延旭博

（河北省天然氣有限責任公司，河北 石家莊 050000）

輸氣站是長輸天然氣管網(wǎng)的重要節(jié)點，具有過濾、氣量計量、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設施。加強輸氣站的安全運行管控對天然氣管網(wǎng)整體平穩(wěn)運行尤為重要。同時，隨著視頻監(jiān)控、燃氣泄漏檢測儀、振動光纖等傳感設備數(shù)據(jù)采集技術的日趨成熟，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)分析應用技術的發(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用[1]。

為加強管網(wǎng)安防管理水平，輸氣站的運行及安全管控系統(tǒng)包括工業(yè)電視監(jiān)控、周界安防系統(tǒng)、消防火災、人員定位系統(tǒng)、110 一鍵報警系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、擴音系統(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)之間均獨立運行，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。為了提高輸氣站運行的安全可靠性，方便運維管理，實現(xiàn)多級綜合管控，改變以前各個站場、閥室、長輸管道安防系統(tǒng)相對獨立的狀態(tài)，打破各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)孤島，開發(fā)作業(yè)區(qū)一體化管控平臺，并提供二三維一體化監(jiān)管平臺，實現(xiàn)調(diào)控中心、作業(yè)區(qū)、場站三級聯(lián)動管控，進一步提升管網(wǎng)安防監(jiān)控能力，保障管網(wǎng)安全平穩(wěn)運營。

1 輸氣站現(xiàn)有管控技術

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、自動分輸、電動流量調(diào)節(jié)等技術和設備，實現(xiàn)輸氣站無需人員駐守和操作，通過調(diào)控中心可以實現(xiàn)輸氣站內(nèi)各類閥門的開關、泄漏監(jiān)控，一線運行人員集中在作業(yè)區(qū)辦公，同時負責多個站場的管理，并定期對所轄站場進行檢查和維護的工作模式。通過無人值守的應用，運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)，保障值班人員實時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，對現(xiàn)場的各類參數(shù)進行采集和展示，如流量、壓力、溫度等，是目前管道運營企業(yè)使用最多、覆蓋最全的系統(tǒng)之一，已實現(xiàn)對所有站、閥室及重點監(jiān)測點位數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)控。

周界安防系統(tǒng)。周界安防系統(tǒng)采用振動光纜周界安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)專門針對柵欄、防護網(wǎng)之類的防護設施的周界震動報警而設計，當有人試圖剪斷或者攀爬鐵絲網(wǎng)時它能準確地探測并定位入侵地點，并為周界的每個模塊及輔助探測器供電，而不需其他設備或線纜。

燃氣泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。輸氣站的各類設備連接處，如法蘭連接、各類變送器的旋塞底座，在長期運行后或安裝不當時，不可避免地存在天然氣泄漏風險。為此，站內(nèi)設有激光云臺，持續(xù)對站內(nèi)進行自動掃描，基于激光吸收光譜技術對泄漏氣體進行監(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)助運行人員判斷泄漏位置。

門禁系統(tǒng)。輸氣站安保等級高、風險大，為防范外來人員無授權進入輸氣站，輸氣站安裝了具備人臉識別和指紋識別功能的門禁系統(tǒng)，同時輸氣站值班室內(nèi)配備了門禁專用的手持控制器，可遠傳開門。

消防火災系統(tǒng)?；馂膱缶到y(tǒng)主要設備為海灣t200 火災報警控制器（聯(lián)動型），具有功能強、可靠性高、配置靈活的特點，可在監(jiān)測到火災后聯(lián)動相關的報警和處置設備。

