CN111614773A - 长输管道综合管理系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及长输管道综合管理领域，其实施方式提供了一种长输管道综合管理系统，所述系统包括：感知层，用于采集所述长输管道的数据；网络层，用于提供所述感知层和应用层之间的数据传输，以及所述应用层，包括管道数据中心和应用平台，用于对所述系统内的数据进行存储、计算和分析。同时还提供了一种对应的长输管道综合管理设备。本发明以智慧长输管道为主体架构，实现了物联网、云计算、大数据等技术与长输管道SCADA系统的融合，提升管道信息建设、管道全生命周期数据中心建设和管道应用系统建设水平。

Description

长输管道综合管理系统及设备

技术领域

本发明涉及长输管道综合管理领域，具体涉及一种长输管道综合管理系统以及一种长输管道综合管理设备。

背景技术

长输管道是目前运输量最大、最主要、最经济的油气输送方式，在石油工业发展中起着极其重要的作用。由于长输管道线路长、输送强度大，故在长输管道输送和生产过程中需要进行自动检测、监视、控制和管理，长输管道自动化系统应运而生。但目前长输管道自动化系统存在诸多问题：生产数据量大，实时采集困难，分析效率较低；缺乏高效的控制处理能力、系统自诊断能力和分析预测能力；部分SCADA系统与管理信息系统、地理信息系统和管道完整性管理系统结合能力差。利用新兴技术和管理手段成为我国未来建立管道自动化系统的关键所在。

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在以长输管道SCADA系统为基础，提供一种智能的长输管道综合管理系统和设备，以至少解决长输管道综合管理中存在智能性不足，以及缺少综合分析的问题。

在本发明的第一方面，提供了一种长输管道综合管理系统，所述系统包括：

感知层，用于采集所述长输管道的数据；

网络层，用于提供所述感知层和应用层之间的数据传输，以及

所述应用层，包括管道数据中心和应用平台，用于对所述系统内的数据进行存储、计算和分析。

可选的，所述感知层包括分布于设备设施、环境敏感点和维修抢修工具中的感应元件，所述感应元件之间通过无线方式相互通信。

可选的，所述感知层中还包括控制节点，所述控制节点中包含微处理器，所述微处理器用于根据输入信号和预先配置的逻辑程序，生成处理结果；所述输入信号来自所述感应元件。

可选的，所述管道数据中心被配置为：将所述长输管道的数据通过校准、整合、分类后，使所述数据与管道信息对应，将对应后的数据按预设规约方法进行存储，形成长输管道存储云。

可选的，所述应用平台包括以下至少一种软件：管道运行管理软件、管道环境监督软件、管道安全管理软件和完整性分析软件。

可选的，所述应用平台还包括分析软件，所述分析软件包括智能分析软件、智能管理软件、参数优化软件。

可选的，所述应用平台还包括大数据分析子系统，所述大数据分析子系统用于对所述长输管道的数据进行大数据分析。

可选的，所述应用平台还包括虚拟模型子系统，所述虚拟模型子系统用于建立和维护所述长输管道的虚拟模型。

可选的，所述应用平台还包括信息融合分析子系统，所述信息融合分析子系统用于对所述长输管道的数据进行信息融合分析。

在本发明的第二方面，还提供了一种长输管道综合管理设备，包括：

至少一个处理器；

存储器，与所述至少一个处理器连接；

其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的长输管道综合管理系统。

本发明第三方面，还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的长输管道综合管理系统。

通过本发明提供的上述技术方案，具有以下有益效果：在以智慧长输管道为主体架构，通过物联网技术实现了管道生产运营数据的自动采集和传输、生产过程的实时监测和工艺流程的可视化展示；基于云平台实现了远程互联、多源与多种类数据的整合存储和管道安全管理的强化；实现了物联网、云计算、大数据等技术与长输管道SCADA系统的融合，提升管道信息建设、管道全生命周期数据中心建设和管道应用系统建设水平，推动管道业务发展，充分挖掘数据价值，保证管道业务有质量、有效益、持续性发展，达成长输管道管控一体化、应用虚拟化、分析智慧化的目标。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的长输管道综合管理系统的结构示意图；

图2是本发明一种实施方式提供的长输管道综合管理系统的网络结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明一种实施方式提供的长输管道综合管理系统的结构示意图，如图1所示。本实施方式提供一种长输管道综合管理系统，所述系统包括：

