管道智能感知技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

管道智能感知技術123背景感知技術現(xiàn)狀發(fā)展趨勢2019年3月26日星期二2管道智能感知是指在一定的時間和空間尺度下，通過傳感技術采集管道當前狀態(tài)數(shù)據(jù)，進而基于采集數(shù)據(jù)形成對管道現(xiàn)狀的理解，最終預測管道安全狀態(tài)未來的發(fā)展趨勢。未來的預測現(xiàn)狀的理解狀態(tài)的測量管道智能感知感知智能2019年3月26日星期二3智慧管網(wǎng)運營依賴于數(shù)據(jù)驅(qū)動。管道數(shù)據(jù)主要來源于管網(wǎng)系統(tǒng)固有的靜態(tài)數(shù)據(jù)、檢測、監(jiān)測感知的動態(tài)數(shù)據(jù)和分析評價獲取的衍生數(shù)據(jù)，其中動態(tài)感知數(shù)據(jù)涉及范圍廣、數(shù)據(jù)量大，對管網(wǎng)運行安全至關重要，智慧管網(wǎng)建設，感知技術起著基礎性的決定作用，必須先行。全方位感知綜合性預判自適應優(yōu)化一體化管控智慧管網(wǎng)人工智能1.0數(shù)據(jù)驅(qū)動階段情景驅(qū)動階段人工智能2.0人工智能3.0以語音識別、圖像識別為核心技術代替人力勞動技術驅(qū)動階段以機器學習、深度學習為核心技術模擬人的思維融合人類智慧、人工智能以及海量數(shù)據(jù)打造AI-人類混合體2019年3月26日星期二4綜合智能決策第三方活動安全評價管道線路數(shù)據(jù)概率失效分析關鍵設備故障智能診斷可靠性評價管道本體數(shù)據(jù)管道站場數(shù)據(jù)自然環(huán)境金屬損失焊縫缺陷管道應力站場泄漏關鍵設備參數(shù)周邊環(huán)境智能

知

感智慧管網(wǎng)綜合智能決策需要知識庫多種“知識”的支持，而感知是為“知識”

的形成提供數(shù)據(jù)的重要手段。2019年3月26日星期二5線路大數(shù)據(jù)分析需要線路環(huán)境、管道本體數(shù)據(jù)支持：油氣管道線路大數(shù)據(jù)分析與應用在建立基于多源數(shù)據(jù)驅(qū)動的管道安全狀態(tài)評估模型時，需要線路自然環(huán)境數(shù)據(jù)、第三方活動數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)支持。安全評價模型（剩余強度、剩余壽命）概率失效分析（PRA）模型管道失效專家系統(tǒng)評價方法大數(shù)據(jù)分析管道本體數(shù)據(jù)：金屬損失、焊縫缺陷線路周邊環(huán)境數(shù)據(jù)：第三方活動、自然環(huán)境線路感知2019年3月26日星期二6線路風險管控需要全面感知線路環(huán)境、管道本體變化：

