鄧啟志1 楊克龍1 趙詠1 李勇2

1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦； 2.四川空間座標(biāo)信息科技有限公司

摘  要： 傳統(tǒng)的管道完整性管理方式在面對(duì)突發(fā)情況的響應(yīng)速度、事態(tài)研判和處置效率已經(jīng)無法滿足當(dāng)前天然氣管道安全管理和監(jiān)管要求。結(jié)合天然氣管道鋪設(shè)范圍廣、走向縱橫交錯(cuò)、沿途地理環(huán)境非常復(fù)雜等帶有顯著空間性質(zhì)的特點(diǎn)，基于三維地理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱三維GIS)開發(fā)管道空間安全系統(tǒng)，旨在整合地理信息、管道場(chǎng)站、安全風(fēng)險(xiǎn)等數(shù)據(jù)，建成管道空間安全大數(shù)據(jù)中心，并結(jié)合地理信息的空間分析能力，建立覆蓋川西北氣礦全流程的管道空間安全系統(tǒng)，以確保氣礦的生產(chǎn)和作業(yè)過程、重點(diǎn)事項(xiàng)、風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)的重要節(jié)點(diǎn)都處于受控狀態(tài)，為氣礦安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞： 天然氣管道； 三維GIS ；空間安全系統(tǒng)；監(jiān)控； 應(yīng)急指揮

“十三五”時(shí)期，國家對(duì)企業(yè)信息化提出了較高的要求，通過信息化[1]和工業(yè)化的深度融合，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)[2]、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、提質(zhì)增效、綠色發(fā)展。

隨著石油天然氣礦藏不斷開采，川西北氣礦也面臨著越來越復(fù)雜的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)，如安全風(fēng)險(xiǎn)日益凸顯、風(fēng)險(xiǎn)管理亟待提升、數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊、管控方案決策困難等。氣礦通過大力推進(jìn)“兩化融合”管理體系貫標(biāo)工作，以打造“管道一體化管控能力”為目標(biāo)，結(jié)合天然氣管道鋪設(shè)范圍廣、走向縱橫交錯(cuò)、沿途地理環(huán)境非常復(fù)雜等帶有顯著空間性質(zhì)的特點(diǎn)，基于三維地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱三維GIS）開發(fā)管道空間安全系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)介紹管道空間安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用效果及成果展示。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

1.1 框架設(shè)計(jì)

管道空間安全系統(tǒng)總體框架見圖 1，平時(shí)日常管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示、風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字化管理、風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控及應(yīng)急桌面推演等功能；戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急指揮，實(shí)現(xiàn)APP一鍵報(bào)警、快速分析、事件分級(jí)、協(xié)同指揮等。

1.2 大數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

根據(jù)管道完整性管理數(shù)據(jù)采集與整合、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)消減與維修維護(hù)、效能評(píng)價(jià)等六步循環(huán)[3]流程，基于川西北氣礦現(xiàn)有的硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度中心[4]等基礎(chǔ)支撐環(huán)境，以三維地理信息為載體[5]，全面梳理、整合、提取相關(guān)數(shù)據(jù)源，定期更新重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域 的高清影像、視頻、圖片和360°全景[6] 數(shù)據(jù)，以統(tǒng)一的“時(shí)間—空間—屬性”組織數(shù)據(jù)，建立大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)安全管控?cái)?shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘[7]、數(shù)據(jù)可視化、應(yīng)急指揮等（圖 2）。

1.3 應(yīng)用系統(tǒng)功能

1.3.1 空間數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用系統(tǒng)

（1）直觀展示氣礦資源。

基于2000坐標(biāo)系[8]，匯聚氣礦各類空間數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分層展示、氣礦總覽、全景可視化，全方位、多角度展示氣礦資源。

（2）管道及場(chǎng)站全要素可視化。

以管道為主線，掛接管道空間位置、場(chǎng)站、三樁一牌、閥室閥井、高后果區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)段、地災(zāi)敏感點(diǎn)、人居分布、重要場(chǎng)所等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管道及場(chǎng)站全要素可視化及空間分析[9]。

1.3.2 風(fēng)險(xiǎn)管理及監(jiān)控分析應(yīng)用系統(tǒng)

