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管道研究

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基于大数据的管道空间安全系统设计与实现

来源:《管道保护》杂志 作者:邓启志;杨克龙;赵咏;李勇 时间:2019-11-26 阅读:

邓启志1 杨克龙1 赵咏1 李勇2

1.中国石油西南油气田公司川西北气矿; 2.四川空间座标信息科技有限公司

 

 

摘  要: 传统的管道完整性管理方式在面对突发情况的响应速度、事态研判和处置效率已经无法满足当前天然气管道安全管理和监管要求。结合天然气管道铺设范围广、走向纵横交错、沿途地理环境非常复杂等带有显著空间性质的特点,基于三维地理信息系统(简称三维GIS)开发管道空间安全系统,旨在整合地理信息、管道场站、安全风险等数据,建成管道空间安全大数据中心,并结合地理信息的空间分析能力,建立覆盖川西北气矿全流程的管道空间安全系统,以确保气矿的生产和作业过程、重点事项、风险作业的重要节点都处于受控状态,为气矿安全生产保驾护航。

关键词: 天然气管道; 三维GIS ;空间安全系统;监控; 应急指挥

 

“十三五”时期,国家对企业信息化提出了较高的要求,通过信息化[1]和工业化的深度融合,实现安全生产[2]、产业升级、提质增效、绿色发展。

随着石油天然气矿藏不断开采,川西北气矿也面临着越来越复杂的业务挑战,如安全风险日益凸显、风险管理亟待提升、数据质量参差不齐、管控方案决策困难等。气矿通过大力推进“两化融合”管理体系贯标工作,以打造“管道一体化管控能力”为目标,结合天然气管道铺设范围广、走向纵横交错、沿途地理环境非常复杂等带有显著空间性质的特点,基于三维地理信息系统(简称三维GIS)开发管道空间安全系统以应对挑战。本文重点介绍管道空间安全系统设计与功能实现、应用效果及成果展示。

1 系统设计与功能实现

1.1 框架设计

管道空间安全系统总体框架见图 1,平时日常管理,实现数据可视化展示、风险数字化管理、风险动态监控及应急桌面推演等功能;战时应急指挥,实现APP一键报警、快速分析、事件分级、协同指挥等。

1.2 大数据中心设计

根据管道完整性管理数据采集与整合、高后果区识别、风险评价、完整性评价、风险消减与维修维护、效能评价等六步循环[3]流程,基于川西北气矿现有的硬件设备、网络、视频监控、生产调度中心[4]等基础支撑环境,以三维地理信息为载体[5],全面梳理、整合、提取相关数据源,定期更新重点监控区域 的高清影像、视频、图片和360°全景[6] 数据,以统一的“时间—空间—属性”组织数据,建立大数据中心,实现安全管控数据分析、数据挖掘[7]、数据可视化、应急指挥等(图 2)。

1.3 应用系统功能

1.3.1 空间数据可视化应用系统

(1)直观展示气矿资源。

基于2000坐标系[8],汇聚气矿各类空间数据,通过数据分层展示、气矿总览、全景可视化,全方位、多角度展示气矿资源。

(2)管道及场站全要素可视化。

以管道为主线,挂接管道空间位置、场站、三桩一牌、阀室阀井、高后果区、高风险段、地灾敏感点、人居分布、重要场所等数据,实现管道及场站全要素可视化及空间分析[9]

1.3.2 风险管理及监控分析应用系统

(1)风险全流程管理。

全面梳理各类风险管理流程,结合西南油气田移动应用平台,建立隐患、问题、风险作业、双高区域、管道三色预警等全流程风险管理系统,实现安全风险在线管理、过程动态追溯,可有效提升安全风险管理效率。

(2)风险监控大数据分析。

通过大数据分析和物联网技术[10],分别建立指挥大屏、 Web网页及移动APP风险总览分析功能,多维度、多角度动态监控和预警气矿安全风险。主要包括风险空间分布、影响对象汇总、不同类型(维度)汇总、风险详情查看等,实现风险数据全掌握。

1.3.3 应急指挥应用系统

(1)险情一键上报。

提供电话、安全通APP、系统报警等多方式险情上报,实现安全事件类型、位置、现场照片、视频、人员伤亡等信息一键上报。

(2)快速接警分析。

根据事故发生位置,系统自主完成事故周边100米、 200米区域影响分析,包括人居分布、特定场所、高后果区等。通过三维空间分析,确定事故点上下游阀室(场站)名称、位置和联系方式、事故应急救援力量分布,分析结果可直接生成分析报告。

(3)事件智能分级。

根据现场情况和影响力分析结果,开展人机研判。事故确认后,系统匹配专项预案,调度室人员通过电话或短信通知应急负责人。启动应急预案后,系统自动通知应急处置关系人按照预案开展相关工作。主要功能包括短信群发、移动APP启动预案、查看影响力分析报告等。

