振動(dòng)光纜在云南輸油管道項(xiàng)目中的應(yīng)用

摘要：為了降低油氣管道站場(chǎng)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)率和漏報(bào)率，文章采用振動(dòng)光纜與激光對(duì)射相結(jié)合的技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新型周界入侵報(bào)警系統(tǒng)。文章通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)和新型周界入侵報(bào)警技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并在云南成品油管道項(xiàng)目上進(jìn)行應(yīng)用，可得結(jié)論：振動(dòng)光纜與激光對(duì)射相結(jié)合的技術(shù)手段能夠顯著提升對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道站場(chǎng)的周界防護(hù)效果，有效降低了誤報(bào)和漏報(bào)情況的發(fā)生率，適合在油氣管道站場(chǎng)上進(jìn)行推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：周界入侵報(bào)警系統(tǒng)；振動(dòng)光纜；激光對(duì)射；油氣管道站場(chǎng)

中圖分類號(hào)：TP277文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

0引言

作為技防手段的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)是油氣管道站場(chǎng)的第一道防線，也是防止非法人員進(jìn)入油氣管道的有效手段。但傳統(tǒng)的紅外對(duì)射探測(cè)器、激光對(duì)射探測(cè)器、微波對(duì)射探測(cè)器和多鑒探測(cè)器由于設(shè)備前端為有源器件，需要供電，在油氣管道站場(chǎng)易爆環(huán)境中適用性較差。在高落差站場(chǎng)中，采用紅外對(duì)射探測(cè)器、激光對(duì)射探測(cè)器和微波對(duì)射探測(cè)器的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)容易發(fā)生較高的誤報(bào)率和漏報(bào)率；站內(nèi)安保人員甚至直接關(guān)閉周界入侵報(bào)警系統(tǒng)，以避免系統(tǒng)誤報(bào)對(duì)其造成困擾［1］。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，振動(dòng)光纜因其無(wú)源性、環(huán)境適用性好、誤報(bào)率低和零漏報(bào)等優(yōu)勢(shì)，在油氣管道站場(chǎng)中被逐步推廣應(yīng)用。

1技術(shù)背景

在油氣管道站場(chǎng)中，有以下5種周界入侵探測(cè)器被用于站場(chǎng)的周界安全防范系統(tǒng)，但有些探測(cè)器由于其較高的誤報(bào)率和漏報(bào)率，已不再被應(yīng)用。下面將從技術(shù)原理、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、技術(shù)缺點(diǎn)等方面對(duì)5種周界入侵探測(cè)器進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，從環(huán)境適用性、誤報(bào)率、建設(shè)成本等角度選擇適用于油氣管道站場(chǎng)的周界探測(cè)器。

1.1紅外對(duì)射探測(cè)器

紅外對(duì)射是最早出現(xiàn)的一種周界入侵報(bào)警技術(shù)，其原理簡(jiǎn)單實(shí)用。紅外對(duì)射探測(cè)器由主動(dòng)紅外發(fā)射器（發(fā)射端）和被動(dòng)紅外接收器（接收端）組成。紅外發(fā)射端不間斷地向接收端發(fā)射不可見(jiàn)的紅外線，其射束有單束、雙束甚至多束。當(dāng)接收端能收到紅外射束時(shí)，系統(tǒng)顯示為正常狀態(tài)，而當(dāng)有人、物體或者小動(dòng)物等遮擋了紅外光束時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的紅外射束被遮擋，接收端輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，通知報(bào)警控制器啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備［2］。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是飛鳥、動(dòng)物、溫度、光線、空氣流動(dòng)、霧氣、雨雪等環(huán)境因素以及安裝方式、角度、位置等因素都易引發(fā)誤報(bào)，且地形適應(yīng)性較差。

1.2激光對(duì)射探測(cè)器

激光對(duì)射探測(cè)器與紅外對(duì)射探測(cè)器的區(qū)別在于采用的發(fā)射器光源不同。激光對(duì)射以半導(dǎo)體激光器為發(fā)射光源，發(fā)射出一束人眼不可見(jiàn)的激光光束，另一端安裝激光接收器接收該光束?？梢酝ㄟ^(guò)幾組發(fā)射器和接收器形成激光光束面，作為周界屏障。當(dāng)外界人員或物體穿過(guò)光束面時(shí)，由于光束被人體或物體遮擋而無(wú)法到達(dá)接收器，接收器內(nèi)收到的光功率降低后系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是功率密度大，發(fā)散角小，光束集中，可長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)；對(duì)人體無(wú)傷害，抗電磁干擾能力強(qiáng)；不受光線影響。缺點(diǎn)是受天氣因素影響較大，方向性要求高，安裝難度大；對(duì)飛鳥、樹枝干擾等誤報(bào)情況無(wú)法智能識(shí)別，使用誤報(bào)率高；在站場(chǎng)圍墻為階梯狀時(shí)，同樣無(wú)法做到無(wú)死角式防范［3］。

