油气管道智能巡检系统的设计与实现.docx

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油气管道智能巡检系统的设计与实现

油气管道智能巡检系统的设计与实现

摘要

能源作为国民经济发展的基础，对于国民经济的发展而言具有决定性的作用。

石油是能源发展与利用的重点。

对于石油的运输以及存储而言，特别是对于长距离的石油输送，油气管道更是重中之重。

输油管道的日常巡视与维修要求巡视因为自然环境变化造成的对于管道的损害，人为的原因造成的对于输油管道的损害，对输油管道设备的老化的情况，对于输油管道的附属设备的运行的情况等。

因此，基于移动GIS的在定位，空间数据管理，以及进行数据传输等方面具有的优势，在石油输油管道的智能巡检中进行应用无疑意义重大。

本文主要得到以下结论：

第一，GIS技术可以充分利用油田以及石油输油管道已经存在的GIS数据，通过图形化的形式向石油输油管道巡检人员的巡检的路程以及待测的故障点进行直观的展示，通过GPS对石油输油管道巡检人员的路线以及位置进行定位，从而能够对于石油输油管道巡检人员的工作的状态进行及时的全程的监控；第二，对于有可能存在问题的石油输油管道以及附属设备，可以向管理中心及时的进行信息的反馈，而管理中心基于GIS系统内的全部的空间数据以及属性数据进行全面的分析，最终获得最有效的解决的方案，并向现场的工作人员进行反馈。

第三，地理信息系统是一个非常复杂的庞大的系统，对数字油田，数字石油输油管道的概念具有体现，随着GIS技术的不断的发展以及完善，在GIS系统中能够进行油田与石油输油管道的全部数据的存储，基于GIS技术的基础上产生越来越多的信息管理系统，从而使得对于油田的空间数据以及属性数据能够进行有效的充分的利用。

油气管道中GIS技术的应用，使得油气管道巡检的智能化以及信息化得到了充分的体现，满足了数字管道发展的要求。

基于数量丰富的地理信息对输油管道的沿线的运行的情况进行详细的精确的说明，从而构建数字化的输油管道，通过地理信息使得工作人员能够对输油管道的各种信息能够做到实时的详尽准确的把握，同时，给工作人员的操作以及管理决策提供依据。

进而可以实现科学有效的管理输油管道的运行，从而使得工作效率以及工作质量得到提高。

关键词：

油气管道智能巡检；GIS；GPS

Abstract

Energyasthefoundationofthenationaleconomicdevelopment,forthedevelopmentofthenationaleconomyhasadecisiverole.Oilisthekeypointofenergydevelopmentandutilization.Foroiltransportationandstorage,especiallyforlongdistanceoiltransportation,oilandgaspipelinesisParamount.Pipelinedailypatrolpatrolbecauseofnaturalenvironmentchangeandmaintenancerequirementsforpipelinedamage,causedbyman-madereasonsforpipeline'sdamagecausedbytheagingconditionofpipelineequipment,accessoryequipmentforpipelineoperationsituation,etc.Therefore,basedonmobileGISinpositioning,spatialdatamanagement,datatransmissionandhastheadvantagesofintelligentinspectionofoilpipelinesinnodoubtisofgreatsignificanceforapplication.

Inthispaper,wegetthefollowingconclusions:

first,theGIStechnologycanmakefulluseoftheoilfieldandoilpipelineexistingGISdata,throughthegraphicalformtotheoilpipelineinspectionpersonnelinspectiondistanceandtheintuitivedisplay,faultpointareundertestbyGPSroutefortheoilpipelineinspectionpersonnelandfixingposition,sothattheycanfortheoilpipelineinspectionpersonnelinthewholeprocessofthestateofwork,andthetimelymonitoring;Andsecond,theremaybeaproblemfortheoilpipelineandtheaccessoryequipment,canbetimelyfeedbackofinformationtothemanagementcenter,andallmanagementcentersystembasedonGISspatialdataandattributedatatoconductacomprehensiveanalysis,finallytoobtainthemosteffectivesolutions,andfeedbacktostaffonsite.Third,thegeographicinformationsystemisaverycomplicatedhugesystem,ofdigitaloilfield,theconceptofdigitaloilpipelinehasreflected,withthecontinuousdevelopmentofGIStechnologyandperfect,intheGISsystemtooilfieldandoilpipelinestorageofalldata,basedontheGIStechnologytoproducemoreandmoreonthebasisofinformationmanagementsystem,soastomakethespatialdataandattributedataforoilfieldcanbefullyutilizedeffectively.TheapplicationofGIStechnologyinoilandgaspipelines,oilandgaspipelineinspectiongotfullyreflected,intelligenceandinformationofsatisfyingtherequirementsofthedevelopmentofthedigitalpipeline.

