面向無人值守的長輸天然氣作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)設(shè)計(jì)

延旭博

（河北省天然氣有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050000）

輸氣站是長輸天然氣管網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，具有過濾、氣量計(jì)量、分輸和調(diào)壓等功能，既是易燃易爆場所，也是保障民生的基礎(chǔ)設(shè)施。加強(qiáng)輸氣站的安全運(yùn)行管控對(duì)天然氣管網(wǎng)整體平穩(wěn)運(yùn)行尤為重要。同時(shí)，隨著視頻監(jiān)控、燃?xì)庑孤z測儀、振動(dòng)光纖等傳感設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)的日趨成熟，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集精度的不斷提高及人工智能、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，以技防為主，人防、物防為輔的全新管道智能管理方式逐漸普及并得以推廣應(yīng)用[1]。

為加強(qiáng)管網(wǎng)安防管理水平，輸氣站的運(yùn)行及安全管控系統(tǒng)包括工業(yè)電視監(jiān)控、周界安防系統(tǒng)、消防火災(zāi)、人員定位系統(tǒng)、110 一鍵報(bào)警系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、擴(kuò)音系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理、長輸管道GⅠS、智能巡檢等軟硬件系統(tǒng)。但目前各站場安防子系統(tǒng)之間均獨(dú)立運(yùn)行，缺乏統(tǒng)一規(guī)范，數(shù)據(jù)不互通，只能在本輸氣站查看，無法滿足無人值守模式下作業(yè)區(qū)管理模式的需求。為了提高輸氣站運(yùn)行的安全可靠性，方便運(yùn)維管理，實(shí)現(xiàn)多級(jí)綜合管控，改變以前各個(gè)站場、閥室、長輸管道安防系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，打破各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)孤島，開發(fā)作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)，并提供二三維一體化監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心、作業(yè)區(qū)、場站三級(jí)聯(lián)動(dòng)管控，進(jìn)一步提升管網(wǎng)安防監(jiān)控能力，保障管網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)營。

1 輸氣站現(xiàn)有管控技術(shù)

1.1 無人值守與作業(yè)區(qū)管理

無人值守是通過采用集中調(diào)控、自動(dòng)分輸、電動(dòng)流量調(diào)節(jié)等技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)輸氣站無需人員駐守和操作，通過調(diào)控中心可以實(shí)現(xiàn)輸氣站內(nèi)各類閥門的開關(guān)、泄漏監(jiān)控，一線運(yùn)行人員集中在作業(yè)區(qū)辦公，同時(shí)負(fù)責(zé)多個(gè)站場的管理，并定期對(duì)所轄站場進(jìn)行檢查和維護(hù)的工作模式。通過無人值守的應(yīng)用，運(yùn)行人員擺脫了工作煩瑣的現(xiàn)場作業(yè)，將更多的精力投入運(yùn)行提升和安全管理。

1.2 輸氣站現(xiàn)有管控手段

工業(yè)電視（視頻監(jiān)控系統(tǒng)）。為保障站場安全可控，輸氣站設(shè)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可在本地電腦上使用專用軟件查看，并通過專線將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)控中心。

巡檢系統(tǒng)。巡檢系統(tǒng)作為管線安全管理的重要系統(tǒng)，具備現(xiàn)場數(shù)數(shù)據(jù)采集、巡檢事件記錄、隱患管理、隱患處理、巡檢任務(wù)管理、人員考核、軌跡記錄等功能。該系統(tǒng)集成巡檢隱患及處理全流程數(shù)據(jù)，保障值班人員實(shí)時(shí)掌控管線周邊通過巡檢發(fā)現(xiàn)的隱患及處理全流程。

SCADA 系統(tǒng)。SCADA 系統(tǒng)是通過PLC 和上位機(jī)，對(duì)現(xiàn)場的各類參數(shù)進(jìn)行采集和展示，如流量、壓力、溫度等，是目前管道運(yùn)營企業(yè)使用最多、覆蓋最全的系統(tǒng)之一，已實(shí)現(xiàn)對(duì)所有站、閥室及重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)控。

周界安防系統(tǒng)。周界安防系統(tǒng)采用振動(dòng)光纜周界安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)專門針對(duì)柵欄、防護(hù)網(wǎng)之類的防護(hù)設(shè)施的周界震動(dòng)報(bào)警而設(shè)計(jì)，當(dāng)有人試圖剪斷或者攀爬鐵絲網(wǎng)時(shí)它能準(zhǔn)確地探測并定位入侵地點(diǎn)，并為周界的每個(gè)模塊及輔助探測器供電，而不需其他設(shè)備或線纜。

