基于GPS的長輸天然氣管線巡護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用研究

基于GPS的長輸天然氣管線巡護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用研究

Summary：長距離管道運(yùn)輸作為天然氣等能源的主要運(yùn)輸方式,對保障我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和能源安全有著重要意義。將GPS技術(shù)應(yīng)用于長距離地下輸氣管道項(xiàng)目的巡護(hù)中,不僅實(shí)現(xiàn)了可視化、立體化、實(shí)時一線指揮的管道安全管理體系，而且極大的提高了長輸天然氣管線巡護(hù)的效率，尤其在出現(xiàn)管線泄露等突發(fā)情況時具有獨(dú)特的優(yōu)勢。Keys：GPS系統(tǒng)；長輸天然氣管線；管線巡護(hù)0前言長輸天然氣管道所經(jīng)區(qū)域往往外部環(huán)境惡劣，存在著常規(guī)管線巡護(hù)困難、效率低等問題，而管線如出現(xiàn)泄露等突發(fā)問題，如何幫助所有有關(guān)人員快速準(zhǔn)確到達(dá)現(xiàn)場，其難度可想而知。為做到管線及時巡護(hù)，減少管道運(yùn)行安全風(fēng)險，加強(qiáng)數(shù)字化信息系統(tǒng)的應(yīng)用無疑是一種提高管線巡護(hù)效率的重要手段?，F(xiàn)階段，長輸天然氣管線采用的管線泄露定位系統(tǒng)現(xiàn)階段版本雖然系統(tǒng)定位精度、報警準(zhǔn)確量率、誤報率等都有較大的提高，但對于管線地理信息、地圖等方面存在較大缺陷，不能夠詳細(xì)表述出管線的具體信息及報警位置，亟待改進(jìn)。因此，在嚴(yán)峻的管道運(yùn)營安全形勢下，有一套準(zhǔn)確、快速，能提供全方位技術(shù)支持的高精度管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)，就顯得尤為重要了。同時，針對現(xiàn)有管線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加移動工作站，使相關(guān)工作人員可以使用筆記本電腦通過無線通信技術(shù)實(shí)時了解管線系統(tǒng)狀態(tài)。1GPS巡護(hù)系統(tǒng)設(shè)計1.1GPS巡護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高精度管道泄漏監(jiān)測定位技術(shù)是一個多單位、多學(xué)科結(jié)合的集成技術(shù)，其系統(tǒng)集成了負(fù)壓波、輸差管道泄漏定位技術(shù)、GIS(地理信息管理系統(tǒng))和GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))。是基于GIS技術(shù)的綜合管理平臺，該綜合技術(shù)開創(chuàng)了管道泄漏監(jiān)測領(lǐng)域新的應(yīng)用理念，采用完整的數(shù)字化管理平臺，大大提高了長距離輸油氣管線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用實(shí)效。GPS巡護(hù)系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成。（1）以地理信息管理技術(shù)為核心的系統(tǒng)平臺系統(tǒng)以地理信息管理系統(tǒng)(GIS)為基礎(chǔ)，建立可視化的生產(chǎn)信息管理平臺，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中管理和共享。本系統(tǒng)適臺于管道管理專業(yè)公司對生產(chǎn)運(yùn)營管理和安全管理要求。（2）以負(fù)壓波法為核心的管道泄漏監(jiān)測模塊以負(fù)壓波法為核心的管道運(yùn)行安全管理監(jiān)測系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著管道異常泄漏的監(jiān)測，管道運(yùn)行安全實(shí)時監(jiān)測。此系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測管道運(yùn)行狀況，針對管線運(yùn)行特別是泄露情況進(jìn)行全天候的監(jiān)測，此技術(shù)具有很高的監(jiān)測靈敏度和定位精度。（3）以GPS衛(wèi)星定位為核心的定位導(dǎo)航系統(tǒng)以GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)為核心的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，可以精確的引導(dǎo)管理人員快速進(jìn)入事發(fā)現(xiàn)場，全天候的技術(shù)支持可以保證野外巡護(hù)搶修活動的精確和快速反應(yīng)，可以最大限度的提高現(xiàn)場指揮和施工管理的質(zhì)量和安全系數(shù)。1.2GPS巡護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)依靠先進(jìn)的GPS定位，嵌入式軟件、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，同時建立一套科學(xué)臺理的巡檢管理平臺。系統(tǒng)可以利用企業(yè)自身現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫平臺(也可以采用單機(jī)運(yùn)行模式)，用系統(tǒng)提供的先進(jìn)的掌上電腦和小巧的GPS接收器隊(duì)及GPS移動巡檢軟件系統(tǒng)即可有效運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)管線狀況巡檢。整個系統(tǒng)由三部分組成：GIS手持器部分、通訊部分和后臺管理系統(tǒng)部分。1.3GPS巡護(hù)系統(tǒng)設(shè)計1.3.1軟件地理信息接口（1）采用專業(yè)GIS采集器對管線走向、位置進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，包括周圍建筑、道路等。對于采集到的數(shù)據(jù)通過MAPINFO專業(yè)地理信息軟什進(jìn)行處理，生成一個高精確度的管線地圖。（2）在現(xiàn)有軟件上開發(fā)GIS模塊，模塊包括地理信息識別模塊、地理信息通信模塊、報警連接處理模塊三部分。（3）地理信息識別模塊主要完成地理信息的導(dǎo)入導(dǎo)出、放大、測距、鷹眼查詢等功能。地理信息通信模塊主要完成與GIS信息采集設(shè)備和GIS手持設(shè)備之間進(jìn)行地理信包數(shù)據(jù)通信、傳輸?？梢杂盟{(lán)牙或USB接口近距離進(jìn)行計算機(jī)進(jìn)行通信，也可以通過GPRS／CDMA或3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳精通信。（4）報警連接處理模塊主要將報警相關(guān)信息轉(zhuǎn)換到地里信息地圖中，將相關(guān)的地理信息(包括報警地點(diǎn)、報警周圍相關(guān)的環(huán)境信息，如村莊、道路等)發(fā)送到GIS手持設(shè)備。1.3.2專業(yè)GIS手持器開發(fā)設(shè)計（1）GIS手持器組成GIS手持器既可勝安裝在車輛上也可以直接拿在手中，在防震、防潮、耐高溫等方面都有較高的要求，并且GIS手持器對電源變化要有較強(qiáng)的適應(yīng)性。本系統(tǒng)中所設(shè)計的GIS手持器由中心微處理器通信模塊、GPS模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等組成，并且提供對外GPS及數(shù)據(jù)的接口。（2）TCP／IP協(xié)議在利用GPRS通信時，采用TCP／IP協(xié)議，所以GIS手持器必須內(nèi)置TCP／IP協(xié)議棧。通常由兩種解決方法：一種是采用TCP／IF協(xié)議棧專用芯片，一種是在微處理器的系統(tǒng)程序中增加TCP／IP協(xié)議轉(zhuǎn)換部分。本系統(tǒng)GIS手持器是將TCP／IP協(xié)議集成到微處理器中，利用軟件完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。1.3.3GIS手持器與中心服務(wù)器的通信GIS手持器和中心服務(wù)器建立面相連接的專用Socket連接，將位置和萁他信息封裝在數(shù)據(jù)包中，通過Socket連接發(fā)送到對方。收發(fā)雙方遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝和解析。在通信過程中，GIS手持器和中心服務(wù)器遵循圖1所示的通信協(xié)議。