感知层，用于采集所述长输管道的数据；

网络层，用于提供所述感知层和应用层之间的数据传输，以及

所述应用层，包括管道数据中心和应用平台，用于对所述系统内的数据进行存储、计算和分析。

如此，通过感知层中的模块提供监控数据或采集数据，网络层提供综合管理系统的数据传输，应用层提供规范灵活的应用，使整个综合管理系统的结构明晰，简化了模块之间的数据互交，同时提升了综合管理系统的稳定性和可扩展性。

具体的，系统包括感知层、网络层和应用层。所述感知层主要由感应元件构成，传感监测长输管道的各种基础数据，作为整个系统的数据提供者。

所述网络层采用无线通信技术和有线通信技术可将感知层的信息传输至应用层。所述无线通信技术包括蓝牙、ZigBee，RFID，WI-FI。所述有线通信技术包括现场总线、工业以太网、光纤通信。

所述应用层主要用于加载各种应用，包括：数据存储、数据处理、系统的综合接入控制，以及各种个性化的应用服务。所述应用层对感知层采集的管道数据通过大数据技术、虚拟技术和信息融合技术进行有效的整合、存储、计算处理和挖掘分析，实现企业经营管理、风险管理、调度管理、知识管理，为生产运营提供智慧决策。云计算平台还提供访问控制、身份认证、应用开发、分布式计算、云存储和中间件服务，同时设置了云平台API集合提供调用接口，方便应用程序的开发与测试。管道工作人员不受时空限制的通过浏览器、终端设备、专用客户端登录云平台，实现数据的存取和计算服务与应用程序的使用。

在本发明提供的一种实施方式中，所述感知层包括分布于设备设施、环境敏感点和维修抢修工具中的感应元件，所述感应元件之间通过无线方式相互通信。所述感应元件嵌入在设备设施、环境敏感点和维修抢修工具中，可采集传感器信号、检测与监控设备信号及视频监控数据、地形数据、气象数据、环境数据、场景模型数据、建筑模型数据。其中，传感器信号包括压力信号、温度信号、电压信号、电流信号、液位信号、流量信号、粘度信号、土壤酸碱度信号；检测与监控设备包括过程分析仪信号、地质灾害检测设备信号、内/外腐蚀检测设备信号、泄漏检测设备信号、应力检测设备信号、入侵检测设备信号、火焰探测器信号。

感知层采用电子标签，如RFID标签标识物体，RFID识读器可以自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作简单，无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。以现有的长输管道为例，感知层内的信号和数据由无线传感器网络传输至感知层内的站控系统，可收集区域内管道线路中和场站内的各种数据。此处的无线传感器网络可优选ZigBee无线通信技术，可接入互联网。由于长输管道空间跨度范围大，因此需要搭建无线传感器网络。该网络的节点沿管道线型分布，各个节点布置位置相对固定，多个节点接力式传输传感器信号，以实现长途传输的目的。

在本发明提供的一种实施方式中，所述感知层中还包括控制节点，所述控制节点中包含微处理器，所述微处理器用于根据输入信号和预先配置的逻辑程序，生成处理结果；所述输入信号来自所述感应元件。所述传感器网络节点内嵌有微处理器，能依据获取的信号和自身的逻辑程序进行自我决策并发出指令，从而对对象进行实时控制。例如：当泵站输油泵故障停转时，管道中压力急剧变化，可能会引起水击事故，微处理器会立即做出响应，通知管控中心进行处理。或者当管道截断阀发生泄漏事故时，泄漏检测设备中的微处理器发出指令，联动相关设备并向下游传感器网络节点做出预警。利用嵌入式系统可通过无线网络实现远程监视与控制。工作人员在工作站场可以通过互联网登录一个固定的传感器网络节点，利用微处理器对仪器仪表或阀门进行相关操作。微处理器和感应元件可以为分离设置。当分离设置时，微处理器和感应元件之间通过前述的无线传感器网络进行通信。

在本发明提供的一种实施方式中，所述管道数据中心被配置为：将所述长输管道的数据通过校准、整合、分类后，使所述数据与管道信息对应，将对应后的数据按预设规约方法进行存储，形成长输管道存储云。所述管道数据中心通过建有数据库进行存储，并设有冗余机制，同时将所需调阅数据投放到监控屏幕上，供工作人员实时监测。所述管道数据中心协同物联网、云存储技术将管道设计数据、建设数据、检修数据、生产数据、运营数据以及环境数据、检测数据、四维管理数据、互联网数据通过校准、整合、分类等方式使数据与管道信息对应，将数据按一定的规约方法上传至云平台，形成长输管道存储云。

