楊永和1 陶超2 孫鵬3 張蓓蕾3
1.國家管網集團西部管道蘭州輸氣分公司；

2.北京睿呈時代信息科技有限公司；
3.國家管網集團西部管道酒泉輸油氣分公司 

 

摘要：應用現代信息技術，采集管道基礎數據及周邊環境數據，搭建油氣管道智能化管理平臺，利用大數據存儲檢索優化技術，對管道數據進行歸納，經管理系統智能分析，為決策提供支持。依靠空間GIS技術與三維可視化技術，構建與現實長輸管線及周邊環境高度一致的生動直觀的三維場景，以三維可視化方式展示各類信息的整合關聯，為模擬演練及應急響應提供輔助決策。

關鍵詞：油氣管道；智能管道；大數據分析；GIS；三維可視化

 

信息技術在長輸管道初期勘查選線、中期建設實施和后期運營管理中已經得到廣泛應用，如美國阿拉斯加管道借助信息技術已實現對地震等自然災害的預警和自動控制。以物聯網、云計算、下一代互聯網技術為代表的新一輪信息技術革命，為油氣管道行業全面向信息化、智能化管理轉變提供了技術基礎。智能化管道通過將管道及周邊區域資料數字化、網絡化、可視化，采集、處理管道在規劃、設計、施工、運營、維護過程的全生命周期基礎地理數據與管道專業數據，結合管道沿線的環境經濟信息建設管道數據倉庫，為管道建設、運營與完整性管理提供真實可靠的技術數據，達到信息化動態管理的目的。實現管道管理在地理空間上的“無限拉近”和“所見即所得”，“隨時隨地”掌握、定位、查看、監控管道的各類數據、信息及事件，實現虛擬的“直達和深入基層”，幫助企業解決實際問題[1]。

1  平臺建設

2016年開始，西部管道酒泉輸油氣分公司以云計算、物聯網、大數據、GIS和三維可視化等技術為支撐，通過內容綜合、形式統一的空間數據庫，統一采集存儲和管理二維、三維地理信息及長輸管道業務三維模型，建設智能化管理平臺，實現大場景的二三維一體化管理，以三維可視化的方式展示各類信息的整合關聯。

1.1  數據處理

利用大數據存儲檢索優化技術，定制多類專用數據格式，包括三維設計模型數據、GIS數據、實時傳輸數據、設備信息等，數據經過轉碼與解碼，在保障數據質量與場景效果的前提下，顯著縮小存儲空間，提升數據處理整體效率[2]。并采用合理的邏輯組織，分散的物理存儲，設計索引、數據操作的優化等技術，實現海量數據的存儲檢索與優化。

1.2  平臺架構

智能化管道管理系統平臺架構如圖 1所示。

圖 1 智能化管道管理系統平臺架構

（1）數據庫層。提供本地及遠程等多種數據連接方式，將外系統數據及現場收集的其他數據進行整合分類，分為空間GIS數據庫、靜態數據庫、動態數據庫三類�？臻gGIS數據庫主要包括GIS數據和三維模型數據，靜態數據庫包含周邊社會經濟要素等數據，動態數據庫包含運行維護數據、生產動態數據等。

（2）平臺層。采用全國產化睿-Pipe平臺，實現虛擬現實技術、空間GIS技術及模擬仿真技術的有機融合，引擎提供標準對外接口和功能方法調用，同時對應用層提供支撐。

（3）應用層。將整合的各類業務數據分門別類展示，呈現系統全部功能并進行實際操作，查看各類數據的分布情況，并進行統計分析。

1.3  系統部署

采用客戶端（C/S）嵌網頁（B/S）模式，基于INTERNET/INTRANET的通信基礎，以C/S+B/S模式架構。同時采用多邏輯服務器負載均衡，在1臺硬件服務器上部署4個邏輯服務器，分別是3D-GIS服務器、數據庫服務器、Web服務器、集成應用服務器。

3D-GIS服務器存放地理信息數據、全息場景數據、各種模型數據，并針對存儲數據進行分發、控制、同步等管理工作，并提供空間量算等GIS操作功能。

數據庫服務器用于安裝數據庫軟件，存放除地理信息數據以外的所有數據，對所存數據進行管理，如生產工藝流程數據、救援資源數據、應急預案數據、外系統集成數據、系統配置數據等，并對所存數據進行同步管理操作。

Web服務器提供Web服務功能及集成其他Web服務器，以Web的形式發布數據、進行數據交互。Web程序操作快捷、方便，集成外系統功能和集成其他服務器功能，能以超鏈接的形式集成外系統Web服務器，也可以COM組件、網絡等形式集成應用服務器、3D-GIS服務器、數據庫服務器功能。

集成應用服務器主要負責集成外系統的功能，如油氣擴散、火災及爆炸模型等；集成其他已有信息系統的信息和數據。應用服務器除集成外系統的功能外還可以為災情評估、災情推演等應用提供后臺支持及計算。

1.4  關鍵技術

采用地理坐標與虛擬現實坐標的轉換匹配技術、虛擬仿真與空間GIS融合技術、大范圍三維場景實時渲染優化顯示技術、多源信息整合與數據接口標準化等技術[3,4]，實現在不涉密的情況下，管道定位精度及在場景中的真實展現。

