劉鳳杰，于 瀅

（國家管網(wǎng)集團(tuán)東部原油儲(chǔ)運(yùn)有限公司，河北 滄州 061000）

自中國能源行業(yè)“十三五”規(guī)劃頒布開始，我國能源改革更具針對(duì)性，發(fā)展方向更加明確，以先進(jìn)的改革思路加大改革力度。2016-2018 年，油氣管道行業(yè)率先展開行動(dòng)，以油氣改革政策為前提，落實(shí)管網(wǎng)體制改革，具體從以下幾項(xiàng)內(nèi)容展開工作：管輸運(yùn)銷分離、管輸定價(jià)體系改革、油氣管網(wǎng)信息公開和市場(chǎng)化改革。近幾年，隨著社會(huì)對(duì)油氣能源的需求與日俱增，我國逐漸增加油氣管網(wǎng)范圍，將管道建設(shè)施工質(zhì)量作為工作重點(diǎn)，不斷提高管理水平。于2017 年末，經(jīng)過對(duì)陸上油氣管道的建設(shè)，其總里程累計(jì)已超出12 萬km，貫穿我國31 個(gè)省市自治區(qū)，標(biāo)志著油氣管網(wǎng)在我國已實(shí)現(xiàn)[1]，擴(kuò)大了長(zhǎng)輸油氣管道規(guī)模，共計(jì)13.14 萬km，其長(zhǎng)度在全球位居第三，其中天然氣管道最長(zhǎng)，約占長(zhǎng)輸油氣管道55.25%，其次是原油管道，約占長(zhǎng)輸油氣管道23.52%，最后為成品油管道，約占長(zhǎng)輸油氣管道21.23%。將《中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》作為行動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，到2020 年，其范圍達(dá)到16.9 萬km；到2025 年，其范圍預(yù)計(jì)達(dá)到24 萬km，當(dāng)實(shí)現(xiàn)最終預(yù)期范圍時(shí)，即證明成品油、天然氣干線管網(wǎng)已完成預(yù)期覆蓋面，貫穿我國各個(gè)區(qū)域，我國管道發(fā)展進(jìn)入高峰階段。油氣管道將成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

隨著油氣管道的迅速發(fā)展和擴(kuò)張，因油氣管道易腐蝕以及在承受外力破壞情況下易泄露、爆炸的特性，大概率會(huì)威脅到鄰近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，并對(duì)社會(huì)生活、自然環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害。尤其是相關(guān)事故發(fā)生頻率較高，對(duì)社會(huì)以及生態(tài)環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生了不同程度的危害，在居民生活區(qū)附近發(fā)生的事故也導(dǎo)致了嚴(yán)重的人員傷亡，同時(shí)造成了無法修復(fù)的環(huán)境污染，嚴(yán)重影響社會(huì)的發(fā)展和公眾的生存生活。

歐美發(fā)達(dá)國家最先針對(duì)高后果區(qū)進(jìn)行了研究，相關(guān)研究成果較為成熟，如美國最早頒布相關(guān)規(guī)定及多部法案，在管道管理方面也出臺(tái)了相關(guān)政策，制定了方案、細(xì)則和標(biāo)準(zhǔn)[2]。我國在GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》中針對(duì)“高后果區(qū)”進(jìn)行了具體界說，概括為管道發(fā)生泄漏后，將會(huì)危害公眾及環(huán)境的區(qū)域。因此，關(guān)于油氣管道可能發(fā)生事故需要對(duì)高后果區(qū)段進(jìn)行迅速、精準(zhǔn)識(shí)別，整合資源，經(jīng)優(yōu)化后再利用，其中關(guān)鍵的是相關(guān)管理人員的工作，需要有針對(duì)性地制定管理方案，重視防護(hù)與監(jiān)管，在運(yùn)營過程中保障管道的安全性、穩(wěn)定性、持續(xù)性，以防重大事故和環(huán)境污染發(fā)生，降低危險(xiǎn)系數(shù)，減少沿線人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失。高后果區(qū)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 高后果區(qū)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1 滄州輸油處高后果區(qū)現(xiàn)狀

滄州輸油處包含石家莊站、安平站、河間站、滄州站4 個(gè)輸油站場(chǎng)和滄河線（83.2 km）、津滄線（35.1 km）、臨滄線（181.3 km）、河石線（146.5 km）4 條輸油管道。滄州輸油處依據(jù)GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》因地制宜建立符合當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)，將企業(yè)管道管理作為制定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)發(fā)展程度將附近環(huán)境、人口納入考慮范圍，制定符合需求的識(shí)別與分級(jí)準(zhǔn)則，并對(duì)其范圍內(nèi)的高后果區(qū)進(jìn)行識(shí)別。滄州Ⅲ級(jí)高后果區(qū)識(shí)別見表2。

