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； 2.四川空間座標信息科技有限公司

 

 

摘  要： 傳統的管道完整性管理方式在面對突發情況的響應速度、事態研判和處置效率已經無法滿足當前天然氣管道安全管理和監管要求。結合天然氣管道鋪設范圍廣、走向縱橫交錯、沿途地理環境非常復雜等帶有顯著空間性質的特點，基于三維地理信息系統(簡稱三維GIS)開發管道空間安全系統，旨在整合地理信息、管道場站、安全風險等數據，建成管道空間安全大數據中心，并結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，以確保氣礦的生產和作業過程、重點事項、風險作業的重要節點都處于受控狀態，為氣礦安全生產保駕護航。

關鍵詞： 天然氣管道； 三維GIS ；空間安全系統；監控； 應急指揮

 

“十三五”時期，國家對企業信息化提出了較高的要求，通過信息化[1]和工業化的深度融合，實現安全生產[2]、產業升級、提質增效、綠色發展。

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雜的業務挑戰，如安全風險日益凸顯、風險管理亟待提升、數據質量參差不齊、管控方案決策困難等。氣礦通過大力推進“兩化融合”管理體系貫標工作，以打造“管道一體化管控能力”為目標，結合天然氣管道鋪設范圍廣、走向縱橫交錯、沿途地理環境非常復雜等帶有顯著空間性質的特點，基于三維地理信息系統（簡稱三維GIS）開發管道空間安全系統以應對挑戰。本文重點介紹管道空間安全系統設計與功能實現、應用效果及成果展示。

1 系統設計與功能實現

1.1 框架設計

管道空間安全系統總體框架見圖 1，平時日常管理，實現數據可視化展示、風險數字化管理、風險動態監控及應急桌面推演等功能；戰時應急指揮，實現APP一鍵報警、快速分析、事件分級、協同指揮等。

1.2 大數據中心設計

根據管道完整性管理數據采集與整合、高后果區識別、風險評價、完整性評價、風險消減與維修維護、效能評價等六步循環[3]流程，基于川西北氣礦現有的硬件設備、網絡、視頻監控、生產調度中心[4]等基礎支撐環境，以三維地理信息為載體[5]，全面梳理、整合、提取相關數據源，定期更新重點監控區域 的高清影像、視頻、圖片和360°全景[6] 數據，以統一的“時間—空間—屬性”組織數據，建立大數據中心，實現安全管控數據分析、數據挖掘[7]、數據可視化、應急指揮等（圖 2）。

1.3 應用系統功能

1.3.1 空間數據可視化應用系統

（1）直觀展示氣礦資源。

基于2000坐標系[8]，匯聚氣礦各類空間數據，通過數據分層展示、氣礦總覽、全景可視化，全方位、多角度展示氣礦資源。

（2）管道及場站全要素可視化。

以管道為主線，掛接管道空間位置、場站、三樁一牌、閥室閥井、高后果區、高風險段、地災敏感點、人居分布、重要場所等數據，實現管道及場站全要素可視化及空間分析[9]。

1.3.2 風險管理及監控分析應用系統

（1）風險全流程管理。

全面梳理各類風險管理流程，結合西南油氣田移動應用平臺，建立隱患、問題、風險作業、雙高區域、管道三色預警等全流程風險管理系統，實現安全風險在線管理、過程動態追溯，可有效提升安全風險管理效率。

（2）風險監控大數據分析。

通過大數據分析和物聯網技術[10]，分別建立指揮大屏、 Web網頁及移動APP風險總覽分析功能，多維度、多角度動態監控和預警氣礦安全風險。主要包括風險空間分布、影響對象匯總、不同類型（維度）匯總、風險詳情查看等，實現風險數據全掌握。

1.3.3 應急指揮應用系統

（1）險情一鍵上報。

提供電話、安全通APP、系統報警等多方式險情上報，實現安全事件類型、位置、現場照片、視頻、人員傷亡等信息一鍵上報。

（2）快速接警分析。

根據事故發生位置，系統自主完成事故周邊100米、 200米區域影響分析，包括人居分布、特定場所、高后果區等。通過三維空間分析，確定事故點上下游閥室（場站）名稱、位置和聯系方式、事故應急救援力量分布，分析結果可直接生成分析報告。

