面向無人值守的長輸天然氣作業區一體化管控平臺設計

延旭博

（河北省天然氣有限責任公司，河北 石家莊 050000）

輸氣站是長輸天然氣管網的重要節點，具有過濾、氣量計量、分輸和調壓等功能，既是易燃易爆場所，也是保障民生的基礎設施。加強輸氣站的安全運行管控對天然氣管網整體平穩運行尤為重要。同時，隨著視頻監控、燃氣泄漏檢測儀、振動光纖等傳感設備數據采集技術的日趨成熟，監測數據采集精度的不斷提高及人工智能、大數據分析應用技術的發展，以技防為主，人防、物防為輔的全新管道智能管理方式逐漸普及并得以推廣應用[1]。

為加強管網安防管理水平，輸氣站的運行及安全管控系統包括工業電視監控、周界安防系統、消防火災、人員定位系統、110 一鍵報警系統、泄漏監測系統、門禁系統、擴音系統、SCADA 系統以及生產管理、長輸管道GⅠS、智能巡檢等軟硬件系統。但目前各站場安防子系統之間均獨立運行，缺乏統一規范，數據不互通，只能在本輸氣站查看，無法滿足無人值守模式下作業區管理模式的需求。為了提高輸氣站運行的安全可靠性，方便運維管理，實現多級綜合管控，改變以前各個站場、閥室、長輸管道安防系統相對獨立的狀態，打破各個系統的數據孤島，開發作業區一體化管控平臺，并提供二三維一體化監管平臺，實現調控中心、作業區、場站三級聯動管控，進一步提升管網安防監控能力，保障管網安全平穩運營。

1 輸氣站現有管控技術

1.1 無人值守與作業區管理

無人值守是通過采用集中調控、自動分輸、電動流量調節等技術和設備，實現輸氣站無需人員駐守和操作，通過調控中心可以實現輸氣站內各類閥門的開關、泄漏監控，一線運行人員集中在作業區辦公，同時負責多個站場的管理，并定期對所轄站場進行檢查和維護的工作模式。通過無人值守的應用，運行人員擺脫了工作煩瑣的現場作業，將更多的精力投入運行提升和安全管理。

1.2 輸氣站現有管控手段

工業電視（視頻監控系統）。為保障站場安全可控，輸氣站設有視頻監控系統，可在本地電腦上使用專用軟件查看，并通過專線將視頻數據傳輸到調控中心。

巡檢系統。巡檢系統作為管線安全管理的重要系統，具備現場數數據采集、巡檢事件記錄、隱患管理、隱患處理、巡檢任務管理、人員考核、軌跡記錄等功能。該系統集成巡檢隱患及處理全流程數據，保障值班人員實時掌控管線周邊通過巡檢發現的隱患及處理全流程。

SCADA 系統。SCADA 系統是通過PLC 和上位機，對現場的各類參數進行采集和展示，如流量、壓力、溫度等，是目前管道運營企業使用最多、覆蓋最全的系統之一，已實現對所有站、閥室及重點監測點位數據的采集及監控。

周界安防系統。周界安防系統采用振動光纜周界安全系統。該系統專門針對柵欄、防護網之類的防護設施的周界震動報警而設計，當有人試圖剪斷或者攀爬鐵絲網時它能準確地探測并定位入侵地點，并為周界的每個模塊及輔助探測器供電，而不需其他設備或線纜。

燃氣泄漏監測系統。輸氣站的各類設備連接處，如法蘭連接、各類變送器的旋塞底座，在長期運行后或安裝不當時，不可避免地存在天然氣泄漏風險。為此，站內設有激光云臺，持續對站內進行自動掃描，基于激光吸收光譜技術對泄漏氣體進行監測，并能夠在發現泄漏后持續跟蹤和影像記錄，協助運行人員判斷泄漏位置。

門禁系統。輸氣站安保等級高、風險大，為防范外來人員無授權進入輸氣站，輸氣站安裝了具備人臉識別和指紋識別功能的門禁系統，同時輸氣站值班室內配備了門禁專用的手持控制器，可遠傳開門。

消防火災系統。火災報警系統主要設備為海灣t200 火災報警控制器（聯動型），具有功能強、可靠性高、配置靈活的特點，可在監測到火災后聯動相關的報警和處置設備。

一鍵報警系統。為了保障輸氣站安全和與公安系統的聯動，輸氣站設置有一鍵報警系統，即在輸氣站值班室安裝固定的報警器，在發生緊急情況時按下按鈕，屬地派出所就會接到警情，及時出警支援輸氣站的安保工作。

