王玉江1 張江龍2 王琛3

1.中石化勝利油田分公司工程技術(shù)管理中心； 2.中石化石油工程設計有限公司；

3.中國石油國際勘探開(kāi)發(fā)有限公司

摘  要：建立數據完整、真實(shí)可視、運行安全的智能化管線(xiàn)管理系統，達到油田站場(chǎng)地下管網(wǎng)清晰、地上設施直觀(guān)的目的。通過(guò)地下管線(xiàn)探測技術(shù)、點(diǎn)云掃描技術(shù)、點(diǎn)云抽稀技術(shù)，實(shí)現站場(chǎng)地上、地下一體化建模；通過(guò)制作數據采集標準模板，實(shí)現站場(chǎng)數據的統一完整采集。應用結果表明，系統實(shí)現了基礎信息管理、安全管理、運行管理、設備管理、施工管理等功能。

關(guān)鍵詞：油田站場(chǎng)；地下管網(wǎng)；三維建模；點(diǎn)云抽��；數據采集

油田站場(chǎng)作為聯(lián)系產(chǎn)、運、銷(xiāo)的紐帶，其工藝管網(wǎng)是油田企業(yè)的“動(dòng)脈血管”，為保障管網(wǎng)安全、高效運行，建設智能管網(wǎng)是管道運營(yíng)者的一致共識[1]。智能管網(wǎng)系統采用大數據分析建模理念，提供成熟可靠的智能管網(wǎng)一體化解決方案[2]。

油田站場(chǎng)由于資料丟失、擴建改造和施工圖紙未及時(shí)存檔等原因，造成地下管線(xiàn)資料不準確、不完善，特別是不能準確掌握歷次維修改造后的地下備用或廢棄管線(xiàn)的管徑、材質(zhì)、走向、埋深等關(guān)鍵數據。筆者在研究數據標準化采集錄入的基礎上，論述了智能化管線(xiàn)管理系統架構及關(guān)鍵技術(shù)，以實(shí)現基礎信息管理、安全管理、運行管理、設備管理、施工管理、三維應用等功能。

1 系統架構

在站場(chǎng)地下管線(xiàn)探測、三維建模和業(yè)務(wù)應用基礎上，通過(guò)數據采集入庫、自動(dòng)化數據接入等手段提供基礎數據支持，按照 “統一模型、統一標準、分級管理、分步實(shí)施”的指導原則，搭建智能化管線(xiàn)管理系統框架，建設六大業(yè)務(wù)應用模塊：“基礎信息管理、安全管理、運行管理、設備管理、施工管理、三維應用”（圖 1），完善企業(yè)數據庫，開(kāi)發(fā)個(gè)性化功能模塊，支持系統調用。

（1）基礎信息管理。實(shí)現廠(chǎng)區管線(xiàn)基礎數據、文檔資料、設備設施臺賬、地下管線(xiàn)CAD圖紙等信息檔案管理以及管線(xiàn)建設新增信息、三維模型、視頻信息、流程圖庫的統一管理。

（2）安全管理。實(shí)現氣防、消防、安防分布和統一管理，為企業(yè)HES管理提供地理數據支撐，基于工藝流程管網(wǎng)結構關(guān)系植入三維模型，通過(guò)爆管關(guān)閥分析、應急預案模擬功能實(shí)現管網(wǎng)關(guān)聯(lián)分析及應急預案演練，輔助管線(xiàn)應急事件及時(shí)快速高效處理。

（3）運行管理。接入管線(xiàn)運行實(shí)時(shí)參數，實(shí)現管線(xiàn)及設備運行液位、溫度、壓力、流量等工藝運行參數實(shí)時(shí)監控；基于工藝實(shí)時(shí)運行數據設置閾值，實(shí)現管線(xiàn)設備超溫、超壓、超量等工藝超限預警。

（4）設備管理。實(shí)現設備設施信息管理，形成設備臺帳，地上基于三維模型完成屬性數據關(guān)聯(lián)實(shí)現三維場(chǎng)景設備設施屬性直觀(guān)展示；實(shí)現設備檢維修記錄業(yè)務(wù)信息管理，業(yè)務(wù)人員在系統上在線(xiàn)完成檢維修 操作信息錄入存檔及導出。