燃?xì)庑孤┍O(jiān)測系統(tǒng)。輸氣站的各類設(shè)備連接處，如法蘭連接、各類變送器的旋塞底座，在長期運(yùn)行后或安裝不當(dāng)時(shí)，不可避免地存在天然氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)。為此，站內(nèi)設(shè)有激光云臺(tái)，持續(xù)對(duì)站內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)掃描，基于激光吸收光譜技術(shù)對(duì)泄漏氣體進(jìn)行監(jiān)測，并能夠在發(fā)現(xiàn)泄漏后持續(xù)跟蹤和影像記錄，協(xié)助運(yùn)行人員判斷泄漏位置。

門禁系統(tǒng)。輸氣站安保等級(jí)高、風(fēng)險(xiǎn)大，為防范外來人員無授權(quán)進(jìn)入輸氣站，輸氣站安裝了具備人臉識(shí)別和指紋識(shí)別功能的門禁系統(tǒng)，同時(shí)輸氣站值班室內(nèi)配備了門禁專用的手持控制器，可遠(yuǎn)傳開門。

消防火災(zāi)系統(tǒng)?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要設(shè)備為海灣t200 火災(zāi)報(bào)警控制器（聯(lián)動(dòng)型），具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活的特點(diǎn)，可在監(jiān)測到火災(zāi)后聯(lián)動(dòng)相關(guān)的報(bào)警和處置設(shè)備。

一鍵報(bào)警系統(tǒng)。為了保障輸氣站安全和與公安系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，輸氣站設(shè)置有一鍵報(bào)警系統(tǒng)，即在輸氣站值班室安裝固定的報(bào)警器，在發(fā)生緊急情況時(shí)按下按鈕，屬地派出所就會(huì)接到警情，及時(shí)出警支援輸氣站的安保工作。

擴(kuò)音系統(tǒng)。擴(kuò)聲系統(tǒng)是將預(yù)警信息等監(jiān)控人員重點(diǎn)關(guān)注的信息通過擴(kuò)音傳到對(duì)應(yīng)的場站位置，以方便提示或者警告。

1.3 當(dāng)前管控手段的不足

當(dāng)前管控手段的不足具體體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面：①數(shù)據(jù)傳輸不統(tǒng)一。因各管控技術(shù)實(shí)施時(shí)間不一、技術(shù)要求不一，因此，有些數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅斯?yīng)商的云服務(wù)器，有些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，有些數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅苏{(diào)控中心服務(wù)器。②平臺(tái)不一致。各類監(jiān)控手段的實(shí)現(xiàn)需要依靠不同的硬件，硬件供應(yīng)商開發(fā)了不同的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示和查看，運(yùn)行人員需要登錄不同的平臺(tái)才能查看，增加了日常運(yùn)維的工作量。③作業(yè)區(qū)缺乏有效的監(jiān)管手段。因大部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在了輸氣站本地電腦，部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)搅苏{(diào)控中心，只能依靠調(diào)控中心的監(jiān)控和本地查看才能掌握現(xiàn)場情況，作業(yè)區(qū)人員無法及時(shí)、有效地掌握輸氣站的情況，造成了調(diào)控中心值班人員的工作強(qiáng)度過大。同時(shí)，作業(yè)區(qū)人員對(duì)輸氣站現(xiàn)場情況不明，一旦發(fā)生設(shè)備故障或緊急事故，只能趕到輸氣站后才能了解情況，從而耽誤了最佳的搶險(xiǎn)時(shí)機(jī)。

2 作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

結(jié)合輸氣站各類技術(shù)手段的現(xiàn)狀，為解決作業(yè)區(qū)在日常管理中的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)和開發(fā)作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一傳輸、展示和管理，實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)掌握輸氣站現(xiàn)場的第一手?jǐn)?shù)據(jù)[2]。

2.2 應(yīng)用集成

考慮到智能化設(shè)備的快速發(fā)展，未來輸氣站將增加更多的監(jiān)測設(shè)備，因此，在一體化管控平臺(tái)設(shè)計(jì)中，要考慮系統(tǒng)良好的擴(kuò)展性、互操作性和兼容性，同時(shí)為后期擴(kuò)容和接入新設(shè)備預(yù)留條件，避免后期難以繼續(xù)新增各類獨(dú)立系統(tǒng)。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)和流程接口。全部數(shù)據(jù)統(tǒng)一從數(shù)據(jù)中臺(tái)采集，避免數(shù)據(jù)的無序傳輸和管理[3]。梳理現(xiàn)有各類設(shè)備運(yùn)行和報(bào)警邏輯，同時(shí)將業(yè)務(wù)邏輯與流程分離，避免不同流程調(diào)用引起邏輯錯(cuò)誤而使得現(xiàn)場設(shè)備誤報(bào)警和誤操作。

