西南管道公司

摘要：以LBS位置大數(shù)據(jù)為核心，利用移動通信基站采集到的終端設備LBS位置信息，設計油氣管道監(jiān)測預警系統(tǒng)。系統(tǒng)可以查看終端設備的實時軌跡、歷史軌跡回放、油氣管道監(jiān)視區(qū)域內(nèi)人流和人群特征、監(jiān)視區(qū)域歷史人流及異常信息等。系統(tǒng)根據(jù)終端設備LBS位置大數(shù)據(jù)，建立管道監(jiān)視周界相關專題挖掘模型及預警算法，為油氣管道安全管理提供有效手段。

關鍵詞：油氣管道；大數(shù)據(jù)； LBS；預警 

隨著我國油氣管網(wǎng)規(guī)模和覆蓋范圍逐漸增大，管道數(shù)量的快速增長與管道完整性管理的要求之間的矛盾日益突出。管道經(jīng)過區(qū)域鄉(xiāng)鎮(zhèn)移民村建設搬遷、原有城鎮(zhèn)居民區(qū)和工業(yè)區(qū)擴建等因素，使得管道人口密集型高后果區(qū)每年均有變化[1]。根據(jù)2017年國家安監(jiān)總局等八部委138號文要求，要突出加強油氣輸送管道途經(jīng)人員密集場所高后果區(qū)安全管理工作。因此，有必要利用大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術，探索建立智能化管道系統(tǒng)，做好數(shù)據(jù)挖掘、移動應用、綜合決策、應急防災等工作，使油氣管道從傳統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)型管理到動態(tài)預知型管理方面轉(zhuǎn)變，提高油氣管道安全管理水平[2]。

1 常用油氣管道監(jiān)測技術

1.1 無人機巡護技術

利用無人機航拍技術，可以實現(xiàn)五種場景應用：一是線路日常巡護；二是汛期、山林、農(nóng)作物茂盛期和異常天氣后巡護；三是輔助應急搶險；四是“震懾性”巡護；五是用于實戰(zhàn)演練。但是該技術也存在著一定的局限性和不足之處：①該技術受天氣影響，霧、霾、陰天、雨天等能見度差的條件對拍攝效果有一定影響。②資質(zhì)受限。根據(jù)《民用無人機駕駛航空器經(jīng)營飛行活動管理辦法（暫行）》，開展無人機空中拍照等經(jīng)營活動的企業(yè)應取得《無人駕駛航空器經(jīng)營許可證》，石油石化企業(yè)無此資質(zhì)[3]。

1.2 基于4G網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)

利用移動運營商提供的4G網(wǎng)絡作為傳輸鏈路，在高后果區(qū)現(xiàn)場安裝攝像機，在管理中心安裝4G視頻監(jiān)控服務器，用戶可通過計算機實時查看高后果區(qū)現(xiàn)場的視頻信息。機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，通過機器視覺算法可實現(xiàn)越界報警、自動跟蹤、煙火分析等[4]，但是該技術對管道高后果區(qū)的4G網(wǎng)絡覆蓋要求較高，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡丟包、設備損壞、設備供電等問題。

1.3 基于OFDR技術的管道防破壞預警技術

利用單模光纖作為分布式傳感器，并在傳感光纖中大規(guī)模的植入光纖光柵陣列，使其與常規(guī)光纖不同，沿輸送管線敷設于管道附近，從而實現(xiàn)對長距離油氣管道第三方損壞、打孔盜油、地質(zhì)災害等預警檢測。光纖傳感器是管道防破壞預警技術的有效手段，目前已有部分海底管道正在應用。但光纖也存在著一定的局限性：①易斷裂造成功能失效和不易修護。②靈敏度高造成大面積誤報。③須用特殊光纖，成本較高。

