高海康,戴连双,贾韶辉,刘天尧,徐杰,刘亮,吴官生

1.中国石油管道科技研究中心 （河北 廊坊 065000）2.中油管道有限责任公司 （北京 100016）

0 引言

2016年国家发展改革委等五部门联合发布了《关于贯彻落实国务院安委会工作要求全面推行油气输送管道完整性管理的通知》，2017年国家安全监管总局等部门再次发布了《关于加强油气输送管道途经人员密集场所高后果区安全管理工作的通知》。石油、成品油和天然气属于易燃易爆输送介质，人员密集型高后果区油气管道发生泄漏，对社会和环境会产生严重影响。因此，管道高后果区是油气长输管道管理的重点，也是政府监管部门重点监管对象。随着地方政府及油气管道企业对油气长输管道安全的要求日渐严格，油气管道高后果区识别工作周期的要求逐渐缩短，甚至在管道途经关键区域要求实时获取高后果区周边环境、人口分布等数据，以支撑油气管道高后果区管理的时效性。针对油气长输管道高后果区，油气管道企业采取了相应技术手段和管理措施进行有效管理。一方面，采用三维GIS技术[1-2]辅助油气管道高后果区进行识别与分析工作减少了管理人员75%左右的现场调查时间，很大程度上提高了企业完整性管理水平。但是，受限于三维卫星影像数据更新频次和成本，GIS技术在高后果区识别时效性上还存在一定差距。另一方面，通过视频监控系统[3-4]，监控人员可实时监视整个视频监控区域内的车辆、人员等情况。但是，面对分散的视频影像，长时间、高负荷的观察和判断会导致人员疲劳，反应能力下降，极易发生工作疏漏和失误。

为了适应当前不断提升的政府监管和管道高后果区管理需求，采用GIS技术对高后果区进行可视化管控，制定了5项原则，坚持全面开放共享，以达到各层级用户最佳使用体验为目标，保持持续更新和相关功能的完善。同时，依托GIS和视频监控远程接入技术，开展了基于卫星影像的高后果区自动识别和视频GIS融合研究，为实现油气长输管道完整性管理核心业务链的管理价值提供了有力的技术支撑。

1 高后果区升级管理的原则

为了落实高后果区升级管理要求，进一步提升油气管道高后果区识别的质量，综合考虑政府监管、标准规范和体系文件的要求与规定，紧密结合现场高后果区识别和评价工作的业务需求，保障高后果区识别结果的连续性和传承性，制定了中油管道高后果区升级管理的5项原则。

1）谁填报谁负责的原则。只有高后果区填报人才能对所负责高后果区识别结果拥有新增、修改、删除等操作权限，由填报人负责维护高后果区识别结果，其他用户只有查看的权限。坚决落实高后果区业务负责人责任，谁填报谁负责，严格把控高后区识别结果的准确性。

各分公司管道科、站队基层用户可将动态识别结果实时填报，填报频次不限，并按照系统内部约定的编码规则自动生成惟一标识的高后果区编号。高后果区识别结果实现了高后果区识别项与高后果区类型和高后果区等级的自动计算及管道管材、管径、设计压力等基本信息的自动关联，还支持“一区一案”等相关附件的上传功能。

系统还提供了高后果区识别结果模板，内置高后果区识别项、高后果区类型和高后果区等级的自动计算功能及数据校验规则，便于用户统一整理，节省填录时间，实现了精准高效的批量入库。

2）扁平化管理的原则。工作流程在一定程度上制约了业务开展的时效性，高后果区管理要求扁平化管理，即除填报人之外其他用户可对高后果区记录提出修改意见，所有修改意见将反馈至填报人并实时提醒，填报人经过核实后选择是否采纳。通过去工作流程的扁平化管理，减免业务流转时间，利于高后果区管理业务的开展。

