杨永和1 陶超2 孙鹏3 张蓓蕾3
1.国家管网集团西部管道兰州输气分公司；

2.北京睿呈时代信息科技有限公司；
3.国家管网集团西部管道酒泉输油气分公司 

 

摘要：应用现代信息技术，采集管道基础数据及周边环境数据，搭建油气管道智能化管理平台，利用大数据存储检索优化技术，对管道数据进行归纳，经管理系统智能分析，为决策提供支持。依靠空间GIS技术与三维可视化技术，构建与现实长输管线及周边环境高度一致的生动直观的三维场景，以三维可视化方式展示各类信息的整合关联，为模拟演练及应急响应提供辅助决策。

关键词：油气管道；智能管道；大数据分析；GIS；三维可视化

 

信息技术在长输管道初期勘查选线、中期建设实施和后期运营管理中已经得到广泛应用，如美国阿拉斯加管道借助信息技术已实现对地震等自然灾害的预警和自动控制。以物联网、云计算、下一代互联网技术为代表的新一轮信息技术革命，为油气管道行业全面向信息化、智能化管理转变提供了技术基础。智能化管道通过将管道及周边区域资料数字化、网络化、可视化，采集、处理管道在规划、设计、施工、运营、维护过程的全生命周期基础地理数据与管道专业数据，结合管道沿线的环境经济信息建设管道数据仓库，为管道建设、运营与完整性管理提供真实可靠的技术数据，达到信息化动态管理的目的。实现管道管理在地理空间上的“无限拉近”和“所见即所得”，“随时随地”掌握、定位、查看、监控管道的各类数据、信息及事件，实现虚拟的“直达和深入基层”，帮助企业解决实际问题[1]。

1  平台建设

2016年开始，西部管道酒泉输油气分公司以云计算、物联网、大数据、GIS和三维可视化等技术为支撑，通过内容综合、形式统一的空间数据库，统一采集存储和管理二维、三维地理信息及长输管道业务三维模型，建设智能化管理平台，实现大场景的二三维一体化管理，以三维可视化的方式展示各类信息的整合关联。

1.1  数据处理

利用大数据存储检索优化技术，定制多类专用数据格式，包括三维设计模型数据、GIS数据、实时传输数据、设备信息等，数据经过转码与解码，在保障数据质量与场景效果的前提下，显著缩小存储空间，提升数据处理整体效率[2]。并采用合理的逻辑组织，分散的物理存储，设计索引、数据操作的优化等技术，实现海量数据的存储检索与优化。

1.2  平台架构

智能化管道管理系统平台架构如图 1所示。

图 1 智能化管道管理系统平台架构

（1）数据库层。提供本地及远程等多种数据连接方式，将外系统数据及现场收集的其他数据进行整合分类，分为空间GIS数据库、静态数据库、动态数据库三类。空间GIS数据库主要包括GIS数据和三维模型数据，静态数据库包含周边社会经济要素等数据，动态数据库包含运行维护数据、生产动态数据等。

（2）平台层。采用全国产化睿-Pipe平台，实现虚拟现实技术、空间GIS技术及模拟仿真技术的有机融合，引擎提供标准对外接口和功能方法调用，同时对应用层提供支撑。

（3）应用层。将整合的各类业务数据分门别类展示，呈现系统全部功能并进行实际操作，查看各类数据的分布情况，并进行统计分析。

1.3  系统部署

采用客户端（C/S）嵌网页（B/S）模式，基于INTERNET/INTRANET的通信基础，以C/S+B/S模式架构。同时采用多逻辑服务器负载均衡，在1台硬件服务器上部署4个逻辑服务器，分别是3D-GIS服务器、数据库服务器、Web服务器、集成应用服务器。

3D-GIS服务器存放地理信息数据、全息场景数据、各种模型数据，并针对存储数据进行分发、控制、同步等管理工作，并提供空间量算等GIS操作功能。

数据库服务器用于安装数据库软件，存放除地理信息数据以外的所有数据，对所存数据进行管理，如生产工艺流程数据、救援资源数据、应急预案数据、外系统集成数据、系统配置数据等，并对所存数据进行同步管理操作。

Web服务器提供Web服务功能及集成其他Web服务器，以Web的形式发布数据、进行数据交互。Web程序操作快捷、方便，集成外系统功能和集成其他服务器功能，能以超链接的形式集成外系统Web服务器，也可以COM组件、网络等形式集成应用服务器、3D-GIS服务器、数据库服务器功能。

集成应用服务器主要负责集成外系统的功能，如油气扩散、火灾及爆炸模型等；集成其他已有信息系统的信息和数据。应用服务器除集成外系统的功能外还可以为灾情评估、灾情推演等应用提供后台支持及计算。

1.4  关键技术

采用地理坐标与虚拟现实坐标的转换匹配技术、虚拟仿真与空间GIS融合技术、大范围三维场景实时渲染优化显示技术、多源信息整合与数据接口标准化等技术[3,4]，实现在不涉密的情况下，管道定位精度及在场景中的真实展现。

