王巨洪

国家管网集团北方管道公司

 

摘要：油气管道覆盖地域广，受外界因素影响较大，一旦发生火灾、爆炸等事故，将危及管道周边公共安全。应用多源感知技术等智能手段为全面即时感知管道异常事件提供了技术支撑。介绍了多源感知技术应用现状，通过多源数据融合应用分析，提出了多源感知技术综合应用建议。

关键词：多源感知技术；多源数据融合应用；油气管道

 

油气管道是国家重要的能源战略基础设施，随着管道建设快速发展和外部环境的变化，安全管理难度与日俱增。中俄东线作为智能管道建设试点，开展实时泛在感知能力建设，应用多源感知技术全面提升风险预测及安全管控水平，保障管道本质安全和绿色发展。本文在介绍多源感知技术应用现状基础上，提出综合应用建议。

1  多源感知技术国内外应用现状

1.1  卫星监测技术[1]

（1）星载InSAR（合成孔径雷达干涉测量）技术。InSAR技术最早始于20世纪60年代，21世纪初国外开始用其对管道沿线地表变形与管道基础设施进行监测，均取得较好效果。我国应用研究起步较晚，近10年取得较大进展，在国土、公路、铁路等领域开展地表变形监测，油气管道行业还处在理论研究和技术探索阶段。

（2）光学卫星影像。20世纪80年代中期到21世纪，国际光学卫星影像经历了从胶片返回向光电传输、敏捷型高分辨率侦测一体式光学卫星发展历程。美国利用卫星影像结合地球化学资料实现了油气藏探查。我国卫星技术始于1970年，目前形成了资源系列、高分系列、环境/实践系列、小卫星系列、气象系列、海洋系列等卫星技术，并应用遥感卫星技术进行管道设计选线及辅助管道日常管理。

受重访周期和资费影响，这两种技术一般用于大范围地灾普查、周期性地貌及周边环境变化分析等，不能对管道进行实时监测。

1.2  无人机巡护技术[2]

近年来，随着无人机技术、通信技术和人工智能技术的发展，无人机所具有的长距离、即时传输、即时识别报警等优势，在长输油气管道巡护业务中得到体现。目前由于受空域禁飞和续航能力限制，无人机巡护还不能做到全天候实时监测管道。

1.3  视频智能识别技术[3]

随着人工智能技术发展，目前采用视频智能识别技术的第三代工业电视监控系统已用于现场管理。受摄像头照射距离和数据传输影响，视频智能识别技术无法对管道全覆盖监视。

1.4  GNSS地表位移监测技术[4]

GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）技术在20世纪中叶得以研究发展，1994年美国建成GPS系统，1996年俄罗斯建成GLONASS系统，目前中国部署完成BDS3系统。早期专业型GNSS监测设备成本昂贵，仅在兰成渝管道开展科学研究。随着高精度、小型化、千元级GNSS监测设备研制成功，已广泛用于兰郑长管道和中俄东线管道滑坡、土体崩塌等易发生地质灾害管段的监测。

1.5  振弦式应力应变监测技术[4]

20世纪30年代，振弦式应变计在国外问世。20世纪70年代，我国大坝、桥梁、公路等土木工程中得以应用。近年来，随着高强钢管道里程不断增加，途经地质灾害区越来越多，该技术广泛应用于管道本体监测上。

1.6  雨量监测技术

雨量计用来测量降水量、降水强度、降水起始时间等数据。2000年左右开始用于油气管道沿线地质灾害监测预警中，目前常用的是翻斗式雨量计。一般用于滑坡、土体崩塌等易发生地质灾害管段。

1.7  智能阴保监控技术[5]

意大利SNAM公司在其所辖32 625 km天然气管道上安装17 000个智能电位采集仪，通过Wireless传至PEGASO系统统计分析数据。国内智能电位采集仪最早出现在2005年，主要用于技术理论研究和现场试验。目前已在中俄东线及新建管道全面应用。阴极保护远程监控系统由现场感知设备和后台分析软件组成，一般3 km～5 km设置一个智能电位采集仪（智能桩）。

1.8  光纤监测预警技术

（1）光纤振动监测预警技术[6]。2007年，英国OptaSense公司开始研发DAS（Distributed fiber Acoustic Sensing，分布式光纤声波传感）系统，并进行世界上首次管道泄漏检测。国内相关单位相继开展DAS科研攻关和应用，利用同沟敷设的通信光缆，可实现对管道全方位实时泛在感知监测。如管道公司（津华线）、上海波汇公司（日照管道）、管道局通信公司（中俄东线北段和中段）。

（2）光纤应变监测预警技术[4]。2002年，瑞士Omnisens公司在柏林盐水管道开始应用，取得较好效果。2019年，国内引进该技术在港枣线煤矿采空区开展研究。采取单独敷设紧固式光缆，对需要监测的管段（如地震断裂带、软土地基等处）进行实时监测。2020年在中俄东线中段地震断裂带及中石化重庆武陵山管道现场应用。

