王新 王巨洪 李榮光 李保吉

國家管網集團北方管道公司

摘要：為順應油氣管道由自動化、數字化向智能化方向發展，基于實時渲染技術，通過集成建設期及運營期數據，開發中俄東線智能管道可視化系統，全面展示線路、站場、工藝運行與設備等智能化管道技術，實現數據可視化、場景化以及實時交互，為管道智能化管理提供支持。

關鍵詞：智能管道；可視化；數據源；數據流向

 

中俄東線天然氣管道工程于2019年12月2日正式投產運行，實現了技術和管理的重大創新[1-3]，以“全數字化移交、全智能化運營、全生命周期管理”為理念，按照智能管道試點建設要求，結合生產實際需求共形成24個智能建設子項。與以往傳統油氣長輸管道相比，在工藝運行、站場管理、管道管理等多個方面實現提升和創新性突破[4-9]。

傳統管道由于建設期數據及運營期數據分別在不同信息系統管理，主要存在以下問題：缺乏信息系統集成，未能實現管道相關數據的統一分析、展示，對業務決策支持力度不夠；缺乏管道及站場的實體可視化展示，未實現站場及關鍵設備的三維可視化展示。鑒于此，基于數據實時渲染技術，開發中俄東線智能管道可視化系統，實現數據可視化、場景化以及實時交互，通過大屏集中動態系統地展示線路、站場、工藝運行與設備等。

1  系統設計

1.1  系統架構

中俄東線智能管道可視化系統基于RayData技術，實現站場、工藝管線、壓縮機、閥門等設備的三維建模，并通過數據接口方式，接入不同數據格式的實時動態數據。系統采用C/S（客戶端型）模式及通用接口協議、數據格式，具有較好的數據兼容處理及展示能力。其架構主要包括數據源、數據處理、可視化展示及智能化應用（圖 1）。

圖 1 智能管道可視化系統架構

1.1.1  數據源

系統集成了中俄東線天然氣管道的多源數據，具體可包括11類780多項動靜態數據[3]。數據源可分為三類：一是站場、設備設施、線路等基礎屬性數據，這部分數據主要是靜態數據，通過建設期全數字化移交獲得；二是站場、線路泛在感知數據，包括視頻監控數據、智能陰保數據、光纖泄漏預警數據、站場巡檢數據、可燃氣體報警數據、站場周界報警數據等，這部分數據主要是實時動態監測數據，來源于中俄東線各監測系統；三是生產運行參數，包括運行壓力、溫度、流量、壓縮機運行參數等，這部分數據主要通過SCADA系統實時接入。

1.1.2  數據處理

建設期數據處理：對建設期全數字化移交數據進行輕量化處理，對數據質量進行檢查和清洗，并通過加載于站場、設備、線路等三維模型展現。減少數據冗余存儲帶來的資源浪費，更好支撐智能管道業務需求。

運營期數據處理：通過統一數據標準對接入系統的工藝運行參數、壓縮機運行參數、陰保數據、視頻監控等動態數據，進行檢查、清洗、標注等，為數據的集成展示及深化應用作準備。

1.1.3  可視化展示

系統基于實時渲染技術，實現多維度的數據可視化展示。一是站場三維可視化展示，如在全數字化設計、智能施工及數據自動回流校驗基礎上，構建黑河站站場、設備與站場周邊地形地貌的三維數字模型，實現了黑河站三維可視化展示。二是線路GIS展示，將管道周邊地形地貌三維模型與管道地理信息系統結合，實現管道線路的二、三維聯動展示。三是實時數據圖表展示，通過曲線圖、趨勢圖、統計圖等多種圖表實現生產運行數據、線路報警數據、綜合分析數據可視化展示。四是虛擬現實（Virtual Reality，VR）及視頻動畫展示，基于虛擬現實技術、InsideOut深度攝像追蹤及圖形圖像高速實時渲染技術，實現了黑河站壓縮機單個零件拆解、爆炸圖多角度透視拆解，同時系統加載了天然氣進氣流程、越站流程等7種工藝流程動畫。

1.1.4  智能化應用

系統集成各類安全預警系統，實現各類預警數據整合，可用一張圖綜合展現各類報警數據，實現報警信息聯動。比如光纖預警系統發出報警信息以后，可以迅速對比攝像頭視頻信息，實現風險綜合分析。未來將進行數據挖掘利用及大數據分析，智能識別管道安全運行風險，對管道運行狀態進行準確有效的趨勢預測。

1.2  數據流向

管道建設期數據涉及管道中心線等坐標數據，遵循保密數據移交規定，通過線下傳輸方式進行。生產運行數據主要來自SCADA系統，通過開發數據接口，實現生產運行參數的傳輸與實時更新。線路及站場感知數據，通過數據接口進入智能管道可視化系統。數據進入系統R-box圖形服務器后，首先進行數據處理，建立不同報警數據的關聯關系，然后根據業務需求，進行數據分析，最終將數據分析結果加載在站場三維模型或線路地理信息模型，實現數據可視化展示（圖 2）。

圖 2 系統數據流向

2  系統應用

2.1  管網概況

以管線走向圖的形式整體展示管網主干線信息，體現出東北能源通道的重要意義。同時，直觀展現中俄東線北段整體情況，包括全線里程。站場及閥室分布、管徑、運行壓力、流量、溫度等參數。