擴音系統。擴聲系統是將預警信息等監控人員重點關注的信息通過擴音傳到對應的場站位置，以方便提示或者警告。

1.3 當前管控手段的不足

當前管控手段的不足具體體現在以下3 個方面：①數據傳輸不統一。因各管控技術實施時間不一、技術要求不一，因此，有些數據傳輸到了供應商的云服務器，有些數據存儲在本地，有些數據傳輸到了調控中心服務器。②平臺不一致。各類監控手段的實現需要依靠不同的硬件，硬件供應商開發了不同的軟件系統實現數據的展示和查看，運行人員需要登錄不同的平臺才能查看，增加了日常運維的工作量。③作業區缺乏有效的監管手段。因大部分數據存儲在了輸氣站本地電腦，部分數據傳輸到了調控中心，只能依靠調控中心的監控和本地查看才能掌握現場情況，作業區人員無法及時、有效地掌握輸氣站的情況，造成了調控中心值班人員的工作強度過大。同時，作業區人員對輸氣站現場情況不明，一旦發生設備故障或緊急事故，只能趕到輸氣站后才能了解情況，從而耽誤了最佳的搶險時機。

2 作業區一體化管控平臺設計

2.1 設計原則

結合輸氣站各類技術手段的現狀，為解決作業區在日常管理中的難點，設計和開發作業區一體化管控平臺，實現對各類數據的統一傳輸、展示和管理，實現作業區掌握輸氣站現場的第一手數據[2]。

2.2 應用集成

考慮到智能化設備的快速發展，未來輸氣站將增加更多的監測設備，因此，在一體化管控平臺設計中，要考慮系統良好的擴展性、互操作性和兼容性，同時為后期擴容和接入新設備預留條件，避免后期難以繼續新增各類獨立系統。

統一數據和流程接口。全部數據統一從數據中臺采集，避免數據的無序傳輸和管理[3]。梳理現有各類設備運行和報警邏輯，同時將業務邏輯與流程分離，避免不同流程調用引起邏輯錯誤而使得現場設備誤報警和誤操作。

統一訪問界面和調用。用戶通過一個統一界面和不同標簽實現對不同的監測數據和流程的訪問。此外，設置用戶的自定義界面，用戶可自行對所需的數據進行采集、編輯和設置計算公式，方便與生產管理系統的數據進行核對。

統一功能結構。通過對功能進行模塊化設計，提供標準化的功能組件或服務，用戶可以結合功能需求自行調整和組合[4]。

2.3 數據和服務集成

數據集成依據業務數據資源內容管理的范圍，結合公司網絡及業務數據的基本特點，按照多種方式對數據進行組織，定義統一的數據標準；通過建立資源管理目錄，對數據資源進行統一的分類和管理；通過統一數據管理模型，為系統集成過程中共享數據庫建設提供依據，保證集成數據定義準確、無歧義。數據集成系統將以主流數據庫系統為基礎，全面分析多類型數據特點，并兼顧公司信息化系統的需求，形成充分考慮數據特性和管理效率的數據庫和數據文件并存的中間數據存儲。

服務集成。對于可以直接進行功能復用且已經微服務化的現有系統，直接采用微服務調用的方式進行功能集成，并根據具體的展示需求進行微服務的組織與編排[5]。

3 作業區一體化管控平臺的功能設計

3.1 設計目標

作業區一體化管控平臺采用3D GⅠS 平臺作為可視化底座，整合工業電視監控、周界安防系統、消防火災、人員定位系統、110 一鍵報警系統、泄漏監測系統、門禁系統、擴音系統，并通過總公司中間庫對接SCADA 系統、GⅠS、智能巡檢等數據，利用大數據、AⅠ、3D 可視化等技術，實現作業區分級管控、系統融合互聯、預測預警可控，并提供智能分析和決策支持，實現管網安全防御的可視化、網絡化、智能化管理。

3.2 功能設計

管理駕駛艙。管理駕駛艙平臺基于3D GⅠS 平臺，依托管道業務中間庫及長輸管道中間庫匯集的管網、生產運行、巡檢、視頻監控、周界報警、泄漏監測、人員定位、消防火災等數據，打破數據隔離，融合多監測數據源，通過詳盡的監測數據，實時反映管網及場站的運行狀態、資產情況、實時監測環境、安防現狀等。管理駕駛艙最大化地發揮高數據效用，為各級管理層提供的“一站式” 決策提供支持[6]。