2  平台功能特点

2.1  实现数据集中和数字化

将管道本体及附属数据、管道业务数据、应急资源数据整合为统一数据库，在系统里构建与现实走向一致、状态一致的数字化管道，不仅仅是视觉上还原，更重要的是还原管道的各类信息，主要包括空间实体数据、静态数据、动态数据等三大类数据。包括通过焊缝、钢管、弯管等信息，还原管道本体及附属设施；周边地貌、敏感目标、居民等，构建管道周边环境；纳入实时温度、压力、流量等数据，呈现管道运行动态（图 2）。

图 2 管道状态数字化展示

2.2  实现可视化预案管理

将事故灾情、发展进程、救援行动等制作成数字化预案，按照事件的发展过程，将应急措施可视化展示，用于进行预案桌面推演和应急救援培训。同时，将已经发生过的典型事故和应急救援过程，制作成数字化预案的多媒体演示脚本，可以随时在平台查询和演示，改变传统纸质化预案演练模式（图 3）。

图 3 应急预案可视化展示

2.3  实现巡检区域化管理

站场巡检实现巡检点位精确定位和推送，三维可视化标识巡检对象；站内精确定位，巡检历史路线可视化回放；巡检操作精细化，按照提示任务进行拍照、录像等取证过程及巡检结果直接触发线上业务流，可直接向其他协作岗位推送消息或发起视频对讲。线路巡检实现对管道巡线在线人数、实时位置、历史轨迹、计划覆盖情况、计划执行情况等信息进行查询、统计、展示。提高了巡检人员的单兵作战能力；中心站将各分站场、线路巡检综合集中管理，有利于实现区域内所辖站场、阀室设备设施的集中巡检、统一维修、资源共享，提升设备可靠性、全员劳动生产力和员工技能水平。

2.4  实现风险主动管控

利用大数据，将影响管线完整性的各类影响因素（天气、施工、占压、腐蚀、运行压力、地质情况等）综合展现，掌握各类影响因素之间关联规律。通过建立三维信息系统，优化管道管理模式，提高信息传递的效率，宏观可以掌握走向态势，微观可以方便查看焊缝、阀门，将风险管控模式由被动转为主动，将事后处理转变为预防管理，提高了管道安全运行系数。如对第三方施工管理可按照施工状态（未施工、施工中、已完工）分类查询第三方施工分布情况，也可进行专题图统计。

对管道缺陷进行预警分析，通过ERF（预估维修比）指标，将ERF＞1的缺陷筛选维修；对不符合维修标准的缺陷，计算生长速率并持续关注；通过三维场景可视化展示，快速定位和修复需维修缺陷位置。阴极保护管理将测试桩数据在三维场景可视化展示，对测试数据进行纵向和横向统计分析，并展示报警位置，提高保护的有效性。对地质灾害风险点实现一张图管理，将不同种类的风险分类管理。分种类、分等级进行风险统计分析，在三维场景中定位风险点，风险点按等级在场景中分颜色展示 。

2.5  实现资源调配整体优化

利用设备运行监控平台和大数据查询功能，进行应急资源和物资调度、作业维修，提高资源周转能力及管道运力，降低设备故障率，提高工作效率。

3  结论

本文阐述的智能管道建设，是希望管道企业通过智能化管道管理平台，整合海量数据，实现管道的数字化、自动化、智能化管理，做到有效处理，分析，展示。在管道日常业务活动、应急抢险等过程中，能够快速获取管道的基本信息、周边环境、运行参数、风险隐患、应急资源等信息，辅助用户迅速做出决策。

酒泉分公司通过管道智能化管理平台实践，多次在处理管道缺陷风险时，利用系统查看特定范围内的人员、环境、管道附属设施、阴极保护等数据信息，通过系统内置的管道全生命周期数据分析，快速掌握管道的本质安全情况，为预防性维修维护提供依据。结合智能巡检模块，提升管道隐患的处理效率，在应急演练时预先在三维可视化场景中模拟灾害并进行事故推演，更加直观看到事故的整体态势和影响范围。

后期，智能化管道管理平台可延伸业务管理功能，加强分公司决策分析支持能力及基层核心业务过程管理，在分公司层实现管道等级划分，管道健康评价；在基层实现业务事件可追溯，工作任务可推送；结合移动端功能及大数据分析技术，依据不断累积的数据，逐步实现自动分析识别、主动预警预防。通过接入管道内检测数据和运行监测数据，结合数据分析模型，实现对管道非结构化数据的深入分析，查找管理短板，提升管理能力，对今后管网实施智慧化管理起到一定的作用。在基础数据应用、事件处置效率、应急响应速度、运行管理手段、本体业务管理、综合分析能力等方面实现“六提高”，成为企业管理的有力抓手，保障管道安全、平稳、可靠、绿色运行。

 

参考文献：

[1]刘坤梅.大数据时代下的数据可视化研究[D].保定：河北大学，2014．

[2]郑佳佳.大数据信息显示界面交互设计研究 [D].南京：东南大学，2015．

[3]曾悠.大数据时代背景下的数据可视化概念研究[D].杭州：浙江大学，2014．

[4]陈怀松，罗昌印.大数据可视化分析[J].计算机教育，2018(5)：194-197.

 

作者简介：杨永和， 博士，现任国家管网集团西部管道有限责任公司兰州输气分公司经理，曾任国家管网集团西部管道有限责任公司酒泉输油气分公司经理，从事管道行业工作近30年。联系方式：18999809871。