王巨洪

國家管網(wǎng)集團北方管道公司

 

摘要：油氣管道覆蓋地域廣，受外界因素影響較大，一旦發(fā)生火災、爆炸等事故，將危及管道周邊公共安全。應用多源感知技術(shù)等智能手段為全面即時(shí)感知管道異常事件提供了技術(shù)支撐。介紹了多源感知技術(shù)應用現狀，通過(guò)多源數據融合應用分析，提出了多源感知技術(shù)綜合應用建議。

關(guān)鍵詞：多源感知技術(shù)；多源數據融合應用；油氣管道

 

油氣管道是國家重要的能源戰略基礎設施，隨著(zhù)管道建設快速發(fā)展和外部環(huán)境的變化，安全管理難度與日俱增。中俄東線(xiàn)作為智能管道建設試點(diǎn)，開(kāi)展實(shí)時(shí)泛在感知能力建設，應用多源感知技術(shù)全面提升風(fēng)險預測及安全管控水平，保障管道本質(zhì)安全和綠色發(fā)展。本文在介紹多源感知技術(shù)應用現狀基礎上，提出綜合應用建議。

1  多源感知技術(shù)國內外應用現狀

1.1  衛星監測技術(shù)[1]

（1）星載InSAR（合成孔徑雷達干涉測量）技術(shù)。InSAR技術(shù)最早始于20世紀60年代，21世紀初國外開(kāi)始用其對管道沿線(xiàn)地表變形與管道基礎設施進(jìn)行監測，均取得較好效果。我國應用研究起步較晚，近10年取得較大進(jìn)展，在國土、公路、鐵路等領(lǐng)域開(kāi)展地表變形監測，油氣管道行業(yè)還處在理論研究和技術(shù)探索階段。

（2）光學(xué)衛星影像。20世紀80年代中期到21世紀，國際光學(xué)衛星影像經(jīng)歷了從膠片返回向光電傳輸、敏捷型高分辨率偵測一體式光學(xué)衛星發(fā)展歷程。美國利用衛星影像結合地球化學(xué)資料實(shí)現了油氣藏探查。我國衛星技術(shù)始于1970年，目前形成了資源系列、高分系列、環(huán)境/實(shí)踐系列、小衛星系列、氣象系列、海洋系列等衛星技術(shù)，并應用遙感衛星技術(shù)進(jìn)行管道設計選線(xiàn)及輔助管道日常管理。

受重訪(fǎng)周期和資費影響，這兩種技術(shù)一般用于大范圍地災普查、周期性地貌及周邊環(huán)境變化分析等，不能對管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。

1.2  無(wú)人機巡護技術(shù)[2]

近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)人機技術(shù)、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機所具有的長(cháng)距離、即時(shí)傳輸、即時(shí)識別報警等優(yōu)勢，在長(cháng)輸油氣管道巡護業(yè)務(wù)中得到體現。目前由于受空域禁飛和續航能力限制，無(wú)人機巡護還不能做到全天候實(shí)時(shí)監測管道。

1.3  視頻智能識別技術(shù)[3]

隨著(zhù)人工智能技術(shù)發(fā)展，目前采用視頻智能識別技術(shù)的第三代工業(yè)電視監控系統已用于現場(chǎng)管理。受攝像頭照射距離和數據傳輸影響，視頻智能識別技術(shù)無(wú)法對管道全覆蓋監視。

1.4  GNSS地表位移監測技術(shù)[4]

GNSS（Global Navigation Satellite System，全球導航衛星系統）技術(shù)在20世紀中葉得以研究發(fā)展，1994年美國建成GPS系統，1996年俄羅斯建成GLONASS系統，目前中國部署完成BDS3系統。早期專(zhuān)業(yè)型GNSS監測設備成本昂貴，僅在蘭成渝管道開(kāi)展科學(xué)研究。隨著(zhù)高精度、小型化、千元級GNSS監測設備研制成功，已廣泛用于蘭鄭長(cháng)管道和中俄東線(xiàn)管道滑坡、土體崩塌等易發(fā)生地質(zhì)災害管段的監測。

1.5  振弦式應力應變監測技術(shù)[4]