2 基于LBS位置大數(shù)據(jù)的油氣管道監(jiān)測預警技術

大數(shù)據(jù)時代， LBS（Location Based Services）位置大數(shù)據(jù)尤為重要，因為海量信息中80%的信息與位置相關，并蘊含著突發(fā)事件發(fā)生前兆。有效挖掘和分析LBS位置大數(shù)據(jù)[5]，利用其實時動態(tài)監(jiān)測管道高后果區(qū)的人流、車流、客流等，將使油氣管道從傳統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)型管理向動態(tài)預知型管理方向轉(zhuǎn)變。

2.1 國內(nèi)LBS進展及應用前景

國內(nèi)早在2001年已開始LBS基礎研究、前沿技術的理論探索、技術方法探討、應用集成等研究，但是受限于當時的定位技術條件不成熟和擁有移動電話的用戶規(guī)模較小、移動定位占移動通信運營商增值服務總收益的比重較低， LBS位置服務僅僅處于市場培育階段。

根據(jù)工信部2019年7月和9月分別發(fā)布的《2019年上半年通信業(yè)主要通信能力》《2019年8月電話用戶分省情況》公告顯示，當前我國電話用戶總數(shù)達到17.8億戶，擁有移動電話的用戶總數(shù)達到15.9億戶，其中擁有3G網(wǎng)絡的用戶為1.1億戶， 4G用戶保持穩(wěn)定增長，總數(shù)已達到12.5億戶。移動網(wǎng)絡通信基站已增至732萬個，平均每1.3平方公里就有一個移動網(wǎng)絡通信基站，并且隨著光網(wǎng)改造工作的不斷深入， 4G移動網(wǎng)絡向縱深的覆蓋，基于LBS的位置服務在交通、電力、物流、消防、城市規(guī)劃等行業(yè)已有廣泛應用。

2.2 基于LBS位置大數(shù)據(jù)的監(jiān)測預警系統(tǒng)

系統(tǒng)以數(shù)據(jù)模型為基礎，采用SOA（ ServiceOriented Architecture）架構理念，利用移動網(wǎng)絡通信基站實時采集，并結合GIS系統(tǒng)動態(tài)分析，能夠?qū)崿F(xiàn)油氣管道兩側(cè)3～500米監(jiān)視周界內(nèi)LBS數(shù)據(jù)的實時、全面、多維度采集，實現(xiàn)基于LBS位置大數(shù)據(jù)信息高效整合，并建立預警研判所需的各類專題挖掘模型（圖 1）。

2.2.1 監(jiān)視區(qū)內(nèi)人流統(tǒng)計

系統(tǒng)利用LBS數(shù)據(jù)倉庫，建立LBS數(shù)據(jù)模型，統(tǒng)計分析油氣管道監(jiān)視區(qū)域內(nèi)活動人員流量及活動人員的行為特征，估算出人員流量情況、人員出現(xiàn)時間、滯留時間，距管道距離等，為油氣管道周界內(nèi)的安保工作提供指引。通過統(tǒng)計分析LBS位置大數(shù)據(jù)，并在地理信息系統(tǒng)（GIS）上以直觀、可視化的色度表達形式（“熱力圖”）展示監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的人流量估值、人流量密度、人流分布、人流實時軌跡及軌跡回放等信息（圖 2、圖 3、圖 4）。

系統(tǒng)將監(jiān)視區(qū)域劃分成若干個以1公里為范圍的小區(qū)域滾動播放，不僅能夠?qū)崟r或者分時段估算人流的數(shù)量或人流密度，而且還可以利用數(shù)據(jù)挖掘模型采用熱力分布圖直觀展示人員位置分布，并且精準到經(jīng)緯度范圍，這是常規(guī)的GIS系統(tǒng)無法實現(xiàn)的功能。

