管道安防数据可视化研究与应用

宋家友

摘 要：国内外油气长输管道事故表明，第三方破坏是管道安防的重中之重。文章基于广东大鹏公司DPMS系统现有涉及管道安防的第三方作业事件数据，运用数据可视化技术揭示该公司所属天然气长输管道保护及控制范围内第三方施工作业活动的潜在规律和变化趋势，以便更具针对性地开展日常巡查和防止第三方损伤管道的预警保护工作。

关键词：数据可视化；管道安防；研究

国内外油气长输管道事故表明，第三方破坏是管道安防的重中之重。广东大鹏液化天然气有限公司（简称广东大鹏公司或大鹏公司）运营在珠三角地区的440余公里高压天然气长输管道，因属地经济的高速发展和城镇化水平、人口密度及土地开发强度的逐年提高，影响管道运行安全的第三方施工作业活动近几年始终处于高位状态。为了保护这条区域级能源地下输送动脉的安全，广东大鹏公司5年前就建立数字化管道维护系统（Digital Pipeline Maintenance System，DPMS），其中多个模块从不同的角度较为详细地记录了管道保护及控制范围内的第三方施工作业动态及影响管道安全的风险管控情况，5年累计数据超过10000条。如此庞大的数据对管道安防人员来说犹如一处可以提高第三方作业预警深度的“信息宝藏”，倘若能借助一定的工具与分析方法，智能化地揭示出管道第三方作业活动的潜在规律及其对管道运营安全的交互影响程度或趋势，必将对优化当前的管道安防策略起到良好的支撑作用。

本文选取广东大鹏公司DPMS系统存储的2014～2016年间有关管道第三方作业活动的6453条记录数据，在加深对管道安防业务理解和认知的基础上，借助数据可视化分析技术[1]，来揭示管道保护及控制范围内第三方施工作业活动的潜在规律和变化趋势，以便更具针对性地开展日常巡查和防止第三方损伤管道的预警保护工作。

1 数据整理与精简

全面、准确地收集管道保护及控制范围内的第三方作业活动信息数据，是做好管道巡防工作并进行策略优化的基础。因大鹏公司DPMS系统初建时所考虑的角度不同，大量涉及第三方作业活动的数据被分别记录和储存到众多模块中，这就需要按照一定的格式、维度或属性对其进行数据整理和精简[2]，从而为相应数据的可视化工作创造前提条件。

第三方作业活动是否会影响到管道运行安全，最直观的判断就是二者的距离和第三方活动行为的时空分布状态。因此，首先可以基于大鹏公司DPMS系统“管道保护”模块下的“电话管理”记录数据，结合管道安防业务流程，创建一个包括序号、日期、时间、管理区、市、区、镇/街办、村/社区、管线区间、起始桩号、终止桩号、作业对象、作业项目、作业类型、作业活动、所用机具、实施状态、相对位置、相对距离、风险等级、处置结果、汇报人身份、汇报人姓名等子项的数据源表。其次，利用数据关联规则将有内在联系的数据按照其属性进行智能化筛选和归类，如将电话管理“电话描述”中含有“计划”、“准备”、“将”、“可能”等表述第三方作业实施状态的文本信息统一转换到数据源表中“实施状态”项下的“计划”字段，让不同来源、不同格式和不同特点的数据在逻辑上或物理上得到精简、整合和集中。最后，对数据源中不完整的数据、错误的数据和重复的数据进行再梳理或再审核（亦称数据清洗），达到整理和精简管道第三方作业事件数据的目的。

2 数据可视化分析

管道第三方作业事件数据可视化是在相应数据得到整理和精简的基础上，运用大数据分析工具（TABLEAU软件）将可能影响公司管道运行安全的第三方作业活动数据[3]，转化为易被管道保护人员所感知和识别的图形、符号、视频或动画，这种数据的视觉表现形式与其发生地理位置（管道地面标识编号）间的映射重叠，不仅可以直观地反映第三方作业的属地活跃程度，而且还可以便捷有效地展示第三方作业的风险等级和变化趋势，便于管道保护人员分析现行安防策略中的问题或不足，从而采取更具针对性和实效性的改进措施，在防控第三方破坏管道的预警工作上，由被动变为主动。