高后果区主管单位用户可对识别结果提出修改意见，修改意见反馈至高后果区填报人，由填报人核实修改意见后选择是否采纳。填报人采纳修改意见后，系统自动记录修改内容并形成修订记录，实现操作留痕，为后期问题追溯提供依据，修订意见和记录功能对各层级用户可见。

针对不同层级用户能够快速检索和查询符合相应条件的高后果区识别结果记录，系统设计了树形组织机构区和多条件查询区。高层级用户可通过树形组织结构菜单快速检索其下属单位的高后果区识别结果记录，或在查询区设置不同的筛选条件对高后果区识别结果记录查询过滤，满足用户快速检索与查询的需求。除此之外，系统实现了高后果区结果信息、修订意见、一区一案、附件等多种导出功能，为业务人员的日常管理提供高效的技术支持。

3）实时更新和惟一标识的原则。每条填报的高后果区识别结果，自填报或重新确认之日起，1年内打开1次确认和维护即可，每年不需要重新填写记录，若有新增的高后果区只需在系统中适当的位置增加即可；每条高后果区在系统按照规定的编码规则进行编号，且惟一标识。采用实时更新和惟一标识的原则，提升高后果区管理的时效性。

随着高后果区识别工作的开展，高后果区识别结果会动态变化，比如现在的高后果区可能会变为非高后果区，系统针对高后果区识别结果变更业务，提供了相应的管理功能和追溯手段，全面提升了高后果区管理的能力。

针对高后果区新增识别结果、超期识别、修订意见的记录，系统均有消息提醒并优先显示，提升系统交互体验。其中包括：①新增识别提醒，即自创建开始1个月内默认为新增数据，1个月过后提醒自动消失；②修订意见的记录，即其他用户对高后果区提出修改意见，需填报人核实高后果区信息，填报人选择是否采纳后，提醒自动消失；③超期提醒，即高后果区识别结果已超过1年未确认，需用户重新确认。

4）合规管理的原则。高后果区报备管理按照各地方政府相关部门要求，对行政区划内的高后果区及其风险评价报告和油气泄漏事故应急预案等信息资料进行定期报备，配合政府部门全面掌握本地区人员密集型高后果区现状，建立有效的更新机制和政企联动机制。

报备内容包含各层级单位向当地政府部门报备的高后果区信息及其风险评价报告和油气泄漏事故应急预案等信息资料，为有效管理报备信息创造了更好的条件，报备的高后果区编号与高后果区识别结果进行了关联，实现了高后果区识别结果的闭环管理。

除此之外，系统落实了向各地方政府相关部门定期报备要求，高后果区报备管理增加了修订意见和提醒功能，实现了敦促用户定期报备的合规管理。

5）全面开放共享的原则。用户可以查看和分享所有上传的相关高后果区地方政府文件、标准规范、风险评价报告、应急预案等资料，且上传的各类资料全员可见，以便实现企业内部资源开放共享、全员提高的目标。

2 高后果区识别与管理技术升级

2.1 高后果区自动识别

中油管道为了实现高后果区快速识别，基于高清卫星影像采用GIS技术，开展高后果区的自动识别模型研究及应用（图1）。高后果区自动识别模型以建筑物、水系、道路等样本数据，采用图形图像识别算法，对卫星影像进行自动识别，辅以人工校验，识别出高后果区管段的起止位置，并以高亮条带直观展现（图2），管理者对管理范围内的高后果区分布及变化情况一目了然。

图1 高后果区自动识别技术路线

图2 高后果区管段可视化

2.2 高后果区视频监控接入

中油管道为了实现对人员密集型高后果区风险源的实时管控，在高后果区模块中实现了视频监控接入功能。视频监控系统用来监控油气管道高后果区的人员、车辆、占压等实时视频画面，同时可将安全威胁报警画面推送到管理者（图3）。随着AI芯片技术的快速发展，摄像头已内置AI识别芯片，可识别过往车辆、警戒区域入侵、机械施工和简单活动行为并抓拍当时视频和图像，及时传输到管理人员设备终端，管理人员甄别报警信息后，可远程声、光警告现场，及时作出响应。

