基于物联网技术的油气管道安防综合平台探究

高世杰

（中国石油管道局工程有限公司，廊坊 065000）

目前，国内已建成的、在运行的大型长输油气管道安防系统运行时间大部分已经超过5年，有些主干管道安防系统运行时间已超过10年，甚至更长时间。当前安防系统新技术日新月异，设备老化、技术落后导致出现了诸多问题：①模拟系统为主，兼容性差。不但无法兼容数字系统，而且由于设备老旧，同类型的模拟设备由于生产厂家不同，也无法兼容。②各安防子系统无统一的平台，各子系统的建设标准不统一，功能联动困难，第三方联动困难，联动可靠性差。③扩展性差，由于设备及技术陈旧，无法进行系统升级，扩容困难。新增设备无法与原系统兼容，无法实现原系统的联动模式。④无运行维护平台，运维数据均通过纸质方式进行记录与流转，运维漏洞较多。⑤各安防子系统的设备状态均为现场监控，无法实时上传、远程监控、数据分析，需要频繁的到现场巡检，工作量较大且效率底下。随着长输管道技术发展越来越智慧化[1][2]，各管道公司管理模式、运维标准不断创新，上述问题在管道安防的表现越来越明显。

1 油气管道安防综合平台设计原则

（1）网络化、结构化原则：系统基于IP网络搭建，具备分层网络构架，如：管道监控现场——区域管理中心——调控中心。

（2）标准性、开放性原则：各类安防子系统的编码/通信协议、硬件接口需严格遵守国家及行业规范。具备开放的软/硬件接口，通过标准接口接入第三方系统联动信号。

（3）兼容性、扩展性原则：标准协议产品纳入平台无需进行平台二次开发，可以通过扩展接口接入非标准协议设备。扩展性还应包括系统的升级。

（4）智能化、智慧化原则：安防综合平台需实现前端设备智能化、后端设备的智慧化，具备编程组态能力，大数据及智能分析能力，现场设备实时数据采集能力，故障检测与排查能力，智能运行维护能力等。

2 油气管道安防综合平台概述

油气管道安防综合平台以物联网架构为基础，引入大数据分析技术、智能运维技术、GIS地图技术[4]～[10]，实现对油气管道各类安防子系统的整合与集成，为各类新建的、升级改造的智能化、数字化安防子系统提供后端支持与相应的服务，如：视频监控系统、入侵报警系统、门禁系统、出入口控制系统、扩音对讲系统、巡更系统、动力环境监测系统，进而实现油气管道各区域安防子系统管理、监控、运维平台的统一。

3 油气管道安防综合平台的构建

油气管道安防综合平台系统以物联网构架为基础，由感知层、网络层、应用层组成（详见图1），其中，应用层又分为主机支持层、核心服务层、提供服务层。整体网络构架为基于C/S、B/S构架的“管道监控现场（站场/阀室/高后果区）——区域管理中心——调控中心”的三级IP网络架构（详见图2）。前端探测设备将设置在管道监控现场关键区域。应用层主机支持层设备将设置在管道现场机柜间。应用层核心服务器层设备将设置在区域管理中心与调控中心的核心机柜间。应用层提供服务层设备主要为客户端，设置在各区域管理中心、调控中心，通过访问应用层核心服务器层的各类服务器，实现对应用层主机支持层各类主机的调用、配置、管理、运维、监控，以及通过调用各主机实现对感知层现场设备的控制、配置、管理、运维。各层功能与构成如下。

图1 安防综合平台系统物联网构架图

图2 安防综合平台系统网络拓扑图

3.1 感知层

主要功能为通过各安防子系统前端设备实现感知、识别与交互控制，具体子系统及设备构成见图1、图2。视频感知摄像机将为网络高清摄像机，通过网线和光缆与后端应用层主机进行通信。巡更点将通过巡更棒实现与主机的通信。其他声音、控制、探测信号将统一通过音频铜缆、控制缆、光缆与应用层后端主机进行通信。

3.2 网络层

实现感知层、应用层各子层之间的数据传输与交换。主要设备/设施包括：本地局域网交换设备、自建长途光传输网的传输设备、运营商专线网络的传输设备，以及相应的传输光缆、电缆、配线设备。具体系统及设备构成见图1、图2。

3.3 应用层

对感知层采集的信息进行数据处理、大数据分析检索、策略、计划、联动、GIS地图应用等，满足运行维护人员的监控、管理、运行维护、配置、智能应用的实现等需求。应用层所有设备将通过IP网络进行信号传输与数据交换。具体系统及设备构成见图1、图2。

3.4 系统内部联动与第三方联动

系统内部联动主要为安防综合平台系统下属子系统之间的联动，包括：视频监控系统与入侵报警系统的联动、视频监控系统与出入口控制系统的联动、入侵报警系统与扩音对讲系统的联动、动力环境检测系统与视频监控系统的联动。系统内部联动可通过安防综合平台系统的组态来完成，也可以通过现场主机/接口扩展设备的扩展接口通过控制缆连接，外加平台组态完成。

第三方联动主要为：火灾报警系统、火器报警系统、泄漏监测系统与视频监控系统、出入口控制系统、扩音对讲系统的联动。通过现场动力环境监测主机/接口扩展设备的扩展接口通过控制缆连接，外加平台组态完成。

4 应用情况

本系统在国内某管道公司进行了应用性测试，测试所建设的安防综合平台前期接入系统主要包括某段管道的若干监控现场的：视频监控系统、入侵报警系统、第三方联动系统。后期将逐步接入出入口控制系统、门禁系统、巡更系统。系统按照油气管道综合安防平台模式搭建。所有子系统首先需完全兼容的纳入综合平台系统，然后再部署在各监控现场。通过测试，由于所有数据的流转受综合安防平台统一控制、监控、配置、调配、规范，因此，标准性、兼容性、扩展性问题得到了很好的解决。智能分析、大数据分析功能无法应用的问题得到很好的解决。网络架构更加清晰。系统内部联动、第三方系统联动的实现更加容易，设备运维更加高效、便捷。同时，平台功能的集成，解决了安防子系统分立运行导致的设备数量较多的问题，如：操作台监控各安防子系统客户端由3～5台减少到1台，监控主机由多台减少到1台。

5 经济效益分析

据统计，各管道公司近五年内对所辖管线的安防系统升级改造的次数不小于3次，新建安防系统不小于2次。由于兼容性与扩展性问题，大多数工程均需要设置独立的监控主机、客户端，对调控中心与区域控制中心的各安防子系统客户端服务器进行多次兼容性开发，或单独设置客户端服务器，产生了大量的重复、冗余投资，也极大的增加了运维工作量与运维费用。同时，由于技术进步较快，区域中心、调控中心无统一的、标准的安防平台，导致大多数智能应用无法接入。安防综合平台构建完毕后，上述问题得到解决。据估算，安防综合平台测试后，经济效益节省情况如表1所示。

表1 安防综合平台安装测试后节省经济效益统计

6 结束语

油气管道领域建设安防综合平台，可将设备标准性问题、兼容性问题、扩展性问题、运行维护问题集中解决，一劳永逸。同时，基于物联网模式搭建，规范了整个安防系统的构架。数字化、网络化、智能化的应用，更加适应时代需求。智能运维及大数据分析的应用，为管理、运维提供了良好的技术支持，使得运维工作更加简洁化、高效化、标准化、流程化。为智慧管道的建设奠定了安防方面的基础，对后期管道安防系统的建设具有参考与指导意义。