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

擴音系統(tǒng)。擴聲系統(tǒng)是將預警信息等監(jiān)控人員重點關注的信息通過擴音傳到對應的場站位置，以方便提示或者警告。

1.3 當前管控手段的不足

當前管控手段的不足具體體現(xiàn)在以下3 個方面：①數(shù)據(jù)傳輸不統(tǒng)一。因各管控技術實施時間不一、技術要求不一，因此，有些數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅斯痰脑品掌?，有些?shù)據(jù)存儲在本地，有些數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅苏{(diào)控中心服務器。②平臺不一致。各類監(jiān)控手段的實現(xiàn)需要依靠不同的硬件，硬件供應商開發(fā)了不同的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示和查看，運行人員需要登錄不同的平臺才能查看，增加了日常運維的工作量。③作業(yè)區(qū)缺乏有效的監(jiān)管手段。因大部分數(shù)據(jù)存儲在了輸氣站本地電腦，部分數(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、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度過大。同時，作業(yè)區(qū)人員對輸氣站現(xiàn)場情況不明，一旦發(fā)生設備故障或緊急事故，只能趕到輸氣站后才能了解情況，從而耽誤了最佳的搶險時機。

2 作業(yè)區(qū)一體化管控平臺設計

2.1 設計原則

結合輸氣站各類技術手段的現(xiàn)狀，為解決作業(yè)區(qū)在日常管理中的難點，設計和開發(fā)作業(yè)區(qū)一體化管控平臺，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一傳輸、展示和管理，實現(xiàn)作業(yè)區(qū)掌握輸氣站現(xiàn)場的第一手數(shù)據(jù)[2]。

2.2 應用集成

考慮到智能化設備的快速發(fā)展，未來輸氣站將增加更多的監(jiān)測設備，因此，在一體化管控平臺設計中，要考慮系統(tǒng)良好的擴展性、互操作性和兼容性，同時為后期擴容和接入新設備預留條件，避免后期難以繼續(xù)新增各類獨立系統(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)有各類設備運行和報警邏輯，同時將業(yè)務邏輯與流程分離，避免不同流程調(diào)用引起邏輯錯誤而使得現(xiàn)場設備誤報警和誤操作。

統(tǒng)一訪問界面和調(diào)用。用戶通過一個統(tǒng)一界面和不同標簽實現(xiàn)對不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)和流程的訪問。此外，設置用戶的自定義界面，用戶可自行對所需的數(shù)據(jù)進行采集、編輯和設置計算公式，方便與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行核對。

統(tǒng)一功能結構。通過對功能進行模塊化設計，提供標準化的功能組件或服務，用戶可以結合功能需求自行調(diào)整和組合[4]。

2.3 數(shù)據(jù)和服務集成

數(shù)據(jù)集成依據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)資源內(nèi)容管理的范圍，結合公司網(wǎng)絡及業(yè)務數(shù)據(jù)的基本特點，按照多種方式對數(shù)據(jù)進行組織，定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準；通過建立資源管理目錄，對數(shù)據(jù)資源進行統(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)庫建設提供依據(jù)，保證集成數(shù)據(jù)定義準確、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，全面分析多類型數(shù)據(jù)特點，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。

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

3 作業(yè)區(qū)一體化管控平臺的功能設計

3.1 設計目標

作業(yè)區(qū)一體化管控平臺采用3D GⅠS 平臺作為可視化底座，整合工業(yè)電視監(jiān)控、周界安防系統(tǒng)、消防火災、人員定位系統(tǒng)、110 一鍵報警系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、擴音系統(tǒng)，并通過總公司中間庫對接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，實現(xiàn)作業(yè)區(qū)分級管控、系統(tǒng)融合互聯(lián)、預測預警可控，并提供智能分析和決策支持，實現(xiàn)管網(wǎng)安全防御的可視化、網(wǎng)絡化、智能化管理。

3.2 功能設計

管理駕駛艙。管理駕駛艙平臺基于3D GⅠS 平臺，依托管道業(yè)務中間庫及長輸管道中間庫匯集的管網(wǎng)、生產(chǎn)運行、巡檢、視頻監(jiān)控、周界報警、泄漏監(jiān)測、人員定位、消防火災等數(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)，實時反映管網(wǎng)及場站的運行狀態(tài)、資產(chǎn)情況、實時監(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，為各級管理層提供的“一站式” 決策提供支持[6]。

運行工況。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，實時展示場站及各長輸管網(wǎng)的主要運行參數(shù)（壓力、流量、溫度、運行狀態(tài)、報警信息等）及現(xiàn)場視頻監(jiān)控畫面，以二三維GⅠS平臺加圖表的形式直觀呈現(xiàn)。

