席有強 薛繼旭 孫國強 于晶晶

北京管道石家莊輸油氣分公司

摘要：光纖預警系統(tǒng)告警與視頻監(jiān)控技術聯(lián)動應用于油氣管道保護領域，能有效解決以往光纖預警處置低效、事后無法查證等難題，是一種新的預防性手段，可以有效提升管道保護工作效率，保障管道運行安全。

關鍵詞：天然氣管道；光纖預警；視頻監(jiān)控聯(lián)動；人工智能

石家莊輸油氣分公司地處“京津冀”要地，天然氣管道穿越高鐵、高速公路、河道、人口密集型高后果區(qū)情況普遍，第三方施工損壞風險較高。2021年對陜京二線259公里管道啟用光纖振動預警系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的人機聯(lián)防模式下，巡護工接到電話或告警短信后到達事發(fā)現(xiàn)場，作業(yè)區(qū)管道管理人員根據(jù)現(xiàn)場風險等級給出處理措施并協(xié)調相關資源。由于光纖預警系統(tǒng)穿越區(qū)域條件復雜，誤告警情形難以避免，導致大量無效人力物力成本的付出。還由于巡護工到達現(xiàn)場存在時間差，無法及時防范管道損壞事件的發(fā)生。2022年石家莊輸油氣分公司利用陜京二線周邊2公里范圍內的中國鐵塔公司存量高清攝像機，采取光纖預警與視頻監(jiān)控兩者聯(lián)動，結合人工智能識別技術，用較低成本解決了這一難題。

1  聯(lián)動系統(tǒng)路徑和功能

1.1   聯(lián)動系統(tǒng)實現(xiàn)路徑

視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)光纖預警系統(tǒng)告警信息，實時調用離事件發(fā)生地最近且最合適的高清攝像頭，對準事發(fā)地點及周圍進行抓圖錄像（包含可見光與熱成像）。然后實時上傳到人工智能識別系統(tǒng)，識別事發(fā)區(qū)域是否有大型施工機械包括挖掘機、推土機等，把計算結果、打標簽后圖像、錄像實時推送至Web客戶端和APP端（圖 1）。Web客戶端彈窗和語音提示告警，APP端消息推送，作業(yè)區(qū)人員可快速查看告警詳情和實時視頻并做出判斷，如有必要APP可導航至事發(fā)位置[1]。

圖 1 聯(lián)動系統(tǒng)工作路徑

1.2  聯(lián)動系統(tǒng)工作步驟

光纖預警與視頻監(jiān)控聯(lián)動系統(tǒng)處理過程主要分為四個步驟。

（1）接收光纖預警系統(tǒng)信息。接收光纖預警系統(tǒng)發(fā)出的事發(fā)地位置信息，通過系統(tǒng)運算識別并推送至聯(lián)動系統(tǒng)。

（2）事發(fā)地與監(jiān)控攝像頭相對坐標轉換。根據(jù)事發(fā)地和監(jiān)控攝像頭位置信息，測算并搜索最近且最合適的監(jiān)控攝像頭，采用三角定位法解算大地坐標，得出事發(fā)地需要聯(lián)動的監(jiān)控攝像頭的方位、距離，根據(jù)距離和攝像頭安裝高度計算出攝像頭下傾角（T），從而得到攝像頭方位角（P）。

（3）合適倍率計算。根據(jù)事發(fā)地相對于監(jiān)控攝像頭的距離，結合鏡頭倍率曲線計算出鏡頭大小，系統(tǒng)根據(jù)該值控制鏡頭變倍至合適倍率（Z），確保事發(fā)地目標在視頻畫面中的尺寸不會過小或過大。

（4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。調用攝像頭相應接口，攝像頭根據(jù)計算得到的PTZ（方位角、下傾角、倍率）指向事發(fā)地目標（圖 2），實現(xiàn)實時抓圖和錄像。

