油氣管道站場(chǎng)綜合安防平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蔡曉龍，董曉琪，孫振超，孫佳欣

1中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

2中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊

1. 引言

站場(chǎng)是油氣管道系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分，在油氣輸送和供應(yīng)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用[1]。只有保證油氣站場(chǎng)的安全穩(wěn)定才能確保油氣的安全輸送和供給。近年來，隨著國民生活水平的提高和國家快速發(fā)展的需要，國民對(duì)油氣能源的需求量日漸增長(zhǎng)。為了能獲得更多的安全能源，在建設(shè)更多油氣管道的同時(shí)，對(duì)油氣管道站場(chǎng)的安全性提出了更高的要求[2]。

油氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)的安全防范系統(tǒng)以維護(hù)站場(chǎng)安全為目的，運(yùn)用各種安全防范產(chǎn)品構(gòu)成各種系統(tǒng)如周界入侵報(bào)警系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等。周界入侵報(bào)警系統(tǒng)利用傳感器技術(shù)探測(cè)非法入侵設(shè)防區(qū)域的行為，處理和發(fā)出報(bào)警信息。周界入侵報(bào)警系統(tǒng)前端一般由入侵探測(cè)器如振動(dòng)光纖、紅外探測(cè)器或激光對(duì)射器構(gòu)成[3]，終端利用報(bào)警控制器對(duì)入侵事件進(jìn)行報(bào)警。工業(yè)電視系統(tǒng)利用視頻監(jiān)控技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，存儲(chǔ)防護(hù)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的圖像和視頻。該系統(tǒng)前端利用各種類型的攝像機(jī)做監(jiān)控設(shè)備，終端一般利用顯示器、存儲(chǔ)器和控制器對(duì)視頻圖像進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、和處理[4]。門禁系統(tǒng)功能是有效地管理門的開與關(guān)，利用IC 卡、感應(yīng)卡、磁卡等卡片或密碼、人臉識(shí)別等保證授權(quán)人員進(jìn)入站場(chǎng)防護(hù)區(qū)，一旦出現(xiàn)暴力強(qiáng)行入門或未授權(quán)人員進(jìn)入的行為，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。該系統(tǒng)前端利用識(shí)別技術(shù)識(shí)別出入口的人員目標(biāo)，終端利用報(bào)警控制器記錄報(bào)警信息并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

目前安防系統(tǒng)中各個(gè)子項(xiàng)都是單獨(dú)運(yùn)作，相互之間沒有聯(lián)系，形成信息孤島，同時(shí)子系統(tǒng)較多，運(yùn)維難度也較大，工作效率低下，安全防范性能不高。而系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)會(huì)帶來諸多好處，它不僅能節(jié)省空間和成本，降低運(yùn)維難度，而且能在準(zhǔn)確獲得事故發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控事故現(xiàn)場(chǎng)，以使得站場(chǎng)人員能更迅速、準(zhǔn)確地采取相應(yīng)措施。最重要的是一些必要的聯(lián)動(dòng)能最大程度的保障站場(chǎng)人員的生命安全，如門禁系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警的同時(shí)門禁系統(tǒng)將站場(chǎng)大門打開以便工作人員逃生[5]。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的綜合安防平臺(tái)才更能滿足現(xiàn)今和未來油氣站場(chǎng)的需求。

目前綜合安防平臺(tái)國內(nèi)油氣管道工程中未有相關(guān)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，仍然停留在各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)作狀態(tài)，國內(nèi)工程中有過較多的綜合安防平臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，但各個(gè)系統(tǒng)的管理主機(jī)仍然還是獨(dú)立存在，因此需要設(shè)計(jì)1 套集成化統(tǒng)一管理的綜合安防平臺(tái)。

2. 綜合安防平臺(tái)的整體架構(gòu)

油氣管道站場(chǎng)的安全防范系統(tǒng)一般包括工業(yè)電視系統(tǒng)、周界入侵報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等。本文設(shè)計(jì)的綜合安防平臺(tái)可以將所需要的安全防范系統(tǒng)集成到一個(gè)機(jī)框中，進(jìn)行統(tǒng)一供電和管理。其具體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1 所示。

Figure 1. The structure diagram of integrated security platform圖1. 綜合安防平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

