GPS管道可视化巡检管理系统人员巡检管理系统技术方案

第第24页共24页石油天然气管道可视化巡检管理系统技术方案

前言1.1项目背景石油天然气体管道的稳定运行关系着人民生活和生产活动乃至国家和社会的稳定。输油气管道系统的每一次故障都有可能给社会造成无法估量的损失。所以，保证管道系统安全运行是石油天然气输送管理部门的首要任务之一。巡检是有效保证输油气管道系统安全的一项基础工作。巡检的目的是掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现设施缺陷和危及管道安全的隐患，保证线路的安全和系统稳定。传统巡检的薄弱点序号项目说明1缺员由于线路巡检非常艰苦，往往缺员严重2漏检旧有的巡检体系很难保证检查质量，无从考查工作人员是否沿管线进行检查3记录不规范由于巡检项目内容繁杂，且巡检人员各自知识经验积累程度不同，所以填写内容或简单或复杂，或抓得住重点但抓不到实质4费时繁琐每个问题项目，都要通过笔记录到纸上，量多费时5后期处理难对每次巡检的大量数据进行收集，处理，分析，工作量大；且由于资料量大，遗失严重6评估难很难对工作人员的工作定性定量进行评估所以说传统巡检系统存在诸多隐患。

巡检系统技术综述GPS（全球卫星定位系统）GPS真正的实现了全球、全天候、连续、实时、以空中卫星为基础的高精度无线电导航系统。在全球的任何位置以及近地空间能够给出相对准确的三维位置、速度和精确的时间信息，而且不受天气的影响。GPS由地面控制站（1个主控制站，3个注入站，5个监测站）、空间设备（21颗工作卫星，3颗备用卫星）、GPS用户接收机和地面通信网组成。除军用外，GPS系统广泛用于大地测量、地质勘探和车辆导航等方面，近年来随着GPS模块的成本不断下降和地面通信系统的不断发展，应用于监控调度管理的GPS系统正如火如荼的向前发展。GIS（地理信息系统）GIS地理信息系统是由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、城市规划以及政府部门行政管理、巡查监管提供新的知识，为工程设计规划、管理决策提供服务。它多功能、深层的可视化地理分析功能可以帮助用户在数据之间建立关联，在同一环境下显示，并迅速揭示数据之间的关系，从而辅助快速有效的决策，提高生产管理的效率。GPRS（通用分组无线业务）GPRS（GeneralPacketRadioService）即通用无线分组业务，是一种新型的分组数据传输业务。它在现有的GSM网络的基础上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体，并以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，使现有GSM网的数据业务突破了最高速率为9.6kbit/s的限制，最高数据速率可达170kbit/s，目前可以支持40Kbps左右的传输速度。是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线办公提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，GPRS网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。巡检系统的发展历史发展作业模式优缺点第一代：传统的人工巡检人工巡检、手工纸介质记录的工作方式缺点：·巡检质量和到位率难以保证·数据得不到妥善的管理与保存，查询不方便·信息反馈不及时，容易引发故障第二代：基于RFID（无线射频识别）技术的电子巡更巡检系统沿线布置巡检签到点，巡线员手持巡检仪每到一个巡检点即自动读取和保存其编号与时间信息，完成巡检任务后将巡检仪中保存的记录上传到管理软件中进行分析评价优点：·可以监督巡检员按规定线路、时间巡检·可以保存巡检电子档案缺点：·事后监督，信息滞后，无法实时监控·难以可视化·安装巡检点易受局限第三代：GPS在线巡检系统利用GPS获取巡线员位置、通过GPRS或CDMA实时传送给GIS服务器，管理人员在网络地图上在线、可视化监控和管理优点：·实现对巡线员数字化、可视化、实时化管理·实时监控，检查巡线员工作状态·轨迹回放，考核巡线合格率·越界自动报警·地图定位显示违章事件点·根据需要可生成多种统计报表，如违章事件报表、巡线的合格率统计报表等。