圖 2 系統(tǒng)實景圖

1.3  聯(lián)動系統(tǒng)主要功能

（1）3D－GIS方式呈現(xiàn)管線樁位信息。系統(tǒng)采用直觀形象的3D方式呈現(xiàn)管線及輸氣方向，以3D立體標簽標示樁位（圖 3）。

圖 3 3D－GIS方式呈現(xiàn)管線樁位

（2）攝像頭覆蓋管線分析。因管線涉及區(qū)域場景復雜，攝像頭受到樹木、建筑、橋梁等物體遮擋，聯(lián)動系統(tǒng)需統(tǒng)計攝像頭對管線的覆蓋情況，以便在聯(lián)動時快速搜索最合適攝像頭（圖 4）。

圖 4 攝像頭覆蓋分析

（3）定向查圖功能。監(jiān)控視頻界面點取需要查看的位置，攝像頭自動指向目標位置，可與自定義POI結合使用，由于施工機械是移動的，可以在地圖上點選快速查找，結合云臺控制功能進行微調，并可截存本地錄像（圖 5）。

圖 5 定向查圖示例

（4）AI識別。針對石家莊區(qū)域復雜場景中大型機械的識別，智能識別模型融入實際場景圖像和視頻數(shù)據(jù)后，專門對場景做了多次迭代優(yōu)化，目前識別模型識別準確率從上線最初的70%提升到90%以上（圖 6）。

圖 6 AI識別結果

（5）APP功能。實現(xiàn)了管線樁位GIS呈現(xiàn)、告警接收導航與處理反饋，實時視頻查看等（圖 7）。

圖 7 APP功能示例

2  現(xiàn)場應用實踐

石家莊分公司陜京二線鹿泉至正定區(qū)間約40公里光纖預警與視頻監(jiān)控無縫聯(lián)動，接入鐵塔公司攝像頭20個。投入運行三個多月，辨識高危行為260條，低風險行為101條。實例一，光纖預警系統(tǒng)發(fā)出機械施工告警，通過聯(lián)動視頻監(jiān)控核實管道周邊存在機械取土行為（圖 8）。實例二，光纖預警告警聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)告警下發(fā)APP，作業(yè)區(qū)段長立即趕到現(xiàn)場核實事件并進行處置，通過APP反饋處置結果（圖 9）。

圖 8 告警聯(lián)動機械施工示例（高危施工）

圖 9 告警聯(lián)動處置結果

3  結語

光纖預警與視頻監(jiān)控聯(lián)動系統(tǒng)有效解決了管道周邊施工信息人工核實存在時間差的問題。通過遠程確認，減少了現(xiàn)場核實低風險事件造成的人力浪費。實際應用中還存在農(nóng)作物遮擋以及施工機械類型識別不準的問題。下一步將對系統(tǒng)做進一步優(yōu)化，提高應用效果。①將高后果區(qū)4G攝像頭接入光纖預警與視頻監(jiān)控聯(lián)動系統(tǒng)，實現(xiàn)高低協(xié)同識別，減少遮擋物對遠程確認功能的影響；②根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境，融入不同季度不同光照條件下的圖像和視頻，提升AI模型識別準確率，降低誤報率[2]；③發(fā)揮光纖預警信息推送與視頻監(jiān)控自動識別的各自優(yōu)勢，實現(xiàn)自動巡檢功能，提升管道周邊風險發(fā)現(xiàn)能力。

參考文獻：

[1]李遵照，王劍波，王曉霖，董列武，劉道乾，李明，葉青.智慧能源時代的智能化管道系統(tǒng)建設[J].油氣儲運，2017，36(11)：1243-1250.

[2]王小龍.淺析人工智能在油氣行業(yè)中的應用[J]. 現(xiàn)代信息科技，2017，1(2)：117-119.

作者簡介：席有強，1985年生，工程師，2015年畢業(yè)于西南石油大學，現(xiàn)主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式：13393386277，654732658@qq.com。