該綜合安防平臺(tái)由16 個(gè)部分組成，分別為：機(jī)框、讀卡器、攝像機(jī)、周界入侵傳感器、以太網(wǎng)交換機(jī)、內(nèi)部總線、管理客戶端、聲光報(bào)警器、門禁模塊、周界入侵報(bào)警模塊、工業(yè)電視模塊、系統(tǒng)管理模塊、存儲(chǔ)模塊、集中報(bào)警控制模塊、外部接入模塊、電源模塊。它是將工業(yè)電視系統(tǒng)、周界入侵報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)集成到一個(gè)平臺(tái)上，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息共享與聯(lián)動(dòng)。此外，該綜合安防平臺(tái)中還包含一個(gè)外部接入模塊，目的是當(dāng)需要其他系統(tǒng)如火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、泄露監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等時(shí)，也能將其集成到該安防平臺(tái)中。

3. 綜合安防平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1. 系統(tǒng)和模塊的設(shè)計(jì)

綜合安防平臺(tái)中，各個(gè)系統(tǒng)通用的模塊有集中報(bào)警模塊、存儲(chǔ)模塊和電源模塊。集中報(bào)警模塊能夠接收各個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警信息、驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)模塊記錄報(bào)警信息日志，并對(duì)聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)模塊做驅(qū)動(dòng)且可以通過以太網(wǎng)交換機(jī)將告警信息發(fā)送給管理客戶端來驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。存儲(chǔ)模塊能夠記錄各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息如周界入侵報(bào)警信息、進(jìn)出口門禁信息、工業(yè)電視的視頻監(jiān)控信息、報(bào)警信息以及外部接入模塊提供的信息等。電源模塊負(fù)責(zé)對(duì)綜合安防平臺(tái)的各個(gè)模塊進(jìn)行統(tǒng)一供電。

系統(tǒng)管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)綜合安防平臺(tái)中的各個(gè)模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控及運(yùn)行管理。外部接入模塊負(fù)責(zé)第三方系統(tǒng)如火災(zāi)報(bào)警、泄露監(jiān)控等系統(tǒng)與綜合安防平臺(tái)的對(duì)接，以便將新增所需的系統(tǒng)集成到該綜合安防平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)綜合安防平臺(tái)各個(gè)系統(tǒng)與其它所需系統(tǒng)之間信息的共享和聯(lián)動(dòng)。內(nèi)部總線用于安防平臺(tái)各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)交互。

門禁系統(tǒng)由門禁模塊和前端的讀卡器組成。門禁讀卡器讀取到進(jìn)入站場(chǎng)人員的身份信息后，通過以太網(wǎng)交換機(jī)將信息傳送至門禁模塊進(jìn)行識(shí)別，若為站場(chǎng)工作人員，則將信息通過內(nèi)部總線發(fā)送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，若為非法入侵信息，則通過內(nèi)部總線將非法入侵信息傳送至集中報(bào)警模塊。

周界入侵報(bào)警系統(tǒng)負(fù)責(zé)站場(chǎng)整個(gè)圍墻的防護(hù)，由前端的周界入侵傳感器和周界入侵模塊組成。周界入侵模塊接收周界入侵報(bào)警傳感器通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳來的信號(hào)，若為非法入侵信號(hào)，將信號(hào)通過內(nèi)部總線傳輸至集中報(bào)警模塊。

工業(yè)電視系統(tǒng)由前端的攝像機(jī)與工業(yè)電視模塊組成。工業(yè)電視系統(tǒng)有4 個(gè)功能：1) 通過以太網(wǎng)交換機(jī)調(diào)動(dòng)前端攝像機(jī)，使其轉(zhuǎn)動(dòng)到需要監(jiān)控的位置進(jìn)行監(jiān)控；2) 對(duì)攝像機(jī)監(jiān)控的視頻和圖像進(jìn)行視頻解碼、智能分析、圖像壓縮等功能，若為正常監(jiān)控視頻，通過內(nèi)部總線將視頻圖像信息通過內(nèi)部總線發(fā)送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)；3) 通過集中報(bào)警模塊與周界入侵報(bào)警系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)及外部接入的第三方系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)；4) 若攝像機(jī)監(jiān)控的是事故現(xiàn)場(chǎng)，則將視頻圖像通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳送至管理客戶端上進(jìn)行顯示。

3.2. 功能過程

如圖1 所示，不考慮外部接入模塊時(shí)，該安防平臺(tái)涉及最基本的兩種安防模式，一種是門禁監(jiān)測(cè)模式，另一種是傳感器監(jiān)測(cè)模式。下面以這兩種安防模式為例，介紹本文所設(shè)計(jì)的綜合安防平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

