输油气管道监测数据智能集成采集及数据远传技术应用探索

杨述开

[摘    要] 以物联网为代表的新一代信息技术发展日新月异。为适应“智能管道”建设要求，有效解决当前输油气管道沿线，在阴保、地灾、内检测器定位、视频监控等数据监测方面，存在的阴保数据智能采集稳定性差、人工采集数据困难、监测系统分散等问题和不足。文章提出开展基于物联网等信息技术的输油气管道数据智能集成采集及数据远传技术应用探索，构建智能集成采集测试桩，并对应用探索相关目标、前期工作内容、关键技术和关键步骤进行了论述，最后对预期效果进行了展望，数据智能集成采集及数据远传技术的应用，能够有效解决相关问题和不足，提升输油气管道沿线监测数据采集智能化、集成化水平，为提高管道完整性管理水平提供智能化支撑。

[关键词] 数据监测;智能集成采集;远传

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 13. 047

[中图分类号] TP311    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2020）13- 0103- 03

1      引    言

输油气管道沿线环境复杂多样，为加强管道完整性管理工作，在一些特殊地段和高后果区段，各管道运营企业安装了阴保电位智能采集桩、地质灾害监测单元、内检测器定位盒、视频监控等设施，部分建立了相应的管理（监控）平台。但随着监测工作的深入开展，相关应用问题和应用提升需求逐渐显现出来。与此同时，以物联网为代表的新一代信息技术发展日新月异，为解决相关应用问题，满足相关应用提升需求提供了思路和方向。

2      应用问题及提升需求

2.1   阴保数据智能采集稳定性亟待提升

管道阴保电位智能采集桩数据采集及远传受实名制注册要求、信号异常、设备异常、部分区域无通讯信号覆盖等影响，应用效果不佳，智能采集桩数据采集及远传异常率持续居高不下，智能采集稳定性亟待提升。

2.2   部分管道沿线人工采集数据困难

部分油气管道沿线因季节性因素、地理环境等导致人员不便达到，部分区域无通讯信号覆盖，人工采集电位数据、跟球、管道周边环境监测等存在困难。需要考虑加大引入智能采集手段辅助（代替）人工采集。

2.3   现有的监测系统分散、孤立

阴保电位智能采集桩、地质灾害监测单元、内检测器定位盒、视频监控等设施现场侧数据采集单元独立分散，后端管理（监控）平台也独立分散。构建“多桩合一，一桩多能”，模块化设计，系统集成有助于统一管理与数据分析 。

3      物联网技术应用现状

3.1   物联网技术应用现状

物联网（Internet of Things，IoT）作为新一代信息技术的重要组成部分，形式多种多样，可以适应各种应用场景。当前物联网应用已经进入爆炸式增长阶段，面向物联网的各种技术得到深入的研究和实践，大部分技术已进入成熟阶段。

物联网典型架构包括感知层、网络层和应用层。智能电位采集仪、定位盒、视频（图像）摄像机、地质灾害监测儀，均属于物联网应用范畴，位于感知层。近年来，随着管道完整性管理的深化，管道监检测技术发展也得到快速发展，国内厂家从各自的专业领域出发，开发了各种管道阴极保护监测、内检测器定位采集、视频监控、地质灾害监测等系统，各系统已经得到了实际的应用，技术性能基本满足当前专业应用的需要。但跨专业的系统开发尚不多见，也没有成熟的解决方案可供选择。

此外，在网络层，围绕北斗卫星定位系统在石油天然气领域的应用，国内学者已经做了深入的研究，如梁晓龙  等提出了基于北斗系统与计算机网络相结合的天然气管线智能巡检系统，提高了管线检测的工作效率，更好的保证了管线的安全生产。夏文鹤等人提出了基于卫星物联网技术的油气管道远程监控系统，通过将北斗定位系统、短报文系统以及通讯卫星相结合的方式构建了一套远程监控系统，为运输管理、管线维护提供了保障。赵逢达  等通过搭建北斗天然气通讯网络，实现了多个监控节点实时数据回传与指令下发，实现天然气实时控制系统。但是，北斗卫星在石油天然气领域的应用以定位功能为主，短报文功能的应用仍有待继续研究。

综上所述，为适应 “智能管道”建设要求，基于物联网等信息技术，开展输油气管道监测数据智能集成采集及数据远传技术应用探索，为有效解决当前阴保数据智能采集稳定性差的问题，补充各种复杂环境下管道监测数据采集，将测试桩采集由单一阴保数据采集功能向多数据智能集成采集功能转变，以便提升输油气管道监测数据采集智能化、集成化水平，是必要和有意义的。

4      需要解决的关键技术问题

结合管道监测智能化建设需求，应用当前物联网技术发展的成果，实现各专业子系统智能接入形成“多桩合一，一桩多能”集成应用及数据远传。设想需要解决的关键技术问题包括：

（1）智能集成采集测试桩可靠性提升。综合采用可靠性设计、通信、电源管理、低功耗、结构防水、环境控制等多种技术手段，提升智能集成采集测试桩系统的可靠性，充分结合现场地形地貌特征开展模块化设计，满足现场整体安装、维护等需求。

（2）兼容多种通信方式的智能物联网关。集成多个应用子系统，通信整合实现数据上传至现有监控系统服务器。智能物联网关设计提供多种通信接口，兼容异构网络不同协议和数据格式，统一通信服务方式，保障数据安全性。