2.2  站場

在站場三維模型上加載工藝運行、關鍵設備、站場視頻等實時數據，實現了數字孿生體隨著運營期數據逐漸豐富而同生共長（圖 3）。通過系統可以查看不同設備的屬性數據、生產運行數據，還可查看可燃氣體報警、周界報警、站場視頻巡檢、壓縮機故障報警等數據。同時系統加載了7種工藝流程動畫及壓縮機的三維拆解動畫，實現了站內工藝流程及關鍵設備零部件拆解的三維可視化（圖  4），有效支持員工檢維修作業和開展培訓。

圖 3 站場三維模型

圖 4 壓縮機拆解動畫

2.3  管道線路

系統可實現管道走向及完整性數據的二維展示及管道周邊地形地貌的三維展示。通過重點線路實時態勢的可視化、場景化，將線路多種報警數據集成，多維度展現管道空、天、地一體化的泛在感知能力。

通過對重點地段攝像頭視頻及無人機巡線視頻進行智能識別，實現機械挖掘、人員逗留等多種管道異常事件的視頻報警，結合光纖預警系統、泄漏監測系統、智能陰保系統，達到線路異常事件智能識別、分析及報警（圖 5）。

圖 5 智能陰保界面示意圖

2.4  數據綜合展示

系統開發大數據綜合分析展示界面，以實現多源數據綜合分析。可以展現站場工藝流程圖，實時查看生產運行參數，同時將預測預警信息集成到一張圖，通過柱狀圖、餅狀圖、曲線圖等直觀方式綜合分析和展示生產經營、預測預警信息，達到對站場、管道立體感知和綜合預警的目的。

3  思考及建議

（1）結合系統定位，提升應用效果。由于建模工作量大，系統運行需要特定的渲染服務器，限制了可視化系統的應用范圍。目前對所有站場進行三維精細建模并不現實，未來應針對不同應用層級、應用目的及人員角色等開發不同架構、使用模式、展現形式的智能管道可視化系統。比如選取特定站場進行精細化三維建模，可應用于智能化管道展示、應急指揮或者培訓，系統架構可以采用C/S（客戶端）架構，展現形式可以是大屏形式，方便數據的集中可視化展示；而其他站場可以采用輕量化三維模型或者二維模型，應用于數據分析、展示，系統架構可以采用B/S架構（網頁型），展現形式可以在PC段或者移動端，這樣管道管理者就可以對監控數據、監控視頻及時跟蹤響應。

（2）統一數據標準，提升數據質量。可視化系統數據來源于不同智能監控系統，各系統接口協議不同，數據格式不同，需根據不同系統接口協議開發不同數據接口，不僅開發工作量大，而且讀取數據質量不一，需要進行數據清洗加工，規范數據移交的格式、編碼、結構，實現數據標準、數據接口、數據層次結構的統一互融。

（3）建立數據中心，實現數據統一管理。建立數據中心，按照統一標準采集數據，統一格式傳輸數據，對數據進行標記，實現海量數據的結構化存儲和管理，滿足大數據分析等深層次業務需求。

（4）采取多種手段，保證數據安全。管道地域空間分布廣，基于成本和使用環境的要求，數據需通過多種通信方式的混合組網形式進行傳輸。比如站場生產運行數據通過光通信進行傳輸；管道線路感知數據往往通過無線、衛星、光纖等方式傳輸。出于數據安全考慮，可視化系統布置在企業內網，部分線路感知系統布置在外網，生產運行參數在工況網。積極采用數據加密、身份認證、網絡防火墻、物理隔離裝置等網絡安全手段，確保數據與系統安全。

（5）緊密結合需求，深化智能應用。目前可視化系統多源數據的分析應用較少，僅能實現不同報警數據的對比分析。未來需引入大數據分析及人工智能技術，實現各類預警數據整合和挖掘利用，智能識別管道安全運行風險。比如可開發動態風險評價技術，將智能感知數據與風險評價技術相結合，實現管道風險的動態實時監測。

 

參考文獻：

[1]姜昌亮. 中俄東線天然氣管道工程管理與技術創新[J]. 油氣儲運，2020，39(2)：121-129.

[2]中國石油管道公司.氣脈：中俄東線天然氣管道工程北段建設紀實[M].北京：中國工人出版社，2019：3.

[3]王振聲，陳朋超，王巨洪. 中俄東線天然氣管道智能化關鍵技術創新與思考[J].油氣儲運，2020，39(07)：730-739.

[4]王巨洪，張世斌，王新，李榮光，王婷.中俄東線智能管道數據可視化探索與實踐[J].油氣儲運，2019，38(12)：1-7.

[5]智慧管網總體設計項目組.中油管道智慧管網總體設計方案[R].2019，8.

[6]聶中文，黃晶，于永志，王永吉，單超，馮騁，等.智慧管網的建設進展及存在的問題[J]．油氣儲運，2019，38(11)：1-9.

[7]李柏松，王學力，王巨洪.數字孿生體及其在智慧管網應用的可行性[J].油氣儲運，2018，37(10)：1081-1087.

[8]程萬洲，王巨洪，王學力，王新．我國智慧管道建設現狀及關鍵技術探討[J].石油科技論壇，2018，37(3)：34-40．

[9]張海峰，蔡永軍，李柏松，孫巍，王海明，楊喜良.智慧管道站場設備狀態監測關鍵技術[J].油氣儲運，2018，37(8)：841-849．

 

作者簡介：王新， 1984 年生，高級工程師，2011 年碩士畢業于中國科學技術大學安全技術及工程專業，現主要從事智能化管道建設及管道完整性管理工作。聯系方式：0316-2170404，wangxin04@pipechina.com.cn。