表2 滄州Ⅲ級(jí)高后果區(qū)識(shí)別（截取部分）

2 三維高后果區(qū)技術(shù)

油氣管道屬于線性工程，其高后果區(qū)識(shí)別實(shí)際上是對(duì)地理空間的分析，主要運(yùn)作范疇為識(shí)別管道附近一定距離與空間區(qū)域內(nèi)的自然及社會(huì)因素點(diǎn)，其中包括人員聚集地、關(guān)鍵設(shè)施、環(huán)境敏感點(diǎn)等[2]。

隨著信息化時(shí)代興起和科學(xué)技術(shù)的迭代，滄州三維高后果區(qū)采集內(nèi)容主要包含輸油管道兩側(cè)20 m 范圍內(nèi)的市政管線采集、0.03 m 傾斜攝影模型建模、閥室360°VR 虛擬現(xiàn)實(shí)的建設(shè)，以及周邊因素（包括：小區(qū)、醫(yī)院、消防、河流流速、流向）等數(shù)據(jù)的采集。

2.1 管道測(cè)量

工作內(nèi)容主要包括：

（1）收集資料。主要有控制測(cè)量資料、地下管線調(diào)繪資料（以實(shí)際情況為準(zhǔn)）、1∶500 數(shù)字化地形圖。

（2）探測(cè)、調(diào)查地下管線。為保證數(shù)據(jù)真實(shí)、事實(shí)有據(jù)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，對(duì)地下管線主要探明其平面位置、埋深、走向、規(guī)格等。

（3）測(cè)量地下管線。為保障數(shù)字地形圖質(zhì)量，選用全野外數(shù)字化采集法，利用全站儀觀測(cè)、內(nèi)存記錄，主要勘測(cè)地下管線點(diǎn)數(shù)據(jù)及修測(cè)地形圖。

2.2 傾斜攝影

GIS（Geographic Information System）作為計(jì)算機(jī)操作工具，具有多種功能，其中包括數(shù)據(jù)采集、管理、分析、輸入和輸出[3]，GIS 是集各領(lǐng)域科學(xué)為一體，其中包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)、測(cè)繪遙感學(xué)、城市科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)，通過數(shù)字地圖記錄現(xiàn)實(shí)中的地理數(shù)字信息[4]，并進(jìn)行處理、分析、展示。

近些年，國際測(cè)繪在該領(lǐng)域中不斷發(fā)展進(jìn)步，傾斜攝影技術(shù)就是其中一類新興技術(shù)，屬于高新技術(shù)，突破了最初正射影像的困境，可以多角度進(jìn)行拍攝，除垂直角度拍攝外，還可以通過不同的角度采集攝像，只需要在一個(gè)平臺(tái)連接多臺(tái)傳感器，便可以增加4 個(gè)傾斜角度，該項(xiàng)技術(shù)按照人眼視覺研發(fā)，其效果能夠?qū)⒂脩魩У筋愃浦庇^世界，感受真實(shí)氛圍，如圖1 所示。

圖1 傾斜攝影航飛圖

從傾斜攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，達(dá)到了同一時(shí)間對(duì)5 個(gè)不同的角度采集影像的標(biāo)準(zhǔn)，通過該項(xiàng)高新技術(shù)構(gòu)建城市三維模型，有望將建模成本最小化[5]。

主要體現(xiàn)以下4 個(gè)特點(diǎn)：

（1）反映地物周邊真實(shí)情況：相對(duì)于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個(gè)角度觀察地物，更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，極大地彌補(bǔ)了正射影像應(yīng)用的不足。

（2）傾斜影像可單張影像量測(cè)：只需要一項(xiàng)條件就能夠直接開展測(cè)量工作，即配套軟件。其條件以成果影像為基礎(chǔ)，對(duì)高度、長(zhǎng)度、面積和角度等進(jìn)行作業(yè)，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用。

（3）建筑物側(cè)面紋理可采集：現(xiàn)如今三維數(shù)字城市應(yīng)用廣泛，種類較多，利用航空攝影的獨(dú)有特性，可以大規(guī)模成圖，再采用傾斜影像批量提取及貼紋理模式，在城市三維建模中可以提高工作效率，進(jìn)而降低建模成本。

（4）數(shù)據(jù)量小易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布：傾斜攝影技術(shù)與三維GIS 技術(shù)數(shù)據(jù)相比，其具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，最重要的一點(diǎn)是獲取攝影數(shù)據(jù)量較小，因此，將完整技術(shù)融入影像數(shù)據(jù)格式，用以加快網(wǎng)絡(luò)發(fā)布速度，實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用。傾斜攝影整體作業(yè)流程如圖2-圖4 所示。

