安防系統(tǒng)在油氣管道中的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　回顧國內(nèi)石油天然氣管道的歷史，90年代國內(nèi)80%的石油或天然氣運(yùn)輸仍然處于火車?yán)?、汽車運(yùn)的模式，從2000年開始，在國家的大力扶持下，以中石油、中石化和中海油為代表的中國石化產(chǎn)業(yè)開始大量興建石油天然氣管道，以替換舊油氣運(yùn)輸方式，管道傳輸極大地節(jié)省了石化行業(yè)的運(yùn)輸成本，降低運(yùn)輸損耗，并使油氣輸送的計(jì)量更為準(zhǔn)確。

　　石油是國之根本，是我國穩(wěn)定發(fā)展的基石，油氣管道就像人體血脈一樣支撐著我國的建設(shè)發(fā)展，隨著國內(nèi)大量油氣管道的建成投產(chǎn)，油氣管道的安全生產(chǎn)也成為重中之重，安防系統(tǒng)也逐漸成為油氣管道建設(shè)中的必要系統(tǒng)。

　　目前中國的石油天然氣管道都配有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻信號的傳輸以隨管道敷設(shè)的光纜作為載體，通過光傳輸系統(tǒng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸通道。石油天然氣管道中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)控壓縮廠房、工藝裝置區(qū)、泵區(qū)、場區(qū)、大門等區(qū)域設(shè)備的工作情況、人員活動情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)或確認(rèn)設(shè)備故障、火災(zāi)以及非法入侵等安全隱患。

　　隨著輸油輸氣管道的不斷建設(shè)，伴隨而來的是一些不法分子在管道沿線進(jìn)行偷盜、破壞行為，在油氣管道沿線的泵站、分輸站、閥室等重要地點(diǎn)建立周界入侵檢測系統(tǒng)是必要的防控手段，使用周界入侵檢測系統(tǒng)在重要地點(diǎn)周圍建立一套入侵警戒線，對重要地點(diǎn)周邊圍墻或區(qū)域進(jìn)行全天候、全方位入侵防范警戒。目前國內(nèi)的油氣管道的周界系統(tǒng)使用的大部分是紅外對射、激光對射和微波周界等三種入侵檢測手段。

　　國內(nèi)油氣管道安防系統(tǒng)的應(yīng)用方式

　　監(jiān)控系統(tǒng)與周界入侵檢測系統(tǒng)配合形成安防系統(tǒng)

　　國內(nèi)油氣管道的安防系統(tǒng)以視頻監(jiān)控、周界入侵檢測兩套系統(tǒng)為主，視頻監(jiān)控用于對重要區(qū)域的人員流動、生產(chǎn)安全、意外突發(fā)事故等情況進(jìn)行24小時(shí)不間斷監(jiān)控和連續(xù)錄像，周界入侵檢測系統(tǒng)主要用于對重要地點(diǎn)、區(qū)域進(jìn)行布防，以檢測是否發(fā)生非法入侵行為。

　　這兩套系統(tǒng)之間通過數(shù)據(jù)通信進(jìn)行聯(lián)動，周界入侵檢測系統(tǒng)檢測到入侵行為，發(fā)送報(bào)警信號驅(qū)動區(qū)域內(nèi)警笛、警號、警燈發(fā)出聲光告警，同時(shí)向視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送信號，視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)周界入侵檢測系統(tǒng)提供的信號，驅(qū)動附近的攝像機(jī)移動定位到報(bào)警發(fā)生位置，使安保人員第一時(shí)間觀看到現(xiàn)場畫面，及時(shí)了解情況，并采取正確的措施。與此同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)還會立刻將報(bào)警發(fā)生位置的視頻進(jìn)行錄像，以備調(diào)用。

