基于北斗卫星定位系统的双模数传输卤管道巡检系统

喻海榕 陈钧 李莲香 顾汉清

1江苏油田信息化管理中心

2大港油田采油一厂

江苏油田地处苏北黄淮平原和长江三角洲平原，埋地管道多处于水网地带，穿孔、腐蚀现象常有发生，随着油田开采规模和范围的不断扩大，管道保护及矿区的地质环境保护成为迫在眉睫的工作。因为管线的损坏，不仅会对生态坏境造成影响，也会给企业自身带来经济损失，并会引起诸多社会、经济矛盾。

为避免或减少管道安全环保事件的发生，对矿区管道的巡检工作显得十分重要，目前采用的是开放式的巡检工跑线模式，由于没有巡检系统，无法实时掌握巡检人员的行踪；也没有管道设施运行状态的实时监控手段及后期的巡检数据统计分析，巡检管理方式相对落后；特别是泄漏报警、现场隐患及坐标定位等信息分散，无法全面掌握现场情况，更无法准确、迅速地对隐患及事故点进行及时的处置。因此，为了保障矿区生产和环境安全，提升管道监管水平，对事故及时响应、科学决策，急需整合现有资源，建立一套科学、准确、完整的管道巡检综合管理系统[1]。

江苏油田在“十一五”期间建成了具有完全自主知识产权的集成化大型综合数据资源管理平台（EPBP），形成了包括管道动静数据、北斗终端定位实时数据、生产信息化实时数据在内的核心生产数据资源中心，江苏油田还在国内率先探索实现了北斗指挥机、北斗移动终端、北斗短报文通讯等技术在油田的应用。这些都为油田管道巡检系统的建立奠定了坚实的数据及技术基础。

以江苏油田一条长途输卤管线的巡检管理为试点，通过北斗定位技术，对实时数据采集分析开发了油田管道巡检系统，对管道进行实时高效巡检管理。后续根据应用情况对系统进行完善并推广到油田其他长输管道的巡检应用[2]。

1 研究内容

整合现有系统资源，包括油田勘探开发业务协同平台（EPBP）、GIS地理信息系统、在线检漏系统、阴极保护系统及设备相关数据资源。

整合现有硬件资源，包括基于油田北斗卫星导航定位终端开发巡检终端，通过北斗/GPS双星定位技术实现坐标定位，应用北斗终端与指挥机传输北斗定位数据及短报文数据，数传通道应用北斗数传及移动通信实现双冗余数传。

开发基于北斗卫星定位系统的双模数传输卤管道巡检系统，实现了将巡检人员的行踪及隐患数据、管线阴极保护数据、视频数据回传至平台；实现了对巡线人员的远程监控、监督考核；实现了对管道运行状态的实时监控、隐患管理及设备管理等功能；实现了阴极保护数据的在线监测及在线检漏系统成果与巡检业务的综合应用[3-4]。

1.1 数据处理

在EPBP平台上建立统一的组织机构及用户管理机制，实现对井、站、管网及阴极桩等集输基础信息统一管理，在油田GIS地理信息系统中对影像图成果进行空间数据统一管理。

系统建立APDM的管道数据模型，完成矿区管线和输卤管线坐标、桩数据、恒电位仪数据、站场数据的采集和入库。购置并处理入库矿区卫星影像，下载并处理入库输卤管线Google影像。

1.2 系统开发

开发并搭建基于北斗卫星定位系统的双模数传输卤管道巡检系统，分为WEB端系统和移动APP。其中WEB系统主要功能包括任务管理、隐患管理、应急管理、泄漏监测、阴保数据管理、档案管理、数据管理、提醒管理、巡检报表等功能模块。巡检APP包括人员巡检、巡检任务、事件上报、数据采集、数据维护、巡检报表、系统配置、指引性导航等功能模块。

1.3 安全管理

在油田信息安全管理体系下，构建系统的安全管理机制，使数据的保密、安全得到有效的保证，网络建设方面严格按照网络安全要求搭建相应的硬件平台，在EPBP管理系统实现组织结构的统一用户管理，配合应用系统功能对数据实行分级、分权限控制[5]。

2 系统设计

通过对系统架构、功能模块、安全体系的设计，建立基于北斗卫星定位系统的双模数传输卤管道巡检系统，满足管线巡检的业务需求[6]。

2.1 总体架构设计

为保证系统的实施与推广能够完全融合，在技术架构的设计上采用MVC模式的设计架构。

系统采用四层体系架构：界面展示层、控制流转层、业务处理层及数据存储层，如图1所示。

图1 系统体系架构Fig.1 System architecture

2.2 功能设计

系统功能设计主要包括GIS基本功能、巡检管理、数据管理、应急管理、隐患管理、档案管理、移动端APP等功能模块[7]的设计。

2.2.1 巡检WEB平台展示系统功能

如图2所示，在巡检管理系统的用户界面设计中，主要以基础地理信息数据作为主背景，同时叠加管线、巡检信息等多个图层，可根据需要实现多个信息的查询、统计与显示，实现包括人员考核、隐患管理、指令下达等巡线工作的管理。