我國管道沿線地質(zhì)環(huán)境復雜，地質(zhì)災害頻發(fā)；人口密度大，環(huán)境承載力差，失效后果嚴重；管道施工質(zhì)量導致的失效事件時有發(fā)生，人工排查難度高；第三方施工頻繁，巡護密度難以滿足要求,需要全面感知線路風險，實現(xiàn)風險由被動管控到主動管控的轉(zhuǎn)變。2019年3月26日星期二7第三方活動線路感知自然環(huán)境基于壓力波的液體管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)機載激光天然氣管道泄漏監(jiān)測技術基于聲波的天然氣泄漏監(jiān)測技術管道泄漏人工巡檢光纖振動感知視頻監(jiān)控土壤含水率應力等數(shù)據(jù)大尺度災害體形貌數(shù)據(jù)液體小泄漏數(shù)據(jù)天然氣泄漏溫度、管外振動數(shù)據(jù)降雨量、水位傳感器土體位移傳感器智能管道數(shù)據(jù)需求線路環(huán)境變化數(shù)據(jù)威脅車輛、人員數(shù)據(jù)自動識別的有效數(shù)據(jù)現(xiàn)有感知技術應用場景現(xiàn)有線路環(huán)境感知技術尚不能滿足智慧管網(wǎng)需求：針對管道線路的第三方活動、地質(zhì)災害、管道泄漏等威脅，采取了多種感知技術，但仍缺少線路地貌環(huán)境變化、土壤環(huán)境變化等數(shù)據(jù)。2019年3月26日星期二8腐蝕泄漏本體感知焊縫開裂IMU慣性測繪幾何內(nèi)檢測應力應變監(jiān)測管道位移及變形環(huán)焊縫交角信息內(nèi)外腐蝕數(shù)據(jù)焊縫裂紋管道應力狀態(tài)陰極保護電位沿里程的壓力、溫度、積水等分布情況超聲裂紋內(nèi)檢測人工巡檢土體位移智能管道數(shù)據(jù)需求管道特征數(shù)據(jù)現(xiàn)有感知技術漏磁內(nèi)檢測腐蝕監(jiān)測泄漏預警應用場景現(xiàn)有管道本體感知技術尚不能滿足智慧管網(wǎng)需求：針對管道本體腐蝕泄漏、焊縫開裂、管道位移及其變形等威脅，采取了多種感知技術，但仍缺少管道應力、內(nèi)腐蝕、焊縫裂紋等數(shù)據(jù)。2019年3月26日星期二9站場大數(shù)據(jù)分析需要站場感知數(shù)據(jù)支持：站場關鍵設備大數(shù)據(jù)分析與應用在建立壓縮機組故障智能診斷模型、輸油泵機組故障智能診斷模型、儲罐大數(shù)據(jù)預警模型時，需要壓縮機振動、工藝、歷史運維修數(shù)據(jù)、輸油泵機組振動、電流、溫度數(shù)據(jù)、儲罐溫度、泄漏量、罐體形變以及地基位移等數(shù)據(jù)支持。壓縮機組健康狀態(tài)評估模型輸油泵機組智能診斷和健康評估模型儲罐風險預警模型站場大數(shù)據(jù)壓縮機、泵機組振動、溫度等數(shù)據(jù)儲罐溫度、泄漏量、變形、位移等數(shù)據(jù)站場感知2019年3月26日星期二10站場風險管控需要全面感知站場數(shù)據(jù)：目前各管道公司正在努力建設智慧管道、無人化站場，站場配備的巡檢維護人員在不斷減少，巡檢頻次不斷降低，這種情況下，需要更多采用技術手段對站場內(nèi)的各種參數(shù)進行自動化監(jiān)控，彌補因人員巡護減少而造成的安全隱患。