　　監(jiān)控系統(tǒng)為管道運(yùn)行調(diào)度人員提供現(xiàn)場第一時(shí)間的畫面

　　監(jiān)控系統(tǒng)除了常用的對重要區(qū)域的人員流動、生產(chǎn)安全、意外突發(fā)事故等情況進(jìn)行24 小時(shí)不間斷監(jiān)控和連續(xù)錄像等功能外，油氣管道的運(yùn)行調(diào)度人員也經(jīng)常在百里外的調(diào)度控制中心通過監(jiān)控系統(tǒng)提供的現(xiàn)場畫面來指揮現(xiàn)場操作人員處理突發(fā)意外事件。

　　油氣管道安防方案

　　安防系統(tǒng)提供商主要致力于綜合安防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺的開發(fā)和應(yīng)用，系統(tǒng)平臺為模塊化設(shè)計(jì)、中心集中管理方式，整套系統(tǒng)將前端信號采集設(shè)備、編/解碼設(shè)備、存儲設(shè)備以及后端軟件平臺進(jìn)行整合，以形成一套完整的安防系統(tǒng)。

圖1  廣泛應(yīng)用于油氣管道的安防系統(tǒng)方案架構(gòu)圖

　　這套系統(tǒng)由中心注冊認(rèn)證系統(tǒng)、中心集中管理配置系統(tǒng)、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)、集中存儲系統(tǒng)、WEB服務(wù)系統(tǒng)、代理服務(wù)系統(tǒng)、電子地圖應(yīng)用系統(tǒng)、報(bào)警聯(lián)動系統(tǒng)等幾部分組成，系統(tǒng)所支持的硬件產(chǎn)品涵蓋了視頻監(jiān)控、周界入侵檢測、門禁、電子巡更等多類安防產(chǎn)品。[nextpage]

　　西氣東輸二線西段管道工程視頻監(jiān)控項(xiàng)目

　　西氣東輸二線西段管道工程干線西起霍爾果斯，終止于中衛(wèi)聯(lián)絡(luò)站，該段線路總長2434km，沿線共有20座工藝站場。

圖2  西氣東輸二線西段管道工程干線架構(gòu)圖

　　本工程將與各站周界報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動，用于監(jiān)控壓縮廠房、工藝裝置區(qū)、場區(qū)、大門等區(qū)域設(shè)備的工作情況、人員活動情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)或確認(rèn)設(shè)備故障、火災(zāi)以及非法入侵等安全隱患。

　　本工程的視頻監(jiān)控系統(tǒng)還將編入到西部管道，要實(shí)現(xiàn)與西部管道總部、新疆管理處和甘肅管理處的互聯(lián)對接。

　　由于本工程的現(xiàn)場環(huán)境條件非常惡劣，大部分站場都位于新疆戈壁灘或極寒地區(qū)，夏季最高氣溫可達(dá)45℃，冬季溫度達(dá)到零下40℃，而且戈壁地區(qū)風(fēng)沙大，風(fēng)力強(qiáng)。在這種嚴(yán)酷的環(huán)境條件下，硬件產(chǎn)品的選擇是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。

　　根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，為本工程推薦的室外攝像機(jī)系統(tǒng)均為一體化產(chǎn)品，即攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩和云臺高度集成，大大增強(qiáng)了室外設(shè)備對風(fēng)沙雨雪侵蝕的防護(hù)能力，同時(shí)可最大限度的減少安裝和維護(hù)工序，顯著減少了分體式設(shè)備大量裸露在室外環(huán)境中的線纜數(shù)量，從而使整個(gè)設(shè)備更加穩(wěn)定可靠，可在無人值守、零維護(hù)的情況下長時(shí)間連續(xù)工作。

　　本工程盡量不使用球型攝像機(jī)作為室外設(shè)備，因?yàn)榍驒C(jī)的球型護(hù)罩在長期的風(fēng)沙侵蝕下將會逐漸磨損，導(dǎo)致攝像機(jī)無法拍攝清晰畫面。

　　在泵區(qū)、閥組區(qū)等油氣密度大的高危區(qū)域，選用防爆/隔爆型產(chǎn)品作為室外設(shè)備，可有效提高設(shè)備的可靠性和管道運(yùn)行生產(chǎn)的安全性。