2.1 第三方作业属地活跃度的可视化

广东大鹏公司的高压天然气长输管道依次穿越珠三角五个城市的20个区、56个镇/街办和217个行政村/社区，利用TABLEAU软件的气泡图功能，就能对数据源表中6453条数据进行“村/社区”级分布展示（如图1），填充气泡图形状的大小表示记录次数值的大小，每个气泡内的字体（亦称标签）可以快速显示某个维度字段的名称、数值或其他需要展示的信息。

在此基础上，利用数据间的关联性，还可以就第三方作业属地活跃度较高的行政村/社区展开深度分析，例如通过利用TABLEAU的线性图，在仪表板里分析图1中任一行政村/社区或其他涉及地理范圍的字段（如镇/街办、区、市及管理区等）2104～2016年间的第三方作业活跃度的逐月变化趋势（如图2）。

由于村/社区、镇/街办、区和市之间具有行政隶属关系，我们可以利用该变量的分层钻取功能，快速地在同一仪表盘中展现市、区、镇/街办等辖区内的管道第三方作业活跃程度，让各区、各责任段的管道保护人员从中发现能指导自己工作的有价值的信息。从图1可以看出，广佛区的坑头村、庙头社区、里仁洞村、樟边村、海傍村、金山村、钟三村，东莞区的温塘村，惠州区的黄渔涌村、南坑村内近三年第三方作业活跃度很高；就其中的坑头村而言，2015年为近三年中活跃度最高的年份，尽管各年逐月变化的趋势不尽相同，但每年的3月、4月及8月、9月份基本达到当年峰值，呈现出明显的活跃期。图1及图2的可视化及分析结果，有助于管道安防人员通过增加相应时段的管道巡查频率、加强管道保护宣传和外事协调来预警和管控第三方违规作业活动。

2.2 第三方作业时间的可视化

运用数据可视化软件的“树地图”功能，在连接到数据源后，依次双击字段“记录数”和“时间”，再单击“智能显示”下拉菜单选项中的“树地图”，然后将“时间”字段拖曳到标记“颜色”框中，即可实现第三方作业时间的可视化（如图3）。图中颜色深浅和方块顺序（自上而下，自左至右）分别表示同一作业时间所包含事件记录的多少。

很显然，图3揭示出第三方进场开始作业时间段大都位于每日的上午8时20分与11时20分之间，较符合人为活动的时间规律，这就要求管道安防人员将自己当班8个小时的工作重点或强度放到当日的上午，从而提高第三方违规作业活动的预警针对性。

2.3 第三方作业地理位置可视化

人类行为的时空属性决定了任何可能危害管道安全的第三方作业活动，均可以借助赋予有地理坐标编码的管道地面标识桩号进行位置界定。以第三方作业临近管道的最近桩号作为基准点，将DPMS系统中脱密后的管道标识桩位数据表与2014～2016管道第三方作业数据表在TABLEAU软件中进行关联，将脱密后的“X坐标”及“Y坐标”分别转换为“地理角色”中的纬度和经度，并将其从数据源显示框中的“度量”栏拖曳到“维度”栏，再分别双击“X坐标”及“Y坐标”，2014～2016年第三方作业的点位便呈现在TABLEAU自带地图上。如果将此时的背景地图切换成DPMS系统当前所应用的高德地图，即可实现第三方作业地理位置可视化（如图4）。

在上述图4的基础上，利用TABLEAU的筛选器和标记面板框，对第三方作业数据维度中“风险等级”、“所用器具”等想要可视化的字段进行拖放，可以在管道路由图上实现第三方作业风险等级及其所用机具分布范围的可视化。管道安防人员利用此分析结果，不仅能够适时调整安防力量的现场布控，而且还能够向属地政府相关部门及时传达或展示管道安保管理的现状，提高管道安防内外沟通的效率和水准。