當(dāng)為門禁檢測(cè)模式時(shí)，人員需要通過讀卡器刷卡進(jìn)入站場(chǎng)，刷卡信息會(huì)通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳至綜合安防平臺(tái)中的門禁模塊進(jìn)行身份信息的識(shí)別，一旦有人非法進(jìn)入，門禁模塊會(huì)通過內(nèi)部總線將入侵信號(hào)傳輸至集中報(bào)警控制模塊。此時(shí)集中報(bào)警控制模塊將非法進(jìn)入信息分三路轉(zhuǎn)發(fā)，一是通過以太網(wǎng)交換機(jī)將非法進(jìn)入信號(hào)發(fā)送給管理客戶端，使得報(bào)警器發(fā)出告警；二是通過內(nèi)部總線驅(qū)動(dòng)工業(yè)電視模塊調(diào)動(dòng)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)至出入口處進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控畫面通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳送至管理客戶端彈出報(bào)警畫面；三是將非法進(jìn)入信息通過內(nèi)部總線轉(zhuǎn)發(fā)至存儲(chǔ)模塊，對(duì)非法進(jìn)入事件的時(shí)間、地點(diǎn)等日志進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。

當(dāng)為傳感器監(jiān)測(cè)模式時(shí)，一旦出現(xiàn)非法入侵事件，周界入侵傳感器會(huì)將入侵信號(hào)通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳輸至周界入侵報(bào)警模塊。此時(shí)，周界入侵報(bào)警模塊會(huì)對(duì)非法入侵事件進(jìn)行識(shí)別，并將入侵信號(hào)通過內(nèi)部總線傳輸至集中報(bào)警控制模塊。與門禁監(jiān)測(cè)模式相同，集中報(bào)警控制模塊將非法事件信息發(fā)送至工業(yè)電視模塊，驅(qū)動(dòng)工業(yè)電視模塊調(diào)動(dòng)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)至非法事件發(fā)生的位置處進(jìn)行監(jiān)控，且將監(jiān)控畫面?zhèn)魉椭凉芾砜蛻舳藦棾鰣?bào)警畫面，并驅(qū)動(dòng)報(bào)警器發(fā)出告警。此外，集中報(bào)警模塊也將非法入侵信息發(fā)送至存儲(chǔ)模塊來記錄非法入侵事件的時(shí)間、地點(diǎn)。

通過以上兩種安防模式的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，可以清楚的了解到本文所設(shè)計(jì)的綜合安防平臺(tái)是如何快速、高效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息共享和聯(lián)動(dòng)的。此外，需要注意的是，該綜合安防平臺(tái)不僅能集成門禁系統(tǒng)、周界入侵報(bào)警系統(tǒng)和工業(yè)電視系統(tǒng)，它可以根據(jù)不同級(jí)別油氣管道站場(chǎng)的要求，集成更多的安防系統(tǒng)如火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、停車管理系統(tǒng)等，只需要增加相應(yīng)的系統(tǒng)模塊和前端設(shè)備即可。此外，各個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警優(yōu)先級(jí)也可以在系統(tǒng)管理模塊進(jìn)行設(shè)置，以進(jìn)一步區(qū)分報(bào)警事件的輕重緩急，實(shí)現(xiàn)綜合安防平臺(tái)的分級(jí)管理。

4. 總結(jié)與展望

4.1. 總結(jié)

本文所設(shè)計(jì)的油氣管道站場(chǎng)綜合安防平臺(tái)解決了當(dāng)前安防系統(tǒng)中存在的各子系統(tǒng)難以共享信息和實(shí)施聯(lián)動(dòng)的問題，使得各系統(tǒng)能被統(tǒng)籌規(guī)劃和統(tǒng)一管理，從本質(zhì)上提高了站場(chǎng)安防平臺(tái)的集成度和安防效率、降低了運(yùn)維難度和經(jīng)濟(jì)成本。

4.2. 展望

目前，該綜合安防平臺(tái)已應(yīng)用于國內(nèi)某天然氣管道工程，主要技術(shù)指標(biāo)超過國內(nèi)最好水平，達(dá)到了國際同期先進(jìn)水平。未來，隨著油氣能源在國民生活中起到日益關(guān)鍵的作用，油氣管道站場(chǎng)的安全防范性也會(huì)受到更多的關(guān)注。因此，本文所設(shè)計(jì)的綜合安防平臺(tái)在油氣管道站場(chǎng)方面會(huì)有越來越廣泛的應(yīng)用，綜合安防平臺(tái)的集成度和安全性也會(huì)進(jìn)一步提升。