图2 巡检WEB平台功能Fig.2 Function of inspection WEB platform

2.2.2 巡检手机软件APP系统功能

巡检APP安装在巡线工使用的北斗终端上用来采集巡线数据，如图3所示。其中阴保采集模块、指引性导航功能是针对江苏油田管线管理特点开发。通过巡检手持终端的阴保采集模块实现将阴极桩数据进行采集并回传至平台；通过平台向巡检手持端下发位置坐标，引导巡线工快速到达隐患点，实现隐患巡查。

图3 巡检手机软件APP功能Fig.3 Function of inspection mobile application

2.3 数据库设计

系统采用ArcGIS管线数据模型，用于存储、收集与管线有关的信息。它是通过ESRI公司的ArcGIS和ArcSDE软件来实现的，为空间数据库而专门设计的管线数据模型。

APDM并不是一个综合的包含所有方面的数据库模型，是一个数据库模版，各管道公司通过它可以从模型的核心元素开始，通过添加要素或提炼现有要素来修改模型。中石油可根据自己管线的特点来定义自己的数据库模版，以满足气体和液体传输管线的需求。

3 系统实现

在系统开发环境中，服务器端采用Java语言开发， WebGIS部分采用ActionScript和JSP语言开发，采用MyEclipse集成IDE工具[8]。

3.1 系统主界面

系统将根据当前用户所处的角色，加载并显示出相应权限的地图信息，包括功能菜单、地图控制工具栏、比例尺、鹰眼、地图显示区等，如图4所示。系统基础辅助功能包括地图基本功能、图层管理、测量、打印、书签定位、管道信息识别等功能模块。

3.2 功能子系统

各功能子系统可为用户提供基础地理功能和专业分析功能，主要包括综合查询子系统、应急管理子系统、档案管理子系统、数据管理子系统、计划任务管理子系统、隐患管理子系统、巡检管理子系统等。各子系统的主要功能如下：

图4 系统主界面Fig.4 System main interface

（1）综合查询子系统的基础功能包含系统登录、地图基本工具、分类查询、地图气泡、地图测量、地图标注、地图打印，图层管理等。

（2）巡检管理子系统系统通过创建巡检任务，制定巡检人员、类型、开始结束日期、巡检关键点等，达到巡检管理和监控的目的。

（3）数据管理子系统主要实现实时查看当前人员巡检时三超（超时、超速、超限）、恒电位仪数据、站场阀室数据、现场隐患、阴极保护数据、在线人员信息等功能。

（4）隐患管理子系统实现上报隐患信息，包括上报单位、上报人、发现时间、上报时间、事件位置、备注、相关照片、影像资料等功能。

（5）档案管理子系统是巡检人员管理入口，能够实现人员的增删改查操作。

（6）应急管理子系统可以准确分析出周边应急物资情况和地理环境，通过周边情况和应急资源的分析，为决策者研判提供参考依据[9]。

4 系统应用

基于北斗卫星定位系统的双模数传输卤管道巡检系统实现了管道的生产管理、安全管控、管道巡检三位一体的精准化管理，满足了油田管道巡检的业务需求，系统经过一年多的稳定运行，发现隐患582起，处理及时率100%，避免了安全环保事故的发生。用户在导航控制栏中单击应急管理子系统图标，即可进入对应菜单栏，图5为动态标注，图6为路由分析，图7为空间查询。

图5 动态标注Fig.5 Dynamic annotation

图6 路由分析Fig.6 Route analysis

图7 空间查询Fig.7 Spatial query

5 总结与建议

（1）基于APDM数据模型，实现了以桩为核心的管道巡检管理模式。

（2）调用天地图云服务，解决了空间背景数据的更新问题。

（3）采集了高分辨率的卫星影像数据，并以卫星影像和百度地图为参考提取了管道沿线基础地理数据，为管道周边环境分析奠定了基础。

（4）实现了第三方数据的实时接入和监控，保证了系统数据的实时性和准确性，为应对管道数据异常提供了技术保证。

（5）实现了管道巡检由开放式的巡检工跑线变革成智能化的管理模式，针对油田长距离管道实现了油田管道分段驻线巡查管理模式。

（6）采用了基于北斗的智能巡检设备的双冗余传输方式，保证了巡检信号传输的稳定，对移动信息覆盖不到的地区适于采用北斗卫星短报文方式进行信息传输。

（7）与常规巡检系统的发现式管理应用功能不同，北斗卫星及移动传输技术与地面高后果区、高风险点巡查、地下管道阴极保护、泄漏监测系统运行综合构建了一个三位一体的动态巡检评价体系，在大数据的分析与支持下，对管道腐蚀情况及运行安全进行预测，科学地制定巡检方案，促进了油田管网精细化管理，为企业减员增效、油田管理体制机制改革提供了支撑[10]。

（8）目前系统己实现了手持终端及WEB端的巡检隐患上报功能，并能够对历史巡检隐患进行检索和统计。在下一阶段的研究中，系统将在WEB端实现隐患时间的闭环管理，包括隐患上报后根据等级和类型推送至相关技术人员进行处理，管理人员能够对处理中的隐患进行进度的跟踪及处理情况的监控。