Basedonthenumberofrichgeographicinformationalongtherouteofthepipelineoperationsituationofdetailedpreciseinstructions,tobuildthedigitalpipeline,throughgeographicalinformationallowsthestafftothepipelineofallkindsofinformationcandoreal-timedetailedaccurategrasp,atthesametime,provideabasisfortheoperationofthestaffandmanagementdecisions.Andcanrealizescientificandeffectivemanagementoperationofthepipeline,soastomaketheworkefficiencyandworkqualitywasimproved.

Keywords：

Oilandgaspipelinesintelligentinspection;GIS;GPS

一.绪论

1.1研究背景及研究意义

1.1.1研究背景

当前，世界上的竞争日益激烈。

能源作为国民经济发展的基础，对于国民经济的发展而言具有决定性的作用。

事实上，二十一世纪国民经济发展的一个根本因素是能源，而石油是能源发展与利用的重点。

对于石油的运输以及存储而言，管道无疑是其根本，特别是对于长距离的石油输送而言，油气管道更是重中之重。

通常情况下，石油油田以及输油管道位于比较偏远的地区，远离人群，当长距离的进行石油的输送过程中，一般输油管道沿途的地理环境非常的恶劣，非常容易发生沿线输油管道以及附属设备的损坏以及老化问题，当没有及时进行维修，并且没有及时发现时，非常容易造成安全问题[1]。

与此同时，由于受到高额利益的驱动，很多的不法分子打孔盗油，对输油管道沿线的电气电缆，附属设备进行偷窃，蓄意破坏，使得石油的安全生产受到威胁，严重威胁到国家的财产安全，并且也严重影响到了输油管道以及油田的安全运行。

通过输油管道的巡检能够确保输油管道以及附属设备能够稳定安全运行。

对于输油管道以及油田的安全生产而言，输油管道的巡检具有非常重要的意义。

输油管道的巡检指的是沿着输油管道对于管道以及其附属设备的运行的状况进行巡视，对于输油管道以及附属设备存在的不足，问题以及故障进行及时的发现，同时进行详细的记录，并将此作为进行输油管道维修的根据。

进行输油管道巡检的最重要的就是确保巡检人员的到位，同时对于输油管道以及附属设备的故障信息以及问题进行正确详细的记录，同时向总部进行巡查结果的反馈，对具体的检修的内容进行总结分析，同时将存在的缺陷及时的消除，进而使得事故的发生得到避免，或者使得将故障尽可能的限制在最小的范围中，使得输油管道的安全稳定运行得到保障[2,3]。

对于传统的输油管道的巡检而言，通常采用的方式包括人工巡视以及手工记录的形式。

因为输油管道巡检人员的素质不一样，部分巡检人员的责任心不够，因此，空班问题，漏检问题时有发生，使得输油管道存在的很多的安全隐患不能被及时的发现，从而造成了由于人为的因素造成的安全问题。

另外，通过人工巡检的方式进行输油管道的巡检，其管理成本比较高，并且不容易实现现场指导。

基于上述问题，对于输油管道巡检及时的改进创新无疑是输油管道运行维护管理需要解决的最为迫切的问题。

，随着通信技术以及信息化技术的迅猛发展，基于GPS技术以及移动设备的输油管道的职能巡检系统已经在输油管道巡检中得到了应用。

通过输油管道智能巡检系统能够使得输油管道是否巡视以及巡视是否到位等状况得到了直观的展示。

从而使得石油输油管道进行快速，及时，高效，准确的巡检要求得到了满足，使得石油输油管道的巡检实现了智能化，信息化以及电子化的要求，确保了石油输油管道系统能够高效率，低故障的运行的需要。