在本发明提供的一种实施方式中，所述应用平台包括以下至少一种软件：管道运行管理软件、管道环境监督软件、管道安全管理软件和完整性分析软件。管道运行管理软件用于管理长输管道的运行情况，主要提供图形化的状态；管道环境监督软件用于对长输管道周围的水文、有毒有害气体、土壤以及噪声、振动等管道本体物理指标的监督；管道安全管理软件用于对长输管道中故障(如泄漏、腐蚀等)发生诊断、故障位置定位、故障信息通知等信息的分析、提示与告知；完整性分析软件用于对长输管道运行中面临的风险因素进行识别和评价，制定相应的风险控制对策。

在本发明提供的一种实施方式中，所述应用平台还包括分析软件，所述分析软件包括智能分析软件、智能管理软件、参数优化软件。智能分析软件具有静态和动态条件下先进的线性和非线性分析功能，提供图形化分析结果；智能管理软件用于对管线和设备运行工艺参数进行实时监控，及时预警工艺超限情况，结合实时数据展示分析，给出合理决策；参数优化软件为输量安排、输油温度选择、管线与泵组合的合理匹配等方面提供优化决策。

在本发明提供的一种实施方式中，所述应用平台还包括大数据分析子系统，所述大数据分析子系统用于对所述长输管道的数据进行大数据分析。所述大数据技术从多角度分析数据价值，结合管道具体业务需求进行分析挖掘，评估管道运行状态，优化企业管理运营模式，提高经济效益。具体的，

根据长输管道分布状况划分区域，针对各区域建立数据中心。数据汇总至云平台数据中心形成输油管道存储云，云平台数据中心需要管理、维护、协调区域数据中心。区域数据中心负责传输、整合和存储辖下管线运行数据和业务信息，并协同该管线的管控中心及时分析处理数据。同时每个站场配备一台实体计算机与区域数据中心互通，用于存储该站的数据备份，当网络发生故障而无法连接到云数据中心时，可以直接在该站场进行就地操作。输油管道云平台数据处理中心将所有管道运营数据分为：动态数据、静态数据、输送介质的实时趋势和历史趋势数据、事故报警、事故维护及处理数据、安全管理数据。根据每一条管线所属区域，区域数据中心上传数据信息至至云平台数据中心进行整合汇总，再由区域数据中心迁移站场相关数据至本服务器。

随着数据量的与日俱增，应用的复杂度也不断上升，利用分布式计算拆分庞大的应用程序，分配给多台计算机同时处理，节约计算时间，提高计算效率。

利用管道建设、运行、维修等数据基于蒙特卡罗算法分析计算输油管道的可靠度，评价管道运行的稳定性，保障管道本体及周边环境的安全。

选取输油管道几年来的输油量、原油损耗量、用电耗费量数据作为样本。采用数理统计和线性代数的方法，建立待定模型。通过编程计算待定模型参数，利用方差比较各种模型的拟合度，完成回归分析。基于样本数据分析挖掘预估，基于回归分析模型采用并行计算推测能耗结果，通过合理的资源调度优化运行，降低能耗成本。

利用神经网络建立管道潜在威胁分析、管道状态预测的模型。以管道设计、建设、施工、运维、检测、失效等数据为输入，管道潜在威胁程度和风险度作为输出。给出潜在影响因素重要度的排序，对管道状态进行预测，并将预测结果用于管道完整性管理。通过数据分析提升管道企业的决策能力，提高管道安全管控水平。

在本发明提供的一种实施方式中，所述应用平台还包括虚拟模型子系统，所述虚拟模型子系统用于建立和维护所述长输管道的虚拟模型。所述虚拟技术以仿真的方式创建一个实时反映管道、工艺设备和输送介质的管道三维虚拟模型。所述三维虚拟模型包括管道本体模型、水工保护模型、跨越桥梁模型、隧道主体结构模型，站场/阀室模型，地形模型、设计场地模型、总图构筑物模型。在虚拟技术的支持下长输管道SCADA系统云平台能实现硬件资源的按需分配和软硬件的逻辑分离，管道企业只需管理维护本地服务器，保证与云平台间的互通互联，同时按虚拟硬件资源使用的规模与时间付费。

在本发明提供的一种实施方式中，所述应用平台还包括信息融合分析子系统，所述信息融合分析子系统用于对所述长输管道的数据进行信息融合分析。所述信息融合技术自动分析处理数据，对业务的发展趋势或事故的威胁程度进行分析评估。

