長輸管道施工遠(yuǎn)程可視化管理系統(tǒng)

厲宇等

[摘 要] 長輸石油天然氣管道是國家能源大動脈，其快速可靠建設(shè)關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)的成長。長輸管道工程通常具有地域分布廣，沿線地質(zhì)情況復(fù)雜，山區(qū)溝壑縱橫，江河水網(wǎng)密布，公路、鐵路、河流“三穿”工程量大，施工管理困難的特點(diǎn)。以西氣東輸二線工程為例，該工程西起新疆的霍爾果斯口岸，與境外的中亞管道相連，南至廣州，東到上海，全長9 102千米，橫貫14個(gè)?。▍^(qū)）市，由1干8支組成。如此龐大的工程，對各類工程信息的收集整理工作非常艱巨，管理也非常困難，需要采用視頻監(jiān)控、視頻調(diào)度、視頻會議等可視化管理方式實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場信息的直觀獲取與工程指揮，而傳統(tǒng)可視化管理方式的實(shí)現(xiàn)需要架設(shè)相應(yīng)通信與視頻傳輸線路，難以滿足流動性極強(qiáng)的管道工程現(xiàn)場應(yīng)用需求。本文探討了采用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信與WiFi通信等方式實(shí)現(xiàn)管道可視化管理信息的無線傳輸，解決由于管道工程現(xiàn)場流動性強(qiáng)而造成的管理難度大的問題，對于提高管道生產(chǎn)的進(jìn)度管理、質(zhì)量管理與安全管理水平具有重要意義。

[關(guān)鍵詞] 管道施工；管理；可視化；視頻會議；視頻監(jiān)控；視頻調(diào)度；衛(wèi)星通信；GPRS通信；WiFi通信

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 10. 019

[中圖分類號] F272.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）10- 0031- 03

中國石油天然氣管道局（簡稱管道局）是國內(nèi)的主要管道施工企業(yè)，年陸上大口徑管道施工能力6 000千米，承擔(dān)了國內(nèi)大部分的石油與天然氣管道施工業(yè)務(wù)，尤其是“十二五”期間，中石油還將建設(shè)管道40 000千米，管道工程建設(shè)與管理任務(wù)非常艱巨，利用現(xiàn)代化的通信手段與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，搭建一套能同時(shí)具備視頻監(jiān)控、視頻調(diào)度與視頻會議一體化功能的管道施工遠(yuǎn)程可視化管理系統(tǒng)，使其相較傳統(tǒng)管道工程管理更加形象化、直觀化，為管道施工管理提供技術(shù)與平臺支持。

1 問題分析

管道工程主要分為相對固定管道工程與線路管道工程。

固定工程（盾構(gòu)、穿越、場站）生產(chǎn)管理目前主要存在以下問題：

（1）施工難度大，大型穿越、盾構(gòu)工程經(jīng)常面臨各種重大技術(shù)難題，一些難題嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度，需要相關(guān)技術(shù)專家進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)助以解決問題。

（2）工程安全管理壓力較大，例如盾構(gòu)工程容易發(fā)生透水、觸電等重大安全事故，需要對現(xiàn)場的生產(chǎn)場景進(jìn)行不間斷視頻記錄，通過視頻記錄來尋找和調(diào)查事故原因，追究相關(guān)責(zé)任，最終實(shí)現(xiàn)規(guī)范現(xiàn)場生產(chǎn)流程與操作，杜絕和減少施工事故的目的。

線路工程的生產(chǎn)管理主要存在以下問題：

管道工程現(xiàn)場地域分布廣，單個(gè)施工機(jī)組分布在幾千米至幾十千米的作業(yè)范圍內(nèi)，且施工地點(diǎn)隨工程進(jìn)度的變化而變化，流動性極強(qiáng)，難于實(shí)現(xiàn)集中管理與信息獲取和傳輸。

