楊述開

[摘 ? ?要] 以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)發(fā)展日新月異。為適應(yīng)“智能管道”建設(shè)要求，有效解決當(dāng)前輸油氣管道沿線，在陰保、地災(zāi)、內(nèi)檢測器定位、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)監(jiān)測方面，存在的陰保數(shù)據(jù)智能采集穩(wěn)定性差、人工采集數(shù)據(jù)困難、監(jiān)測系統(tǒng)分散等問題和不足。文章提出開展基于物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的輸油氣管道數(shù)據(jù)智能集成采集及數(shù)據(jù)遠傳技術(shù)應(yīng)用探索，構(gòu)建智能集成采集測試樁，并對應(yīng)用探索相關(guān)目標(biāo)、前期工作內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵步驟進行了論述，最后對預(yù)期效果進行了展望，數(shù)據(jù)智能集成采集及數(shù)據(jù)遠傳技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效解決相關(guān)問題和不足，提升輸油氣管道沿線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集智能化、集成化水平，為提高管道完整性管理水平提供智能化支撐。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)據(jù)監(jiān)測;智能集成采集;遠傳

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 13. 047

[中圖分類號] TP311 ? ?[文獻標(biāo)識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）13- 0103- 03

1 ? ? ?引 ? ?言

輸油氣管道沿線環(huán)境復(fù)雜多樣，為加強管道完整性管理工作，在一些特殊地段和高后果區(qū)段，各管道運營企業(yè)安裝了陰保電位智能采集樁、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測單元、內(nèi)檢測器定位盒、視頻監(jiān)控等設(shè)施，部分建立了相應(yīng)的管理（監(jiān)控）平臺。但隨著監(jiān)測工作的深入開展，相關(guān)應(yīng)用問題和應(yīng)用提升需求逐漸顯現(xiàn)出來。與此同時，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)發(fā)展日新月異，為解決相關(guān)應(yīng)用問題，滿足相關(guān)應(yīng)用提升需求提供了思路和方向。

2 ? ? ?應(yīng)用問題及提升需求

2.1 ? 陰保數(shù)據(jù)智能采集穩(wěn)定性亟待提升

管道陰保電位智能采集樁數(shù)據(jù)采集及遠傳受實名制注冊要求、信號異常、設(shè)備異常、部分區(qū)域無通訊信號覆蓋等影響，應(yīng)用效果不佳，智能采集樁數(shù)據(jù)采集及遠傳異常率持續(xù)居高不下，智能采集穩(wěn)定性亟待提升。

2.2 ? 部分管道沿線人工采集數(shù)據(jù)困難

部分油氣管道沿線因季節(jié)性因素、地理環(huán)境等導(dǎo)致人員不便達到，部分區(qū)域無通訊信號覆蓋，人工采集電位數(shù)據(jù)、跟球、管道周邊環(huán)境監(jiān)測等存在困難。需要考慮加大引入智能采集手段輔助（代替）人工采集。

2.3 ? 現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)分散、孤立

陰保電位智能采集樁、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測單元、內(nèi)檢測器定位盒、視頻監(jiān)控等設(shè)施現(xiàn)場側(cè)數(shù)據(jù)采集單元獨立分散，后端管理（監(jiān)控）平臺也獨立分散。構(gòu)建“多樁合一，一樁多能”，模塊化設(shè)計，系統(tǒng)集成有助于統(tǒng)一管理與數(shù)據(jù)分析 。

3 ? ? ?物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 ? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，形式多種多樣，可以適應(yīng)各種應(yīng)用場景。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)進入爆炸式增長階段，面向物聯(lián)網(wǎng)的各種技術(shù)得到深入的研究和實踐，大部分技術(shù)已進入成熟階段。

物聯(lián)網(wǎng)典型架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。智能電位采集儀、定位盒、視頻（圖像）攝像機、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測儀，均屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范疇，位于感知層。近年來，隨著管道完整性管理的深化，管道監(jiān)檢測技術(shù)發(fā)展也得到快速發(fā)展，國內(nèi)廠家從各自的專業(yè)領(lǐng)域出發(fā)，開發(fā)了各種管道陰極保護監(jiān)測、內(nèi)檢測器定位采集、視頻監(jiān)控、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等系統(tǒng)，各系統(tǒng)已經(jīng)得到了實際的應(yīng)用，技術(shù)性能基本滿足當(dāng)前專業(yè)應(yīng)用的需要。但跨專業(yè)的系統(tǒng)開發(fā)尚不多見，也沒有成熟的解決方案可供選擇。

