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(shè)計有限公司；

3.中國石油國際勘探開發(fā)有限公司

摘  要：建立數(shù)據(jù)完整、真實可視、運行安全的智能化管線管理系統(tǒng)，達到油田站場地下管網(wǎng)清晰、地上設(shè)施直觀的目的。通過地下管線探測技術(shù)、點云掃描技術(shù)、點云抽稀技術(shù)，實現(xiàn)站場地上、地下一體化建模；通過制作數(shù)據(jù)采集標準模板，實現(xiàn)站場數(shù)據(jù)的統(tǒng)一完整采集。應用結(jié)果表明，系統(tǒng)實現(xiàn)了基礎(chǔ)信息管理、安全管理、運行管理、設(shè)備管理、施工管理等功能。

關(guān)鍵詞：油田站場；地下管網(wǎng)；三維建模；點云抽��；數(shù)據(jù)采集

油田站場作為聯(lián)系產(chǎn)、運、銷的紐帶，其工藝管網(wǎng)是油田企業(yè)的“動脈血管”，為保障管網(wǎng)安全、高效運行，建設(shè)智能管網(wǎng)是管道運營者的一致共識[1]。智能管網(wǎng)系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)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]。

油田站場由于資料丟失、擴建改造和施工圖紙未及時存檔等原因，造成地下管線資料不準確、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的管徑、材質(zhì)、走向、埋深等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。筆者在研究數(shù)據(jù)標準化采集錄入的基礎(chǔ)上，論述了智能化管線管理系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，以實現(xiàn)基礎(chǔ)信息管理、安全管理、運行管理、設(shè)備管理、施工管理、三維應用等功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

在站場地下管線探測、三維建模和業(yè)務應用基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)采集入庫、自動化數(shù)據(jù)接入等手段提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，按照 “統(tǒng)一模型、統(tǒng)一標準、分級管理、分步實施”的指導原則，搭建智能化管線管理系統(tǒng)框架，建設(shè)六大業(yè)務應用模塊：“基礎(chǔ)信息管理、安全管理、運行管理、設(shè)備管理、施工管理、三維應用”（圖 1），完善企業(yè)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)個性化功能模塊，支持系統(tǒng)調(diào)用。

（1）基礎(chǔ)信息管理。實現(xiàn)廠區(qū)管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、文檔資料、設(shè)備設(shè)施臺賬、地下管線CAD圖紙等信息檔案管理以及管線建設(shè)新增信息、三維模型、視頻信息、流程圖庫的統(tǒng)一管理。

（2）安全管理。實現(xiàn)氣防、消防、安防分布和統(tǒng)一管理，為企業(yè)HES管理提供地理數(shù)據(jù)支撐，基于工藝流程管網(wǎng)結(jié)構(gòu)關(guān)系植入三維模型，通過爆管關(guān)閥分析、應急預案模擬功能實現(xiàn)管網(wǎng)關(guān)聯(lián)分析及應急預案演練，輔助管線應急事件及時快速高效處理。

（3）運行管理。接入管線運行實時參數(shù)，實現(xiàn)管線及設(shè)備運行液位、溫度、壓力、流量等工藝運行參數(shù)實時監(jiān)控；基于工藝實時運行數(shù)據(jù)設(shè)置閾值，實現(xiàn)管線設(shè)備超溫、超壓、超量等工藝超限預警。

（4）設(shè)備管理。實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施信息管理，形成設(shè)備臺帳，地上基于三維模型完成屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)實現(xiàn)三維場景設(shè)備設(shè)施屬性直觀展示；實現(xiàn)設(shè)備檢維修記錄業(yè)務信息管理，業(yè)務人員在系統(tǒng)上在線完成檢維修 操作信息錄入存檔及導出。

（5）施工管理。基于三維地理信息平臺實現(xiàn)施工動土三維模擬，對擬動土區(qū)域設(shè)置開挖深度和邊界范圍（長、寬、深）進行開挖模擬測算動土作業(yè)量，同時三維地表相關(guān)區(qū)域斷面顯示地下管網(wǎng)的分布情況。

（6）三維應用。實現(xiàn)三維空間飛行、空間測量（距離、面積、高程、角度）、設(shè)備設(shè)施三維模型屬性展示等三維平臺基礎(chǔ)功能。利用管線閥門定位、地表透視、管線斷面圖進行分析，通過可視化輔助企業(yè)廠區(qū)進行管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)。利用三維仿真流程模擬，實現(xiàn)定制工藝流程仿真、站場介紹流程、在線培訓流程模擬展示等功能。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)標準

設(shè)計了站場（閥室）設(shè)備設(shè)施、管道本體及附屬設(shè)施、管道運行和站場周邊環(huán)境等四大類共計191套數(shù)據(jù)采集標準模板，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集標準，確保數(shù)據(jù)完整準確，滿足系統(tǒng)建設(shè)及運營管理需求。

