油氣長(zhǎng)輸管道智能化施工管理

于洋　車榮杰

摘 要：本文首先介紹了利用RFID技術(shù)進(jìn)行智能化物資管理及施工管理的方法。針對(duì)半自動(dòng)焊機(jī)焊接質(zhì)量無(wú)法有效監(jiān)控的問(wèn)題，本文介紹了一種焊機(jī)數(shù)據(jù)采集方案。針對(duì)隧道施工危險(xiǎn)系數(shù)高的特點(diǎn)，本文闡述了一種隧道人員定位系統(tǒng)。所有功能最終都通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與管理，這些技術(shù)對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)的智能化管理具有重要意義。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別技術(shù);物資管理;焊機(jī)數(shù)據(jù)采集;隧道人員定位;物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

1 引言

目前油氣長(zhǎng)輸管道工程中普遍存在場(chǎng)站、人員較為分散的特點(diǎn)，施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)監(jiān)督管理力度不足等問(wèn)題，使建設(shè)工程存在大量安全隱患。焊接設(shè)備的地理位置隨著施工進(jìn)程不斷改變，工程管理者難以及時(shí)掌握和有效管理焊接設(shè)備異地的工作情況。將焊接數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，可以有效監(jiān)管焊接質(zhì)量和施工過(guò)程。此外，在長(zhǎng)輸管道的隧道施工過(guò)程中，由于施工環(huán)境惡劣，工種危險(xiǎn)系數(shù)高，使隧道施工單位面臨巨大的管理困難。對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行智能化管理，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程中遺留的安全隱患，實(shí)現(xiàn)油氣長(zhǎng)輸管道的可持續(xù)發(fā)展。

2 基于RFID原理的倉(cāng)儲(chǔ)材料及設(shè)備管理

RFID（Radio Frequency Identification）主要功能在于識(shí)別及流向追蹤。RFID是一種非接觸式識(shí)別系統(tǒng)，由標(biāo)簽、讀寫器及應(yīng)用支撐軟件等3部分組成。RFID較其他技術(shù)明顯的優(yōu)點(diǎn)是電子標(biāo)簽和讀寫器無(wú)需接觸便可完成識(shí)別。它改變了條形碼依靠一維或二維幾何圖案來(lái)提供信息的方式，通過(guò)芯片來(lái)提供存儲(chǔ)在其中的數(shù)量巨大的信息。

基于RFID技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)管理模式可以通過(guò)對(duì)物資的電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描的方式去完成入庫(kù)過(guò)程。讀寫器可以安裝在物資入庫(kù)處，以實(shí)現(xiàn)物資的自動(dòng)掃描，同時(shí)也可以利用專門人員逐一的對(duì)物資進(jìn)行掃描。這一掃描方式具有時(shí)間短效率高的特點(diǎn)。掃描完成后的物資信息還可以直接被記錄到RFID標(biāo)簽當(dāng)中，以備有關(guān)人員隨時(shí)對(duì)信息進(jìn)行提取和查找。

由于建設(shè)工程中施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，且時(shí)常有不可預(yù)見(jiàn)狀況發(fā)生，因此，若能充分掌握工地中機(jī)具及設(shè)備的位置，則能控制調(diào)度整體施工作業(yè)節(jié)拍并可提高生產(chǎn)力效率。RFID技術(shù)追蹤施工工地的機(jī)具及設(shè)備，因其可讀取范圍及距離，主要利用主動(dòng)式標(biāo)簽追蹤工地內(nèi)的機(jī)具設(shè)備。針對(duì)國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)所作的研究結(jié)果顯示，應(yīng)用RFID導(dǎo)入追蹤工具的企業(yè)，其員工找尋工具所耗費(fèi)的時(shí)間較傳統(tǒng)方法約節(jié)省40%。

3 半自動(dòng)焊機(jī)數(shù)據(jù)采集方案

目前在水網(wǎng)地區(qū)的油氣管線焊接中多使用半自動(dòng)焊機(jī)，大多數(shù)半自動(dòng)焊機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)焊機(jī)數(shù)據(jù)的在線采集，通過(guò)在半自動(dòng)焊機(jī)中內(nèi)置數(shù)據(jù)采集模板的方式，可以改善這種情況。數(shù)據(jù)采集板（含移動(dòng)Sim卡一張）從半自動(dòng)焊機(jī)內(nèi)各傳感器提取信號(hào)，通過(guò)嵌入式軟件采集并存儲(chǔ)半自動(dòng)焊機(jī)工作數(shù)據(jù)（焊接電流、焊接電壓、送絲速度、層間溫度、焊接角度等）和位置信息;數(shù)據(jù)采集板內(nèi)集成WiFi模塊和藍(lán)牙模塊，以備數(shù)據(jù)上傳至移動(dòng)終端使用。通過(guò)無(wú)線掃碼器可將焊口及焊接人員信息傳至數(shù)據(jù)采集模板，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸一化管理，模板構(gòu)成見(jiàn)圖1。

4 半自動(dòng)焊機(jī)數(shù)據(jù)傳輸移動(dòng)端開(kāi)發(fā)