石油输油管道的智能巡检系统通常涵盖了应用服务器，数据库以及移动设备等，是综合的业务管理体系。

石油输油管道智能巡检系统基于移动设备GPS信号对巡检人员进行定位，从而对巡检人员巡检工作是否到位进行检测；基于无线通信技术实现了把数据在检测设备以及管理中心之间的传递，使得石油输油管道巡检工作人员的工作的及时性以及效率得到了大幅度的提高[4,5]。

基于服务器端的数据信息管理系统进行石油输油管道巡检工作，使得石油输油管道巡检工作实效了智能化，智能化以及电子化。

随着移动设备产品的不断发展以及日益成熟，同时移动智能操作系统也越来越完善，对于各个行业而言，都发生了巨大的变化。

在石油行业中应用移动设备产品，使得传统的工作方式中存在的很多的问题得到了有效的解决，使得传统的工作中存在的不容易实现的不容易解决的工作，能够得到有效的解决，不但反映出科学技术给人们的生活带来的巨大的改变，同时也和石油行业的信息化，电子化以及智能化的发展相吻合。

进行数据的有效管理是石油输油管道智能巡检系统的一个重要的构成条件，数据涵盖了石油输油管道的空间位置数据以及石油输油管道的实体的属性数据两方面。

当前，对于油田的数据管理通常是基于传统的CAD的制图与属性数据库相结合的管理方式，属性数据与空间数据不能够实现完整的配合，对于油田的数据的综合的利用非常的不利。

基于地理信息系统技术的不断的产生以及发展，传统的数据管理方式和当前现代化的油田以及石油输油管道管理的要去越来越不相适应，基于GIS及时进行石油石油输油管道空间数据以及属性数据的统一有效管理是为了发展的比如。

GIS，GeographicalInformationSystem，即地理信息系统，是基于计算机硬件的支持，对于部分地球表层空间或者是整个地球的表层空间内的相关的地理分布的数据进行采集，管理，存储以及计算，通过分析对于结果进行描述以及显示[6]。

地理信息系统处理以及管理的对象通常是对于多种的地理空间实体的数据，比如空间的图形数据，属性数据，定位数据，遥感图像数据等及其相互之间的管理进行处理，基于对一定的地理区域内的各种现象以及过程的分析以及处理，对于复杂的规划，管理以及决策问题进行解决[7]。

随着移动互联网技术的迅猛发展，产生了GIS技术，基于移动计算环境以及移动终端技术，可以进行移动的，具有随偶性的，分布式的移动地理信息服务的提供。

利用GIS能够实现对于空间数据的分析以及管理，通过GPS实现了跟踪以及定位，通过智能终端设备对数据进行获取，利用移动通信技术传输图形，声音，文字等数据信号。

1.1.2研究意义

进行石油输油管道的日常的维修一直以来都是油气管道运输领域的研究的重点与热点问题。

输油管道的日常巡视与维修要求巡视因为自然环境变化造成的对于管道的损害，人为的原因造成的对于输油管道的损害，对输油管道设备的老化的情况，对于输油管道的附属设备的运行的情况等。

目前，基于压力测量设备实时监控实现了对于输油管道的是否存在泄漏的检测，然而，通过压力测量设备进行监测的一个非常大的弊端就是只能是发生事故以后才可以发现。

事实上，传统的输油管道的检修的方式以及管理的模式已经不能满足当前输油管道的运行管理的需要，与此同时，随着信息技术，GPS技术等的迅猛发展，对于管理的信息化，规范化的要求不断增加，尤其是随着地理信息技术GIS的发展，对于输油管道的信息化管理提供了技术支持。

另外，GIS技术，GPS技术，GPRS/CDMA上网技术等的相结合，在石油的巡线中的不断大面积的推广，给传统的输油管道的巡检工作方式带来了技术创新。

另外，GPS系统的应用越来越广泛，通过GPS信号实现了对于陆地，海，空等的导航，对于导弹的指导，进行大地的测量，进行工程测量，实现精密的定位，进行时间传递以及速度测量等。

