油氣輸送管道高遠程視頻監控技術方案范文

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摘要：油氣輸送管道是國家的能源動脈，保證油氣輸送管道的安全是社會和企業的一項重要責任。由于管道輸送介質的易燃、易爆特性，油氣管道一旦發生事故，可能引發人員傷亡和環境污染等災難性事故。其中，高后果區更是高危事故區域，根據國家相關部委的要求需有效防范重特大事故。而遠程視頻監控預警技術的應用，可自動識別防區內威險事件，并產生預警，從而實現對管線的高效巡檢，減少人力、時間成本的投入，提高對危險隱患預警的能力。

關鍵詞：油氣輸送管道；高后果區；視頻監控；預警技術

0引言

2017年12月底國家安全監管總局、國家發展改革委員會、國土資源部、住房城鄉建設部、交通運輸部、國資委、國家質檢總局、國家能源局等八部委下發的《國家安全監管總局等八部門關于加強油氣輸送管線途徑人員密集場所高后果區安全管理工作的通知》（以下稱“通知”），通知中指出，要按照《國務院安委會辦公室關于印發標本兼治遏制重特大事故工作指南的通知（以下稱“通知”）》（安委辦〔2016〕3號）和《國務院安委會辦公室實施遏制重特大事故工作指南構建雙重預防機制的意見》（安委辦〔2016〕11號），加強油氣輸送管線途經人員密集場所高后果區（以下簡稱“人員密集高后果區”）安全管理工作，有效防范油氣輸送管線重特大生產安全事故的要求，加快建立健全油氣輸送管線安全風險管控和隱患排查治理工作機制，深化鞏固油氣輸送管線安全隱患整治攻堅戰成果，突出加強油氣輸送管線途徑人員密集場所高后果區安全管理工作，有效防范油氣輸送管線重特大生產安全事故。”油氣輸送管道所屬企業通過前端監控+人工智能的全新技術方案，實現對管線24小時的自動化、智能化監測，從而實現對管線的高效巡檢，減少人力、時間成本的投入，提高對危險隱患預警的能力。

1需求分析

1.1建設需求分析

受管線所在地段、環境等客觀環境因素的影響，在不同環境中的監測需求也不相同，通過對現場環境的勘查總結，油氣管線監控系統建設需求如下。

1.1.1對高后果區域的監測

高后果區是人員密集、廠房密集或多路口交匯的區域，一旦發生輸氣管線泄漏等情況，會造成嚴重后果。對于這樣的區域，有嚴禁特殊車輛通行或進入的特殊法規，而僅僅架設高點監控設備不足以做到不漏看，能及時捕捉可疑場景是提高對高后果區重點關注的迫切需求。

1.1.2對管線周邊重型車輛的監測

在管線附近一定范圍內的道路上進行機械施工、碾壓情況，該行為存在對管線進行嚴重破壞的高度風險，因此對管線周邊道路途徑或駐留的重型車輛類型有迫切的鑒別需求。

1.1.3對夜間環境的監測

夜間監控恰恰是薄弱環節，需要耗費過多的人力高頻巡線，而結果卻不盡如人意。能做到快速發現、快速定位、快速告警、快速確認是夜間監控油管周邊可疑警情的訴求，夜視監控的復雜性是智能檢測系統的一大突破。

1.1.4遠程喇叭進行驅離

當有危害管道安全的行為發生時，巡線人員很難第一時間趕到現場進行制止，因此建設監控系統時應考慮具備遠程喇叭喊話功能。

1.2系統功能分析

通過需求分析，對管線沿線實時的監測要求，在設計方案中功能模塊需求如下：（1）油氣企業均提到對管線的全方位、全天候監控；（2）對于監控區域應該做到隨時隨地可遠程實時情況查看；（3）對監控目標、行為方式能夠提供依據進行實時預警；（4）預警信息可提供精確的位置、圖像、視頻等數據，便于相關人員展開工作部署；（5）對預警的數據可進行存儲，如需永久性留存，可支持手動導出相關數據；（6）可根據預警信息自動生成統計表單；（7）支持各部門管理、下達任務、結果反饋等業務流程的處理；（8）實現所有油氣企業接入系統，各自獲得不同優先級及權限。通過上述分析可以看出，整個系統的解決方案應考慮以下原則：對監測管線進行全線覆蓋、可實時查看各個前端傳感器的信息、可對監測對象進行檢測和分析、能自動生成統計報表、符合告警及處理的工作流程、實現所有企業共享系統。