統(tǒng)一訪問界面和調(diào)用。用戶通過一個(gè)統(tǒng)一界面和不同標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)和流程的訪問。此外，設(shè)置用戶的自定義界面，用戶可自行對(duì)所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、編輯和設(shè)置計(jì)算公式，方便與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)。

統(tǒng)一功能結(jié)構(gòu)。通過對(duì)功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，提供標(biāo)準(zhǔn)化的功能組件或服務(wù)，用戶可以結(jié)合功能需求自行調(diào)整和組合[4]。

2.3 數(shù)據(jù)和服務(wù)集成

數(shù)據(jù)集成依據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源內(nèi)容管理的范圍，結(jié)合公司網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的基本特點(diǎn)，按照多種方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；通過建立資源管理目錄，對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一的分類和管理；通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理模型，為系統(tǒng)集成過程中共享數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供依據(jù)，保證集成數(shù)據(jù)定義準(zhǔn)確、無歧義。數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)將以主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ)，全面分析多類型數(shù)據(jù)特點(diǎn)，并兼顧公司信息化系統(tǒng)的需求，形成充分考慮數(shù)據(jù)特性和管理效率的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)文件并存的中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

服務(wù)集成。對(duì)于可以直接進(jìn)行功能復(fù)用且已經(jīng)微服務(wù)化的現(xiàn)有系統(tǒng)，直接采用微服務(wù)調(diào)用的方式進(jìn)行功能集成，并根據(jù)具體的展示需求進(jìn)行微服務(wù)的組織與編排[5]。

3 作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)采用3D GⅠS 平臺(tái)作為可視化底座，整合工業(yè)電視監(jiān)控、周界安防系統(tǒng)、消防火災(zāi)、人員定位系統(tǒng)、110 一鍵報(bào)警系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、擴(kuò)音系統(tǒng)，并通過總公司中間庫對(duì)接SCADA 系統(tǒng)、GⅠS、智能巡檢等數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、AⅠ、3D 可視化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)分級(jí)管控、系統(tǒng)融合互聯(lián)、預(yù)測預(yù)警可控，并提供智能分析和決策支持，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)安全防御的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理。

3.2 功能設(shè)計(jì)

管理駕駛艙。管理駕駛艙平臺(tái)基于3D GⅠS 平臺(tái)，依托管道業(yè)務(wù)中間庫及長輸管道中間庫匯集的管網(wǎng)、生產(chǎn)運(yùn)行、巡檢、視頻監(jiān)控、周界報(bào)警、泄漏監(jiān)測、人員定位、消防火災(zāi)等數(shù)據(jù)，打破數(shù)據(jù)隔離，融合多監(jiān)測數(shù)據(jù)源，通過詳盡的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反映管網(wǎng)及場站的運(yùn)行狀態(tài)、資產(chǎn)情況、實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境、安防現(xiàn)狀等。管理駕駛艙最大化地發(fā)揮高數(shù)據(jù)效用，為各級(jí)管理層提供的“一站式” 決策提供支持[6]。

運(yùn)行工況。系統(tǒng)引接SCADA 數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)，以豐富的圖表形式，實(shí)時(shí)展示場站及各長輸管網(wǎng)的主要運(yùn)行參數(shù)（壓力、流量、溫度、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息等）及現(xiàn)場視頻監(jiān)控畫面，以二三維GⅠS平臺(tái)加圖表的形式直觀呈現(xiàn)。

生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)新增以作業(yè)區(qū)為統(tǒng)計(jì)維度，統(tǒng)計(jì)所管轄管網(wǎng)管存，所屬站進(jìn)氣、銷氣情況，所屬用戶供氣量。

泄漏監(jiān)測。泄漏監(jiān)測是根據(jù)采集的激光式氣體監(jiān)測儀數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場各類低溫氣體、常溫氣體、液體的跑、冒、滴、漏進(jìn)行全天候24 h 在線監(jiān)測。

周界安防。周界安防模塊集成周界安防、門禁、消防火災(zāi)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，針對(duì)站場周邊的入侵事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警，同時(shí)會(huì)調(diào)動(dòng)響應(yīng)攝像頭進(jìn)行跟蹤錄像，強(qiáng)化遠(yuǎn)程巡檢智能化報(bào)警能力。周界安防按照廠商的數(shù)據(jù)格式預(yù)留對(duì)接接口，等數(shù)據(jù)接入中間庫以后，再完成平臺(tái)數(shù)據(jù)的對(duì)接任務(wù)。