在本发明提供的一种实施方式中，还提供了一种长输管道综合管理设备，包括：

至少一个处理器；

存储器，与所述至少一个处理器连接；

其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的长输管道综合管理系统。

此处的控制模块或处理器具有数值计算和逻辑运算的功能，其至少具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统等。此处控制模块或控制设备可以例如为单片机、芯片或处理器等常用硬件，更常用的情况下，就是智能终端或者PC的处理器。作为优选，该设备为加载有前述的长输管道综合管理系统的服务器，长输管道综合管理系统为该服务器中的应用程序，具体为依赖于服务器中控制器的硬件环境运行的一段软件代码。

图2是本发明一种实施方式提供的长输管道综合管理系统的网络结构图，以下对图2进行简要说明：在长输管道上设置各类感知元件，具体的为各种功能的传感器，感知层的各类元件通过无线方式交换信息。网络层将感知层的数据传至应用层，应用层包括管道数据中心和云计算平台，应用层还用于对感知层采集的管道数据通过大数据技术、虚拟技术和信息融合技术进行有效的整合、存储、计算处理和挖掘分析，实现企业经营管理、风险管理、调度管理、知识管理，为生产运营提供智慧决策。其中：

所述企业经营管理整合管道分公司、储运公司、销售公司资产管理系统的计划和成果，提高企业组织协调和指挥水平，充分利用企业各类资源，取得良好的经济效益和社会效益。

所述风险管理通过管道完整性管理系统识别高后果区。对高风险管线进行重点监测，针对高危地带开展应急备案的编制，提供快速的应急响应方案，降低风险隐患。

所述调度管理在新兴技术的支持下实现长输管线工作调度、物资跟踪、巡检管理的科学化。在应急状态下，系统根据响应优先级合理安排和调用，自动给出最优解决方案。

所述知识管理基于云平台搭建数据中心，将企业内部数据、生产运行数据、互联网数据、专家数据进行有效存储和分析，形成知识库，为企业发展提供有力支持。

所述智慧决策利用物联网技术采集管线信息，实现数据全面流通和设备设施的快速响应，利用大数据技术分析挖掘，结合专家系统，提供科学的管道管理与经营决策。

本发明通过物联网技术实现了管道生产运营数据的自动采集和传输、生产过程的实时监测和工艺流程的可视化展示，同时基于云平台实现了远程互联、多源与多种类数据的整合存储和管道安全管理的强化。本发明实现了物联网、云计算、大数据等技术与长输管道SCADA系统的融合，提升管道信息建设、管道全生命周期数据中心建设和管道应用系统建设水平，推动管道业务发展，充分挖掘数据价值，保证管道业务有质量、有效益、持续性发展，达成长输管道管控一体化、应用虚拟化、分析智慧化的目标。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长输管道综合管理系统，其特征在于，所述系统包括：

感知层，用于采集所述长输管道的数据；

网络层，用于提供所述感知层和应用层之间的数据传输，以及

所述应用层，包括管道数据中心和应用平台，用于对所述系统内的数据进行存储、计算和分析。

2.根据权利要求1所述的长输管道综合管理系统，其特征在于，所述感知层包括分布于设备设施、环境敏感点和维修抢修工具中的感应元件，所述感应元件之间通过无线方式相互通信。

3.根据权利要求2所述的长输管道综合管理系统，其特征在于，所述感知层中还包括控制节点，所述控制节点中包含微处理器，所述微处理器用于根据输入信号和预先配置的逻辑程序，生成处理结果；所述输入信号来自所述感应元件。

4.根据权利要求1所述的长输管道综合管理系统，其特征在于，所述管道数据中心被配置为：将所述长输管道的数据通过校准、整合、分类后，使所述数据与管道信息对应，将对应后的数据按预设规约方法进行存储，形成长输管道存储云。

5.根据权利要求4所述的长输管道综合管理系统，其特征在于，所述应用平台包括以下至少一种软件：管道运行管理软件、管道环境监督软件、管道安全管理软件和完整性分析软件。

6.根据权利要求5所述的长输管道综合管理系统，其特征在于，所述应用平台还包括分析软件，所述分析软件包括智能分析软件、智能管理软件或参数优化软件。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述应用平台还包括大数据分析子系统，所述大数据分析子系统用于对所述长输管道的数据进行大数据分析。

8.根据权利要求7所述的长输管道综合管理系统，其特征在于，所述应用平台还包括虚拟模型子系统，所述虚拟模型子系统用于建立和维护所述长输管道的虚拟模型。

9.根据权利要求8所述的长输管道综合管理系统，其特征在于，所述应用平台还包括信息融合分析子系统，所述信息融合分析子系统用于对所述长输管道的数据进行信息融合分析。

10.一种长输管道综合管理设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

存储器，与所述至少一个处理器连接；

其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现权利要求1至9中任意一项权利要求所述的长输管道综合管理系统。

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