此外，在網(wǎng)絡(luò)層，圍繞北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)在石油天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用，國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)做了深入的研究，如梁曉龍 ?等提出了基于北斗系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的天然氣管線智能巡檢系統(tǒng)，提高了管線檢測的工作效率，更好的保證了管線的安全生產(chǎn)。夏文鶴等人提出了基于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的油氣管道遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過將北斗定位系統(tǒng)、短報文系統(tǒng)以及通訊衛(wèi)星相結(jié)合的方式構(gòu)建了一套遠程監(jiān)控系統(tǒng)，為運輸管理、管線維護提供了保障。趙逢達 ?等通過搭建北斗天然氣通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了多個監(jiān)控節(jié)點實時數(shù)據(jù)回傳與指令下發(fā)，實現(xiàn)天然氣實時控制系統(tǒng)。但是，北斗衛(wèi)星在石油天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用以定位功能為主，短報文功能的應(yīng)用仍有待繼續(xù)研究。

綜上所述，為適應(yīng) “智能管道”建設(shè)要求，基于物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，開展輸油氣管道監(jiān)測數(shù)據(jù)智能集成采集及數(shù)據(jù)遠傳技術(shù)應(yīng)用探索，為有效解決當(dāng)前陰保數(shù)據(jù)智能采集穩(wěn)定性差的問題，補充各種復(fù)雜環(huán)境下管道監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，將測試樁采集由單一陰保數(shù)據(jù)采集功能向多數(shù)據(jù)智能集成采集功能轉(zhuǎn)變，以便提升輸油氣管道監(jiān)測數(shù)據(jù)采集智能化、集成化水平，是必要和有意義的。

4 ? ? ?需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

結(jié)合管道監(jiān)測智能化建設(shè)需求，應(yīng)用當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的成果，實現(xiàn)各專業(yè)子系統(tǒng)智能接入形成“多樁合一，一樁多能”集成應(yīng)用及數(shù)據(jù)遠傳。設(shè)想需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題包括：

（1）智能集成采集測試樁可靠性提升。綜合采用可靠性設(shè)計、通信、電源管理、低功耗、結(jié)構(gòu)防水、環(huán)境控制等多種技術(shù)手段，提升智能集成采集測試樁系統(tǒng)的可靠性，充分結(jié)合現(xiàn)場地形地貌特征開展模塊化設(shè)計，滿足現(xiàn)場整體安裝、維護等需求。

（2）兼容多種通信方式的智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)。集成多個應(yīng)用子系統(tǒng)，通信整合實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)計提供多種通信接口，兼容異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不同協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，統(tǒng)一通信服務(wù)方式，保障數(shù)據(jù)安全性。

5 ? ? ?應(yīng)用探索方案

5.1 ? 目標(biāo)

針對陰保數(shù)據(jù)智能采集穩(wěn)定性亟待提升、部分管道沿線人工采集數(shù)據(jù)困難 、現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)分散等管道監(jiān)測數(shù)據(jù)智能采集應(yīng)用問題和應(yīng)用提升需求，構(gòu)建輸油氣管道監(jiān)測數(shù)據(jù)智能集成采集測試樁系統(tǒng)，實現(xiàn)管道陰極保護狀況監(jiān)測、內(nèi)檢測器跟蹤、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、視頻監(jiān)控等功能，功能模塊化結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸方式靈活配置，最終實現(xiàn)“積木式功能單元，一套供電系統(tǒng)，一套傳輸平臺，預(yù)留擴展接口，利用現(xiàn)有管理軟件，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠”。滿足管道沿線各類數(shù)據(jù)監(jiān)測的要求。一套供電系統(tǒng)：各功能單元共享智能集成采集測試樁的電源供電系統(tǒng)，不再單獨建立分散的供電系統(tǒng)，提高電源效率和可靠性。一套傳輸平臺：各功能單元共享智能集成采集測試樁的無線通信通道進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠通信。

智能集成采集測試樁的建立，為管道沿線智能監(jiān)測提供一個平臺，簡化各類監(jiān)測功能單元的接入，可降低各監(jiān)測功能模塊的成本，提高監(jiān)測系統(tǒng)整體的可靠性，有利于管道監(jiān)測業(yè)務(wù)一體化和智能化發(fā)展。

5.2 ? 前期工作

目前市場上并沒有完全成熟的面向輸油氣管道監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)的智能集成采集測試樁產(chǎn)品，要開展相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，設(shè)想前期需要開展以下工作：

（1）業(yè)務(wù)需求分析及不同子系統(tǒng)功能分析：智能集成采集測試樁包括陰極保護監(jiān)測、內(nèi)檢測器跟蹤、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和視頻監(jiān)控等四個子系統(tǒng)，從管道業(yè)務(wù)管理要求出發(fā)，明確測試樁設(shè)計要求。包括管道沿線監(jiān)控管理業(yè)務(wù)需求分析、各子系統(tǒng)調(diào)研與分析，以及智能集成采集測試樁設(shè)計需求分析。

