对基于北斗卫星的油田管网巡检系统的设计与实现研究

摘要：管道作为运输油气的重要工具，其安全性不仅影响着油气运输的安全性，还会对人们与社会的安全产生影响，本文介绍了基于北斗卫星的油田管网巡检系统的设计意义、方案、数据处理方法、系統模块及其功能，以期通过切实提升油田管网巡检工作质量的方式，降低管道传输事故的出现概率，希望能够给读者带来启发。

关键词：北斗卫星;油田管网巡检系统;系统设计与实现

引言：为切实解决传统油田管网巡检系统工作过程中经常出现数据时效性不足、管网空间位置直观度不足、连贯性差等问题，本文主要针对油田管网巡检工作的需要，设计了基于北斗卫星的油田管网巡检系统，在对传统油田管网巡检系统进行优化的基础上，为现代化油田的建设提供了支持。

一、基于北斗卫星的油田管网巡检系统的设计意义

在当前社会经济飞速发展的背景下，人们对化石能源的需求量不断提升，据数据调查现实，尽管当前我国清洁能源在总能源中的占比有所提升，但化石能源的开采、消耗量仍逐年上涨，2019年我国原煤产量达38.5亿吨、原油产量达1.91亿吨、天然气产量达1761.7亿立方米，并且随着浅层化石能源存储量的匮乏，化石能源的开采、运输、管理难度日渐增加。具体来说，近年来，随着石油资源储量的不断减少，我国油田油区管道铺设密度越来越大、铺设难度也越发复杂，这种情况的出现不仅为油气资源的开采运输造成了一定的阻碍，还使得管道的日常巡检维修工作的难度越来越大，面对上述问题，市场上针对当前部分油田、城市建设项目中流体管道的图纸，设计了一些管网巡检系统，尽管这些系统的应用可以在一定程度上提升管网巡检的效率，但由于大部分系统是以GIS、GPRS等技术为基础进行的研发，这就使得上述系统在应用过程中需要为其建设专门的信息通信基站，这种情况的出现在一定程度上提升了系统运营巡检的成本。现阶段，为切实解决上述问题，本文主要以北斗卫星为基础，对油田管网巡检系统进行了研发，以北斗卫星独有的短报文技术代替公网通信技术，实现信息数据的低成本、高效率传输，进一步提升管网巡检工作的安全性，降低巡检工作的难度[1]。

二、基于北斗卫星的油田管网巡检系统的设计方案

（一）系统开发思想

现阶段，在开展油田管网巡检系统开发设计的过程中，其主要目的在于为油田提供一种稳定高效的管网巡检方式，降低人工巡检的难度，缩短巡检消耗的时间，在实际工作过程中，油田管网巡检系统主要由巡检人员下发巡检任务，然后由系统自动生成巡检轨迹，在对油田管网进行高校检查的同时，为巡检人员处理管网问题提供合理的引导。在进行问题数据传输的过程中，油田管网巡检系统可以通过北斗卫星及时与巡检人员进行沟通，保证巡检人员能够准确掌握管网信息，并采用合适的方法对管网异常进行处理，从而达到提高巡检工作效率的目的，同时，巡检人员还可以在工作过程中以巡检系统为基础，对管网各部分的情况进行查询，若在巡查过程中发现问题，则可以通过拍照、录像、文字等形式将问题上传至系统后台，由系统后台服务器对数据信息进行分析处理与存储。

（二）系统结构设计

在进行油田管网巡检系统的设计过程中，主要以面向分层与面向服务的SOA设计思路为基础，切实达到移动终端与服务器间的有效交互。在实际工作中过程中，油田管网巡检系统的工作流程主要分为三个层次，第一层为数据采集层，该层主要被部署于管网巡检终端，用于管网现场巡查情况的照片、视频等信息的采集，巡检轨迹的获取、巡检任务的更新与上报等;第二层为数据传输层，该层在工作过程中主要借助北斗卫星，将巡检人员的任务列表、电子围栏、管网异常点信息、巡检轨迹、巡检报表等信息上传至系统的后台服务器;第三层为数据处理层，主要是指系统的后台服务器，在工作过程中，主要负责向巡检终端发送任务列表、查看巡检轨迹、接收终端发送的信息，并进行相应的处理，同时还能以短报文的形式与终端进行信息交互。