（3）事件智能分級。

根據現場情況和影響力分析結果，開展人機研判。事故確認后，系統匹配專項預案，調度室人員通過電話或短信通知應急負責人。啟動應急預案后，系統自動通知應急處置關系人按照預案開展相關工作。主要功能包括短信群發、移動APP啟動預案、查看影響力分析報告等。

（4）應急數據準備。

根據事故的位置、類型、現場情況等因子，系統自動抓取與當前事故相關的數據，包括事故區域監控視頻、 SCADA數據、環境監測數據、應急資源等，為應急指揮做好數據準備。

（5）協同指揮。

根據應急響應流程，通過大屏、電話、對講機等方式迅速下達應急處置命令，組織、協調和指揮各有關部門、單位、救援隊伍及現場指揮部有效處置，及時控制現場事態。主要包括現場（圖片、視頻）信息實時回傳、應急資源調配、人員分組及指令下達、場景布置及任務監控、電子圍欄報警以及救援路徑自動推薦等功能。

1.4 關鍵技術分析

1.4.1 三維GIS技術

系統三維GIS平臺具備流暢的海量數據加載能力和強大的空間分析能力，并且可以接入多種數據源，如Shapefile[11]、 WFS、 WMS、 3DMX等，通過流加載方式可同時展示海量空間數據，通過三維空間分析，能夠實現管線剖面分析、挖填方分析、周邊環境分析、視域分析、距離量算、面積量算等，可輔助安全風險管理及應急指揮決策。

1.4.2 無人機航飛技術

系統利用無人機遙感[12]技術定期對高后果區、重點生產場站航飛，快速獲取該區域的高清影像[13]、高清視頻、高清圖片和全景等數據，及時掌握關注區域周邊環境和社會發展變化趨勢。

2 應用效果

2.1 空間數據可視化

氣礦空間數據可視化應用系統有效解決了空間數據分散、不易查找分析的問題，實現看圖分析決策、一圖勝千言（圖 3）。

2.2 風險管理及監控分析

風險管理及監控分析應用系統通過指揮大屏、移動APP或Web網頁等多終端，查看作業區風險宏觀分布。通過逐級點擊，能夠了解每個風險點微觀詳情，實現對風險全環節追溯和動態管控（圖 4）。

2.3 應急指揮

通過應急指揮和安全通APP，建立指揮中心與現 場的實時連接，輔助指揮人員科學決策，實現應急指揮“看得見、呼得通、調得動”（圖 5）。

3 結語

管道空間安全系統基于地理信息、物聯網、移動互聯網和大數據，將風險監控、安全管理、應急指揮融為一體，有效實現了空間數據可視化、風險管理數字化、風險監控動態化、應急指揮科學化。系統已經在川西北氣礦正式投入使用，運行穩定，確保生產作業過程、重點事項、風險作業重要節點都處于受控狀態，為安全生產保駕護航。系統在《中國石油天然氣股份有限公司油氣田管理和站場完整性管理工作第二次推進會》[14]上作為重點信息化成果展示。成果在工信部、中國石油西南油氣田分公司兩化融合貫標檢查中受到領導、專家一致好評。

 

參考文獻：

[1] 施秉東. 中國石油信息化工作管理平臺的建設與應用[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用[J]. 天然氣與石油，2016， 34(6)： 1-5.

[4] 仝曉雯. 生產調度及應急指揮中心建設應用探討[J]. 無線互聯科技， 2014， (3)： 229-229.

[5] 李曉波，石新軍，楊紅，等. 地理信息技術在油氣管道數字化管理中的應用[J]. 中國石油和化工標準與質量， 2014， (7)： 219-219.

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

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[8] 孟泱，戴明松，馮發杰，等. CGCS2000坐標系對現有測繪成果的影響及坐標轉換方法的探討[J].工程勘察， 2010， (s1)： 683-687.

[9] 張曉祥. 大數據時代的空間分析[J]. 武漢大學學報(信息科學版)， 2014， 39(6)： 655-659.

[10] 張應福. 物聯網技術與應用[J]. 通信與信息技術，2010， (1)： 50-53.

[11] 楊冬. Shapefile圖形文件的數據存儲格式及讀寫[J]. 首都師范大學學報(自然科學版)， 2010，31(2)： 4-8.

[12] 李德仁，李明. 無人機遙感系統的研究進展與應用前景[J]. 武漢大學學報(信息科學版)， 2014，39(5)： 505-513.

[13] 魏金占，陳大林，黃炳強，等. 基于高清衛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踐[J]. 天然氣工業， 2013， 33(3)： 78-83.

 

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