1.3微波對(duì)射探測(cè)器

與激光對(duì)射探測(cè)器類似，微波對(duì)射探測(cè)器也由發(fā)射裝置和接收裝置2個(gè)部分組成，二者之間通過(guò)微波形成穩(wěn)定的橄欖型微波空間場(chǎng)。微波對(duì)射探測(cè)器在正常工作時(shí)，發(fā)射端定向地發(fā)射微波能量，這些微波束經(jīng)環(huán)境（包括地面、墻面及其他探測(cè)區(qū)內(nèi)物體）傳播到達(dá)接收端。當(dāng)侵入者進(jìn)入探測(cè)區(qū)時(shí)（產(chǎn)生發(fā)射、吸收等作用），接收端由于接收到的能量信號(hào)變化，此時(shí)信號(hào)處理器將對(duì)其進(jìn)行分析，并發(fā)出預(yù)警或者報(bào)警信號(hào)［4］。相較于紅外對(duì)射和激光，該技術(shù)對(duì)環(huán)境的要求更高，需要安裝環(huán)境平坦開(kāi)闊。微波對(duì)射探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)邊界為立體防護(hù)區(qū)域，不同于激光對(duì)射的點(diǎn)線式防護(hù)邊界，入侵者難以逾越，可以對(duì)進(jìn)入輸氣站場(chǎng)的物體尺寸進(jìn)行識(shí)別，在一定程度上能夠減少飛鳥等小動(dòng)物或樹枝的干擾。與紅外對(duì)射和激光對(duì)射相比，由于不受光線和惡劣天氣影響，該系統(tǒng)的誤報(bào)率有所降低，但監(jiān)測(cè)范圍受制于微波發(fā)射器的功率，無(wú)法大范圍定位；安裝于戶外的設(shè)備易受電磁和雷雨天氣影響，有一定輻射量，對(duì)長(zhǎng)期暴露在微波范圍內(nèi)的人體有害；圍欄的晃動(dòng)、金屬物體移動(dòng)、被風(fēng)吹起的碎片、地表水和植被、揚(yáng)沙及落雪等因素又會(huì)造成系統(tǒng)誤報(bào)率的上升。微波對(duì)射按照原理不同，分為數(shù)字微波對(duì)射和模擬微波對(duì)射2種。

1.4多鑒探測(cè)器

多鑒探測(cè)器技術(shù)本質(zhì)上是一種基于多種傳感器的探測(cè)源。探測(cè)信號(hào)從多個(gè)傳感器中采集姿態(tài)、位置、受力等，從而判定入侵事件。采用單一科學(xué)技術(shù)進(jìn)行周界防范時(shí)，系統(tǒng)預(yù)報(bào)率較高，因此，研究者研發(fā)了一種雙鑒探測(cè)器。大多數(shù)雙鑒探測(cè)器采用微波對(duì)射與被動(dòng)紅外對(duì)射相結(jié)合的技術(shù)手段，另外，還有部分雙鑒探測(cè)器采用紅外和空氣壓力探測(cè)器或音頻和空氣壓力探測(cè)器相結(jié)合的技術(shù)手段。雙鑒探測(cè)器相對(duì)于紅外、激光和微波對(duì)射探測(cè)器而言，誤報(bào)率有所降低。隨著技術(shù)的發(fā)展，在雙鑒探測(cè)器的基礎(chǔ)上，研究者又加入微處理器信號(hào)分析技術(shù)，發(fā)展為多鑒探測(cè)器。多鑒探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是受自然環(huán)境影響較小，最大限度地降低了由狂風(fēng)、雨雪等惡劣天氣以及周邊環(huán)境影響產(chǎn)生的系統(tǒng)誤報(bào)和漏報(bào)，提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性；缺點(diǎn)是多鑒探測(cè)器需配合電纜使用，且前端設(shè)備較多，設(shè)備安裝難度較大，設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多。