生產(chǎn)統(tǒng)計。生產(chǎn)統(tǒng)計新增以作業(yè)區(qū)為統(tǒng)計維度，統(tǒng)計所管轄管網(wǎng)管存，所屬站進氣、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)，對現(xiàn)場各類低溫氣體、常溫氣體、液體的跑、冒、滴、漏進行全天候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、消防火災等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，針對站場周邊的入侵事件進行實時監(jiān)測、報警，同時會調(diào)動響應攝像頭進行跟蹤錄像，強化遠程巡檢智能化報警能力。周界安防按照廠商的數(shù)據(jù)格式預留對接接口，等數(shù)據(jù)接入中間庫以后，再完成平臺數(shù)據(jù)的對接任務。

綜合報表。遵循作業(yè)區(qū)及場站安全防控規(guī)定，基于企業(yè)Web 報表工具，匯總安防預警數(shù)據(jù)，自動生成公司/作業(yè)區(qū)/場站安全日/周/月/年報、公司/作業(yè)區(qū)/場站事件日/周/月/年報、作業(yè)區(qū)報警統(tǒng)計報表。對接生產(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/年報表。

系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理包括平臺鑒權、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)場報警數(shù)據(jù)及時通知，現(xiàn)場情況快速上報、定位、導航、處理等功能，其中具體包括生產(chǎn)監(jiān)控駕駛艙、事故上報、實時預警提醒、事件定位等功能。

3.3 技術指標

技術指標包括：①作業(yè)區(qū)一體化管控平臺根據(jù)需要，需具備各種不同平臺、不同規(guī)格監(jiān)控攝像頭，不同平臺視頻接入、管理、存儲的能力。②平臺底座需采用國產(chǎn)自主可控二三維GⅠS 引擎。③具備開放性，遵循國際主流標準、現(xiàn)行國家標準、行業(yè)標準及其他相關技術標準。④作業(yè)區(qū)一體化管控平臺采用分布式設計方式，對相關的子系統(tǒng)應能進行功能性集成，集成在統(tǒng)一的平臺和統(tǒng)一的人機環(huán)境界面上。站控制室內(nèi)的運行維護人員應能通過管理監(jiān)控終端上的同一圖形界面看到各個模塊的工作情況和設備工作狀態(tài)。⑤采用模塊化、開放式結構，網(wǎng)絡接口應符合TCP/ⅠP協(xié)議，通過模塊添加，實現(xiàn)與其他組成部分之間的無縫連接及聯(lián)動集成。應在統(tǒng)一的界面內(nèi)，對系統(tǒng)內(nèi)所有事件進行綜合處理，可以執(zhí)行視頻控制、切換顯示、布防、撤防等命令，可以對各安防組成部分的運行參數(shù)進行設置和更改；各子系統(tǒng)之間可進行聯(lián)動；同時應能對各子系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制，對系統(tǒng)運行狀況和報警信息數(shù)據(jù)等進行記錄和顯示，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顯示報警點位置及布防圖，發(fā)生報警可使具體報警位置閃爍。⑦具有多屏聯(lián)合報警功能，至少支持3 屏的聯(lián)合報警功能。⑧應留有多個數(shù)據(jù)輸入、輸出接口，實現(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用。⑩綜合作業(yè)區(qū)一體化管控平臺集成軟件和硬件需獲得永久授權。?具備接入不同品牌、型號的周界設備。在滿足作業(yè)區(qū)管控功能基礎上，從空間及布局上進一步規(guī)劃提升整體效果。

4 實施和效果評價

4.1 開發(fā)實施

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

4.2 效果評價

作業(yè)區(qū)一體化管控平臺建成后，作業(yè)區(qū)人員實現(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 個集成為1 個，生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入時間由平均每天1 h 減少為15 min，提高了生產(chǎn)效率。

5 結束語

隨著無人值守、自動分輸技術在油氣管網(wǎng)的推廣應用和作業(yè)管理模式轉型，開發(fā)適用作業(yè)區(qū)管理的一體化管控平臺，增強作業(yè)區(qū)對輸氣站的信息掌控，將成為油氣儲運企業(yè)新的發(fā)展途徑，對保障管網(wǎng)安全運行具有重要意義。