2系統方案設計

2.1系統主要組成部分油氣輸送管道高后果區遠程視頻監控預警系統總體架構主要分為三個部分。

2.1.1各高風險段前端監控點位

前端設備安裝于高風險段現場，主要滿足以下功能：（1）當危害、破壞管道事件一旦發生時，能實時采集的視頻和圖片上傳至相關屬地管理人員預警和推送至系統平臺；（2）可實時供管理人員按需瀏覽現場視頻或圖片；（3）可根據現場情況，在有需要的地方有針對性部署警燈閃光及語音驅趕廣播，達到阻嚇效果，及時阻止風險事件的繼續發生。

2.1.2屬地管理單位監控操作

屬地管理單位屬于高風險段風險事件的直接管理單位，預警系統主要為該部分用戶服務，系統設計中應滿足屬地管理單位的以下需求：（1）屬地管理人員可按相關管理制度，盡量不受時間限制、方式限制、地點限制，可隨時隨地通過手機APP、電腦或平板客戶端實時查看現場視頻或圖片，進行遠程視頻巡查；（2）管理人員能被賦予不同的權限和管轄范圍，現場風險事件發生時，接收到其管轄范圍內的推送報警信息和圖像資料，并可開啟相應的現場驅趕設備。

2.1.3系統管理平臺

系統管理平臺是預警系統的核心，其主要功能應滿足：（1）平臺接入前端監控點位，并對其進行集中管理；（2）平臺具備入侵報警檢測、錄相及預覽、APP推送、報警信息分類匯總和統計并生成相應報表；（3）平臺支持按需接入無人機管道巡檢的實時視頻、屬地管理人員單兵設備；（4）平臺搭配前端監控點位，最終能實現現場管道標記劃線，能對指定區域進行報警，并支持去誤報功能；（5）平臺能長期可靠穩定運行使用；（6）平臺應具備一定存儲能力，對現場風險事件發生的保留最完整視頻圖像資料；（7）具備解碼上墻功能，便于企業管理中心通過大屏輪巡播放現場圖像資料。本技術方案主要針對系統管理平臺進行技術方案選型和具體功能要求進行設計，系統管理平臺的設計需要重點考慮的技術難點如下：（1）管道站場及閥室大多地處偏遠地區，值守人員較少；需要采用智能化程度較高的監控技術，保證作業區及氣礦相關管理人員能遠程及時有效獲得現場事件發生的報警信息及第一手視頻圖像資料，以便作出相應的有效處理措施，減少誤報；（2）管道沿線地處偏遠區，監控和網絡設備供電也是個難題；供電更多需借助太陽能供電系統、網絡在無法接入當地有線網絡的情況下，只能借助無線4G信號，方案設計需考慮現場設備總體低功耗的要求，平臺設計和實施需要考慮現場無線4G信號的局限影響。

2.2系統管理平臺設計

油氣輸送管道高后果區遠程視頻監控預警系統管理平臺作為多個前端監控資源的匯聚和集中控制點，可管理平臺內前端的所有設備，接收監控點位上報的設備和環境信息，滿足工作人員對資源共享、實時監控、錄像回放、告警處理功能實現的需求。自建輸氣管道高風險段遠程視頻監控預警系統主要包括綜合安防管理系統、專用智能檢測系統、視頻圖像存儲功能及配套網絡安全設備組成，以下是對其詳細要求說明。圖1油氣輸送管道高后果區遠程視頻監控預警系統拓撲圖