2.2.2 監(jiān)視區(qū)域內(nèi)人群畫像

利用LBS位置大數(shù)據(jù)可以刻畫出監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的人群特征、行為偏好、來源地等信息，提供人群年齡分布、性別比例、個人喜好、來自哪里等人群特征，為油氣管道突發(fā)事件的應急處置與輔助決策提供參考。圖5、圖6所示為LBS位置大數(shù)據(jù)監(jiān)測預警系統(tǒng)展示蘭成渝成品油管線某高后果區(qū)的人群畫像。

2.2.3 監(jiān)視區(qū)域歷史數(shù)據(jù)回歸溯源及預測分析

系統(tǒng)利用采集的數(shù)據(jù)可以提取相關特征建立專題數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計分析出年、月、日、時、分任意時段內(nèi)的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的人員流量歷史平均數(shù)據(jù)、人員特征畫像歷史平均數(shù)據(jù)，同時利用這些歷史數(shù)據(jù)，預測分析是否有施工隊進駐油氣管道監(jiān)視周界內(nèi)，并作出預警提示。圖7、圖8為某成品油管線某高后果區(qū)歷史人流統(tǒng)計。

2.2.4 利用LBS實現(xiàn)油氣管道預警面臨的問題

隨著4G網(wǎng)絡的縱深覆蓋及5G網(wǎng)絡的快速建設，LBS位置服務在各個行業(yè)的應用會更為廣泛，但是與其他帶有實時獲取移動用戶終端設備的App相比，還面臨一些需要解決的問題。

（1）定位精度問題。目前，國內(nèi)外所能用到精度最高的定位技術是GPS定位技術，但其存在一定局限性。一是利用GPS在油氣管道周邊區(qū)域內(nèi)監(jiān)測，無法在移動終端設備上安裝相關的應用程序。 二是GPS在深度室內(nèi)環(huán)境下將無法進行定位。如果采用移動通信基站網(wǎng)絡定位精度會大大降低，目前還沒有更好的解決方案，只能要求移動通信運營商優(yōu)化定位算法，提高定位精度。

（2）預警算法模型。由于LBS數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量大、處理速度快、價值密度低等大數(shù)據(jù)的顯著特征，如何有效地監(jiān)測管道監(jiān)視周界內(nèi)人流、車流、用戶行為等，并清洗出具有高價值的數(shù)據(jù)建立快速研判與預警的算法模型成為重點。

3 結論

利用大數(shù)據(jù)、云計算技術建立基于LBS位置大數(shù)據(jù)的油氣管道動態(tài)監(jiān)測及預警機制，對油氣管道沿線活動人員實時動態(tài)監(jiān)測及預警，目前還處于嘗試階段，需要在實踐中不斷探索，綜合多種手段提高檢測效果，最終將管道風險控制在可接受的范圍之內(nèi)。

參考文獻：

[1] 曹斌，廖柯熹，羅敏.川渝地區(qū)管道高后果區(qū)第三方破壞因素分析[J].天然氣與石油， 2011（2）：11-14.

[2] 李遵照，王建波，王曉霖，董列武，劉道乾，李明，葉青.智慧能源時代的智能化管道系統(tǒng)建設[J].油氣儲運， 2017， 36（11）： 1 243-1 250.

[3] 郝曉平.無人機巡護技術提升油氣管道現(xiàn)代化管理水平[J/OL].油氣儲運:1-7[2019-11-27].http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1093.TE.20190520.1640.004.html.

[4] 何勇軍.4G網(wǎng)傳視頻監(jiān)控系統(tǒng)在輸油管道高后果地區(qū)應用淺析J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量， 2016（07）： 66-69+71.

[5] 張冬冬，武西鋒，陳溪月，萬紹勇.LBS大數(shù)據(jù)在大型聚集活動中的情報預警應用[J].情報雜志，2017（07） :28-33. 

作者：王愛玲，女， 1988年生，工程師， 2013年碩士畢業(yè)于中國石油大學（華東）油氣儲運專業(yè)，現(xiàn)主要從事長輸油氣管道完整性專業(yè)方向的研究工作。