2  平臺功能特點

2.1  實現數據集中和數字化

將管道本體及附屬數據、管道業務數據、應急資源數據整合為統一數據庫，在系統里構建與現實走向一致、狀態一致的數字化管道，不僅僅是視覺上還原，更重要的是還原管道的各類信息，主要包括空間實體數據、靜態數據、動態數據等三大類數據。包括通過焊縫、鋼管、彎管等信息，還原管道本體及附屬設施；周邊地貌、敏感目標、居民等，構建管道周邊環境；納入實時溫度、壓力、流量等數據，呈現管道運行動態（圖 2）。

圖 2 管道狀態數字化展示

2.2  實現可視化預案管理

將事故災情、發展進程、救援行動等制作成數字化預案，按照事件的發展過程，將應急措施可視化展示，用于進行預案桌面推演和應急救援培訓。同時，將已經發生過的典型事故和應急救援過程，制作成數字化預案的多媒體演示腳本，可以隨時在平臺查詢和演示，改變傳統紙質化預案演練模式（圖 3）。

圖 3 應急預案可視化展示

2.3  實現巡檢區域化管理

站場巡檢實現巡檢點位精確定位和推送，三維可視化標識巡檢對象；站內精確定位，巡檢歷史路線可視化回放；巡檢操作精細化，按照提示任務進行拍照、錄像等取證過程及巡檢結果直接觸發線上業務流，可直接向其他協作崗位推送消息或發起視頻對講。線路巡檢實現對管道巡線在線人數、實時位置、歷史軌跡、計劃覆蓋情況、計劃執行情況等信息進行查詢、統計、展示。提高了巡檢人員的單兵作戰能力；中心站將各分站場、線路巡檢綜合集中管理，有利于實現區域內所轄站場、閥室設備設施的集中巡檢、統一維修、資源共享，提升設備可靠性、全員勞動生產力和員工技能水平。

2.4  實現風險主動管控

利用大數據，將影響管線完整性的各類影響因素（天氣、施工、占壓、腐蝕、運行壓力、地質情況等）綜合展現，掌握各類影響因素之間關聯規律。通過建立三維信息系統，優化管道管理模式，提高信息傳遞的效率，宏觀可以掌握走向態勢，微觀可以方便查看焊縫、閥門，將風險管控模式由被動轉為主動，將事后處理轉變為預防管理，提高了管道安全運行系數。如對第三方施工管理可按照施工狀態（未施工、施工中、已完工）分類查詢第三方施工分布情況，也可進行專題圖統計。

對管道缺陷進行預警分析，通過ERF（預估維修比）指標，將ERF＞1的缺陷篩選維修；對不符合維修標準的缺陷，計算生長速率并持續關注；通過三維場景可視化展示，快速定位和修復需維修缺陷位置。陰極保護管理將測試樁數據在三維場景可視化展示，對測試數據進行縱向和橫向統計分析，并展示報警位置，提高保護的有效性。對地質災害風險點實現一張圖管理，將不同種類的風險分類管理。分種類、分等級進行風險統計分析，在三維場景中定位風險點，風險點按等級在場景中分顏色展示 。

2.5  實現資源調配整體優化

利用設備運行監控平臺和大數據查詢功能，進行應急資源和物資調度、作業維修，提高資源周轉能力及管道運力，降低設備故障率，提高工作效率。

3  結論

本文闡述的智能管道建設，是希望管道企業通過智能化管道管理平臺，整合海量數據，實現管道的數字化、自動化、智能化管理，做到有效處理，分析，展示。在管道日常業務活動、應急搶險等過程中，能夠快速獲取管道的基本信息、周邊環境、運行參數、風險隱患、應急資源等信息，輔助用戶迅速做出決策。

酒泉分公司通過管道智能化管理平臺實踐，多次在處理管道缺陷風險時，利用系統查看特定范圍內的人員、環境、管道附屬設施、陰極保護等數據信息，通過系統內置的管道全生命周期數據分析，快速掌握管道的本質安全情況，為預防性維修維護提供依據。結合智能巡檢模塊，提升管道隱患的處理效率，在應急演練時預先在三維可視化場景中模擬災害并進行事故推演，更加直觀看到事故的整體態勢和影響范圍。

后期，智能化管道管理平臺可延伸業務管理功能，加強分公司決策分析支持能力及基層核心業務過程管理，在分公司層實現管道等級劃分，管道健康評價；在基層實現業務事件可追溯，工作任務可推送；結合移動端功能及大數據分析技術，依據不斷累積的數據，逐步實現自動分析識別、主動預警預防。通過接入管道內檢測數據和運行監測數據，結合數據分析模型，實現對管道非結構化數據的深入分析，查找管理短板，提升管理能力，對今后管網實施智慧化管理起到一定的作用。在基礎數據應用、事件處置效率、應急響應速度、運行管理手段、本體業務管理、綜合分析能力等方面實現“六提高”，成為企業管理的有力抓手，保障管道安全、平穩、可靠、綠色運行。

 

參考文獻：

[1]劉坤梅.大數據時代下的數據可視化研究[D].保定：河北大學，2014．

[2]鄭佳佳.大數據信息顯示界面交互設計研究 [D].南京：東南大學，2015．

[3]曾悠.大數據時代背景下的數據可視化概念研究[D].杭州：浙江大學，2014．

[4]陳懷松，羅昌印.大數據可視化分析[J].計算機教育，2018(5)：194-197.

 

作者簡介：楊永和， 博士，現任國家管網集團西部管道有限責任公司蘭州輸氣分公司經理，曾任國家管網集團西部管道有限責任公司酒泉輸油氣分公司經理，從事管道行業工作近30年。聯系方式：18999809871。