1.5振動(dòng)光纜

振動(dòng)光纜周界報(bào)警系統(tǒng)的感應(yīng)部件是光纖，當(dāng)光信號(hào)輸送進(jìn)光纖時(shí)，系統(tǒng)軟件探測(cè)器對(duì)所接收光信號(hào)的相位進(jìn)行處理；當(dāng)光纖受到外界侵?jǐn)_時(shí)，如挖掘、觸碰、敲打等，干涉光的輸出波形將發(fā)生改變，并產(chǎn)生干涉圖像，通過(guò)光探測(cè)器可檢測(cè)到這一波形變化。工作人員根據(jù)軟件分析波形特征，可以分辨出事件的真實(shí)情況，從而達(dá)到入侵模式識(shí)別的效果。相較于紅外對(duì)射、激光對(duì)射和微波對(duì)射而言，振動(dòng)光纜的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：沿站場(chǎng)周界輻射的光纜為無(wú)源設(shè)備，非常適用于油氣管道站場(chǎng)的易燃易爆環(huán)境；不受雷電干擾破壞；監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)，安裝實(shí)施簡(jiǎn)便，無(wú)監(jiān)控盲區(qū)，當(dāng)站場(chǎng)圍墻為階梯狀時(shí)，可以做到無(wú)死角式防范；抗電磁干擾，抗腐蝕，能在惡劣的環(huán)境下工作，具備信號(hào)識(shí)別分析功能，靈敏度高，誤報(bào)率低。振動(dòng)光纜的技術(shù)缺點(diǎn)在于：振動(dòng)光纖須安裝在圍欄上，對(duì)圍欄的質(zhì)量和抗風(fēng)性有較高的要求；光纖損壞后需要使用專業(yè)工具進(jìn)行修復(fù)和更換。

基于以上周界入侵報(bào)警技術(shù)，本文從是否需要供電、施工成本、漏報(bào)率、誤報(bào)率、隱蔽性方面綜合分析，對(duì)比結(jié)果如表1所示。由表可知，振動(dòng)光纜技術(shù)憑借無(wú)源器件和較低的誤報(bào)率等優(yōu)勢(shì)，適用于油氣管道站場(chǎng)的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)。

2在工程項(xiàng)目上的應(yīng)用

2.1工程概況

以某輸油管道項(xiàng)目的輸油站場(chǎng)為例，該站場(chǎng)周界為極不規(guī)則形狀且圍墻為階梯型，部分地段圍墻最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的落差將近2 m。圍墻總長(zhǎng)度約為3600 m，本次結(jié)合圍墻拐點(diǎn)位置和防區(qū)大小，共設(shè)置29個(gè)防區(qū)，具體如圖1所示。

2.2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介

方案1：該方案將振動(dòng)光纜由通信機(jī)柜間引出，沿墻上鐵藝圍欄敷設(shè)一圈，再引入通信機(jī)柜間。在綜合值班室的管理終端上，工作人員將站場(chǎng)劃分為29個(gè)防區(qū)，每個(gè)防區(qū)不超過(guò)100 m。站場(chǎng)主大門處采用激光對(duì)射探測(cè)器進(jìn)行補(bǔ)充。

方案2：該方案在站場(chǎng)周界圍墻上全部采用激光對(duì)射探測(cè)器。周界防區(qū)數(shù)量劃分與方案1保持一致，工作人員將周界在物理上劃分為29個(gè)防區(qū)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)共采用29對(duì)激光對(duì)射探測(cè)器，均安裝在圍墻上方，組成封閉式不留死角的防止非法跨越的周界防范圍網(wǎng)。一旦有人非法闖入，遮斷激光光束，就立即將警報(bào)傳送到綜合值班室，由安保人員及時(shí)處理。

方案3：該方案在站場(chǎng)周界圍墻上全部采用微波對(duì)射探測(cè)器。根據(jù)站場(chǎng)地理地形，工作人員同樣將周界劃分為29個(gè)物理分區(qū)，安裝在圍墻上沿。

本文將以上3種周界入侵探測(cè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

方案1在各站建設(shè)成本方面不具備優(yōu)勢(shì)，但就周界探測(cè)精度而言，振動(dòng)光纜的探測(cè)距離為5～10 m，遠(yuǎn)低于激光對(duì)射和微波對(duì)射，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。綜合考慮，在該站場(chǎng)中，本文推薦采用振動(dòng)光纜+激光對(duì)射相結(jié)合的技術(shù)手段。

3振動(dòng)光纜的敷設(shè)