（5）施工管理�；�于三維地理信息平臺實(shí)現施工動(dòng)土三維模擬，對擬動(dòng)土區域設置開(kāi)挖深度和邊界范圍（長(cháng)、寬、深）進(jìn)行開(kāi)挖模擬測算動(dòng)土作業(yè)量，同時(shí)三維地表相關(guān)區域斷面顯示地下管網(wǎng)的分布情況。

（6）三維應用。實(shí)現三維空間飛行、空間測量（距離、面積、高程、角度）、設備設施三維模型屬性展示等三維平臺基礎功能。利用管線(xiàn)閥門(mén)定位、地表透視、管線(xiàn)斷面圖進(jìn)行分析，通過(guò)可視化輔助企業(yè)廠(chǎng)區進(jìn)行管網(wǎng)規劃建設。利用三維仿真流程模擬，實(shí)現定制工藝流程仿真、站場(chǎng)介紹流程、在線(xiàn)培訓流程模擬展示等功能。

2 系統關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數據標準

設計了站場(chǎng)（閥室）設備設施、管道本體及附屬設施、管道運行和站場(chǎng)周邊環(huán)境等四大類(lèi)共計191套數據采集標準模板，建立統一的數據采集標準，確保數據完整準確，滿(mǎn)足系統建設及運營(yíng)管理需求。

2.2 建模流程

站場(chǎng)地上建模精度達到普通模型水平，站內主要設備實(shí)景建模并體現重要閥門(mén)等信息，對生產(chǎn)工藝流程有重要影響的泵房實(shí)現泵房?jì)戎饕�設備建模；地下管線(xiàn)建模達到普通模型水平并對重要閥門(mén)建模[3]。

站場(chǎng)三維建模流程如下：數據整理→模型建立→材質(zhì)獲取→立面貼圖→三維模型貼面及素材→材質(zhì)處理→模型細化→模型渲染。

2.3 點(diǎn)云掃描及點(diǎn)云抽稀

（1）點(diǎn)云掃描。站場(chǎng)三維激光點(diǎn)云的外業(yè)數據采集采用三維激光掃描儀完成，所布設的控制點(diǎn)涵蓋整個(gè)測區，并均勻分布，在設備密集地區適當加密。平面控制網(wǎng)采用二級附和導線(xiàn)布設，水平角和距離觀(guān)測執行工程測量規范中的二級導線(xiàn)測量要求。高程控制測量采用四等水準測量進(jìn)行。內業(yè)數據處理采用Cyclone軟件進(jìn)行，主要包括多視點(diǎn)云拼接、點(diǎn)云去噪、點(diǎn)云數據均一化（unify）等內容。

（2）點(diǎn)云抽稀。一般情況下，由多個(gè)站場(chǎng)數據拼接而成的成果點(diǎn)云數據量大，影響使用效率，需要對點(diǎn)云數據抽稀后再使用。點(diǎn)云抽稀以站場(chǎng)模型的建筑、設備、儀器等為重點(diǎn)關(guān)注對象，對大尺寸設備、地面、樹(shù)木等可以采用低密度數據表示，小尺寸儀器、閥門(mén)等采用高密度數據表示。即根據設備尺寸調整對象點(diǎn)云數據密度，保證不同尺寸儀器設備的模型精度。

點(diǎn)云抽稀分為對象范圍分割和對象點(diǎn)云提取兩個(gè) 階段，前者依據點(diǎn)云對象之間空間相離的拓撲關(guān)系，采用距離聚類(lèi)法，分離出點(diǎn)云對象的分布范圍；后者根據點(diǎn)云對象范圍從原始點(diǎn)云中提取對象點(diǎn)云，針對單個(gè)點(diǎn)云進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到最終結果點(diǎn)云[4,5]。