20世紀30年代，振弦式應變計在國外問(wèn)世。20世紀70年代，我國大壩、橋梁、公路等土木工程中得以應用。近年來(lái)，隨著(zhù)高強鋼管道里程不斷增加，途經(jīng)地質(zhì)災害區越來(lái)越多，該技術(shù)廣泛應用于管道本體監測上。

1.6  雨量監測技術(shù)

雨量計用來(lái)測量降水量、降水強度、降水起始時(shí)間等數據。2000年左右開(kāi)始用于油氣管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害監測預警中，目前常用的是翻斗式雨量計。一般用于滑坡、土體崩塌等易發(fā)生地質(zhì)災害管段。

1.7  智能陰保監控技術(shù)[5]

意大利SNAM公司在其所轄32 625 km天然氣管道上安裝17 000個(gè)智能電位采集儀，通過(guò)Wireless傳至PEGASO系統統計分析數據。國內智能電位采集儀最早出現在2005年，主要用于技術(shù)理論研究和現場(chǎng)試驗。目前已在中俄東線(xiàn)及新建管道全面應用。陰極保護遠程監控系統由現場(chǎng)感知設備和后臺分析軟件組成，一般3 km～5 km設置一個(gè)智能電位采集儀（智能樁）。

1.8  光纖監測預警技術(shù)

（1）光纖振動(dòng)監測預警技術(shù)[6]。2007年，英國OptaSense公司開(kāi)始研發(fā)DAS（Distributed fiber Acoustic Sensing，分布式光纖聲波傳感）系統，并進(jìn)行世界上首次管道泄漏檢測。國內相關(guān)單位相繼開(kāi)展DAS科研攻關(guān)和應用，利用同溝敷設的通信光纜，可實(shí)現對管道全方位實(shí)時(shí)泛在感知監測。如管道公司（津華線(xiàn)）、上海波匯公司（日照管道）、管道局通信公司（中俄東線(xiàn)北段和中段）。

（2）光纖應變監測預警技術(shù)[4]。2002年，瑞士Omnisens公司在柏林鹽水管道開(kāi)始應用，取得較好效果。2019年，國內引進(jìn)該技術(shù)在港棗線(xiàn)煤礦采空區開(kāi)展研究。采取單獨敷設緊固式光纜，對需要監測的管段（如地震斷裂帶、軟土地基等處）進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。2020年在中俄東線(xiàn)中段地震斷裂帶及中石化重慶武陵山管道現場(chǎng)應用。

（3）光纖測溫監測預警技術(shù)[7]。2019年，國內引進(jìn)該技術(shù)在中俄東線(xiàn)北段高后果區現場(chǎng)試用，2020年在中俄東線(xiàn)中段、南段現場(chǎng)應用。利用同溝敷設通信光纜，對人口密集型高后果區、地勢起伏地段管段實(shí)時(shí)監測。

2  多源感知技術(shù)綜合應用探討

2.1  多源數據融合應用示例

近年來(lái)，隨著(zhù)智能管道建設的推進(jìn)，很多院校、科研機構及應用單位探索對多源數據的融合應用[8]，取得了一些成績(jì)。

示例一，視頻智能識別技術(shù)和光纖振動(dòng)監測預警技術(shù)聯(lián)動(dòng)（圖 1）。

圖 1 視頻智能監控和光纖振動(dòng)報警聯(lián)動(dòng)

示例二，某管道途經(jīng)地震斷裂帶，應用光纖振動(dòng)監測預警、光纖應變監測預警、光纖測溫監測預警、管體應力應變監測、地表位移監測、視頻智能監控等多源感知技術(shù)。2022年8月14日和8月18日，受暴雨影響，管道上方?jīng)_出深溝，數據傳輸樁體傾斜，技術(shù)監測數據變化如圖2—4所示。

圖 2 GNSS數據變化曲線(xiàn)

圖 3 光纖測溫監測數據變化

圖 4 光纖應變監測數據變化

分析監測結果表明，GNSS地表位移監測數據顯示Z方向（豎向）有正向變化，與現場(chǎng)沖溝實(shí)際不符，經(jīng)現場(chǎng)確認后是樹(shù)木遮擋天線(xiàn)影響數據傳輸所致。管體應力監測數據在4 MPa～20 MPa間變化，沒(méi)有達到報警閾值。光纖測溫監測數據顯示降雨地表水滲透到管體，導致溫度上升，降雨結束后短時(shí)間內溫度逐漸恢復，達到報警值（≥5℃）并報警。光纖應變監測數據顯示微應變約100，沒(méi)有達到報警閾值。以上多源感知技術(shù)監測數據通過(guò)各自系統采集上傳，對管道現場(chǎng)的同一異常事件或隱患給出了不同級別的響應，給管理者決策帶來(lái)困惑。