2019年3月26日星期二11站場空間站場感知設備設施供電系統(tǒng)站場周界環(huán)境變化數(shù)據(jù)高精度可燃氣體濃度數(shù)據(jù)人員位置、不安全行為數(shù)據(jù)儲罐位移、應力、溫度數(shù)據(jù)工藝管道腐蝕數(shù)據(jù)壓縮機參數(shù)監(jiān)測智能管道數(shù)據(jù)需求現(xiàn)有感知技術應用場景自動化系統(tǒng)暖風系統(tǒng)泵機組參數(shù)監(jiān)測儲罐泄漏監(jiān)測振動光纜周界監(jiān)測催化紅外可燃氣體探測視頻監(jiān)控泵機組能耗數(shù)據(jù)現(xiàn)有管道站場感知技術尚不能滿足智慧管網(wǎng)需求：針對管道站場泄漏、站場第三方活動、設備設施故障等威脅，采取了多種感知技術，但仍缺少站場周界環(huán)境變化、人員不安全行為等數(shù)據(jù)。2019年3月26日星期二12管道感知體系尚未建立：管道點多線長，影響因素眾多，自然、社會以及管道本體因素等時刻威脅管道安全，哪些信息需要感知、如何感知以及感知后數(shù)據(jù)如何利用，需要建立起一套油氣管道感知體系和技術規(guī)范。2019年3月26日星期二13管道智能感知技術123背景感知技術現(xiàn)狀發(fā)展趨勢2019年3月26日星期二14管道線路感知：油品管道已經(jīng)安裝了泄漏監(jiān)測系統(tǒng)；部分重點管段安裝了光纖安全預警系統(tǒng)；部分高后果區(qū)安裝了視頻監(jiān)控，實時監(jiān)控高后果區(qū)的環(huán)境變化；部分滑坡進行滑坡位移和管體應力監(jiān)測，但缺少對線路環(huán)境變化等的全方位感知。第三方活動線路感知自然環(huán)境機載激光天然氣管道泄漏監(jiān)測技術基于聲波的天然氣泄漏監(jiān)測技術管道泄漏光纖振動感知視頻監(jiān)控降雨量、水位傳感器土體位移傳感器基于壓力波的液體管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)應用場景 現(xiàn)有感知技術人工巡檢、無人機巡檢2019年3月26日星期二15管道線路感知-光纖感知：國內(nèi)外光纖感知技術在油氣管道主要有三種應用：第三方入侵預警、泄漏監(jiān)測、地質(zhì)災害監(jiān)測。目前第三方入侵探測預警技術已經(jīng)在中國石油多條管道應用，監(jiān)測距離可達100km，但存在誤報較多的問題，光纖泄漏監(jiān)測、光纖地質(zhì)災害監(jiān)測技術在國外有應用案例，但在國內(nèi)尚無應用，國內(nèi)外尚無將三種應用進行綜合分析的案例。關鍵技術監(jiān)測距離空間分辨率占用光纖數(shù)多事件識別FFTMZ40km500m3不支持科技研究中心MZ60km500m3不支持英國QinetiQ

