田磊

国家管网集团华南公司

摘要：以某输油部为试点，综合运用“天基”卫星、“空基”无人机、“地基”光纤和视频AI监测等技术，采集多源时空数据，在数据对齐、数据挖掘和综合分析的基础上，对地灾、第三方施工等危害因素进行全天候动态监测和预警，构建了“天空地”防护巡一体化体系，推动公共安全治理模式从被动防护向事前预防转型。

关键词：“天空地”防护巡；全天候；多源时空数据；一体化管理

华南公司是目前国内最大的成品油管道储运企业，建设运营着近6000千米成品油管道，途经广东、广西、贵州、云南、四川和重庆，既经过山高谷深、地质灾害频发的西南地区，也经过经济发达、第三方施工频发的珠三角地区，穿越1913条河流，管道安全管理风险高。为了保障管道外部安全、降低公共安全风险，华南公司以川渝输油部为试点，综合运用卫星遥感、无人机、AI 摄像头等天空地技术，采集多源时空数据，基于数据挖掘、融合和综合分析等关键技术，对地灾、第三方施工、阴保等类危害因素进行全天候动态监测和预警，实现了 “空天地”防护巡一体化（图 1）。

图 1 天空地防护巡一体化体系架构

1  天基防护技术

1.1  InSAR技术

利用 InSAR 卫星技术可对管道沿线进行大范围地质风险筛查，快速获取目标区域的地形、地貌以及表面的微小变化，通过采集管道沿线区域多个时期的 SAR 图像并进行干涉分析，计算出地面沉降和地表形变的速率，生成形变速率专题图，从而划分出高、中、低不同的风险区域。

1.2  光学遥感卫星影像

利用高分辨率卫星影像数据，采用自动提取技术，结合卷积神经网络，并基于缓冲区分析、线性参考等技术，可自动提取管道高后果区范围的建筑物、运动场、水源等目标，并自动划定边界，实现长度、范围、类型及数量等的定量识别。还可识别管道周边高压输电线路、地铁、高铁等杂散电流干扰源的位置及分布。

2  空基巡护技术

2.1  无人机

针对常用无人机续航短，管道威胁事件识别时效性差、漏检率高等缺点，采用无人机加机库实现高后果区等重点部位的24小时全天候自主巡检。运用边缘计算，集成神经网络、运动恢复结构等算法进行异常目标识别和定位，可实时、精准识别管道威胁事件及行为（打孔盗油、第三方施工、占压、地灾等），准确率超过90%。

无人机搭载高清摄像设备对悬索跨、桥梁、杆塔等复杂设施进行三维立体巡检，可有效覆盖人员难以巡检的远端和下端部位，进行周期性变形变化检测，通过智能分析和建模，自动识别设施损坏、错位等异常部件，改善人工巡检风险高、效率低等问题。

2.2  无人机与天基技术融合

将高分辨率遥感与无人机巡检影像结合，通过拼图算法，构建管道带状走廊高精度二维正射影像模型（DOM），通过管道附属设施、腐蚀干扰源、高后果区等多维数据叠加，进一步生产能自动定义分辨率的、带地理坐标和管道周边特征信息的高清 GIS 地图，实现各专业管理的数据共享和统一。

将INSAR和无人机采集的影像相结合，经过图像校正、配准、去除畸变等处理，可获得准确的三维点云地理信息，模拟出现场地形地貌模型，精度达到厘米级。配合 GIS平台可对模型进行高度、长度、面积测量，通过不同时间的分析测量，判断是否发生地表沉降、地表变形或位移，并对灾害风险点进行标记。

2.3  无人机与地基技术融合

通过无人机搭载 Mesh 自组网可覆盖10千米以上的区域，为各类各级应急响应提供数据、语音和视频的通信网络支撑。无人机空中系统依靠无人机地面系统供电完成长时间飞行作业，并将无人机携带的 Mesh 自组网的数据通过光纤回传到地面。