目录前言 21.1项目背景 22.1 巡检系统技术综述 3目录 5第一章 方案设计指导 61. 总体工作范围 62. 设计指导思想 63. 关键技术路线 73.1基于已有技术的快速开发实施 73.2移动终端 73.3基础技术平台 83.4通信方案 8第二章 巡检管理系统介绍 91.总体结构 92.巡检监控软件主要功能描述 102.1电子地图显示和操作 102.2巡线员的实时监控 102.3报警管理 112.4事件报告和管理 132.5历史轨迹回放 142.6轨迹合格性处理 142.7人员考评 142.8查询统计与多种分析图表 152.8.1事件统计 152.8.2人员统计 172.8.3线路统计 182.9资源管理 192.10巡线计划和任务安排 20第三章 巡检终端 211.巡检管理系统对终端的要求 212.巡线员专用GPS巡检器 223.专用GPS巡检器有以下特点 224. 专用GPS巡检器功能描述 224.1监控定位 224.2通迅功能 224.3超速报警 224.4事件填报 234.5业务操作 234.6盲点补传 234.7参数配置 23

第一章 方案设计指导总体工作范围GPS在线巡检管理系统的目的是针对所辖长距离输油气管道的日常巡检管理工作的实际需要，提供一套行之有效的技术手段和管理方法，确保巡检计划得到切实执行，在全线、全时范围内确认输油气管道的安全工作状态，及时发现和处理各类安全事件或隐患；同时，动态地收集和管理相应的数据，在电子地图上进行可视化的展示和监控，支持巡检数据在企业应用中的共享和集成，支持相关业绩考核，提高部门协调能力、工作效率和管理水平。本项目的主要工作内容包括：建立GPS在线巡检管理系统巡检管理系统软件部分基础地理信息数据供应连同线路基本数据一起建库系统服务平台巡检终端提供GPS在线巡检管理系统的使用培训及时响应系统相关的维护服务和升级要求设计指导思想对于GPS在线巡检系统而言，其目的主要是确保巡检计划得到严格执行，或者说四指定、四执行：指定的人员、沿指定的路线、在指定的时间、到达指定的位置，确认线路的安全状态、及时发现、及时汇报、及时处理存在的安全事件或隐患。为了确保巡检计划得到有效执行和监督，人们想过很多办法，作为一种技术方法，巡检系统也已经过了几代产品的演进，目前技术上较为成熟的GPS在线巡检管理系统就能很好地实现动态监控巡检员位置和工作状态的效果，因而是最为有效的手段。同时，综合考虑方案的监控效果和经济实用性，还有几点值得注意的地方：越界报警。系统具有特殊的越界算法，有效地监控巡线员不按规定路线巡检，对绕行进行提示。超速报警。有效地避免在需要巡线员步巡的情况下，以车代步的情况。考虑到巡线员的素质良莠不齐，终端应该尽量操作简单，方便好用。采用GPRS按流量计费的特点，从长远看，比GSM短信方式要节约相当多的通讯费用。两种通讯方式的比较表见下图：GPRS方式GSM短信方式发送频率1次/30秒/台，每台机每30秒发一次数据1次/30秒/台，每台机每30秒发一次数据每台机每月的通信费(不包括通话费)按流量计费，每台机每天工作8小时流量共约为600K，每月流量约为600K/天×30天/月=18000K/1024=17.58M/月，按神州行的卡15元包月50M已足够按每条短信0.1元计算，8小时的工作时间，每月的费用为0.1×8小时/天×30天×60分/小时×2次/分=2880元/月每台机每年的通信费(不包括通话费)15×12=180元/年2880×12=34560元/年估算500台每年的通信费500×180=90000元/年,即9万元/年500×34560=17280000元/年,即1728万元/年关键技术路线3.1基于已有技术的快速开发实施公司已经在浙江省天然气开发有限公司、广东大鹏液化天然气有限公司、中海福建天然气有限责任公司等成功地实施了管道巡检系统，除了拥有巡检数据采集、统计分析、巡检终端等方面的技术积累之外，还研发了一套M/S（Mobile/Server）与B/S（Browser/Server）体系相结合的GPS在线巡检管理系统AP-Patrol，功能上满足了长输线路的应用需求；针对本项目的要求，我们将在项目启动后一个月内完成功能的改造开发，第二个月完成培训和试运行，同时进行完善和扩展。3.2移动终端巡检移动终端可分为两类：分别为工程师和巡线员配备不同标准和适用性的终端。工程师：带有GPS和GPRS功能的PDA。可手写录入，采集相关技术指标信息，以及其他PDA功能。巡线员：专用GPS巡检器。操作简单方便，专业用于巡检，详见第三章的描述。