2.2.1綜合安防管理系統功能要求

綜合安防管理系統支持入侵檢測事件的報警、錄相及預覽、APP信息推送、報警信息統計表、支持單兵設備接入、無人機視頻接入。綜合安防管理系統測提供系統內的組織、人員、車輛、用戶、角色、認證、區域等的配置和管理。已包含：圖上監控、事件聯動、視頻網管。綜合安防管理系統能對前端監控設備進行集中管理，并提供視頻預覽、云臺控制、錄像回放、圖片查看等應用。綜合安防管理系統軟件授權滿足實際需求視頻路數、1080P視頻接入管理及分發要求。綜合安防管理系統軟件含視頻聯網級聯網關（支持GB/T28181標準協議級聯）及流媒體轉發服務模塊。（1）利舊資源對接綜合安防管理系統平臺支持市場上符合標準協議的前端設備直接接入，同時考慮到了其它廠家及非標設備的兼容接入方案。能實現中心平臺部署與前端設備建設的技術分隔，使得前端設備的部署和選型具有更大靈活性。綜合安防管理系統支持符合GB/T28181-2011、ONVIF、PSIA等協議的設備直接接入，實現視頻預覽、云臺控制、錄像回放等操作，實現高性能兼容接入，支持各種操作包括預覽、控制、回放等。解決已有前端設備的最大限度利舊的問題。（2）平臺功能應用視頻基本功能：支持PC端及手機平板等APP端普通監控預覽和回放等功能。級聯/互聯功能：綜合安防管理系統通過級聯/互聯依據GB/T28181-2011設計，提供注冊發現、心跳檢測、云臺控制、實時監控、時鐘同步、字符疊加等聯網基本功能。運維管理功能：綜合安防管理系統配套提供運維子系統，提供綜合運維監控服務。視頻網管監控可對視頻專網中的視頻攝像機、平臺服務器、編解碼器（DVR、NVR）等視頻系統相關設備進行巡檢、管理。IT網關監控可對視頻網上的各項網絡設備、服務器、業務系統等IT基礎架構進行集中監控管理。視頻質量診斷可對視頻圖像出現的雪花、滾屏、模糊、偏色、畫面凍結、增益失衡、云臺失控、視頻信號丟失等常見攝像頭故障、視頻信號干擾、視頻質量下降進行準確分析、判斷和報警。增值服務功能：移動接入服務主要用于平臺中移動應用的接入，負責移動應用與平臺間信令交互和流數據交換。電子地圖服務包含瓦片地圖服務、靜態地圖服務、查詢服務、編輯服務、聚合熱點服務、路徑分析服務等，兼容了當前流行的谷歌地圖、高德地圖、ArcGis、山海經緯、天地圖等瓦片地圖數據，對外提供統一接口。

2.2.2綜合安防管理系統先進性要求

（1）靈活的模塊化設計平臺基于SOA模式設計，對系統功能體系進行模塊化組合，面向服務的開發方式，使系統具備隨需應變的特性。SOA架構具有以下優勢：基于SOA架構的應用系統功能擴展投資少、周期短、靈活性高；與傳統的封閉式軟件架構相比，SOA架構更能適應業務流程和系統需求的快速變化；SOA架構能夠充分利用原有信息資源，保護數據及減少投資；SOA架構可降低軟件系統對硬件資源的依賴程度。（2）擴展與兼容性良好平臺支持PostgreSQL9.2數據庫，可通過中間件實現異構數據的整合。平臺針對現實應用中大量存在利舊的需求，可適應各種品牌的硬件接入，兼容若干國內主流廠商的標準化設備，支持標準GB/T28181、DB33、ONVIF、PSIA設備的接入，兼容若干主流報警主機的接入等，并提供協議接入、SDK接入、主動注冊設備接入等多種接入方式，接入更多的第三方廠商設備。（3）下級聯網改造便利本方案采用聯網網關實現平臺間的協議標準化轉換，具有如下優勢：聯網網關作為一個單獨的子系統獨立運行，屏蔽了平臺間的差異性，可以很容易地對下級聯網平臺進行升級改造，輸出標準信令與標準碼流，不需改動現有系統，不會影響用戶的使用習慣。聯網網關具有單獨的WEB管理，可實現共享權限管理、聯網狀態管理、網關性能消耗查詢等功能，將平臺內部監控以及平臺聯網做了分離，在架構以及管理上都可以非常清晰，并能清楚定位故障點。聯網網關在跨域或跨級訪問上可以根據需要靈活設置設備資源共享權限，跨平臺訪問及控制權限設置可以區分于本級用戶，可以滿足多級用戶管理的需求。