2.2 建模流程

站場地上建模精度達到普通模型水平，站內(nèi)主要設(shè)備實景建模并體現(xiàn)重要閥門等信息，對生產(chǎn)工藝流程有重要影響的泵房實現(xiàn)泵房內(nèi)主要設(shè)備建模；地下管線建模達到普通模型水平并對重要閥門建模[3]。

站場三維建模流程如下：數(shù)據(jù)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 點云掃描及點云抽稀

（1）點云掃描。站場三維激光點云的外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用三維激光掃描儀完成，所布設(shè)的控制點涵蓋整個測區(qū)，并均勻分布，在設(shè)備密集地區(qū)適當加密。平面控制網(wǎng)采用二級附和導線布設(shè)，水平角和距離觀測執(zhí)行工程測量規(guī)范中的二級導線測量要求。高程控制測量采用四等水準測量進行。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用Cyclone軟件進行，主要包括多視點云拼接、點云去噪、點云數(shù)據(jù)均一化（unify）等內(nèi)容。

（2）點云抽稀。一般情況下，由多個站場數(shù)據(jù)拼接而成的成果點云數(shù)據(jù)量大，影響使用效率，需要對點云數(shù)據(jù)抽稀后再使用。點云抽稀以站場模型的建筑、設(shè)備、儀器等為重點關(guān)注對象，對大尺寸設(shè)備、地面、樹木等可以采用低密度數(shù)據(jù)表示，小尺寸儀器、閥門等采用高密度數(shù)據(jù)表示。即根據(jù)設(shè)備尺寸調(diào)整對象點云數(shù)據(jù)密度，保證不同尺寸儀器設(shè)備的模型精度。

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

2.4 地下管線探測及一體化建模

（1）地下管線探測。地下管線探測以物探為主，根據(jù)管線類型、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、管線雷達法、直流電法及其他探查方法。地下管線探測的難點在于非金屬管線及廢棄管線探查，探測前要詳細搜集相關(guān)資料，并結(jié)合站內(nèi)人員現(xiàn)場指認，確定每條管線的基本走向后再針對性探測；當現(xiàn)場復雜、探查困難時，有條件的地方進行小范圍開挖，或采用多種探查方法、綜合會診，確定管線位置。

（2）地上地下一體化建模。地上地下一體化建模的難點在于地下管線與地上模型的對接，以及整體模型與影像圖的疊加。在采用高精度點云完成地上建模后，通過特征點與地下管線對接，系統(tǒng)自動生成連接頭；整體模型建立后，通過站場中心點坐標數(shù)據(jù)，對應到高精度影像圖。所建站場模型加載入智能化管線管理系統(tǒng)后，掛接已有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)網(wǎng)上實時查看和追蹤。基于虛擬技術(shù)，建立各站場三維數(shù)字場景，展示真實環(huán)境，提供在三維可視化環(huán)境中的信息屬性查詢和分析等功能，并關(guān)聯(lián)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)等，直觀顯示設(shè)備運行情況以及設(shè)備屬性，支撐HSE管理、應急管理以及站場日常管理工作[6]。

3 結(jié)論

采用地下管線探測、點云掃描及點云抽稀技術(shù)，提出了站場一體化三維模型建立方法；在此基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)采集標準為依托，構(gòu)建了智能化管線管理系統(tǒng)。經(jīng)勝利油田海三聯(lián)等六座站場應用，實現(xiàn)了站場管線分布走向、管線基礎(chǔ)及附屬物構(gòu)造物、空間結(jié)構(gòu)等明確清晰；建立了集中管理的管線數(shù)據(jù)中心，補齊管線缺失數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)管理由分散、紙質(zhì)化向集中、數(shù)字化轉(zhuǎn)變；基于管道完整性管理，實現(xiàn)安全管控模式由被動向主動轉(zhuǎn)變，促進了運行效率的提升，為輔助站場運行管理、工程設(shè)計和建設(shè)施工提供多方位、可視化的信息服務和數(shù)據(jù)支持。

參考文獻：

[1] 李遵照，王劍波，王曉霖，等．智慧能源時代的智能化管道系統(tǒng)建設(shè)[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)的智慧長輸管道[J]．油氣儲運， 2018， 37(1)： 15-19．[3] 張江龍．論三維GIS在管線管理中的應用[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. 三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理研究進展、挑戰(zhàn)與趨勢[ J].測繪學報， 2017，46(10)： 1509- 1516.

[6] 趙志峰，文虎，高煒欣，等. 長輸管道完整性管理中的數(shù)據(jù)挖掘和知識決策[J]. 西安石油大學學報（自然科學版）， 2016， 31（4）： 109-114.

作者簡介：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（北京）天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)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。