3.3基础技术平台一般企业应用都采用微软的技术体系，这样能最大程度地利用成熟技术，降低学习和维护成本。本项目采用Windows2003操作系统、SQLServer数据库、Windows2003自带的网络应用服务IIS、以及VisualStudio.NET作为基础运行和开发平台。防火墙、路由器等网络设备利用业主现有资源，不在本项目中单独配置。3.4通信方案在巡检终端和监控服务器之间采用GPRS（采取CMNET接入点，可直接访问internet）建立无线网络连接。巡检终端采用专用GPS智能巡检器，监控端架设并开放Web服务器，通过通讯模块管理双向数据交换。系统采用GPRS建立智能终端与服务器之间的连接，可以利用GPRS一直在线、按流量计费的特点。

第二章 巡检管理系统介绍1.总体结构巡检管理系统从总体上采用M/S与B/S结构相结合的模式，即移动终端（Mobile）、浏览器（Browser）、服务器（Server）、以及相应的网络和通信链路所构成。巡检终端采用M/S结构，M/S是Mobile/Server的简称，是传统的C/S、B/S应用体系的延伸。而各级监控终端采用B/S结构，管理员可以配置各级监控终端的权限，进行分级分类控制管理。B/S结构的应用可以使用户在不同的地方，只要能上网就能方便地实现监控。不需要象C/S那样安装了客户端软件，才能进入系统进行监控。巡检人员配备专用巡检器，该设备接收GPS卫星信号并根据GPS的定位原理完成对终端的自动定位；同时终端的通信模块将定位信息通过GPRS网络以及互联网传输到监控中心（Web服务器）；在监控中心通过数据收发软件实现终端数据的接收(入库)，同时接收监控端对终端的指令转发；在监控端采用地理信息技术（GIS）把监控目标显示在可视化的数字地图上，并通过管理软件实现对巡检人员的各种监控手段；在需要时，管理人员可以通过监控平台向巡检终端发布指令。2.巡检监控软件主要功能描述2.1电子地图显示和操作在浏览器中用户可以通过叠加显示背景电子地图、管道路由。提供树状图层列表和显示控制，以及图形窗口的放大、缩小、漫游、距离/面积/坐标的量算等电子地图的基础功能，根据地名等进行查询定位，方便管理人员的监控和查看。地图的内容丰富灵活，包括沿线地形、线路走向、设施位置、调度路线等，在电子地图平台的支持下能够支持快速定位、设施数据查询、位置标定、数据快速录入等功能，并且具备有定制能力。地图数据可以定制、扩展和更新，能够与今后建设的GIS方便地交换数据。电子地图所提供的充足内容，能够协助巡检人员准确、可靠地确定设施位置，掌握周边环境状况，现场快速、准确地识别各种可能产生的位移、损毁等事故，在现场做出必要的判断和决策。也有助于识别各类地形、地物的变更，实现数据更新。在需要进行现场维修等情况下，利用电子地图提供准确的指引将提高野外工作效率和准确性。对分输站的查询定位2.2巡线员的实时监控跟踪对象的位置实时显示可以分为两个方面：一是定位显示巡检人员位置，二是测定目标设施或事件的位置。野外手持机通过GPRS功能把包含有巡检人员实时坐标的数据包发送至服务器，经系统解析后，可以帮助监控人定位巡检人员的位置，也可以配合调度维修人员快速进行目标设施或故障事件的定位。系统在地图上以图标的方式定位显示巡检人员的位置；通过通讯台主动向Web站点传输数据，不需要通过读取数据库，从而加快了Web站点获取最新坐标的时间(系统的优势之一)。Web站点对跟踪定位数据进行刷新（而不刷新整个地图）的方式，实现实时跟踪的效果，如下图所示。当前位置提取当前位置的提取是通过服务器发送指令,直接获取当前某巡检人员的位置.主要目的是在任意一个时刻,管理人员都能确切地知道巡检人员的具体位置，实现管理人员对巡检人员的可控性。数据入库巡检终端发送数据包到系统，服务器通过通讯模块接收数据并解析后，自动把里面的信息（巡检时间、巡检人员的经纬度坐标、巡检人员编号等）保存至数据库，供巡检监控程序读取和显示。2.3报警管理自动报警的主要目的是监控巡检人员的巡检路线，以确保计划的巡检点均得到检视，另外，能够直观和可靠地反映巡检人员的巡检状态。目前报警分为:超速报警和越界报警。超速报警（系统优势之一）对巡线员在日常巡线过程中的速度设定最高限值，超速即报警。越界报警，系统独特的越界算法（系统优势之一）对巡线员的日常巡线范围进行限定，超过规定巡线范围即报警，有效避免巡线员偷懒绕行的情况。监控端会以滚动条的方式自动显示报警。何光地越界的地图定位置通过对指定的报警信息选择“报警处理”，用以处警；也可选择“查看位置”，在地图上显示该报警的具体位置,如下图。