管道工程的施工質(zhì)量要求極高，天然氣管道運(yùn)行過程中需要維持6～10MPa壓力，如此高的管道壓力，對施工工程中的運(yùn)輸、開挖、焊接、下管等多個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量都有極高的要求，需要保存各種竣工資料，尤其是帶有GIS屬性的圖片信息，用于對現(xiàn)場完成的工程量信息進(jìn)行確認(rèn)，并對管道施工完成后出現(xiàn)的工程質(zhì)量問題提供追責(zé)依據(jù)。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)按照管道施工機(jī)組類型進(jìn)行分類，劃分為固定機(jī)組可視化工程管理系統(tǒng)與移動機(jī)組可視化管理系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用條件簡介如表1所示。

3 系統(tǒng)功能及原理

3.1 固定工程可視化管理系統(tǒng)功能及原理

3.1.1 固定工程可視化管理系統(tǒng)功能

固定工程可視化管理系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)對工程現(xiàn)場的視頻監(jiān)控，管理部門對現(xiàn)場的可視化管理調(diào)度以及現(xiàn)場與后方專家的遠(yuǎn)程視頻會議等功能。

視頻監(jiān)控功能主要是對固定工程現(xiàn)場的主要施工區(qū)、監(jiān)控機(jī)房、生活區(qū)進(jìn)行不間斷視頻監(jiān)控，并將視頻信息進(jìn)行定期存儲。視頻監(jiān)控信息除本地監(jiān)控室可以進(jìn)行瀏覽，也可以通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心服務(wù)器，由監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行媒體轉(zhuǎn)發(fā)，這樣就實(shí)現(xiàn)了后方各級管理人員對工程現(xiàn)場視頻監(jiān)控信息的遠(yuǎn)程瀏覽。

可視化調(diào)度功能是后方管理部門通過安裝在電腦上的終端軟件或IP可視電話與安裝于工程現(xiàn)場的IP可視電話實(shí)現(xiàn)雙向視頻通話，變過去的語音調(diào)度為可視調(diào)度，為各級管理部門實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場的視頻溝通建立了良好的通信鏈路。

現(xiàn)場與后方專家的遠(yuǎn)程視頻會議功能，系統(tǒng)可支持最多達(dá)10方的視頻會議，會議各方可在同一畫面中共享所有會議參與者的視頻信息，會議過程中，還可同時(shí)引入視頻監(jiān)控畫面，為會議各方專家及時(shí)了解現(xiàn)場技術(shù)問題提供有力支持。

3.1.2 固定工程可視化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

如圖1所示，固定工程可視化管理系統(tǒng)分為可視化中心平臺與可視化終端兩大部分：可視化中心平臺主要裝有交換機(jī)，視頻監(jiān)控服務(wù)器，視頻調(diào)度、會議、監(jiān)控集成服務(wù)器；可視化終端具有IP可視電話、安裝于PC機(jī)的終端軟件、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以及視頻存儲設(shè)備等多種類型。

中心交換機(jī)：用于實(shí)現(xiàn)中心服務(wù)器與外部可視終端的互聯(lián)。

視頻監(jiān)控服務(wù)器：用于實(shí)現(xiàn)對所有視頻監(jiān)控信息的綜合管理，同時(shí)向各級訪問客戶端轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場返回的視頻監(jiān)控信息。

視頻調(diào)度、會議、監(jiān)控集成服務(wù)器：用于實(shí)現(xiàn)IP可視電話、PC機(jī)可視化軟終端之間的可視通話以及視頻會議系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相互融合。