2.2.3專用智能檢測系統要求

由于高后果區周邊常有臨時施工情況發生，且受監管較差。對管道高后果區有大型工程車進入時，系統自動識別，并提醒監控中心人員及時處置。防止第三方施工對管道產生破壞。系統采用可兩種方案進行車輛識別，一種為AI智能前端進行實時分析，識別結果上傳至平臺記錄告警信息并聯動告警。第二種為低功耗前端定時抓圖+后端智能服務器進行車輛識別。兩種方案都可完成五種工程車輛檢測（平臺前期支持檢測：挖掘機、推土車，后期可自主訓練檢測：渣土車、泵車、吊車）。專用智能檢測系統支持區域入侵檢測，要求集IPC接入、存儲、管理、控制、智能分析于一體；專用智能檢測系統滿足管道虛擬標記和防區精確入侵檢測；專用智能檢測系統支持大型工程車輛智能識別（挖掘機、推土車、渣土車、泵車、吊車）；專用智能檢測系統可滿足視頻或圖像接入輪循檢測或實時視頻分析檢測；專用智能檢測系統要求實現挖掘機、推土車精確分析報警，后期可支持用戶自主訓練或待廠家訓練增加針對、渣土車、泵車、吊車）檢測算法。

2.2.4視頻圖像存儲功能

預警平臺視頻圖像存儲設備采用流媒體協議寫入存儲的架構模式，可以使存儲有更多的靈活性，做更多的工作，比如視頻切割，文件壓縮，文件加密等等，同時使得視頻點播變得更加簡單快捷。存儲設備技術要求如下：（1）存儲設備技術框架：采用控制器架構，模塊化無線纜設計，保證系統穩定性；設備配置高性能64位四核處理器，16GB高速緩存（可擴展至32GB），采用PCI-E3.0總線技術和SAS3.0高速I/O通道技術，為系統整體性能奠定堅實的硬件基礎。（2）存儲設備容錯機制：存儲設備提供糾刪碼基礎上創新的超容錯網絡RAID技術，既具備傳統網絡RAID的多硬盤/多設備容錯機制，還可以在故障硬盤/設備超過冗余數量時繼續提供數據讀寫服務，為數據和系統提供超可靠的安全機制，適用于數據安全要求高的應用場景。存儲設備需支持N+M：K冗余機制，M塊故障盤、K臺故障設備時，數據不丟失，業務不中斷；超過M塊故障盤、K臺故障設備時，業務不中斷（M、K最大值為4）（3）存儲設備流數據管理：基于流媒體的底層管理結構，消除文件系統損壞導致文件不可讀或丟失，覆蓋寫入不產生文件碎片。支持視頻流、圖片、智能流混合直存。支持前端以GB、RTSP、ONVIF、PSIA等協議接入。配備存儲接入軟件（主要包括錄像任務管理、錄像服務、設備狀態管理和部分流媒體轉發服務等功能）及存儲軟件（負責執行具體的視頻數據讀寫操作）。（4）存儲設備運維管理：提供集中運維功能，多設備可集中管理；提供批量換盤/設備功能；提供豐富的告警管理方式，支持指示燈、手機短信以及郵件等告警方式，提升設備維護效率。（5）存儲設備空間要求：要求滿足全網監控點位所需視頻圖像或圖片30天存儲空間要求，與綜合安防管理系統和專用智能檢測系統配套。

2.2.5配套網絡安全設備

油氣輸送管道高后果區遠程視頻監控預警系統要求租用運營商互聯網專線，采用靜態路由接入并配套租用相應固定IP，帶寬按攝像機數量和視頻碼流進行選配。系統配套網絡安全設備為企業級VPN防火墻，要求具備傳統防火墻、VPN、入侵檢測、防病毒、數據防泄漏、帶寬管理、ANTI-DDOS、URL過濾、反垃圾郵件等多功能一體安全設備；最大吞吐量、IPSec吞吐量、并發連接數按照接入攝像機數量和視頻總碼流進行選配；防火墻性能：入侵防御（IPS）、防病毒（AV）、數據防泄漏（DLP）、上網行為管理及審計；支持基于應用的QoS優化、負載均衡、智能策略管理Anti-DDoS。

3結語

以上是油氣輸送管道高后果區遠程視頻監控預警技術方案的內容。該方案從油氣輸送企業對油氣輸送管線高后果區安全隱患監管及完善應急預案層面考慮，構建一整套面向用戶的應用系統，該系統通過智能化手段對各類監測目標物體的自動識別，幫助用戶預防或發現油氣管線高后果區入侵與駐留、第三方造成管線破壞事件，通過實時監控預警提醒，實現提升管線安全保護能力的目標。

作者：錢勇 單位：中國石油工程建設有限公司西南分公司