Group和Fotech

Solutions公司Φ-OTDR40km100m1支持電子科技大學Φ-OTDR60km50m1支持天津大學Φ-OTDR&MZ80km50m4支持科技研究中心Φ-OTDR100km（中繼放大）100m1支持2019年3月26日星期二16管道線路感知-天然氣泄漏：國內(nèi)外對天然氣管道泄漏的監(jiān)測以聲波法為主，如美國ASI公司基于油管道泄漏監(jiān)測技術開發(fā)的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，在西氣東輸蘇浙滬段有應用，但應用效果不佳；國內(nèi)西部管道和管道科技研究中心也開展相關研究，但該方法受管道工況變化影響大，存在誤報漏報。中油管道2018年開展直升機載激光甲烷探測試驗，可用于管道定期巡檢，但受天氣、飛行高度、駕駛員經(jīng)驗等影響較大。開閥關閥次聲波泄漏信號2019年3月26日星期二17管道線路感知-無人機：目前無人機管道巡檢技術已經(jīng)在油氣管道上得到了較多的現(xiàn)場應用，國外BP公司通過使用帶有高清晰度攝像頭及熱力傳感器等的無人機技術，對復雜自然環(huán)境中的管道進行泄漏檢測與安全監(jiān)控。國內(nèi)西部管道、西南管道開展了無人機巡檢研究，可一定程度上實現(xiàn)對離線數(shù)據(jù)的自動分析，但仍無法實現(xiàn)在線識別。2019年3月26日星期二18管道線路感知-視頻監(jiān)控：中油管道已在個別易打孔盜油處、少數(shù)人口密集型高后果區(qū)布設視頻監(jiān)控，但國內(nèi)主要視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能相對單一，僅可針對某一固定場景或固定目標進行檢測識別。國外在視頻、圖像識別的研究以深度學習理論為主，可實現(xiàn)復雜背景下的多目標識別，識別準確率已接近人工識別，已在自動駕駛領域進行了應用。2019年3月26日星期二19管道線路感知-地質(zhì)災害監(jiān)測：國內(nèi)外管道地災監(jiān)測仍以承災體、致災體分別監(jiān)測，分別評價安全狀態(tài)的方法為主。中油管道下屬管道地區(qū)公司，已經(jīng)各自在重點關注的部分管線沿線的地質(zhì)災害點上，安裝了相應的監(jiān)測設備。但目前地質(zhì)災害監(jiān)測指標較少，管體應變占多數(shù)，應變監(jiān)測的是應力變化量，不能充分反映管體應力安全狀態(tài)，常規(guī)預測方法指標也較為單一。2019年3月26日星期二20管道站場感知：站場周界安裝了視頻監(jiān)測、周界入侵報警系統(tǒng)，站內(nèi)安裝可燃氣體探測器，針對站場設備，也安裝了壓力溫度等傳感器監(jiān)測設備狀態(tài)。但目前油氣管道站場可燃氣體、火焰探測、工業(yè)監(jiān)視周界安防等系統(tǒng)相對獨立，系統(tǒng)誤報警導致非計劃停輸、監(jiān)視人員精力有限等現(xiàn)實情況都在較大程度上制約著油氣管道站場風險管控水平的提升。站場空間站場感知設備設施振動光纜周界監(jiān)測供電系統(tǒng)壓縮機參數(shù)監(jiān)測泵機組參數(shù)監(jiān)測應用場景 現(xiàn)有感知技術自動化系統(tǒng)暖風系統(tǒng)儲罐泄漏監(jiān)測催化紅外可燃氣體探測視頻監(jiān)控2019年3月26日星期二21管道站場感知-泄漏：國內(nèi)外主要采用可燃氣體探測器監(jiān)測站場泄漏，國外目前已經(jīng)廣泛應用激光可燃氣體探測技術，國內(nèi)油氣站場采用催化、紅外等點式可燃氣體探測器進行油氣泄漏探測，正在開展激光可燃氣體探測技術試點，取得了較好的效果。2019年3月26日星期二22管道站場感知-視頻：目前站場主要依靠工業(yè)電視進行監(jiān)視，人工識別危險，存在著監(jiān)控不及時，效果不明顯的問題。目前國際上在圖像識別方面識別準確率已接近人工識別，國外在工業(yè)應用方面采用人工智能技術在人臉識別、物體檢測等工業(yè)安防領域均已有了較為成熟的應用。2019年3月26日星期二23管道站場感知-儲罐：國外己有較先進的儲油罐監(jiān)測系統(tǒng)，如霍尼韋爾油庫自動化管理系統(tǒng)，國內(nèi)相關單位也進行了儲罐監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，如中國地質(zhì)大學開發(fā)的儲油罐液位和溫度監(jiān)測系統(tǒng)，但現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)都是對應單獨的監(jiān)測對象，例如液位、溫度等，這已不能滿足國家安全監(jiān)督部門對易燃易爆場所安全監(jiān)控的要求。液位計低液位液報警火焰監(jiān)測壓力2019年3月26日星期二24站場管道腐蝕感知：站場管道環(huán)境腐蝕、彎頭和積液位置的內(nèi)腐蝕、保溫管道腐蝕是造成站場管道腐蝕的三大主要因素。國外站場管道腐蝕監(jiān)測技術有：電阻探針、線形極化探針、水分析、電指紋（FSM）系統(tǒng)等，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳至數(shù)據(jù)處理中心，實時在線監(jiān)測。國內(nèi)站場管道腐蝕檢測采用超聲相控陣、超聲時差衍射等方法對站場管道腐蝕狀態(tài)進行定期檢測，檢測過程中一般會進行開挖，對站場日常管理影響較大，成本較高，檢測周期長。2019年3月26日星期二25管道智能感知技術123背景感知技術現(xiàn)狀發(fā)展趨勢2019年3月26日星期二26線路智能感知技術天空地2019年3月26日星期二27線路智能感知技術-航天地質(zhì)災害識別第三方事件識別管道沿線環(huán)境變化2019年3月26日星期二28線路智能感知技術-航空日常巡檢泄漏檢測應急管理2019年3月26日星期二29線路智能感知技術-光纖2019年3月26日星期二30線路智能感知技術-智能視頻智能設備偵測前端站場安防高后果監(jiān)控第三方施工2019年3月26日星期二31線路智能感知技術-智能地災監(jiān)測2019年3月26日星期二32線路智能感知技術-智能電位采集陰保電位采集日常參數(shù)采集2019年3月26日星期二33站場智能感知技術站場智能巡檢泄漏監(jiān)測智能視頻設備故障診斷數(shù)據(jù)可視化展示數(shù)據(jù)智能分析工廠數(shù)字化預制竣工自動化