何光地越界的地图定位置管理人员对报警信息进行确认处理后，不再提示，但数据仍保留在报警记录里，事后可以查询。2.4事件报告和管理移动终端提供了事件报告功能，一旦发现第三方侵占、盗窃、桩牌毁损等各种安全事件或设备设施缺陷，通过选择预置事件菜单（可根据行业规则设置事件类型预设菜单），连同GPS坐标、终端号等相关信息，及时提交给监控端进行调度处理。服务器端事件提示在巡检人员执行事件报告发送后,服务器将会显示事件提示信息,以期达到事件处理的及时性。接收到的数据无论管理人员是否查看，都保存到数据库中。事件信息查看/处理在事件提示栏或事件列表中选择查看事件后，显示事件详细内容，可对指定事件进行处理操作。同时也可选择“查看位置”，在地图上显示事件发生的具体地点。2.5历史轨迹回放系统根据用户输入的查询条件（巡检线路、巡检人员、时间段等），从数据库读取历史巡检信息，以连续定位点连线的方式按巡检顺序将历史轨迹显示在电子地图上，如下图所示。郑成栋29日巡线的部分轨迹天然气管线郑成栋29日巡线的部分轨迹天然气管线2.6轨迹合格性处理系统自动将事先设计好的巡检必经点坐标与巡检人员发送过来的坐标进行对比，以确定巡检人员巡检路线的合格率（系统特色之一）。2.7人员考评根据统计分析的结果与人员考评结合起来，可填写人员考评和审核的意见。2.8查询统计与多种分析图表可选择任意时间段及巡检人员进行历史记录查询，并通过其定位数据、报警数据等一系列数据分析、统计得出相应的各类报表，并提供打印输出功能。报表主要包括巡线数据原始设置报表、事件统计、人员统计、巡线的合格统计报表。事件报表，是巡检员在野外发现故障事件，用终端发送数据包，经系统解析后保存到数据库中，查看时候可以合成列表，显示故障发生时间、地点（巡段）、发现人等信息。巡线合格统计报表是显示某段时间内某个巡检员的工作状态，对巡检人员巡检路线合格率进行分析。系统每天都会自动进行当天的数据统计，从而大大加快了集中统计的速度（系统特色之一）。2.8.1事件统计根据是否常规时间，可分为常规报表统计和自定义报表统计，如下图。事件统计的常规报表和自定义报表事件统计的数字统计页面事件详细信息统计2.8.2人员统计分不同的人来统计某段时间内所发现的管道事件、执行特殊任务的多少，越界、超速、绕行、漏巡的次数以及巡线合格率；并以三种图表形式输出，形象直观；从而为人员考评提供依据。输出查询结果有三种方式曲线图、报表、饼状图，如下所示：人员统计的曲线图人员统计的饼状图人员统计数字报表2.8.3线路统计分不同的线路来统计某段时间内所发现的管道事件、执行特殊任务的多少，越界、超速、绕行、漏巡的次数以及巡线合格率；并以三种图表形式输出，形象直观。这样根据统计的结果就可以分析出哪个线路最易出现事故，从而增加巡线的次数。输出查询结果有三种方式曲线图、报表、饼状图，如下所示：线路统计常规报表及自定义报表线路统计报表线路统计曲线图线路统计饼状图2.9资源管理设备管理在管理软件上面，本模块主要包括SIM卡号、终端类型，是否在用等具体信息的设置、修改，确保硬件的一次投入多次应用（能够在不同人员之间调配）。人员管理主要是对巡检人员按照管理层次体系（部门、班组等）进行组织，输入和管理巡检队伍、人员的信息，并且实现SIM号码与相应巡检人员的绑定以及巡检人员的变更管理。用户管理主要是对巡检管理和查询人员进行增、删、改、查等管理操作，通过部门级别、用户/人员所属关系，基于角色管理，实现各权限的分配和控制。通讯管理负责服务器与客户端通讯服务，主要为GPRS无线通讯的管理，支持多用户同时在线。2.10巡线计划和任务安排巡检计划管理的授权用户可对所控巡检人员进行巡检计划的查看、查询、增加、修改、审批等操作，最后对巡检人员下达任务。第三章 巡检终端1.巡检管理系统对终端的要求巡检管理系统所用终端可分为两种：工程师巡检终端采用PDA，并且要配备GPS和GPRS功能，具体如下：内置GPS，可以用于导航定位、读取坐标，也可以定期或不定期实时报告自己的位置，采集相关数据信息；并且通过A-GPS技术提高了精度和相应速度。具备GSM/GPRS手机的移动电话、短消息、电子邮件和Internet访问等功能；内置摄像头，可以拍摄130万像素以上的数字照片，例如安全事件的现场照片；采用WindowsMobile平台，带有微软的移动办公软件，以及大量第三方应用软件，还能够方便地应用Microsoft通用的开发平台VisualStudio.NET开发定制应用程序，支持巡检管理软件的开发。普通巡线员采用的专用巡检器应