长输天然气管道智能监控警示系统的研发应用

侯志博 王全乐 柴登龙

（中石油北京天然气管道有限公司 北京 100101）

1 引言

目前，中国石油所辖在役油气管道总里程约为6万公里，其中天然气管道里程约为4万公里。管道管理、巡护看护工作的质量和水平，直接关系到管道安全运行和长治久安。党的十九大以来，国家和各级地方政府出台了多项法律法规，对安全环保生产提出了更加严格的要求，日趋复杂多变的外部环境提出了严峻挑战，易发频发的自然与地质灾害也严重威胁着管道安全。尤其是保障人口密集型高后果区运行安全，提升管道日常巡护质量，成为当前亟待解决的重要课题。

中国石油各管道企业在管道保护方面均进行大胆探索，引入无人机和视频监控等新技术设备，但总体上仍以传统人工巡护为主，属地巡线工和工程师每天对管线进行实地巡检。主要问题是巡护成本较高，不能对管道进行实时监控。

根据目前管道巡护管理现状，本文以现有管道警示桩为载体，将视频监控设备集成其中，研发制造一套管道线路智能监控警示系统，实现对管道线路及其周边环境的实时监控。经试用，该系统运行稳定可靠，系统设备成本低、集成度高、智能响应及时准确，并且设备便携性好、安装工序简单。

2 天然气管道线路巡护管理现状

现阶段，各管道企业对管道线路的巡护仍以人工为主，每天均由属地巡线工对管道线路进行徒步巡检，管道维护站通过GPS定位系统对巡线工的巡检工作进行监督和考核。管道维护站人员定期以驾车巡检和徒步巡检相结合的方式对管道线路进行巡检。

传统的管道线路巡护方式，主要问题是人力和物力成本较高，只能对管道实现单点时间的巡查，并根据经验进行预测，无法实现全天候实时监控。面对日趋复杂多变的社会环境，对管道线路的全天候实时监控，以及对危害管道安全运行的活动及时制止，成为各管道企业亟待解决的问题。伴随着视频监控和无人机技术的快速发展，各管道企业在应用这两项技术方面均进行探索。对管道的穿跨越等重点地段安装视频监控，对社会活动偏少的地段进行无人机巡检。但现在应用的视频监控设备，主要问题为设备成本高，安装需要委托专业施工单位完成，不能快速、机动地建设监控站点。

为优化解决上述问题，本文将视频监控设备及其配套设施集成于管道警示桩中，研发出一套智能化监控警示系统，采用运营商物联网数据卡及电路作为传输通道，实现对管道线路的监控运行。

3 智能监控警示系统概述

图1 智能监控警示桩设备

本文设计的智能监控警示系统，考虑前端设备应用的低成本、便携性，依托管道线路已有的管道警示桩，将摄像机、太阳能板及蓄电池和无线传输模块均集成在管道警示桩中。利用运营商的物联网数据卡和专用电路作为传输通道，并租用云中心平台作为数据转发、存储点，支持现场环境的实时监控。在满足生产监控的条件下，本系统支持告警推送，无需人员实时监控。在给管理人员推送告警的同时，前端设备可对现场的活动人员进行语音驱离。现场智能监控警示桩设备如图1所示。

现有管道警示桩横截面为边长10cm，壁厚1cm的正方形，杆体高度3m，顶部标示牌规格为70cm长、50cm宽的长方形，材质为复合有机塑料。在杆体和警示牌的连接处，新增摄像机和无线传输模块安装盒，内置两台摄像机，对监控警示桩上下游管道线路实时监控，摄像机最大功耗为5W。根据杆体规格定制锂电池，置于监控杆底座处，主要优点有两方面，一是杆体埋地1m深后可对锂电池有保温作用，在极端的寒冷天气下也能保证锂电池正常工作，二是增加杆体底部重量，增大杆体负荷承载能力。在警示牌一侧粘贴转换效率较高的薄膜太阳能电池板，为设备和锂电池供电。摄像机和无线传输模块的安装盒与杆体和警示牌的连接角度均是360度连续可调，既能保证摄像机监控画面正对管道沿线，也可使太阳能电池板朝向阳光充足的方向，保证系统的可靠运行。

使用运营商的物联网数据卡作为传输通道，租用企业的云平台中心作为数据的转发、存储点。在企业监控中心只需配备一台客户端电脑，即可登录平台中心进行视频信号的实时查看和历史信号回顾。为提升系统应用的便捷性，支持手机APP客户端访问云平台中心，实现对现场即时监控。在满足对管道沿线监控需求下，为节约物联网数据卡流量费用，当管道及其周边线路的视频监控无人员活动情况下，每5分钟抓拍1张现场图片并保存到云平台中心，实时视频信号摄像机本地存储，摄像机本地搭载1张容量128GB的Micro SD卡。当有人员活动时，前端设备对信号进行采集、处理，将告警信息推送至管理人员，管理人员再通过监控中心客户端或手机APP客户端对现场进行监控。

4 系统设备应用效果

本文在研发制造智能监控警示桩后，将其应用于国内某条长输天然气管道沿线，同时在一些高后果区和管道周边施工区域增设该设备。经试用，该套智能监控警示系统相比于传统工业电视视频监控有如下优点。

（1）单体设备成本低。传统天然气管道线路视频监控设备，需要单独使用镀锌钢管作为立杆并水泥浇筑基础，单套设备采购和施工费用约为3万元，而本文研发的智能监控警示桩单套设备费用不足1万元，成本降幅为67%。为后续在天然气管道线路的大范围应用打下坚实基础。

（2）系统集成度高。本文将视频监控设备、太阳能供电系统还有无线传输模块均集成于管道警示桩中，不再新建杆体设备。对于管道警示桩仅是新增摄像机的安装盒，对杆体和警示片的规格未做变化，做到监控系统、太阳能系统以及警示牌系统的高度集成。对于在役天然气管道的警示牌，前端设备完全适配。

（3）前端设备便携性好，安装工序简单。相比传统管道线路视频监控系统，本文系统设备的太阳能板采用转换效率更高的薄膜太阳能板，不仅可以缩小太阳能板的面积，而且可以粘贴在警示牌上，无需配备单独的太阳能板支架。相比于传统使用的胶体电池，本系统设备采用锂电池，体积小且质量轻。整套系统设备间连线均为出厂插接预置，现场按照电路图连接即可。整体设备质量轻，杆体埋深1m后完全能够承载全部重量负荷，无须水泥浇筑基础。所以本系统设备体积小，便携性好，安装工序简单，能够做到快速建设部署。

（4）系统智能化程度高。相比于传统的视频监控需要管理人员实施查看图像，本系统结合智能摄像机及其平台的发展趋势，系统能够捕捉异常人员活动并及时将告警信息推送到监控中心平台以及管理人员手机，通知相关人员进行查看并做处理。同时现场摄像机支持音频播放，对异常人员活动进行制止并驱离。

（5）系统可扩展性好。现有系统采用的无线传输模块不仅提供以太网数据接口供摄像机使用，还有RS232、RS485等多路工控信号接口，在天然气管道线路可将阴保数据通过该设备一并传输，无需人工巡线测量。

5 结论

在国家对工业安全生产的要求日趋严格下，油气管道的巡护质量以及完整性管理成为各管道企业的重中之重。在视频监控和物联网技术飞速发展的阶段，结合国内长输油气管道管理现状，本文设计研发的智能监控警示系统以其成本低、可快速安装部署和集成度高等特点，试用效果证明该系统适用于国内油气管道线路的监控管理。