圖1移動單元與中心服務(wù)器的通信協(xié)議流程2應(yīng)用效果（1）地理信息管理系統(tǒng)是個被逐步正視廣泛應(yīng)用的計算機(jī)信息管理系統(tǒng)，在計算機(jī)管理平臺上反映管網(wǎng)、交通、地面建設(shè)等等與地理位置有關(guān)的地理信息，方便管理人員的對野外巡護(hù)等生產(chǎn)管理動態(tài)進(jìn)行實(shí)時跟蹤和決策，從而有效提高生產(chǎn)管理效率。（2）采用WINDOWS平臺做操作系統(tǒng)，全部功能模塊在地圖平臺上運(yùn)行，可對生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)查詢，提供方便的功能模塊掛接方案。該系統(tǒng)以獨(dú)特的電子地圖界面做為數(shù)據(jù)可視化管理的基本操作界面，形象的為生產(chǎn)管理人員提供數(shù)據(jù)服務(wù)，為計算機(jī)信息管理技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持。（3）地圖平臺是整個系統(tǒng)的第一界面，它能給人以熟悉的工作環(huán)境和直接的感官認(rèn)識。通過它可以宏觀了解工作區(qū)的地理分布，通過圖上邊的工具可以對地圖進(jìn)行任意的放縮和移動，可以選擇圖層進(jìn)行有選擇的顯示，并可將選定的地圖按BMP等文件格式輸出，供其他軟件或報表使用。（4）系統(tǒng)完善后可以通過通訊系統(tǒng)連接其他用戶進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)作，交換地圖和交換相互的坐標(biāo)信息。通過網(wǎng)絡(luò)連接可以實(shí)時顯示各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)指揮中心對現(xiàn)場人員的實(shí)時跟蹤。（5）構(gòu)成完整的管道安全管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直觀的人機(jī)界面方便了管理人員的操作和對泄漏發(fā)生地信息的即時了解，精確快速的報警系統(tǒng)，確保泄漏在最短時間被發(fā)現(xiàn)，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)保證了所有有關(guān)部門和單位都能在最短時間到達(dá)事發(fā)現(xiàn)場。（6）系統(tǒng)的優(yōu)良特性可以很好的解決現(xiàn)有的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在反應(yīng)時間上定位精度上和協(xié)同配合上出現(xiàn)的諸多問題。3結(jié)束語通過GPS系統(tǒng)在長輸天然氣管線巡護(hù)中的應(yīng)用效果分析表明，系統(tǒng)還