圖2 傾斜攝影測(cè)量影像處理流程圖

圖3 無人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程

圖4 傾斜攝影數(shù)據(jù)整體流程

2.3 VR 技術(shù)

20 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)便是此時(shí)興起的新型實(shí)用技術(shù)。其利用計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境，使人們產(chǎn)生身臨其境的感受，達(dá)到環(huán)境沉浸的效果?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展，許多行業(yè)都涉及了VR 技術(shù)，對(duì)其需求越來越多，VR 技術(shù)逐漸成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

2.4 周邊因素采集

高后果區(qū)周邊要素采集主要包括人口信息、建筑物、周邊醫(yī)院、醫(yī)院床位、河流流向、河流沿線的水壩、鐵路每天經(jīng)過的車輛以及經(jīng)過時(shí)間信息等。

3 高后果區(qū)三維可視化成果

依據(jù)最新可視化分析技術(shù)，此次項(xiàng)目成果主要包括傾斜攝影模型的建設(shè)、三維虛擬閥室、周邊要素調(diào)查結(jié)果表、三維可視化分析系統(tǒng)4 個(gè)內(nèi)容。

3.1 傾斜攝影模型

傾斜攝影模型主要按照河流中心線兩側(cè)200 m 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，人口密集區(qū)按照管道中心線左右各250 m范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如圖5 所示；河流區(qū)域按照上游1 km 下游7 km 采集，如圖6 所示。

圖5 人口密集區(qū)采集圖

圖6 穿越河流采集圖

3.2 三維虛擬閥室

對(duì)滄州閥室周邊地物地貌按照以閥室為中心點(diǎn)500 m 緩沖區(qū)范圍、室內(nèi)全視角進(jìn)行虛擬三維閥室的建設(shè)，如7 圖所示，并對(duì)室內(nèi)閥門、管道進(jìn)行獨(dú)立信息標(biāo)注和說明，如8 圖所示。

圖7 洪橋閥室近景圖

圖8 洪橋閥室VR 實(shí)景圖

3.3 周邊要素調(diào)查

對(duì)輸油管道緩沖500 m 范圍內(nèi)的人群、居民樓、學(xué)校、商業(yè)區(qū)等信息實(shí)現(xiàn)三維可視化。

3.4 三維可視化系統(tǒng)

三維可視化系統(tǒng)按照國內(nèi)軟件優(yōu)先級(jí)別采用國產(chǎn)地理信息支撐平臺(tái)Supermap10.1?；陂y室、高后果區(qū)三維數(shù)據(jù)管理與展示平臺(tái)實(shí)現(xiàn)地理信息、輸油管道2 個(gè)層面的應(yīng)用結(jié)合，以及市政、輸油管道、閥室和高后果區(qū)等三維測(cè)繪展示系統(tǒng)管理平臺(tái)的多層面展示，即建立三維輸油管道、閥室和高后果區(qū)展示平臺(tái)，基于市政管網(wǎng)、輸油管道實(shí)現(xiàn)三維管道管理平臺(tái)，具體功能如圖9 所示。

圖9 滄州高后果區(qū)三維可視化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)功能如圖10、圖11 所示。

圖10 三維管理平臺(tái)管理系統(tǒng)

圖11 開挖分析結(jié)果展示圖

4 結(jié)論

根據(jù)目前我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展形勢(shì)推測(cè)，在未來發(fā)展中，管道輸油成品油將成為經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，占據(jù)石化行業(yè)的主要位置。現(xiàn)在國內(nèi)油氣管網(wǎng)已基本形成，對(duì)后期管道安全運(yùn)行與維護(hù)成為工作重點(diǎn)，避免發(fā)生安全事故。就目前而言，對(duì)于管道高后果區(qū)可視化管理工作和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方面還存在一些缺陷，主要原因在于管理、巡線人員現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，導(dǎo)致工作任務(wù)重、效率低。本文結(jié)合現(xiàn)行傾斜攝影、GIS 技術(shù)、虛擬可視化等技術(shù)提出了一種關(guān)于管道高后果區(qū)三維可視化管理的新方法。實(shí)踐證明，基于傾斜攝影三維可視化的高后果區(qū)管理可以迅速、精準(zhǔn)地進(jìn)行高后果區(qū)的事故推演、事故定位和周邊環(huán)境分析，并且效率高，能夠節(jié)省大量的人力、資金等資源。

我國是一個(gè)地形地貌非常復(fù)雜的國家，幾乎擁有所有地形類型，并且管道沿線的自然環(huán)境多變，高后果區(qū)管理面臨著范圍廣、難度大的問題，未來的管理工作應(yīng)將地理信息數(shù)據(jù)及信息化管理技術(shù)融入進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)高后果區(qū)智能化分析、推演和可視化管理。