基于GPS技术的发展，定位精度不断的提高。

而对于油气管道的巡检而言，因为其进行的野外作业，对线路进行维护，因此存在以下的特征：

①具有庞大的基础资料数据。

油气管道的巡检需要对油气管道的资料，线路附属设备等信息进行检测；②进行线路维护的业务非常的大。

进行油气管道巡检的业务包括了巡检油气管道的故障，油气管道及其附属设备的隐患，油气管道及其附属设备的老化及腐蚀等；③进行油气管道巡检人员的管理不容易。

油气管道巡检人员的工作在野外进行，同时巡检人员的工作的责任心以及综合素质不一样，造成了对于油气管道巡检过程中存在很多的问题。

基于数量丰富的地理信息对输油管道的沿线的运行的情况进行详细的精确的说明，从而构建数字化的输油管道，通过地理信息使得工作人员能够对输油管道的各种信息能够做到实时的详尽准确的把握，同时，给工作人员的操作以及管理决策提供依据。

进而可以实现科学有效的管理输油管道的运行，从而使得工作效率以及工作质量得到提高。

基于移动GIS的在定位，空间数据管理，以及进行数据传输等方面具有的优势，在石油输油管道的智能巡检中进行应用无疑意义重大。

第一，GIS技术可以充分利用油田以及石油输油管道已经存在的GIS数据，通过图形化的形式向石油输油管道巡检人员的巡检的路程以及待测的故障点进行直观的展示，通过GPS对石油输油管道巡检人员的路线以及位置进行定位，从而能够对于石油输油管道巡检人员的工作的状态进行及时的全程的监控；第二，对于有可能存在问题的石油输油管道以及附属设备，可以向管理中心及时的进行信息的反馈，而管理中心基于GIS系统内的全部的空间数据以及属性数据进行全面的分析，最终获得最有效的解决的方案，并向现场的工作人员进行反馈。

第三，地理信息系统是一个非常复杂的庞大的系统，对数字油田，数字石油输油管道的概念具有体现，随着GIS技术的不断的发展以及完善，在GIS系统中能够进行油田与石油输油管道的全部数据的存储，基于GIS技术的基础上产生越来越多的信息管理系统，从而使得对于油田的空间数据以及属性数据能够进行有效的充分的利用。

油气管道中GIS技术的应用，使得油气管道巡检的智能化以及信息化得到了充分的体现，满足了数字管道发展的要求。

1.2研究目的

油气管道线路智能巡检管理系统的设计旨在实现包括人员管理、设备巡检、规范化缺陷描述、记录数据管理、检索、报表生成等全部工作的自动化、信息化、数字化管理。

先进性在于淘汰纸张，提高工作效率和质量，降低运营成本，缩短故障处理的时间，避免事故的发生。

有效地监督巡检员的工作。

通过记录巡检时间，保证巡检员的工作“准时到位”。

油气管道线路的事故绝大多数是由于人为的因素所造成的，事故所造成的损失都是以千万元计算的，降低人为事故因素是提高工作安全系数，减少损失的重要环节。

油气管道线路智能巡检管理系统的设计旨在实现包括人员管理、设备巡检、规范化缺陷描述、记录数据管理、检索、报表生成等全部工作的自动化、信息化、数字化管理。

先进性在于淘汰纸张，提高工作效率和质量，降低运营成本，缩短故障处理的时间，避免事故的发生。

有效地监督巡检员的工作。

通过记录巡检时间，保证巡检员的工作“准时到位”。

油气管道线路的事故绝大多数是由于人为的因素所造成的，事故所造成的损失都是以千万元计算的，降低人为事故因素是提高工作安全系数，减少损失的重要环节。

本系统在设计过程中更多考虑的是为了延长石油长输管道巡检技术建设与管道管理工作的需要，建设一套统一的、先进的、具有发展前途的、具有很高的系统可扩展性和稳定性、能进行快速开发、容易维护、使用方便高效的设备及管道巡查系统。

1.3国内外研究现状

石油化工行业是现代工业和物质生活的基础,随着国家十一五经济发展目标及工业信息化战略的制定，对石油行业信息化的要求越来越高。

对管线和设备进行定时巡管道线路巡检管理是有效保证输气管道及其设备安全运行的一项基础工作。

为了监视长输管道线路和设备的正常运行，巡检人员通检，对设备的运行状况、参数进行记录存档，及时发现设备缺陷和安全隐患，提出具体的检修内容。

但是根据统计，在管道线路破坏阻断中，大部分都是由于口常巡检管理制度落实不到位造成的。

所以建立起一套科学、行之有效的巡检体系，是保证长输管道可靠运行的基础。

1.3.1管道巡检工作现状概述

一.国内管道巡检工作发展概述。

结合当前国内的经济发展模式，应用于管道线路巡检行业方面的巡检模式主要是人工与各种信息技术手段相结合的工作方式，即管道线路行业的巡检是离不幵人为因素的影响（包括人的巡检和管理），其中巡检人员是占重要的位置，单纯的人为巡检会对管道线路系统的维护产生很大的影响，通过简单的手工记载，然后回去入录[8]。