　　所開發(fā)的后端監(jiān)控軟件平臺具有廣泛的兼容性，可方便的對西部管道平臺對接，同時(shí)平臺還具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，為用戶未來的擴(kuò)展提供了保障。

　　西氣東輸二線東段管道工程激光周界入侵報(bào)警項(xiàng)目

　　本工程為西氣東輸二線東段站區(qū)周邊圍墻建立警戒報(bào)警系統(tǒng)，采用激光對射方式實(shí)施區(qū)域警戒、入侵報(bào)警、視頻監(jiān)控報(bào)警聯(lián)動等功能要求。激光對射周界報(bào)警系統(tǒng)主要用于對站區(qū)周邊圍墻進(jìn)行全天候、全方位入侵防范警戒，當(dāng)發(fā)生入侵報(bào)警后，主控系統(tǒng)可控制發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。

　　本工程與以往的入侵報(bào)警系統(tǒng)有所不同，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警信號輸入接口數(shù)量有限，周界系統(tǒng)報(bào)警輸出接口數(shù)量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于視頻監(jiān)控的報(bào)警輸入接口數(shù)量，因此無法以傳統(tǒng)的繼電器輸入方式將周界入侵系統(tǒng)的報(bào)警信號接入至視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)。而且傳統(tǒng)的繼電器連接模式只能以1對1的方式進(jìn)行報(bào)警聯(lián)動，即一路報(bào)警輸入對應(yīng)一臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)，而無法實(shí)現(xiàn)完全的交叉模式，即1路報(bào)警信號同時(shí)對應(yīng)多臺攝像機(jī)，或多路報(bào)警信號對應(yīng)1臺攝像機(jī)這種靈活的聯(lián)動模式。[nextpage]

　　另外，本工程周界報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警主機(jī)位于機(jī)柜間內(nèi)，而報(bào)警信息顯示窗口和用戶均位于另一棟建筑的值班室內(nèi)，兩棟建筑距離較遠(yuǎn)。由于編程鍵盤是靠控制信號電纜傳輸信號，最遠(yuǎn)距離150米，警燈警號采用繼電器輸出開關(guān)量驅(qū)動，并需要在機(jī)柜至值班室之間布防一條長距離的總線電纜，由于壓降的原因其傳輸距離也無法達(dá)到要求，因此采用傳統(tǒng)的編程鍵盤和繼電器輸出模式無法實(shí)現(xiàn)本工程的要求。根據(jù)這種特殊情況，本工程根據(jù)用戶的特殊需要提供了一種以太網(wǎng)傳輸信號的模式來解決以上所有問題，即將控制信號和繼電器開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)信號傳輸。首先為報(bào)警主機(jī)開發(fā)了信號轉(zhuǎn)換模塊，信號轉(zhuǎn)換模塊將主機(jī)控制指令信號和報(bào)警信號轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)字信號后再進(jìn)行傳輸，同時(shí)將其并入視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，這樣，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可通過以太網(wǎng)接收到數(shù)字化的報(bào)警信號，而不存在接口數(shù)量受限的情況，同時(shí)所提供的平臺軟件還可進(jìn)行全交叉模式的聯(lián)動設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)報(bào)警信號同時(shí)驅(qū)動多個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)運(yùn)作的功能。

　　由于采用的是以太網(wǎng)傳輸模式，報(bào)警信號的傳輸不再受到距離的限制，用戶可在其他建筑內(nèi)甚至異地的控制中心內(nèi)看到報(bào)警信息、防區(qū)狀態(tài)等實(shí)時(shí)的現(xiàn)場情況，用戶還可遠(yuǎn)距離向報(bào)警主機(jī)發(fā)布命令。

　　同時(shí)，平臺軟件還可將視頻監(jiān)控系統(tǒng)和周界入侵系統(tǒng)整合到一個(gè)窗口顯示，使用戶可更直觀的看到現(xiàn)場整體情況，真正實(shí)現(xiàn)全方位的安防體系。