（3）光纤测温监测预警技术[7]。2019年，国内引进该技术在中俄东线北段高后果区现场试用，2020年在中俄东线中段、南段现场应用。利用同沟敷设通信光缆，对人口密集型高后果区、地势起伏地段管段实时监测。

2  多源感知技术综合应用探讨

2.1  多源数据融合应用示例

近年来，随着智能管道建设的推进，很多院校、科研机构及应用单位探索对多源数据的融合应用[8]，取得了一些成绩。

示例一，视频智能识别技术和光纤振动监测预警技术联动（图 1）。

图 1 视频智能监控和光纤振动报警联动

示例二，某管道途经地震断裂带，应用光纤振动监测预警、光纤应变监测预警、光纤测温监测预警、管体应力应变监测、地表位移监测、视频智能监控等多源感知技术。2022年8月14日和8月18日，受暴雨影响，管道上方冲出深沟，数据传输桩体倾斜，技术监测数据变化如图2—4所示。

图 2 GNSS数据变化曲线

图 3 光纤测温监测数据变化

图 4 光纤应变监测数据变化

分析监测结果表明，GNSS地表位移监测数据显示Z方向（竖向）有正向变化，与现场冲沟实际不符，经现场确认后是树木遮挡天线影响数据传输所致。管体应力监测数据在4 MPa～20 MPa间变化，没有达到报警阈值。光纤测温监测数据显示降雨地表水渗透到管体，导致温度上升，降雨结束后短时间内温度逐渐恢复，达到报警值（≥5℃）并报警。光纤应变监测数据显示微应变约100，没有达到报警阈值。以上多源感知技术监测数据通过各自系统采集上传，对管道现场的同一异常事件或隐患给出了不同级别的响应，给管理者决策带来困惑。

2.2  提升建议

受数据传输链路、报警阈值、报警机理等因素影响，在相对复杂、多源感知技术应用较集中的情况下，对管道安全监测的作用还有待于提升。为此提出以下建议。

（1）深化应用。比如光纤测温监测技术，需要根据管道及周边环境温度变化规律对温度报警阈值进行精细化设置。光纤应变监测和管道本体应力监测之间的逻辑关联关系需要深入研究。

（2）构建基于多源数据融合的油气管道安全监测技术，数据互为佐证，为高效提出管理决策提供技术支撑。

（3）构建空、天、地一体化油气管道智能巡检服务体系，形成遥感卫星环境感知、光纤实时泛在感知、无人机现场巡查、重点区域物联监控、人员协同作业等全方位服务能力。

3  结束语

多源感知技术的应用，为保障油气管道安全运行发挥了积极作用。一是管道全线阴极保护系统实现远程自动监控，数据及时、准确。二是管道重点区域实现光纤预警监测、地质灾害监测，及时遏制危及管道事件发生。三是初步实现多源数据有效融合应用，提升数据挖掘价值。随着油气管网数字基建更加完善，充分利用已建和新建智能感知系统，将提升管道的综合感知技术水平，实现管道全生命周期综合信息的互联共享，大数据分析能力将得以充分释放，管网的全方位感知、综合性预判、一体化管控、自适应优化能力也将得到更大提升。

 

参考文献：

[1]朱建军，李志伟，胡俊.InSAR变形监测方法与研究进展[J].测绘学报，2017，46(10)：1717-1733.

[2]马云宾，董红军，孙万磊，张洪，王春清.新冠肺炎疫情下管道线路智能感知技术的思考与探索[J]. 油气储运，2020，39(12)：586-592.

[3]姜有文，王巨洪，赵云峰，王路，王宁峰，叶莫西，刘振斌.油气管道智能视频监控技术原理与实现[J]. 油气储运，2020，39(12)：593-599.

[4]王婷，刘阳，王巨洪，刘建平，陈健，王新，荆宏远.中俄东线地质灾害监测技术应用与建议[J].油气储运，2020，39(12)：429-434.

[5]王巨洪，姜有文，腾延平.中俄东线阴极保护远程监控系统建设实践[J].油气储运，2020，39(12)：580-585.

[6]蔡永军，杨士梅，李妍，任恺，蔡文超，赵迎波，白路遥.基于光纤传感的管道线路复杂状态监测技术[J].油气储运，2020，39(4)：434-440.

[7]王新，王巨洪，王中华，周琰，王婷，智月荣，邵翰林.分布式光纤测温技术在中俄东线天然气管道的可行性[J].油气储运，2020，39(12)：507-511.

[8]王巨洪，张世斌，王新，李荣光，王婷.中俄东线智能管道数据可视化探索与实践[J].油气储运，2020，39(12)：558-564.

作者简介：王巨洪，高级工程师，1992年本科毕业于沈阳农业大学建筑与环境工程专业，现主要从事管道工程建设、管道管理、管道维抢修及智能管道建设方向的研究工作。联系方式：0316-2170017，wangjh@pipechina.com.cn。