運行工況。系統引接SCADA 數據、視頻數據、巡檢數據，以豐富的圖表形式，實時展示場站及各長輸管網的主要運行參數（壓力、流量、溫度、運行狀態、報警信息等）及現場視頻監控畫面，以二三維GⅠS平臺加圖表的形式直觀呈現。

生產統計。生產統計新增以作業區為統計維度，統計所管轄管網管存，所屬站進氣、銷氣情況，所屬用戶供氣量。

泄漏監測。泄漏監測是根據采集的激光式氣體監測儀數據，對現場各類低溫氣體、常溫氣體、液體的跑、冒、滴、漏進行全天候24 h 在線監測。

周界安防。周界安防模塊集成周界安防、門禁、消防火災等系統數據，針對站場周邊的入侵事件進行實時監測、報警，同時會調動響應攝像頭進行跟蹤錄像，強化遠程巡檢智能化報警能力。周界安防按照廠商的數據格式預留對接接口，等數據接入中間庫以后，再完成平臺數據的對接任務。

綜合報表。遵循作業區及場站安全防控規定，基于企業Web 報表工具，匯總安防預警數據，自動生成公司/作業區/場站安全日/周/月/年報、公司/作業區/場站事件日/周/月/年報、作業區報警統計報表。對接生產管理系統數據，以作業區為單位，生成作業區綜合日/周/月/年報表。

系統管理。系統管理包括平臺鑒權、用戶及全局化的配置管理。

微信小程序。微信小程序提供作業區、場站及管網的重要監控參數快捷瀏覽，現場報警數據及時通知，現場情況快速上報、定位、導航、處理等功能，其中具體包括生產監控駕駛艙、事故上報、實時預警提醒、事件定位等功能。

3.3 技術指標

技術指標包括：①作業區一體化管控平臺根據需要，需具備各種不同平臺、不同規格監控攝像頭，不同平臺視頻接入、管理、存儲的能力。②平臺底座需采用國產自主可控二三維GⅠS 引擎。③具備開放性，遵循國際主流標準、現行國家標準、行業標準及其他相關技術標準。④作業區一體化管控平臺采用分布式設計方式，對相關的子系統應能進行功能性集成，集成在統一的平臺和統一的人機環境界面上。站控制室內的運行維護人員應能通過管理監控終端上的同一圖形界面看到各個模塊的工作情況和設備工作狀態。⑤采用模塊化、開放式結構，網絡接口應符合TCP/ⅠP協議，通過模塊添加，實現與其他組成部分之間的無縫連接及聯動集成。應在統一的界面內，對系統內所有事件進行綜合處理，可以執行視頻控制、切換顯示、布防、撤防等命令，可以對各安防組成部分的運行參數進行設置和更改；各子系統之間可進行聯動；同時應能對各子系統的運行狀態進行監測和控制，對系統運行狀況和報警信息數據等進行記錄和顯示，并具有足夠容量的數據庫。⑥系統支持電子地圖，可在電子地圖上自動顯示報警點位置及布防圖，發生報警可使具體報警位置閃爍。⑦具有多屏聯合報警功能，至少支持3 屏的聯合報警功能。⑧應留有多個數據輸入、輸出接口，實現更大規模的系統集成。⑨系統支持GⅠS地圖，并支持離線地圖訪問應用。⑩綜合作業區一體化管控平臺集成軟件和硬件需獲得永久授權。?具備接入不同品牌、型號的周界設備。在滿足作業區管控功能基礎上，從空間及布局上進一步規劃提升整體效果。

4 實施和效果評價

4.1 開發實施

根據上述設計原則、技術路線和功能設計，開發了作業區一體化管控平臺，并在各作業區建設了值班室，安裝了展示大屏，并配備了聲、光報警設備，方便值班人員監控。

4.2 效果評價

作業區一體化管控平臺建成后，作業區人員實現了在作業區即可查看各輸氣站的生產數據，日常使用的系統由6 個集成為1 個，生產數據錄入時間由平均每天1 h 減少為15 min，提高了生產效率。

5 結束語

隨著無人值守、自動分輸技術在油氣管網的推廣應用和作業管理模式轉型，開發適用作業區管理的一體化管控平臺，增強作業區對輸氣站的信息掌控，將成為油氣儲運企業新的發展途徑，對保障管網安全運行具有重要意義。