　　在此平臺下，用戶還可擴(kuò)展很多功能，如報(bào)警后聯(lián)動手機(jī)短信模塊，向相關(guān)人員發(fā)送報(bào)警消息;報(bào)警發(fā)生后聯(lián)動語音交換系統(tǒng)，自動撥打報(bào)警電話，語音提示相關(guān)人員或單位某位置發(fā)生何種報(bào)警。

　　未來的安防系統(tǒng)需要進(jìn)一步加強(qiáng)與整合

　　目前國內(nèi)油氣管道項(xiàng)目中的安防系統(tǒng)建設(shè)還處于起步階段，整套系統(tǒng)還不夠完善，產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備選型需要加強(qiáng)和更新，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、周界入侵檢測系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)以及巡更系統(tǒng)等不同的應(yīng)用需要進(jìn)一步整合。

圖3  該工程聯(lián)動平臺架構(gòu)圖

　　產(chǎn)品選型觀念需要改進(jìn)

　　現(xiàn)在國內(nèi)的油氣管道項(xiàng)目中，用戶大多選擇造價(jià)相對低廉的紅外對射、激光對射與微波對射系統(tǒng)作為入侵檢測的手段，雖然這些類型的產(chǎn)品造價(jià)低，但大都是過時(shí)的技術(shù)和產(chǎn)品，微波對射雖然仍是目前先進(jìn)的入侵檢測系統(tǒng)，但其原理決定不適用于油氣管道站場區(qū)域的布防。[nextpage]

　　1、紅外對射和激光對射系統(tǒng)都屬于阻斷觸發(fā)類的入侵檢測產(chǎn)品，通過檢測對射光束是否被遮斷來判斷入侵行為，但這種檢測極其不準(zhǔn)確，雨雪天氣、大風(fēng)刮起的異物以及鳥獸等都會引起系統(tǒng)的誤報(bào)，雖然可通過雙光束遮斷、遮斷時(shí)長調(diào)整、加強(qiáng)光束功率等手段減少誤報(bào)幾率，但仍然不是一種最佳的檢測手段。

　　2、微波對射系統(tǒng)最早由美國四達(dá)公司開發(fā)并應(yīng)用于美國軍隊(duì)，在一些電影以及新聞中經(jīng)?？梢姷酱祟愒O(shè)備，微波對射原理通過檢測移動物體，并通過判斷物體移動速度、體積等數(shù)據(jù)來判斷入侵行為，微波對射的確是一種很好的入侵檢測手段，而且誤報(bào)率低。但是微波對射技術(shù)不適用于油氣管道項(xiàng)目，由于微波對射的原理，其檢測的范圍是一段寬2-3米、高4-5米立體區(qū)域內(nèi)紡錘體的微波墻。在油氣管道項(xiàng)目中，周界入侵檢測系統(tǒng)多數(shù)被安裝與站場圍墻上，如果將設(shè)備安裝于墻頂，則會在兩端出現(xiàn)盲區(qū)(因其紡錘形區(qū)域)。而將設(shè)備安裝在圍墻內(nèi)也不適用于油氣管道項(xiàng)目，由于微波對射是一種在空曠地域使用效果最佳的入侵檢測手段，不太適于安裝在圍墻周圍，目前油氣管道的站場圍墻內(nèi)2-3米的范圍外都是生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)常有人員出入、移動，如果將微波設(shè)備安裝于圍墻內(nèi)則會經(jīng)常性的出現(xiàn)非法入侵報(bào)警。