2.3 高后果区视频GIS融合研究

在视频监控接入基础上，开展了视频GIS融合技术研究，提升人员密集型高后果区综合可视化分析能力。系统通过三维影像地图，融合监控视频影像，建立基于三维GIS与视频融合的人口密集型高后果区管理现代化模式，可从不同视角动态展现管体缺陷、管道风险、周边环境发育情况、总体态势等业务场景，强化管道风险的防控。

图3 人口密集型高后果区视频监控

视频GIS融合基础是三维场景建模，针对人员密集型高后果区，采用基于无人机倾斜摄影的三维真实场景建模技术。无人机倾斜摄影[5]是通过在无人机上搭载五镜头倾斜摄影系统，其中一个镜头获取地面目标物的正射影像，其余4个镜头采集地面目标物前、后、左、右4个方向的倾斜影像，并可在拍摄瞬间获取包含影像位置、高度、姿态等信息的POS数据，可以更加清晰地反映地面实物的实际情况。

目前，GIS与实时视频融合在行业中的应用相对较弱。如文献[6]所提出的点击地图上监控点弹出视频窗口，显示相应监控画面。文献[7]所提出的通过指定纹理坐标，在GIS三维模型中叠加视频影像画面，达到一定的融合效果，但是存在视频图像边界与三维模型边界吻合度不高的缺陷，以至于整体视觉性较差。

为了真正实现视频融合，达到增强现实的效果，重点解决两方面问题：

1）快速实现场景的三维可视化，基于无人机倾斜摄影的三维真实场景建模技术快速建模，导入三维GIS平台。

2）建立实时视频图像与三维GIS场景模型融合算法。采用基于投影纹理映射的视频与三维GIS融合技术[8-9]。投影纹理映射核心是利用三维模型中某点的世界坐标与纹理矩阵计算得到纹理坐标，见公式（1），实现纹理与空间顶点的实时对应，不需要预先指定纹理坐标，从而避免纹理扭曲的情况。

为了准确匹配视频影像和GIS中三维模型，可结合摄像机成像的数学模型[10]，求解空间中任何一点在图像中的成像坐标，采用针孔成像数学模型近似表示。因此，根据视频采集摄像头标定的内外参数求出纹理矩阵，可将采集到的视频影像准确地投影到三维模型中，实现视频监控画面与三维模型的高吻合度融合，达到了三维GIS增强现实的效果（图4）。

图4 高后果区视频GIS融合效果

2.4 高后果区识别结果的管理与应用

基于GIS的高后果区管理模块以信息平等共享、多维统计分析与可视化、用户体验至上为设计理念，由主管业务人员和专业技术人员负责各项功能、流程和详细字段的设计，共同编制《油气长输管道高后果区管理信息系统升级开发方案》，方案编写人员向软件开发人员交底关键功能，由主管业务人员负责测试、上线和推广应用。

自高后果区管理系统上线以来，主要使用单位包括中油管道及下属管道分公司、西部管道分公司、西气东输管道分公司、北京天然气管道有限公司和西南管道分公司5家公司，已实现中油管道6 000多处高后果区的动态管理，在保持高后果区识别实时更新、保障高后果区管理的传承性和连续性、共享高后果区管理信息和资源以及有效管理高后果区“一区一案”和相关信息资源等方面取得了良好的效果。

3 结束语

针对油气管道高后果区高标准高时效管理要求，提出了基于GIS的高后果区升级管理原则，开展了高后果区模块的升级与应用，在保持高后果区识别实时更新、保障高后果区管理的传承性和连续性、共享高后果区管理信息和资源以及有效管理高后果区“一区一案”和相关信息资源等方面取得了良好的效果。同时提出了基于高清卫星影像的高后果区自动识别及视频GIS融合的研究思路及成果，为智能管道建设与运营提出了一种高后果区管理的现代化模式，提升了油气管道企业管理的智能化水平。