2.4 地下管線(xiàn)探測及一體化建模

（1）地下管線(xiàn)探測。地下管線(xiàn)探測以物探為主，根據管線(xiàn)類(lèi)型、材質(zhì)、管徑、埋深、出露情況、接地條件及干擾等因素，可選用直接法、夾鉗法、電偶極感應法、磁偶極感應法、示蹤電磁法、管線(xiàn)雷達法、直流電法及其他探查方法。地下管線(xiàn)探測的難點(diǎn)在于非金屬管線(xiàn)及廢棄管線(xiàn)探查，探測前要詳細搜集相關(guān)資料，并結合站內人員現場(chǎng)指認，確定每條管線(xiàn)的基本走向后再針對性探測；當現場(chǎng)復雜、探查困難時(shí)，有條件的地方進(jìn)行小范圍開(kāi)挖，或采用多種探查方法、綜合會(huì )診，確定管線(xiàn)位置。

（2）地上地下一體化建模。地上地下一體化建模的難點(diǎn)在于地下管線(xiàn)與地上模型的對接，以及整體模型與影像圖的疊加。在采用高精度點(diǎn)云完成地上建模后，通過(guò)特征點(diǎn)與地下管線(xiàn)對接，系統自動(dòng)生成連接頭；整體模型建立后，通過(guò)站場(chǎng)中心點(diǎn)坐標數據，對應到高精度影像圖。所建站場(chǎng)模型加載入智能化管線(xiàn)管理系統后，掛接已有的生產(chǎn)數據和設備數據，實(shí)現網(wǎng)上實(shí)時(shí)查看和追蹤�；�于虛擬技術(shù)，建立各站場(chǎng)三維數字場(chǎng)景，展示真實(shí)環(huán)境，提供在三維可視化環(huán)境中的信息屬性查詢(xún)和分析等功能，并關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)監控數據、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數據、設備運行數據等，直觀(guān)顯示設備運行情況以及設備屬性，支撐HSE管理、應急管理以及站場(chǎng)日常管理工作[6]。

3 結論

采用地下管線(xiàn)探測、點(diǎn)云掃描及點(diǎn)云抽稀技術(shù)，提出了站場(chǎng)一體化三維模型建立方法；在此基礎上，以數據采集標準為依托，構建了智能化管線(xiàn)管理系統。經(jīng)勝利油田海三聯(lián)等六座站場(chǎng)應用，實(shí)現了站場(chǎng)管線(xiàn)分布走向、管線(xiàn)基礎及附屬物構造物、空間結構等明確清晰；建立了集中管理的管線(xiàn)數據中心，補齊管線(xiàn)缺失數據，實(shí)現管線(xiàn)數據管理由分散、紙質(zhì)化向集中、數字化轉變；基于管道完整性管理，實(shí)現安全管控模式由被動(dòng)向主動(dòng)轉變，促進(jìn)了運行效率的提升，為輔助站場(chǎng)運行管理、工程設計和建設施工提供多方位、可視化的信息服務(wù)和數據支持。

參考文獻：

[1] 李遵照，王劍波，王曉霖，等．智慧能源時(shí)代的智能化管道系統建設[J]．油氣儲運， 2017，36(11)： 1243-1250．

[2] 王昆，李琳，李維校．基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧長(cháng)輸管道[J]．油氣儲運， 2018， 37(1)： 15-19．[3] 張江龍．論三維GIS在管線(xiàn)管理中的應用[J]．腐蝕與防護， 2017， 38（增刊1）： 62-66．

[4] WANG Zhen,ZHANG Li qiang,FANG Tian,et al.AMultiscale and Hierarchical Feature ExtractionMethod for Terrestrial Laser Scanning Point CloudClassification[ J].IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing, 2015,53( 5):2409- 2425.

[5] 楊必勝，梁福遜，黃榮剛. 三維激光掃描點(diǎn)云數據處理研究進(jìn)展、挑戰與趨勢[ J].測繪學(xué)報， 2017，46(10)： 1509- 1516.

[6] 趙志峰，文虎，高煒欣，等. 長(cháng)輸管道完整性管理中的數據挖掘和知識決策[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2016， 31（4）： 109-114.

作者簡(jiǎn)介：王玉江，教授級高級工程師， 1968年生， 2002年碩士畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）天然氣工程專(zhuān)業(yè)，現主要從事油氣集輸與污水處理的管理研究工作。聯(lián)系方式：13963362922， wyj1310@163.com。