（2）智能集成采集測試樁系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)方案的研究：①智能集成采集測試樁系統(tǒng)通信方案的研究，具體為智能集成采集測試樁與管理信息系統(tǒng)通信方式的研究、智能集成采集測試樁各功能模塊通信方式的研究，以及智能集成采集測試樁通信技術(shù)方案的設(shè)計;②提升智能集成采集測試樁系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方案研究，具體為電源管理技術(shù)方案的研究和環(huán)境適應(yīng)性及可維護性技術(shù)方案的研究;③智能集成采集測試樁系統(tǒng)架構(gòu)的研究。

（3）兼容多種通信方式的智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的研究：①智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)需求分析;②兼容多種通信方式的智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)設(shè)計;③智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)樣機設(shè)計與實驗室測試;④智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)與各子系統(tǒng)集成測試與優(yōu)化。

（4）智能集成采集測試樁的設(shè)計與優(yōu)化：①電源管理子系統(tǒng)設(shè)計與智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及各子系統(tǒng)集成測試;②智能集成采集測試樁結(jié)構(gòu)設(shè)計與樣機制作;③智能集成采集測試樁功能及可靠性測試與優(yōu)化。

（5）智能集成采集測試樁通信服務(wù)系統(tǒng)軟件的研究與開發(fā)：①通信服務(wù)系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn);②通信服務(wù)系統(tǒng)軟件與智能集成采集測試樁集成測試與優(yōu)化。

（6）智能集成采集測試樁現(xiàn)場測試優(yōu)化：①智能集成采集測試樁系統(tǒng)安裝調(diào)試。在選定的實驗地點，安裝調(diào)試智能集成采集測試樁及系統(tǒng)軟件，開始試運行。②智能集成采集測試樁系統(tǒng)測試與優(yōu)化。測試系統(tǒng)軟硬件功能和數(shù)據(jù)遠傳，分析評價智能集成采集測試樁系統(tǒng)運行狀況。對現(xiàn)場測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行優(yōu)化和調(diào)整。

5.3 ? 關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)主要包括：①可靠性提升技術(shù)：綜合采用可靠性設(shè)計、通信、電源管理、低功耗、結(jié)構(gòu)防水、環(huán)境控制等多種技術(shù)手段，提升智能集成采集測試樁系統(tǒng)的可靠性，充分結(jié)合現(xiàn)場地形地貌特征開展模塊化設(shè)計，滿足現(xiàn)場整體安裝、維護等需求。②通信集成+系統(tǒng)集成：集成多個應(yīng)用子系統(tǒng)，通信整合實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)計提供多種通信接口，兼容異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不同協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，統(tǒng)一通信服務(wù)方式（集成LoRa、北斗、GPRS等通信方式，可靈活切換），保障用戶數(shù)據(jù)安全性。

5.4 ? 關(guān)鍵步驟

步驟一：開展業(yè)務(wù)需求分析及不同子系統(tǒng)功能分析，啟動多功能智能集成采集測試樁系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)方案的研究。

步驟二：開展測試樁系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)方案的研究，啟動兼容多種通信方式的智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的研究和監(jiān)控系統(tǒng)軟件（在現(xiàn)有分散、獨立運行的陰保、地災(zāi)等業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行功能擴展和集成）的研究與開發(fā)。

步驟三：進行兼容多種通信方式的智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的研究和監(jiān)控系統(tǒng)軟件的研究與開發(fā)，啟動測試樁的設(shè)計與優(yōu)化。

步驟四：進行兼容多種通信方式的智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的研究和監(jiān)控系統(tǒng)軟件的研究與開發(fā)，完成測試樁的設(shè)計與優(yōu)化。

步驟五：開展智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、通信服務(wù)軟件及測試樁設(shè)計與測試。

測試樁系統(tǒng)現(xiàn)場測試優(yōu)化。

6 ? ? ?結(jié) ? ?語

可以預(yù)見，面向輸油氣管道沿線監(jiān)測業(yè)務(wù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)智能集成采集及數(shù)據(jù)遠傳技術(shù)，能夠有效解決當(dāng)前數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定性差問題，此外，能夠補充各種復(fù)雜環(huán)境下管道監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，將測試樁采集由單一陰保數(shù)據(jù)采集功能向多數(shù)據(jù)智能集成采集功能轉(zhuǎn)變，從而提升輸油氣管道沿線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集智能化、集成化水平，最終為提高管道完整性管理水平奠定智能化支撐基礎(chǔ)。

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