對(duì)于數(shù)據(jù)采集板中存放的焊接數(shù)據(jù)，最便捷的方式是通過(guò)無(wú)線通信方式直接傳遞至現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)端進(jìn)行顯示校驗(yàn)。首先將WiFi模塊配置成AP模式產(chǎn)生一個(gè)局域網(wǎng)，將移動(dòng)端和數(shù)據(jù)采集板分別連接此局域網(wǎng)。每個(gè)設(shè)備連接時(shí)WiFi模塊會(huì)依次分配IP地址，由此可以得到數(shù)據(jù)采集板的IP地址。在移動(dòng)端應(yīng)用程序中創(chuàng)建一個(gè)套接字并為它綁定數(shù)據(jù)采集板的IP地址和端口，當(dāng)數(shù)據(jù)采集板的端口處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)時(shí)可以通過(guò)IP地址找到采集板，并通過(guò)端口進(jìn)行兩個(gè)設(shè)備的TCP連接，完成TCP連接后就可以進(jìn)行設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。

在移動(dòng)端和數(shù)據(jù)采集板的數(shù)據(jù)傳輸上，采用Modbus TCP協(xié)議。在移動(dòng)端將對(duì)應(yīng)的指令按照協(xié)議的要求進(jìn)行打包并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集板，采集板得到指令包后進(jìn)行解包并提取指令進(jìn)行執(zhí)行，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)打包發(fā)送回移動(dòng)端。

5 隧道人員定位系統(tǒng)

油氣長(zhǎng)輸管道隧道工程的管理涉及方面眾多，安全管理和工效管理是隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的重中之重。隧道施工面臨著施工環(huán)境惡劣復(fù)雜、保障條件差、多工種、人機(jī)混合等風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)在隧道頂部架設(shè)AP，作業(yè)人員攜帶定位標(biāo)簽的方式建立隧道人員定位系統(tǒng)，結(jié)合隧道入口的人臉識(shí)別系統(tǒng)等，在任何時(shí)刻任意位置，定位基站都可以感應(yīng)到信號(hào)，并上傳至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心，得出人員ID、位置、具體時(shí)間等有效信息。

目前隧道工程上常用的定位技術(shù)有以下幾種，比較如下：

綜合以上三種現(xiàn)有定位技術(shù)，RFID技術(shù)目前不適合精準(zhǔn)定位;UWB定位精度高，在成本逐步降低的情況下在隧道定位系統(tǒng)中可以優(yōu)先考慮。

6 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的油氣長(zhǎng)輸管道數(shù)據(jù)采集

油氣長(zhǎng)輸管道施工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的過(guò)程數(shù)據(jù)、施工影像、施工環(huán)境參數(shù)等。如何將這部分施工數(shù)據(jù)采集完整，并自動(dòng)上傳，是進(jìn)行油氣長(zhǎng)輸管道智能化施工管理的前提條件。通過(guò)焊機(jī)數(shù)據(jù)采集板、RFID讀寫器、施工管理助手、現(xiàn)場(chǎng)攝像、人臉識(shí)別系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)焊機(jī)數(shù)據(jù)信息、機(jī)具設(shè)備信息、施工人員信息、環(huán)境參數(shù)等信息進(jìn)行在線采集。采集數(shù)據(jù)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線路由器傳入現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中心，也可以通過(guò)3G/4G等無(wú)線通訊技術(shù)將數(shù)據(jù)傳遞至遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)中心。

7 結(jié)語(yǔ)

在施工管理的機(jī)械、材料、安全等方面應(yīng)用RFID技術(shù)，為油氣長(zhǎng)輸管道智能化施工管理提供了便捷路徑。半自動(dòng)焊機(jī)數(shù)據(jù)采集方案可根據(jù)用戶需求定制特定的焊接參數(shù)進(jìn)行上傳，在現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)端和控制室同時(shí)進(jìn)行監(jiān)視，顯著提升焊接設(shè)備的管理效率。在施工管理最為復(fù)雜的隧道建設(shè)中，使用人員定位系統(tǒng)，可以做到作業(yè)人員的精確定位?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的油氣長(zhǎng)輸管道工程建設(shè)，采用多種技術(shù)融合的方式，為工程智能化施工管理奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李恒敏，朱洪亮，許玉東等.基于GPS定位和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的焊接設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電焊機(jī)，2017，47（5）：48-51.

[2]汪貴明，劉曉景.基于RFID技術(shù)的出入控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].甘肅科技，2016，26（4）：32-33+130.

[3]陳蕾，吳克辛，劉浩飛，李靜原，張一.施工現(xiàn)場(chǎng)物資管理與智能工地建設(shè)方法分析[J].施工技術(shù)，2018，47（7）：1-3+25.

[4]唐嘯楠，劉海峰.石油工程施工階段質(zhì)量控制探討[J].企業(yè)改革與管理，2017，23（12）：214.

作者簡(jiǎn)介：

于洋（1983- ），男，工學(xué)碩士，現(xiàn)工作于山東省天然氣管道有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師，主要從事運(yùn)行調(diào)度、儀表自動(dòng)化、信息化建設(shè)等工作。