5      应用探索方案

5.1   目标

针对阴保数据智能采集稳定性亟待提升、部分管道沿线人工采集数据困难 、现有的监测系统分散等管道監测数据智能采集应用问题和应用提升需求，构建输油气管道监测数据智能集成采集测试桩系统，实现管道阴极保护状况监测、内检测器跟踪、地质灾害监测、视频监控等功能，功能模块化结构，数据传输方式灵活配置，最终实现“积木式功能单元，一套供电系统，一套传输平台，预留扩展接口，利用现有管理软件，系统稳定可靠”。满足管道沿线各类数据监测的要求。一套供电系统：各功能单元共享智能集成采集测试桩的电源供电系统，不再单独建立分散的供电系统，提高电源效率和可靠性。一套传输平台：各功能单元共享智能集成采集测试桩的无线通信通道进行数据传输，实现稳定可靠通信。

智能集成采集测试桩的建立，为管道沿线智能监测提供一个平台，简化各类监测功能单元的接入，可降低各监测功能模块的成本，提高监测系统整体的可靠性，有利于管道监测业务一体化和智能化发展。

5.2   前期工作

目前市场上并没有完全成熟的面向输油气管道监测数据相关的智能集成采集测试桩产品，要开展相关技术应用，设想前期需要开展以下工作：

（1）业务需求分析及不同子系统功能分析：智能集成采集测试桩包括阴极保护监测、内检测器跟踪、地质灾害监测和视频监控等四个子系统，从管道业务管理要求出发，明确测试桩设计要求。包括管道沿线监控管理业务需求分析、各子系统调研与分析，以及智能集成采集测试桩设计需求分析。

（2）智能集成采集测试桩系统架构及关键技术方案的研究：①智能集成采集测试桩系统通信方案的研究，具体为智能集成采集测试桩与管理信息系统通信方式的研究、智能集成采集测试桩各功能模块通信方式的研究，以及智能集成采集测试桩通信技术方案的设计;②提升智能集成采集测试桩系统可靠性的技术方案研究，具体为电源管理技术方案的研究和环境适应性及可维护性技术方案的研究;③智能集成采集测试桩系统架构的研究。

（3）兼容多种通信方式的智能物联网关的研究：①智能物联网关需求分析;②兼容多种通信方式的智能物联网关架构设计;③智能物联网关样机设计与实验室测试;④智能物联网关与各子系统集成测试与优化。

（4）智能集成采集测试桩的设计与优化：①电源管理子系统设计与智能物联网关及各子系统集成测试;②智能集成采集测试桩结构设计与样机制作;③智能集成采集测试桩功能及可靠性测试与优化。

（5）智能集成采集测试桩通信服务系统软件的研究与开发：①通信服务系统软件设计与实现;②通信服务系统软件与智能集成采集测试桩集成测试与优化。

（6）智能集成采集测试桩现场测试优化：①智能集成采集测试桩系统安装调试。在选定的实验地点，安装调试智能集成采集测试桩及系统软件，开始试运行。②智能集成采集测试桩系统测试与优化。测试系统软硬件功能和数据远传，分析评价智能集成采集测试桩系统运行状况。对现场测试过程中发现的问题进行优化和调整。

5.3   关键技术

关键技术主要包括：①可靠性提升技术：综合采用可靠性设计、通信、电源管理、低功耗、结构防水、环境控制等多种技术手段，提升智能集成采集测试桩系统的可靠性，充分结合现场地形地貌特征开展模块化设计，满足现场整体安装、维护等需求。②通信集成+系统集成：集成多个应用子系统，通信整合实现数据上传至现有监控系统服务器。智能物联网关设计提供多种通信接口，兼容异构网络不同协议和数据格式，统一通信服务方式（集成LoRa、北斗、GPRS等通信方式，可灵活切换），保障用户数据安全性。

5.4   关键步骤

步骤一：开展业务需求分析及不同子系统功能分析，启动多功能智能集成采集测试桩系统架构及关键技术方案的研究。

步骤二：开展测试桩系统架构及关键技术方案的研究，启动兼容多种通信方式的智能物联网关的研究和监控系统软件（在现有分散、独立运行的阴保、地灾等业务管理子系统基础上进行功能扩展和集成）的研究与开发。

步骤三：进行兼容多种通信方式的智能物联网关的研究和监控系统软件的研究与开发，启动测试桩的设计与优化。

步骤四：进行兼容多种通信方式的智能物联网关的研究和监控系统软件的研究与开发，完成测试桩的设计与优化。

步骤五：开展智能物联网关、通信服务软件及测试桩设计与测试。

测试桩系统现场测试优化。

6      结    语

可以预见，面向输油气管道沿线监测业务，应用数据智能集成采集及数据远传技术，能够有效解决当前数据采集稳定性差问题，此外，能够补充各种复杂环境下管道监测数据采集，将测试桩采集由单一阴保数据采集功能向多数据智能集成采集功能转变，从而提升输油气管道沿线监测数据采集智能化、集成化水平，最终为提高管道完整性管理水平奠定智能化支撑基础。

主要参考文献

[l]陈江波.输油管道阴极保护监测传输系统及其应用[J].油气储运，2015，34（5）：533-537.

[2]汤养浩，胡勇，张权.管道阴极保护系统断路报警装置的研发与应用[J]. 油气储运，2013，32（1）：51-54.