(4)应急数据准备。

根据事故的位置、类型、现场情况等因子,系统自动抓取与当前事故相关的数据,包括事故区域监控视频、 SCADA数据、环境监测数据、应急资源等,为应急指挥做好数据准备。

(5)协同指挥。

根据应急响应流程,通过大屏、电话、对讲机等方式迅速下达应急处置命令,组织、协调和指挥各有关部门、单位、救援队伍及现场指挥部有效处置,及时控制现场事态。主要包括现场(图片、视频)信息实时回传、应急资源调配、人员分组及指令下达、场景布置及任务监控、电子围栏报警以及救援路径自动推荐等功能。

1.4 关键技术分析

1.4.1 三维GIS技术

系统三维GIS平台具备流畅的海量数据加载能力和强大的空间分析能力,并且可以接入多种数据源,如Shapefile[11]、 WFS、 WMS、 3DMX等,通过流加载方式可同时展示海量空间数据,通过三维空间分析,能够实现管线剖面分析、挖填方分析、周边环境分析、视域分析、距离量算、面积量算等,可辅助安全风险管理及应急指挥决策。

1.4.2 无人机航飞技术

系统利用无人机遥感[12]技术定期对高后果区、重点生产场站航飞,快速获取该区域的高清影像[13]、高清视频、高清图片和全景等数据,及时掌握关注区域周边环境和社会发展变化趋势。

2 应用效果

2.1 空间数据可视化

气矿空间数据可视化应用系统有效解决了空间数据分散、不易查找分析的问题,实现看图分析决策、一图胜千言(图 3)。

2.2 风险管理及监控分析

风险管理及监控分析应用系统通过指挥大屏、移动APP或Web网页等多终端,查看作业区风险宏观分布。通过逐级点击,能够了解每个风险点微观详情,实现对风险全环节追溯和动态管控(图 4)。

2.3 应急指挥

通过应急指挥和安全通APP,建立指挥中心与现 场的实时连接,辅助指挥人员科学决策,实现应急指挥“看得见、呼得通、调得动”(图 5)。

3 结语

管道空间安全系统基于地理信息、物联网、移动互联网和大数据,将风险监控、安全管理、应急指挥融为一体,有效实现了空间数据可视化、风险管理数字化、风险监控动态化、应急指挥科学化。系统已经在川西北气矿正式投入使用,运行稳定,确保生产作业过程、重点事项、风险作业重要节点都处于受控状态,为安全生产保驾护航。系统在《中国石油天然气股份有限公司油气田管理和站场完整性管理工作第二次推进会》[14]上作为重点信息化成果展示。成果在工信部、中国石油西南油气田分公司两化融合贯标检查中受到领导、专家一致好评。

 

参考文献:

[1] 施秉东. 中国石油信息化工作管理平台的建设与应用[J]. 通讯世界, 2016, (2): 161-161.

[2] 赵广丹,黄良福,唐明,等. 天然气安全生产管理探讨[J]. 化工管理, 2015, (7): 127-127.

[3] 韩东兴,刘帮华,解永刚,等. 榆林气田管道完整性管理的研究与应用[J]. 天然气与石油,2016, 34(6): 1-5.

[4] 仝晓雯. 生产调度及应急指挥中心建设应用探讨[J]. 无线互联科技, 2014, (3): 229-229.

[5] 李晓波,石新军,杨红,等. 地理信息技术在油气管道数字化管理中的应用[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2014, (7): 219-219.

[6] 王鸿飞. 浅析360全景技术及其应用[J]. 广东科技, 2012, 21(15): 214-214.

[7] 徐延强. 基于大数据库的数据挖掘应用研究[J]. 中国新通信, 2018, 20(08): 126.

[8] 孟泱,戴明松,冯发杰,等. CGCS2000坐标系对现有测绘成果的影响及坐标转换方法的探讨[J].工程勘察, 2010, (s1): 683-687.

[9] 张晓祥. 大数据时代的空间分析[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014, 39(6): 655-659.

[10] 张应福. 物联网技术与应用[J]. 通信与信息技术,2010, (1): 50-53.

[11] 杨冬. Shapefile图形文件的数据存储格式及读写[J]. 首都师范大学学报(自然科学版), 2010,31(2): 4-8.

[12] 李德仁,李明. 无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014,39(5): 505-513.

[13] 魏金占,陈大林,黄炳强,等. 基于高清卫星影像的地形图一体化快速成图方法[P].CN103700063A.2014-04-02.

[14] 王毅辉,李勇,蒋蓉,等. 中国石油西南油气田公司管道完整性管理研究与实践[J]. 天然气工业, 2013, 33(3): 78-83.

 

作者:邓启志, 1988年生, 2011年毕业于西南石油大学,本科,工程师,现主要从事信息化管理研究工作。

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