三、基于北斗卫星的油田管网巡检系统的数据处理

当前油田管网巡检系统数据可以分成用于系统显示的土层数据与用于分析的属性数据两部分，现阶段，为便于数据建模，则需要对数据进行过网络分析，在分期前可以使用ArcIS软件对数据进行分析，建立相应的拓扑结构，具体步骤为：首先，在Arcap软件中编辑需要的数据层，然后再Editor菜单中选择Options的Topology属性页，选择适合油田管网整体情况构建的Cluster oerance值，并对整幅图进行Integrate处理，避免出现错误的拓扑结构;其次，用Arcatalog软件将编辑好的shape软件格式转化为Coverage，然后打开文件的Coverage Properties，用Build功能进行Node的建立;最后，用ArcMap软件，打开Coverage的数据Arc与Node层，并将其导成线状与点状的Shape文件。

四、基于北斗卫星的油田管网巡检系统模块与功能

由于该油田管网巡检系统是基于北斗卫星进行的研发，因此，在系统的实际使用过程中，在一些不存在无线公网覆盖的地区系统仍能稳定运行，同时，系统的软件可以自行为巡检人员设置巡检轨迹、下发巡检任务，并将管网的异常点信息及时上传至系统后台服务器，并对其进行分析处理，为保证系统在实际使用过程中能够切实满足巡检工作的要求，系统的功能模块主要包括工具、通信、巡线业务、设置等模块，各模块在实际使用过程中有着不同的功能。首先，工具模块有着多元信息综合现实功能，在使用过程中能够为巡检人员提供巡检区域基础的地图、影像等综合信息，并且该模块能够为巡检人员提供基础的信息缩放、移动等操作工具，以及空间距离测量、标注等野外作业实用工具。其次，通信模块能给终端协同提供支撑，在实际应用过程中可以通过北斗短报文通信功能完成与同级或上级的终端进行信息交互、位置共享、数据接入等工作。再次，巡线业务模块在应用过程中，不仅可以实现网关信息及其周边信息的采集，还能通过通信网后台服务器对异常信息进行上报，上报的信息中往往包含故障点的位置、巡检人员的路线轨迹等内容。最后，设置模块是对系统的软件所使用的信息进行设置的模块，其中包含地图类型预定义、指北针等工具。需要注意的是，在油田管网巡检系统应用过程中，系统软件的主要功能之一在于为巡检人员提供路径信息，为实现这一功能，则需要构建算法模型，以便完成最优路径的探寻，本文主要使用的巡检作业算法为Dijkstra算法[2]。

结论：总而言之，本文所构建的油田管网巡检系统主要以北斗短报文技术作为通信技术，相较于传统油田管网巡检系统自建基站并使用GPRS的通信方式，该系统通信技术的应用切实保证了系统能够在没有无线公网覆盖区域的通信，并且，在该系统路径导航模型构建过程中，使用Dijkstra算法代替了传统的A*算法，这使得该系统的路径导航效率较传统油田管网巡检系统高出30%以上，从而为管网传输事故的降低提供了有效的支持。

参考文献：

[1]陈敏.城市燃气管网智能巡检系统的应用研究[J].科技风，2019（21）：84-84.

[2]李瑞杰，郭向坤.基于混合现实的管网巡检系统[J].计算机系统应用，2020（10）：75-81.

作者简介：

武鹏（1988.03——），男，汉族，籍贯：河南省濮阳市，职称：信息工程中级工程师，学历：本科，研究方向：信息工程。