童雷

中國(guó)石化銷售股份有限公司華中分公司

摘  要：介紹了OTDR分布式光纖預(yù)警系統(tǒng)在輸油管道的一般應(yīng)用和進(jìn)階應(yīng)用�？偨Y(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了預(yù)警系統(tǒng)優(yōu)化措施和深化應(yīng)用，指出了系統(tǒng)的局限性和未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：光纖預(yù)警；第三方施工；管道巡護(hù)

OTDR（光時(shí)域反射）分布式光纖預(yù)警可保護(hù)管道免遭第三方施工損壞，是管道保護(hù)領(lǐng)域新技術(shù)，其科技優(yōu)勢(shì)明顯，取得了較好的應(yīng)用效果。如何與現(xiàn)有的巡護(hù)資源相互融合，需要進(jìn)一步探索和優(yōu)化。

1 預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成

分布式光纖預(yù)警系統(tǒng)主要功能模塊包括：①分布式微振動(dòng)光纖傳感器：即為管道同溝敷設(shè)的光纜；②光纖振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)裝置：負(fù)責(zé)檢測(cè)光纖振動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；③信號(hào)分析與識(shí)別裝置：負(fù)責(zé)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理和振動(dòng)事件的算法識(shí)別；④中繼放大裝置：包括發(fā)射裝置和接收裝置，負(fù)責(zé)延長(zhǎng)系統(tǒng)的檢測(cè)距離；⑤站場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端：負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信息，包括GIS地圖、瀑布圖、報(bào)警信息等內(nèi)容。系統(tǒng)構(gòu)成如圖 1所示，系統(tǒng)報(bào)警界面如圖 2所示。

2 預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 基本應(yīng)用

預(yù)警系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)管道附近大多數(shù)人工挖掘、機(jī)械挖掘行為，以及管道周邊的細(xì)微擾動(dòng)，以下為湖北孝感站部分應(yīng)用案例。

2020年4月19日，管道正上方人工開挖探坑，與報(bào)警情況相符。

2020年4月24日，系統(tǒng)報(bào)警，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)后為機(jī)械農(nóng)耕，與報(bào)警情況相符。

2019年12月24日，公路與管道交叉處土地平整，與報(bào)警情況相符。

2019年10月17日，管道附近使用挖掘機(jī)修建龍蝦養(yǎng)殖池，與報(bào)警情況相符。

圖 3 （下）為 2020年2～3月疫情封城期間系統(tǒng)報(bào)警情況統(tǒng)計(jì)，圖 3（上）為上年同期情況，對(duì)比發(fā)現(xiàn)總報(bào)警數(shù)量比上年減少62%、施工報(bào)警數(shù)量減少91%。

2.2 進(jìn)階應(yīng)用

在應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)預(yù)警系統(tǒng)有“代替人工跟蹤清管器”和“探查管道周邊地質(zhì)變化”等應(yīng)用潛力。

2018年11月，孝感站首次嘗試采用預(yù)警系統(tǒng)跟蹤清管器，預(yù)警系統(tǒng)定位與人工現(xiàn)場(chǎng)定位相互驗(yàn)證一致。

2019年8月，孝昌縣白沙鎮(zhèn)勝七山頭報(bào)警，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)發(fā)現(xiàn)管道周邊存在水土流失。同年12月，孝感發(fā)生地震，管道距離震中最近約57公里，后臺(tái)捕捉到地震波，但未引起報(bào)警。

2.3 預(yù)警系統(tǒng)優(yōu)化

實(shí)際工作中，人工巡護(hù)側(cè)重于提前防范重大災(zāi)害天氣、重大建設(shè)項(xiàng)目等預(yù)期性較強(qiáng)的事件；而光纖預(yù)警側(cè)重于防范突發(fā)性、隨機(jī)性事件。

光纖預(yù)警技術(shù)的靈敏度高則報(bào)警數(shù)量多，低風(fēng)險(xiǎn)和極低風(fēng)險(xiǎn)的報(bào)警大量增加，會(huì)使人工復(fù)核陷入“疲勞戰(zhàn)”泥潭；靈敏度低則中風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警會(huì)被“過(guò)濾”掉，使預(yù)警功能名存實(shí)亡。系統(tǒng)應(yīng)用兩年來(lái)，筆者認(rèn)為，應(yīng)充分發(fā)揮和優(yōu)化預(yù)警系統(tǒng)的“輔助判斷”功能，以提高管道管理人員的“決策”能力，保持二者之間的平衡。