2.2  提升建議

受數據傳輸鏈路、報警閾值、報警機理等因素影響，在相對復雜、多源感知技術(shù)應用較集中的情況下，對管道安全監測的作用還有待于提升。為此提出以下建議。

（1）深化應用。比如光纖測溫監測技術(shù)，需要根據管道及周邊環(huán)境溫度變化規律對溫度報警閾值進(jìn)行精細化設置。光纖應變監測和管道本體應力監測之間的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系需要深入研究。

（2）構建基于多源數據融合的油氣管道安全監測技術(shù)，數據互為佐證，為高效提出管理決策提供技術(shù)支撐。

（3）構建空、天、地一體化油氣管道智能巡檢服務(wù)體系，形成遙感衛星環(huán)境感知、光纖實(shí)時(shí)泛在感知、無(wú)人機現場(chǎng)巡查、重點(diǎn)區域物聯(lián)監控、人員協(xié)同作業(yè)等全方位服務(wù)能力。

3  結束語(yǔ)

多源感知技術(shù)的應用，為保障油氣管道安全運行發(fā)揮了積極作用。一是管道全線(xiàn)陰極保護系統實(shí)現遠程自動(dòng)監控，數據及時(shí)、準確。二是管道重點(diǎn)區域實(shí)現光纖預警監測、地質(zhì)災害監測，及時(shí)遏制危及管道事件發(fā)生。三是初步實(shí)現多源數據有效融合應用，提升數據挖掘價(jià)值。隨著(zhù)油氣管網(wǎng)數字基建更加完善，充分利用已建和新建智能感知系統，將提升管道的綜合感知技術(shù)水平，實(shí)現管道全生命周期綜合信息的互聯(lián)共享，大數據分析能力將得以充分釋放，管網(wǎng)的全方位感知、綜合性預判、一體化管控、自適應優(yōu)化能力也將得到更大提升。

 

參考文獻：

[1]朱建軍，李志偉，胡俊.InSAR變形監測方法與研究進(jìn)展[J].測繪學(xué)報，2017，46(10)：1717-1733.

[2]馬云賓，董紅軍，孫萬(wàn)磊，張洪，王春清.新冠肺炎疫情下管道線(xiàn)路智能感知技術(shù)的思考與探索[J]. 油氣儲運，2020，39(12)：586-592.

[3]姜有文，王巨洪，趙云峰，王路，王寧峰，葉莫西，劉振斌.油氣管道智能視頻監控技術(shù)原理與實(shí)現[J]. 油氣儲運，2020，39(12)：593-599.

[4]王婷，劉陽(yáng)，王巨洪，劉建平，陳健，王新，荊宏遠.中俄東線(xiàn)地質(zhì)災害監測技術(shù)應用與建議[J].油氣儲運，2020，39(12)：429-434.

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[6]蔡永軍，楊士梅，李妍，任愷，蔡文超，趙迎波，白路遙.基于光纖傳感的管道線(xiàn)路復雜狀態(tài)監測技術(shù)[J].油氣儲運，2020，39(4)：434-440.

[7]王新，王巨洪，王中華，周琰，王婷，智月榮，邵翰林.分布式光纖測溫技術(shù)在中俄東線(xiàn)天然氣管道的可行性[J].油氣儲運，2020，39(12)：507-511.

[8]王巨洪，張世斌，王新，李榮光，王婷.中俄東線(xiàn)智能管道數據可視化探索與實(shí)踐[J].油氣儲運，2020，39(12)：558-564.

作者簡(jiǎn)介：王巨洪，高級工程師，1992年本科畢業(yè)于沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)建筑與環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，現主要從事管道工程建設、管道管理、管道維搶修及智能管道建設方向的研究工作。聯(lián)系方式：0316-2170017，wangjh@pipechina.com.cn。