計

系統采用ArcGIS管線數據模型，用于存儲、收集與管線有關的信息。它是通過ESRI公司的ArcGIS和ArcSDE軟件來實現的，為空間數據庫而專門設計的管線數據模型。

APDM并不是一個綜合的包含所有方面的數據庫模型，是一個數據庫模版，各管道公司通過它可以從模型的核心元素開始，通過添加要素或提煉現有要素來修改模型。中石油可根據自己管線的特點來定義自己的數據庫模版，以滿足氣體和液體傳輸管線的需求。

3 系統實現

在系統開發環境中，服務器端采用Java語言開發， WebGIS部分采用ActionScript和JSP語言開發，采用MyEclipse集成IDE工具[8]。

3.1 系統主界面

系統將根據當前用戶所處的角色，加載并顯示出相應權限的地圖信息，包括功能菜單、地圖控制工具欄、比例尺、鷹眼、地圖顯示區等，如圖4所示。系統基礎輔助功能包括地圖基本功能、圖層管理、測量、打印、書簽定位、管道信息識別等功能模塊。

3.2 功能子系統

各功能子系統可為用戶提供基礎地理功能和專業分析功能，主要包括綜合查詢子系統、應急管理子系統、檔案管理子系統、數據管理子系統、計劃任務管理子系統、隱患管理子系統、巡檢管理子系統等。各子系統的主要功能如下：

圖4 系統主界面Fig.4 System main interface

（1）綜合查詢子系統的基礎功能包含系統登錄、地圖基本工具、分類查詢、地圖氣泡、地圖測量、地圖標注、地圖打印，圖層管理等。

（2）巡檢管理子系統系統通過創建巡檢任務，制定巡檢人員、類型、開始結束日期、巡檢關鍵點等，達到巡檢管理和監控的目的。

（3）數據管理子系統主要實現實時查看當前人員巡檢時三超（超時、超速、超限）、恒電位儀數據、站場閥室數據、現場隱患、陰極保護數據、在線人員信息等功能。

（4）隱患管理子系統實現上報隱患信息，包括上報單位、上報人、發現時間、上報時間、事件位置、備注、相關照片、影像資料等功能。

（5）檔案管理子系統是巡檢人員管理入口，能夠實現人員的增刪改查操作。

（6）應急管理子系統可以準確分析出周邊應急物資情況和地理環境，通過周邊情況和應急資源的分析，為決策者研判提供參考依據[9]。

4 系統應用

基于北斗衛星定位系統的雙模數傳輸鹵管道巡檢系統實現了管道的生產管理、安全管控、管道巡檢三位一體的精準化管理，滿足了油田管道巡檢的業務需求，系統經過一年多的穩定運行，發現隱患582起，處理及時率100%，避免了安全環保事故的發生。用戶在導航控制欄中單擊應急管理子系統圖標，即可進入對應菜單欄，圖5為動態標注，圖6為路由分析，圖7為空間查詢。

圖5 動態標注Fig.5 Dynamic annotation

圖6 路由分析Fig.6 Route analysis

圖7 空間查詢Fig.7 Spatial query

5 總結與建議

（1）基于APDM數據模型，實現了以樁為核心的管道巡檢管理模式。

（2）調用天地圖云服務，解決了空間背景數據的更新問題。

（3）采集了高分辨率的衛星影像數據，并以衛星影像和百度地圖為參考提取了管道沿線基礎地理數據，為管道周邊環境分析奠定了基礎。

（4）實現了第三方數據的實時接入和監控，保證了系統數據的實時性和準確性，為應對管道數據異常提供了技術保證。

（5）實現了管道巡檢由開放式的巡檢工跑線變革成智能化的管理模式，針對油田長距離管道實現了油田管道分段駐線巡查管理模式。

（6）采用了基于北斗的智能巡檢設備的雙冗余傳輸方式，保證了巡檢信號傳輸的穩定，對移動信息覆蓋不到的地區適于采用北斗衛星短報文方式進行信息傳輸。

（7）與常規巡檢系統的發現式管理應用功能不同，北斗衛星及移動傳輸技術與地面高后果區、高風險點巡查、地下管道陰極保護、泄漏監測系統運行綜合構建了一個三位一體的動態巡檢評價體系，在大數據的分析與支持下，對管道腐蝕情況及運行安全進行預測，科學地制定巡檢方案，促進了油田管網精細化管理，為企業減員增效、油田管理體制機制改革提供了支撐[10]。

（8）目前系統己實現了手持終端及WEB端的巡檢隱患上報功能，并能夠對歷史巡檢隱患進行檢索和統計。在下一階段的研究中，系統將在WEB端實現隱患時間的閉環管理，包括隱患上報后根據等級和類型推送至相關技術人員進行處理，管理人員能夠對處理中的隱患進行進度的跟蹤及處理情況的監控。