2條探測(cè)光纜由綜合設(shè)備間工業(yè)電視機(jī)柜引出，經(jīng)七孔蜂窩管和手孔敷設(shè)至圍墻上，用不銹鋼抱箍綁扎在圍墻鐵絲網(wǎng)上，采用正弦波形敷設(shè)，波峰距離圍欄上沿50 mm，波谷距離圍欄下沿100 mm。光纜要緊貼金屬圍欄，不可有懸空，在金屬圍欄面高低不平時(shí)，增加綁扎扎帶，可適當(dāng)調(diào)整綁扎間隔。振動(dòng)光纜在輸油站場(chǎng)圍欄上的敷設(shè)說(shuō)明如圖2所示。

由于該輸油站設(shè)置3個(gè)大門，為本次工程的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和重點(diǎn)。將振動(dòng)光纜敷設(shè)方式設(shè)置為2種情況：情況1，振動(dòng)光纜沿大門上方敷設(shè)，該方式勢(shì)必會(huì)影響大門平時(shí)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)增加大門的開(kāi)關(guān)將引發(fā)振動(dòng)光纜誤報(bào)率的增加；情況2，當(dāng)振動(dòng)光纜經(jīng)過(guò)大門時(shí)，通過(guò)明敷鍍鋅焊接鋼管及大門地面下預(yù)埋的過(guò)路套管穿越大門，此時(shí)雖然不影響大門開(kāi)關(guān)，但在車輛或大型機(jī)械出入站場(chǎng)時(shí)，同樣會(huì)引起振動(dòng)光纜的誤報(bào)。但在情況2中，工作人員可在后端設(shè)計(jì)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)，將振動(dòng)光纜在大門處的單防區(qū)報(bào)警信號(hào)直接屏蔽，避免大門處的振動(dòng)光纜頻繁報(bào)警，此時(shí)大門處將出現(xiàn)監(jiān)測(cè)漏洞。本文選擇技術(shù)成熟、誤報(bào)率低的激光對(duì)射探測(cè)器。激光對(duì)射探測(cè)器的安裝說(shuō)明如圖3所示。

4實(shí)施效果檢驗(yàn)

該周界入侵報(bào)警系統(tǒng)自2022年7月在輸油站場(chǎng)設(shè)置完成并調(diào)試成功，由站內(nèi)安保人員以月為單位，將該周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示，近1年的實(shí)報(bào)率和誤報(bào)率分別如圖4、5所示。

經(jīng)過(guò)1年的對(duì)比分析，在振動(dòng)光纜報(bào)警模型的輸入和系統(tǒng)“自我學(xué)習(xí)”下，可以看出：該輸油站設(shè)置的周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)報(bào)率整體都保持在90%以上，尤其是進(jìn)入2023年2月以來(lái)，實(shí)報(bào)率基本上都保持在98%以上，最好的狀態(tài)為2023年2月和2023年6月，實(shí)報(bào)率為100%，實(shí)現(xiàn)了該輸油站場(chǎng)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的零誤報(bào)和零漏報(bào)，防護(hù)效果提升明顯。

5結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)實(shí)際案例，通過(guò)對(duì)入侵報(bào)警探測(cè)器進(jìn)行對(duì)比分析，得出一種針對(duì)油氣管道站場(chǎng)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)化解決方案。由于振動(dòng)光纜具有無(wú)源性、對(duì)不規(guī)則圍墻的超強(qiáng)適應(yīng)性和超低的誤報(bào)率等優(yōu)勢(shì)，使振動(dòng)光纜在站場(chǎng)周界入侵報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)成為工程師們的首選。但在工程實(shí)踐中，工作人員需要重點(diǎn)結(jié)合工程項(xiàng)目具體的環(huán)境條件，選擇合適的周界入侵探測(cè)器并結(jié)合振動(dòng)光纜探測(cè)技術(shù)，以期對(duì)油氣管道站場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步防護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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（編輯王雪芬編輯）

Application of vibration optical cable in Yunnan oil pipeline project

CAO" Yuansheng， GAO" Fan， XIE" Zhenshan

（China Petroleum Pipeline Engineering Corporation， Langfang 065000， China）

Abstract： In order to reduce the 1 alarm rate and missed alarm rate of the perimeter intrusion alarm system for oil and gas pipeline stations， a new type of perimeter intrusion alarm system is designed by combining vibration optical cables with laser targeting technology. The article lists and compares the advantages and disadvantages of traditional and new perimeter intrusion alarm technologies， and through their application in the Yunnan refined oil pipeline project， concludes that the combination of vibration optical cables and laser targeting technology can significantly improve the perimeter protection effect of long oil and gas pipeline stations， effectively reducing the occurrence of 1 alarms and omissions. It is suitable for promotion and application in oil and gas pipeline stations.

Key words： perimeter intrusion alarm system; vibration optical cable; laser targeting; oil and gas pipeline station