3  地基防护技术

3.1  光纤技术

（1）光栅阵列应变监测。使用光栅阵列可实时监测管道的应力变化，通过软件对管道的整体应力分布进行拟合，形成管道应力场分布，整体判断管道的受力状态。

（2）分布式光纤振动。利用与管道同沟敷设的通信光缆作为伴随传感介质，感知管道沿线的振动信息，对管道沿线第三方施工、打孔盗油等危害管道事件进行智能识别、定位和报警。可结合加密巡检、添加摄像头等，加强风险管段的重点关注，实现管道分时分段配置报警的精准布控，有效预警。

（3）光缆运维管理系统。面对光缆位置不清、光缆浅埋、偏移等问题，综合运用光缆在线监测仪、光缆巡线定位仪、光缆识别仪、光缆夹钳等光纤监测和定位技术，摸清光缆底数。开发光缆运维管理系统，将多种光缆监检测数据与日常光缆管理数据和管道风险进行数据对齐，实现光缆资源数据的可视化和数字化。打通IMS系统、光缆运维系统、第三方视频监控、无人机巡检平台间的通道，实现与管道光缆预警的联动处置。通过智能视频、光纤振动、人工巡检等上报异常报警信息，利用智能机库远程控制无人机前往事发地点，对现场监测和影像实时分析，精准定位隐患位置，将信息发送到相关人员移动终端，形成管道风险隐患闭环处置流程。

3.2  智能摄像头

在人口密集型高后果区、打孔盗油易发区安装智能摄像头，自动识别出威胁事件及不安全行为。智能摄像头可与分布式光纤振动结合，自动转向报警发生方向，实时回传现场视频数据。对可疑事件形成视频告警数据，回传到后端智能监管平台，确保管理人员及时处置。

3.3  “简单棒”地灾监测技术

针对西南管道地灾风险特点，开发了“简单棒”监测系统，用于监测土壤水分、孔隙水压力、倾斜角、位移以及温度。对于高填方边坡与松散碎石地基，布设静力水准仪监测地面沉降变化。在特殊位置布设监控视频设备，利用全方位云台实现对施工现场及人员多维度监视并监控管道边坡水位线。 综合应用“简单棒”、静力水准仪和视频监控，实现对重大管道滑坡灾害多层次、多角度、多维度的全天候监测。

3.4  应急通信（网)

应急通信（网）通过Mesh自组网和卫星便携站组成的应急通信保障系统，解决信息孤岛和偏远地区作业的通信保障。基于卫星通信配置卫星便携站通过亚太6D卫星在指定区域建立现场通信网络，作为指挥中心网络的延伸。在指定区域内配置Mesh自组网，同时配备卫星电话作为通信的补充。装备了Mesh自组网设备的人员和车辆之间可以直接进行通信。

4  应用成效

自今年5月应用以来，产生报警信息255条，结合现场核实不断修正算法，总体的报警准确率从40%提升至97%。成功预警突发第三方施工行为10次，成功监测3段管道严重地面沉降（图 2）。根据风险预警结果，制定11项重点业务管理看板。结合IMS系统动态调整最优巡查时间、巡护关键点，优化不同时段巡护任务414个，累计设置60 049处关键点（远高于集团每公里2个关键点的要求），确保风险点巡护到位。总结形成了风险管控技术矩阵表（图 3），聚焦4类管道、18种风险，制定了“天基”卫星、“空基”无人机、“地基”光纤、视频AI监测等9项技术的使用规程，编制天空地防护巡一体化技术体系标准。

图 2 识别出的地灾风险点

图 3 空地防护巡一体化风险管控技术矩阵

5  结语

华南公司“天空地”一体化管理模式，实现了油气管道威胁事件识别的各项可靠技术的融合，突破了“1+1=2”的限制，形成了可推广应用的管道风险技术矩阵和天空地防护巡一体化技术体系标准等实践成果。

目前在管道隧道区、河流穿越段等，还存在数据底数难以摸清或未及时更新等问题，还需要加强数据治理、数据对齐和数据挖掘工作，弄清管道的薄弱环节，从而精准施策，对不同风险管段采取针对性的风险防控措施。同时要加大数据样本训练，算法迭代优化，实现更精准的威胁事件识别和定位等预警，确保天空地防护巡一体化工作的经济性、可靠性。

作者简介：田磊，1981年生，现任国家管网集团华南公司副总经理、安全总监。研究方向为油气储运、管道完整性管理。