　　各類系統(tǒng)后端平臺需要整合

　　安防系統(tǒng)包含很多不同種類的產(chǎn)品，如視頻監(jiān)控、周界入侵、門禁、電子巡更等，每套系統(tǒng)都有自己獨(dú)立的一套后端軟件平臺。在油氣管道項(xiàng)目的站場控制室內(nèi)，經(jīng)常會在操作臺上看到各種安防系統(tǒng)的后端主機(jī)，如視頻監(jiān)控主機(jī)顯示監(jiān)控系統(tǒng)的視頻畫面、周界入侵主機(jī)顯示電子地圖畫面、門禁主機(jī)存儲記錄人員進(jìn)出狀態(tài)、電子巡更主機(jī)記錄保安巡查路線和記錄等。

　　這么多臺主機(jī)基本占據(jù)了操作臺的“半壁江山”，用戶使用起來也極其不便，還需要經(jīng)過各種培訓(xùn)方能掌握，這種情況都是由于整個(gè)系統(tǒng)沒有進(jìn)行整合所導(dǎo)致。

　　目前油氣管道項(xiàng)目的招標(biāo)多是將視頻監(jiān)控、周界入侵、門禁以及巡更分開招標(biāo)，導(dǎo)致廠家迥異，各系統(tǒng)之間無法兼容或兼容性差。如果能將這些系統(tǒng)都整合在一起，由一套軟件平臺來使用和管理，那么將極大的節(jié)省設(shè)備成本，同時(shí)讓用戶可在同一臺主機(jī)、同一個(gè)畫面中同時(shí)監(jiān)控到各種系統(tǒng)的狀態(tài)和畫面，這才能算是一套完整的安防系統(tǒng)。

　　安防軟件平臺就是這樣一套完整的各類安防產(chǎn)品的集成平臺。

　　油氣管道安防系統(tǒng)的發(fā)展方向

　　油氣管道項(xiàng)目未來的安防系統(tǒng)將會是一套高度集成的系統(tǒng)平臺，視頻監(jiān)控、周界入侵、門禁、電子巡更、甚至有可能包括火災(zāi)報(bào)警、部分高危區(qū)域自控儀表信息、無人值守場所的生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)等都會集成于一套軟件平臺下。

　　可以想象這樣的幾個(gè)場景：

　　· 某區(qū)域發(fā)生非法人員闖入，周界入侵系統(tǒng)會第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)非法闖入行為，視頻監(jiān)控系統(tǒng)會立即捕捉非法闖入?yún)^(qū)域的視頻畫面，并使鏡頭始終跟蹤非法闖入者，門禁系統(tǒng)緊急關(guān)閉和封鎖重要區(qū)域，保安人員在控制室內(nèi)通過顯示終端及時(shí)了解現(xiàn)場狀況，制定應(yīng)急預(yù)案，搶在非法分子進(jìn)行破壞前控制現(xiàn)場;

　　· 某生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)域發(fā)生油氣泄露事故，使那一區(qū)域成為高危地區(qū)，工作人員無法進(jìn)入，一些關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵儀表的參數(shù)無法從現(xiàn)場讀取到，這時(shí)通過監(jiān)控系統(tǒng)的高清攝像機(jī)去讀取這些高危地區(qū)儀表、設(shè)備數(shù)據(jù)，可避免工作人員的危險(xiǎn)。同時(shí)讀取到的數(shù)據(jù)通過視頻分析等手段量化成數(shù)字信號傳送至運(yùn)行調(diào)度用的SCADA 系統(tǒng)中，操作員可根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)牟僮?如開/關(guān)閥門、泄壓、開/關(guān)泵等);

　　· 油氣管道巡線員在巡查過程中發(fā)現(xiàn)有非法鉆孔偷油事件，調(diào)控中心的人員可根據(jù)巡線員隨身攜帶的GPS 電子巡更系統(tǒng)及時(shí)定位鉆孔位置，及時(shí)通知當(dāng)?shù)毓踩藛T采取措施。

　　這些場景都是安防系統(tǒng)在未來油氣管道項(xiàng)目中的職能，所有這些復(fù)雜的聯(lián)動過程都會通過中心控制室內(nèi)的一臺顯示終端非常簡潔的呈現(xiàn)給管理人員，使管理人員在千里之外即可了解整條管道所發(fā)生的一切事件。