綜合報(bào)表。遵循作業(yè)區(qū)及場站安全防控規(guī)定，基于企業(yè)Web 報(bào)表工具，匯總安防預(yù)警數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成公司/作業(yè)區(qū)/場站安全日/周/月/年報(bào)、公司/作業(yè)區(qū)/場站事件日/周/月/年報(bào)、作業(yè)區(qū)報(bào)警統(tǒng)計(jì)報(bào)表。對(duì)接生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以作業(yè)區(qū)為單位，生成作業(yè)區(qū)綜合日/周/月/年報(bào)表。

系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理包括平臺(tái)鑒權(quán)、用戶及全局化的配置管理。

微信小程序。微信小程序提供作業(yè)區(qū)、場站及管網(wǎng)的重要監(jiān)控參數(shù)快捷瀏覽，現(xiàn)場報(bào)警數(shù)據(jù)及時(shí)通知，現(xiàn)場情況快速上報(bào)、定位、導(dǎo)航、處理等功能，其中具體包括生產(chǎn)監(jiān)控駕駛艙、事故上報(bào)、實(shí)時(shí)預(yù)警提醒、事件定位等功能。

3.3 技術(shù)指標(biāo)

技術(shù)指標(biāo)包括：①作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)根據(jù)需要，需具備各種不同平臺(tái)、不同規(guī)格監(jiān)控?cái)z像頭，不同平臺(tái)視頻接入、管理、存儲(chǔ)的能力。②平臺(tái)底座需采用國產(chǎn)自主可控二三維GⅠS 引擎。③具備開放性，遵循國際主流標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及其他相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。④作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)采用分布式設(shè)計(jì)方式，對(duì)相關(guān)的子系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行功能性集成，集成在統(tǒng)一的平臺(tái)和統(tǒng)一的人機(jī)環(huán)境界面上。站控制室內(nèi)的運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)能通過管理監(jiān)控終端上的同一圖形界面看到各個(gè)模塊的工作情況和設(shè)備工作狀態(tài)。⑤采用模塊化、開放式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)符合TCP/ⅠP協(xié)議，通過模塊添加，實(shí)現(xiàn)與其他組成部分之間的無縫連接及聯(lián)動(dòng)集成。應(yīng)在統(tǒng)一的界面內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有事件進(jìn)行綜合處理，可以執(zhí)行視頻控制、切換顯示、布防、撤防等命令，可以對(duì)各安防組成部分的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和更改；各子系統(tǒng)之間可進(jìn)行聯(lián)動(dòng)；同時(shí)應(yīng)能對(duì)各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況和報(bào)警信息數(shù)據(jù)等進(jìn)行記錄和顯示，并具有足夠容量的數(shù)據(jù)庫。⑥系統(tǒng)支持電子地圖，可在電子地圖上自動(dòng)顯示報(bào)警點(diǎn)位置及布防圖，發(fā)生報(bào)警可使具體報(bào)警位置閃爍。⑦具有多屏聯(lián)合報(bào)警功能，至少支持3 屏的聯(lián)合報(bào)警功能。⑧應(yīng)留有多個(gè)數(shù)據(jù)輸入、輸出接口，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的系統(tǒng)集成。⑨系統(tǒng)支持GⅠS地圖，并支持離線地圖訪問應(yīng)用。⑩綜合作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)集成軟件和硬件需獲得永久授權(quán)。?具備接入不同品牌、型號(hào)的周界設(shè)備。在滿足作業(yè)區(qū)管控功能基礎(chǔ)上，從空間及布局上進(jìn)一步規(guī)劃提升整體效果。

4 實(shí)施和效果評(píng)價(jià)

4.1 開發(fā)實(shí)施

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則、技術(shù)路線和功能設(shè)計(jì)，開發(fā)了作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)，并在各作業(yè)區(qū)建設(shè)了值班室，安裝了展示大屏，并配備了聲、光報(bào)警設(shè)備，方便值班人員監(jiān)控。

4.2 效果評(píng)價(jià)

作業(yè)區(qū)一體化管控平臺(tái)建成后，作業(yè)區(qū)人員實(shí)現(xiàn)了在作業(yè)區(qū)即可查看各輸氣站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，日常使用的系統(tǒng)由6 個(gè)集成為1 個(gè)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入時(shí)間由平均每天1 h 減少為15 min，提高了生產(chǎn)效率。

5 結(jié)束語

隨著無人值守、自動(dòng)分輸技術(shù)在油氣管網(wǎng)的推廣應(yīng)用和作業(yè)管理模式轉(zhuǎn)型，開發(fā)適用作業(yè)區(qū)管理的一體化管控平臺(tái)，增強(qiáng)作業(yè)區(qū)對(duì)輸氣站的信息掌控，將成為油氣儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)新的發(fā)展途徑，對(duì)保障管網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。