3 管道安防策略优化

通过前面有关第三方作业事件数据可视化分析，我们不难看出，同一管道地区等级内，因属地自然、经济和人文环境的不同，第三方作业属地活跃程度、发展趋势和影响管道安全的风险等级也存在较大差异。为提高日常巡查的针对性和防止第三方破坏管道的预警深度，在原来基于管道地区等级设置巡查频率和监护重点的基础上，2016年9月，依照该分析所得结论，广东大鹏公司对安防策略进行了以下优化。

3.1 依照属地第三方作业活跃度，适当调整管道巡查频率

基于原来“管道一、二级地区日巡查频率不少于2次，管道三、四级地区日巡查频率不少于4次”的量化巡防标准，可选取近三年电话事件记录数累计占三、四级地区总量80%的村/社区所辖的管道作为安防的重点区段（如图5），将巡防频率从日巡查4次提高到5～6次，将剩余三、四级地区管道的日巡防频率从原来的4次降低到2～3次。通过数据比对和测算，日巡线频率为5～6次的管道长度约308公里，所用人员为102人，日巡查频率为2～3次的管道长度约为132公里，所用人员为42人，两类优化合计的人数比原来平均设置日巡线频率为4次的人数减少3人，这样，不仅节约了人力资源，同时也增强了管道安防的针对性和实效性，较好地体现了安防数据可视化研究所创造的价值。

3.2 在管道敏感点加装无线视频监控系统，弥补人防短板

基于第三方在管道敏感点周边实施灵活机动的机械挖掘、地堪钻探和定向穿越等影响管道安全高危作业的地域分布数据可视化分析，在原来单靠经验而派驻看护人员进行“守株待兔”式的被动防守区段，加装无线视频监控系统。这一措施，不仅能够起到快速增加管道敏感点内巡查频率的作用，而且还能够帮助管道安防人员在非工作时间，通过智能手机等终端便捷高效地查看管道保护范围内是否存在第三方高危施工作业活动，弥补了过去单纯依赖实地派人进行被动盯防的短板。

3.3 聚焦管道保護基层宣传的重点，持续壮大管道保护联防力量

第三方作业属地活跃度和作业时间的数据可视化，让管道巡防人员能够更为全面、及时地掌握第三方可能实施危及管道安全的施工作业动态，从而可以更加轻松地找准发展管线信息员和管道保护宣传进社区的重点。例如，在第三方作业活跃度高的地段，管道保护宣传和联防的优化方向是：既要持续壮大基层个体管线信息员队伍，又要和属地社区居委会及村行政组织建立起管道保护联防关系，编织一张“上下互通、合纵连横”的管道安防预警信息沟通网。

3.4 基于管道安防工作强度调整巡防人员的薪酬结构

大鹏公司管道巡防采用基层人力资源外包业务模式，防范第三方损伤管道的首要任务就是要调动一线管道安防人员工作的积极性和主动性，公平、合理的薪酬结构是保证员工稳定和可持续发展的基础。基于管道安防人员所属责任段内管控第三方作业活动的次数和质量，增设安防工作强度指标，通过在TABLEAU中创建新字段的方式即可实现不同时间段（如季度、半年度及年度等）内所有安防人员工作强度排序的可视化。在原来基本薪酬分级设定的基础上，2016年第4季度及年终两处评定时，将量化后的个人安防工作强度指标纳入绩效考核范畴，丰富了绩效考核的内容，改善了绩效考核的结构，让管道安防人员的绩效管理更趋公平与合理。

4 结束语

管道安防数据可视化研究，是挖掘大鹏公司DPMS系统多年来收集、储存的管道外部风险数据资源价值的一种有益尝试，是发现具有较大不确定性的第三方作业活动规律及主动预警第三方作业活动的一次有效探索。管道安防数据可视化应用，能增强管道安防工作的针对性并推动管道安防管理走向精细化和智能化，为管道安防工作的进一步“提质增效”打下坚实基础。

参考文献

[1]陈为，沈则浅，陶煜波，等.数据可视化[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]申琢，谭章禄.基于数据挖掘的煤矿大数据可视化管理平台研究[J].中国煤炭，2016，42（12）：86-89.

[3]沈浩，王涛，韩朝阳，等.触手可及的大数据分析工具[M].北京：电子工业出版社，2015.