（1）對(duì)報(bào)警結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)化和分級(jí)管理。將最初的14項(xiàng)簡(jiǎn)化為6項(xiàng)；并根據(jù)擾動(dòng)方式（機(jī)械或者人工）、力度、頻率、次數(shù)、持續(xù)時(shí)間等后臺(tái)數(shù)據(jù)，將報(bào)警分為四個(gè)等級(jí)，按照?qǐng)?bào)警等級(jí)指派外管道管理員或者巡線工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核（表 1）。

（2）加入多維度信息。收集管道長(zhǎng)度、光纜長(zhǎng)度、經(jīng)緯度、標(biāo)記點(diǎn)高程、地理環(huán)境、土質(zhì)情況、現(xiàn)場(chǎng)照片等方面的信息。結(jié)合管道高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域、物權(quán)人信息等，對(duì)報(bào)警點(diǎn)管道環(huán)境信息進(jìn)行校對(duì)和錄入，給報(bào)警情況分析和復(fù)核、確定優(yōu)先處置程度提供參考依據(jù)。

（3）升級(jí)報(bào)警精度。由于光纜鋪設(shè)過(guò)程中存在盤纜、光纜彎曲等因素，導(dǎo)致光纜長(zhǎng)度與管道長(zhǎng)度不一致。孝感站安排作業(yè)人員和預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)商一起通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)敲擊的方式，將光纜與管道長(zhǎng)度進(jìn)行二次匹配，使定位精度由50米精確到20米。

優(yōu)化后的預(yù)警系統(tǒng)升級(jí)為光纖油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)V3.2.4.0，可詳細(xì)顯示報(bào)警點(diǎn)管道周邊信息，增加了區(qū)域信息和物權(quán)人信息，同時(shí)部分新報(bào)警點(diǎn)還增加了所在標(biāo)志樁的現(xiàn)場(chǎng)照片（圖 4）。

3 預(yù)警系統(tǒng)局限與展望

當(dāng)前預(yù)警系統(tǒng)還存在一些局限。

（1）深埋管道預(yù)警漏報(bào)。如定向鉆、頂管穿越 公路和鐵路的深埋管道，無(wú)法對(duì)預(yù)警效果進(jìn)行測(cè)試，即較小的地表擾動(dòng)無(wú)法抵達(dá)管道附近，較大的擾動(dòng)無(wú)法模擬。深埋管道遭受大型施工如鉆探打樁等，對(duì)管道破壞性大，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。如果預(yù)警系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)警，會(huì)導(dǎo)致管理盲點(diǎn)。如孝昌縣107國(guó)道頂管穿越處曾發(fā)生填土作業(yè)，預(yù)警系統(tǒng)未報(bào)警。

（2）管道下方、側(cè)方的挖掘行為無(wú)法預(yù)警。如新潔天然氣管道定向鉆穿越施工，預(yù)警系統(tǒng)無(wú)報(bào)警記錄。

（3）屏蔽功能需要進(jìn)一步優(yōu)化。例如管道與鐵路并行，鐵路行駛報(bào)警頻繁，采用屏蔽或降低報(bào)警閾值的方式可減少誤報(bào)。但是與鐵路并行段管道整體被屏蔽，會(huì)造成漏報(bào)。如屏蔽區(qū)內(nèi)村民在管道上方清淤作業(yè)，其施工報(bào)警與鐵路行駛報(bào)警一同被屏蔽。

建議：預(yù)警系統(tǒng)下一步開發(fā)方向，應(yīng)盡量消除盲區(qū)、擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和優(yōu)化屏蔽算法。強(qiáng)化數(shù)據(jù)反饋功能，方便地提取所需數(shù)據(jù)，進(jìn)行深度分析，預(yù)測(cè)大概率出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)的區(qū)域，開展有針對(duì)性的布防。

作者簡(jiǎn)介：童雷， 1987年生，工學(xué)碩士，中石化銷售華中分公司孝感輸油站站長(zhǎng)，工程師，主要從事管道保護(hù)工作。聯(lián)系方式： 15926448988，ful0327@126.com。