3.1.3 固定工程可視化管理系統(tǒng)通信解決方案

如圖2所示，工程現(xiàn)場與中心平臺之間的通信連接采用寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)予以實(shí)現(xiàn)。寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的使用需要在工程現(xiàn)場布設(shè)衛(wèi)星小站，衛(wèi)星小站設(shè)備少，布設(shè)使用非常方便，可以提供雙向共2.5M通信帶寬，能夠滿足系統(tǒng)的視頻會議、視頻監(jiān)控信息的傳輸要求?，F(xiàn)場信息經(jīng)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)后，在中石油衛(wèi)星通信主站落地，現(xiàn)有衛(wèi)星通信主站與中石油廣域網(wǎng)相連，如此實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場衛(wèi)星小站與監(jiān)控中心及后方管理終端的網(wǎng)絡(luò)連接。

工程現(xiàn)場可視化管理終端與衛(wèi)星小站之間的通信連接采用WiFi網(wǎng)絡(luò)予以實(shí)現(xiàn)，在施工現(xiàn)場架設(shè)WI-FI通信基站，即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、PC型可視客戶端以及內(nèi)置WI-FI通信網(wǎng)卡的IP可視電話之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

3.2 線路工程可視化管理系統(tǒng)功能及原理

3.2.1 線路工程可視化管理系統(tǒng)功能

線路工程可視化管理系統(tǒng)用于將現(xiàn)場竣工驗(yàn)收的工程進(jìn)行圖片抓拍，并將圖片信息、抓拍時(shí)間信息，抓拍圖片現(xiàn)場的GPS坐標(biāo)一同回傳至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心將該類圖片進(jìn)行存儲與處理，即獲取了施工現(xiàn)場各項(xiàng)工程的直觀化、可視化竣工資料，如現(xiàn)場施工的土石方量是否按上報(bào)數(shù)據(jù)完成等，管理人員可通過圖片信息進(jìn)行適當(dāng)評估，管道焊接、防腐作業(yè)完成后是否有破損點(diǎn)等，這些為工程驗(yàn)收、工程進(jìn)度掌控、工程質(zhì)量掌控提供了必要依據(jù)。

3.2.2 線路工程可視化管理系統(tǒng)原理

線路工程可視化管理系統(tǒng)分為現(xiàn)場智能終端、后臺服務(wù)器與客戶端軟件3大部分。現(xiàn)場智能終端由現(xiàn)場監(jiān)理與工程驗(yàn)收人員進(jìn)行操作，終端具備圖像抓拍功能，可將現(xiàn)場進(jìn)行驗(yàn)收的工程拍攝圖像，同時(shí)獲取拍攝的時(shí)間與拍攝地點(diǎn)的GPS坐標(biāo)，抓拍完成后，操作人員輸入操作者的姓名、編號，點(diǎn)擊發(fā)送，即可將所有信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，數(shù)據(jù)中心對收錄信息進(jìn)行綜合處理與存儲后，后方管理人員就可以采用客戶端軟件，通過公共網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)器中的工程圖像信息、工程驗(yàn)收時(shí)間、工程竣工地點(diǎn)進(jìn)行瀏覽。

系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為傳輸通路，是因?yàn)镚PRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，目前已基本覆蓋了全國區(qū)域，GPRS網(wǎng)絡(luò)的高覆蓋度使其能夠充分滿足移動機(jī)組分布位置廣、流動性強(qiáng)的管理需求，另外采用GPRS網(wǎng)絡(luò)的智能終端只有手機(jī)大小，體積小、重量輕，可隨身攜帶使用，適合于野外工程現(xiàn)場應(yīng)用。

4 總 結(jié)

長輸油氣管道建設(shè)工程是關(guān)系到國際民生的重要工程，建設(shè)過程中，各級管理部門實(shí)現(xiàn)對一線施工現(xiàn)場的直觀、準(zhǔn)確掌控是保證施工進(jìn)度、施工質(zhì)量以及施工安全的重要步驟。隨著我國目前各類通信網(wǎng)絡(luò)的迅速建設(shè)與計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的推廣應(yīng)用，管道施工企業(yè)的全面信息化擁有了良好的技術(shù)與平臺支持，也必將推動管道施工企業(yè)向著更加正規(guī)化、專業(yè)化的方向發(fā)展。