（1）風(fēng)險(xiǎn)全流程管理。

全面梳理各類風(fēng)險(xiǎn)管理流程，結(jié)合西南油氣田移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)，建立隱患、問題、風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)、雙高區(qū)域、管道三色預(yù)警等全流程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)在線管理、過程動(dòng)態(tài)追溯，可有效提升安全風(fēng)險(xiǎn)管理效率。

（2）風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控大數(shù)據(jù)分析。

通過大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[10]，分別建立指揮大屏、 Web網(wǎng)頁及移動(dòng)APP風(fēng)險(xiǎn)總覽分析功能，多維度、多角度動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)警氣礦安全風(fēng)險(xiǎn)。主要包括風(fēng)險(xiǎn)空間分布、影響對(duì)象匯總、不同類型（維度）匯總、風(fēng)險(xiǎn)詳情查看等，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)全掌握。

1.3.3 應(yīng)急指揮應(yīng)用系統(tǒng)

（1）險(xiǎn)情一鍵上報(bào)。

提供電話、安全通APP、系統(tǒng)報(bào)警等多方式險(xiǎn)情上報(bào)，實(shí)現(xiàn)安全事件類型、位置、現(xiàn)場(chǎng)照片、視頻、人員傷亡等信息一鍵上報(bào)。

（2）快速接警分析。

根據(jù)事故發(fā)生位置，系統(tǒng)自主完成事故周邊100米、 200米區(qū)域影響分析，包括人居分布、特定場(chǎng)所、高后果區(qū)等。通過三維空間分析，確定事故點(diǎn)上下游閥室（場(chǎng)站）名稱、位置和聯(lián)系方式、事故應(yīng)急救援力量分布，分析結(jié)果可直接生成分析報(bào)告。

（3）事件智能分級(jí)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和影響力分析結(jié)果，開展人機(jī)研判。事故確認(rèn)后，系統(tǒng)匹配專項(xiàng)預(yù)案，調(diào)度室人員通過電話或短信通知應(yīng)急負(fù)責(zé)人。啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案后，系統(tǒng)自動(dòng)通知應(yīng)急處置關(guān)系人按照預(yù)案開展相關(guān)工作。主要功能包括短信群發(fā)、移動(dòng)APP啟動(dòng)預(yù)案、查看影響力分析報(bào)告等。

（4）應(yīng)急數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

根據(jù)事故的位置、類型、現(xiàn)場(chǎng)情況等因子，系統(tǒng)自動(dòng)抓取與當(dāng)前事故相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括事故區(qū)域監(jiān)控視頻、 SCADA數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源等，為應(yīng)急指揮做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

（5）協(xié)同指揮。

根據(jù)應(yīng)急響應(yīng)流程，通過大屏、電話、對(duì)講機(jī)等方式迅速下達(dá)應(yīng)急處置命令，組織、協(xié)調(diào)和指揮各有關(guān)部門、單位、救援隊(duì)伍及現(xiàn)場(chǎng)指揮部有效處置，及時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)事態(tài)。主要包括現(xiàn)場(chǎng)（圖片、視頻）信息實(shí)時(shí)回傳、應(yīng)急資源調(diào)配、人員分組及指令下達(dá)、場(chǎng)景布置及任務(wù)監(jiān)控、電子圍欄報(bào)警以及救援路徑自動(dòng)推薦等功能。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)分析

1.4.1 三維GIS技術(shù)

系統(tǒng)三維GIS平臺(tái)具備流暢的海量數(shù)據(jù)加載能力和強(qiáng)大的空間分析能力，并且可以接入多種數(shù)據(jù)源，如Shapefile[11]、 WFS、 WMS、 3DMX等，通過流加載方式可同時(shí)展示海量空間數(shù)據(jù)，通過三維空間分析，能夠?qū)崿F(xiàn)管線剖面分析、挖填方分析、周邊環(huán)境分析、視域分析、距離量算、面積量算等，可輔助安全風(fēng)險(xiǎn)管理及應(yīng)急指揮決策。

1.4.2 無人機(jī)航飛技術(shù)

系統(tǒng)利用無人機(jī)遙感[12]技術(shù)定期對(duì)高后果區(qū)、重點(diǎn)生產(chǎn)場(chǎng)站航飛，快速獲取該區(qū)域的高清影像[13]、高清視頻、高清圖片和全景等數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握關(guān)注區(qū)域周邊環(huán)境和社會(huì)發(fā)展變化趨勢(shì)。