国内的地形地貌错综复杂，由此构建的管道线路也会错乱无序，并且随着经济和人口增长，管道线路还得不断更新变换位置，所以管道线路巡检的任务是很艰巨的[9]。

每次巡检，工作人员都要驱车前往，到达指定的巡检区域检测其中的每根杆塔，通过目测设备的各种缺陷，最后手动记载下各种信息及自己的到位标号，这样的重复工作是巡检任务中必不可少的，但要想通过以上这些简单而必要的巡检方式还是不能完全解决问题的，还必须建立一套完整的巡检系统，将巡检和管理结合起来同时进行，才能更满足现阶段正常管道线路传输的要求。

近年来，国内的计算机技术得到了快速发展，巡检工作科学化和规范化管理也使得自动控制技术不断地渗入到许多领域，小区保安、工场巡查、地铁巡检、电力线路巡查、矿井安全巡检等都已经开始涉及，而且还有许多行业和部门正在或者准备使用自动控制技术实现巡检工作的智能化。

由于这种技术在国内的使用还处在发展时期，其硬件设备多采用国外的产品，只有个别企业，在对国外产品进行了的技术改造，但是尚存在一些不足之处[10]。

软件方面，国内的系统应用软件基本能满足用户需求，但产品功能不够完善，一般不具有网络功能，只能在企业内部使用，而且在使用上不够灵活，应用范围较窄，同时在数据处理上也存在一定的缺陷，如得到的数据处理结果与实际有出入，以及系统处理数据所消耗的时间过长，不能达到用户的满意度等。

国内管道巡检的主要的方式包括以下几种[11-15]：

①人工巡检结合纸质记录的模式。

通常情况下，通过管理者向油气管道巡检人员进行关于口头或者书面的任务的下达，油气管道巡检人员当领取了巡检的任务之后，对巡检责任书的签订，当油气管道巡检人员到达目的地之后，开始巡检的工作，当完成巡检之后，对巡检的数据进行书面的记录。

基于油气管道巡检人员的自觉性对管理人员下达的巡检的任务进行完成，但是，对于管理者而言对于油气管道巡检人员是否能够对巡检的任务进行认真的完成不能进行及时的确认，当出现了问题责任之后，不但会影响到居民的生活，严重的可能造成安全的问题，同时对于企业而言其损失也是巨大的；②采用半自动及时的巡检系统。

信息钮记录方法以及IC卡记录方法是油气管道巡检工作中的常用的自动识别技术。

对于信息钮记录法而言，指的是给每一个的巡检人员都进行信息接收按钮的配备，同时对于每一个野外的设备头安装一个具有ID号的发射器，当到达现场之后，巡检人员把接收按钮放入到发射器中，那么在接收钮中就会及时存入了ID号，时间，日期等，每经过一段的时间，信息就会由巡检人员向管理部门进行传递，通过管理部门进行检查。

IC卡记录法指的是当管理人员通过书面或者口头进行任务的下达，巡检人员通过IC卡打卡抢以及IC卡到达任务的地点，进行巡视，在打卡枪中将巡视的数据进行数据的读入，或者记录到书面，当巡检人员通过打卡枪对杆塔的信息进行记录之后，向IC卡进行数据的传输，当巡检结束之后，向管理人员交还IC卡，通过配套的设备，管理人员就能够进行IC卡内容的读出。

对于上述两种方法而言，存在一定的问题：

a）.信息载体的安装要在巡检的地点进行，其安装非常的复杂，工作量也非常的大；b）.只能对一般的巡检到位信息进行记录，因此，其信息量不够；c）.管理的成本以及安装的成本都比较的高，同时杆塔的配套的设备非常容易因为自然，人为或者其他的原因造成损坏；③巡检仪与GPS相结合的巡检系统。

GPS与巡检仪相结合的巡检系统，其工作的过程是对于每一个巡检人员进行巡检仪的配备，在巡检人员到达杆塔的时候，通过GPS全