2 應(yīng)用效果

2.1 空間數(shù)據(jù)可視化

氣礦空間數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用系統(tǒng)有效解決了空間數(shù)據(jù)分散、不易查找分析的問題，實(shí)現(xiàn)看圖分析決策、一圖勝千言（圖 3）。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)管理及監(jiān)控分析

風(fēng)險(xiǎn)管理及監(jiān)控分析應(yīng)用系統(tǒng)通過指揮大屏、移動(dòng)APP或Web網(wǎng)頁等多終端，查看作業(yè)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)宏觀分布。通過逐級(jí)點(diǎn)擊，能夠了解每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)微觀詳情，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)全環(huán)節(jié)追溯和動(dòng)態(tài)管控（圖 4）。

2.3 應(yīng)急指揮

通過應(yīng)急指揮和安全通APP，建立指揮中心與現(xiàn) 場(chǎng)的實(shí)時(shí)連接，輔助指揮人員科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮“看得見、呼得通、調(diào)得動(dòng)”（圖 5）。

3 結(jié)語

管道空間安全系統(tǒng)基于地理信息、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，將風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、安全管理、應(yīng)急指揮融為一體，有效實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)可視化、風(fēng)險(xiǎn)管理數(shù)字化、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控動(dòng)態(tài)化、應(yīng)急指揮科學(xué)化。系統(tǒng)已經(jīng)在川西北氣礦正式投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定，確保生產(chǎn)作業(yè)過程、重點(diǎn)事項(xiàng)、風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)重要節(jié)點(diǎn)都處于受控狀態(tài)，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。系統(tǒng)在《中國石油天然氣股份有限公司油氣田管理和站場(chǎng)完整性管理工作第二次推進(jìn)會(huì)》[14]上作為重點(diǎn)信息化成果展示。成果在工信部、中國石油西南油氣田分公司兩化融合貫標(biāo)檢查中受到領(lǐng)導(dǎo)、專家一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 施秉東. 中國石油信息化工作管理平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用[J]. 通訊世界， 2016， (2)： 161-161.

[2] 趙廣丹，黃良福，唐明，等. 天然氣安全生產(chǎn)管理探討[J]. 化工管理， 2015， (7)： 127-127.

[3] 韓東興，劉幫華，解永剛，等. 榆林氣田管道完整性管理的研究與應(yīng)用[J]. 天然氣與石油，2016， 34(6)： 1-5.

[4] 仝曉雯. 生產(chǎn)調(diào)度及應(yīng)急指揮中心建設(shè)應(yīng)用探討[J]. 無線互聯(lián)科技， 2014， (3)： 229-229.

[5] 李曉波，石新軍，楊紅，等. 地理信息技術(shù)在油氣管道數(shù)字化管理中的應(yīng)用[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量， 2014， (7)： 219-219.

[6] 王鴻飛. 淺析360全景技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 廣東科技， 2012， 21(15)： 214-214.

[7] 徐延強(qiáng). 基于大數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用研究[J]. 中國新通信， 2018， 20(08)： 126.

[8] 孟泱，戴明松，馮發(fā)杰，等. CGCS2000坐標(biāo)系對(duì)現(xiàn)有測(cè)繪成果的影響及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的探討[J].工程勘察， 2010， (s1)： 683-687.

[9] 張曉祥. 大數(shù)據(jù)時(shí)代的空間分析[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)， 2014， 39(6)： 655-659.

[10] 張應(yīng)福. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[J]. 通信與信息技術(shù)，2010， (1)： 50-53.

[11] 楊冬. Shapefile圖形文件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式及讀寫[J]. 首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2010，31(2)： 4-8.

[12] 李德仁，李明. 無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)， 2014，39(5)： 505-513.

[13] 魏金占，陳大林，黃炳強(qiáng)，等. 基于高清衛(wèi)星影像的地形圖一體化快速成圖方法[P].CN103700063A.2014-04-02.

[14] 王毅輝，李勇，蔣蓉，等. 中國石油西南油氣田公司管道完整性管理研究與實(shí)踐[J]. 天然氣工業(yè)， 2013， 33(3)： 78-83.

作者：鄧啟志， 1988年生， 2011年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，本科，工程師，現(xiàn)主要從事信息化管理研究工作。