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油气管线巡检:全光“跨界”,感知延绵9万里

油气管道数字化是一个大课题,华为通过对光传感、大数据等技术的创新,让行业看到了管线领域逐步实现自动无人巡检的可能性。

文/科技媒体人 郑凯
2022年01月
《华为技术》第90期

石油,是当今世界上最为重要的战略资源。但是,石油资源地理分布的不均衡性以及石油自身的物理特性使石油对运输方式的要求很高。

铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输以及管道运输是五大传统油气运输方式。其中,管道是局限性最小、最适宜运输油气产品的运输方式。因此,将油气管道称为能源的大动脉当之无愧。

绵延上万里的油气管道,尽管解决了油气运输问题,同时也带来了管道巡检的难题。

常规的人力巡检一般是3人1组,搭配1辆汽车,可在1天内完成200~300公里的巡检任务。然而,一旦遇到水库、湖泊和山林陡坡等自然“障碍”,不仅效率难以保证,还会带来很多不安全因素。

在“华为全联接2021”大会上,华为常务董事、ICT基础设施业务管理委员会主任汪涛表示,“深耕数字化”对数字基础设施提出了高安全、高可靠、高确定性、高数据流转效率和高算力效率等挑战,华为将光技术从光纤通信领域跨界应用到光纤传感领域,推出了智能光感知系列首款产品Huawei OptiXsense EF3000。该产品将大幅提升油气管线的巡检效率,让能源大动脉这条“巨龙”活起来。

9万里管线巡检是一个难题

从我国的能源分布情况看,油气主要集中在东北和西北地区,而消费市场绝大部分在东南沿海和中南部的大中城市。产销市场的分离,让油气产品输送成为油气资源开发和利用的最大障碍,而管道运输则是解决这一问题的最佳手段。

随着油气管道的大规模建设,油气管道的巡检成为一大难题,无疑是整个能源运输战略中重要的组成部分。

承担全国油气管输重大任务的国家管网如今正面临这样的问题。

国家管网集团,主要从事油气干线管网及储气调峰等基础设施的建设和运营,负责干线管网互联互通和与社会管道的联通,以及全国油气管网的运行调度,并实现基础设施向用户公平开放,提升油气资源输送效率,保障油气产业链的高效运行。目前,国家管网的油气管线总里程已达9万多公里,至2025年,油气管线总里程将超过12万公里。

为了保障管线的安全,国家管网配备了大约1.5万人的管线巡检队伍。但随着管线里程的不断增长,巡检管理和运营的难度也越来越大。

因此,国家管网希望通过打造“人工+自动”的新巡线方式,依靠数字化技术,实现检测、分析、判断及预警整个流程的全自动化,实现“无漏报,低误报”,进而逐步减少对人工的依赖。如果效果理想,还可以改善或解决由于外部施工破坏而导致的事后抢修损失大、现有管线管理方法和破坏事件预警精度差等难题。

国家管网数字化部高级专家于浩表示:“油气管道数字化是一个大课题,华为深耕管道行业,通过对光传感、大数据等技术的创新,让我们看到了管线领域逐步实现自动无人巡检的可能性。希望华为继续加大投入,为保障我国管道安全可靠高效的输送做出贡献。”

三大核心技术支撑,助力巡检数字化

实际上,目前已经有一些技术应用到管线巡检当中。

比如,将传感技术应用于管线巡线领域,但在实际应用中还多有不足,会出现如漏监测,即没有监测到已经发生的破坏事件;过度识别,即把非破坏事件误识别为破坏事件;错误识别,即把人员施工识别为大型设备施工。因此,目前整体可应用性并不高。

再如,在电网中广泛应用到的无人机巡检,但油气管道有很大部分是建设于地下,无人机巡检往往力不从心。

因此,油气管线巡检行业亟需一款具有高精准识别能力、易部署的自动化远程监测产品。

为此,华为将领先的光技术应用于光纤传感领域,打造了全新的智能光感知产品系列Huawei OptiXsense。这款产品是目前业界识别准确率领先的光纤振动传感产品,可广泛应用于油气管线场景,具有采得全、识得准、学得快的优势。

Huawei OptiXsense由三大核心技术支撑:

第一,采得全。华为创新的增强型oDSP模块内置了超强盲点纠错算法,可以对所采集的微弱信号相位进行纠错整形,大幅提升了微弱信号的有效性。相比业界平均水平,可将有效信号采集率提升至99.9%。

第二,识得准。华为独有的振动波纹识别引擎可多维度分析还原施工事件。针对每个施工振动发生点,可获取至少32个相位信息,并提取多维特征(如声纹、频率、空间、时序、时长等),多维深度卷积识别比对样本,将事件识别准确率提升至97%。

第三,学得快。Huawei OptiXsense EF3000能够基于新施工行为数据与数据库中不同的地质环境场景进行迭代;同时,与中国有关地质研究高校合作,导入大量的地质数据,可以实现每天约1000个新事件样本的迭代,持续进化,不断提升感知预警准确率。

通过这三点技术支撑,我们相信,OptiXsense系列产品能助力实现油气管道巡检数字化,通过检测、分析、判断及预警的全自动化流程,实现“无漏报,低误报”,并逐步实现无人化智能巡检。

全光,传感技术

Huawei OptiXsense三大核心技术

全光创新:右手技术,左手场景

华为之所以能够用全光感知技术去尝试解决困扰油气管道传输多年的痛点,源于华为基于30年的光技术沉淀,形成了独有的创新逻辑。

此次OptiXsense EF3000产品的推出,标志着华为从光纤通信领域进入光纤传感领域的一次新的探索。华为未来将在油气、电力、交通、政府、环卫等行业的不同场景,基于分布式光纤振动、温度、应力及水质传感等更多的光技术,配合大数据/AI/GIS地图的能力,提供差异化、多维度、智慧的多种检测预警解决方案。

左手是技术,右手则是场景,油气管道巡检恰是与OptiXsense EF3000性能最为贴合的场景。

在具体场景落地方面,山东济华燃气有限公司已率先接入这套系统。山东济华拥有各级燃气管网共3000余公里,担负着济南市92万民用户,3000余工业用户、锅炉用户和公福用户的供气任务。为确保光纤传感与人工智能自适应识别技术方案在管道建设的快速推进,华为与山东济华创新合作,在地下布设了约20km管线,穿越了郊区、国道、乡村等复杂的地形环境;现场取样了包括挖掘机、夯土机、开沟机、人工挖掘等施工样本,并训练构建模型;针对挖土机等施工样本,在不同路段测试了56次,完成了一阶段的技术验证,成功验证了华为智能光感知首款产品的应用能力。

作为国家的能源大动脉,油气管道数字化是一条必由之路,而华为的创新让管网客户看到了管线领域逐步实现自动无人巡检的意义。同时,在油气管线场景下的成功应用,也有利于华为将OptiXsense系列产品推向更多领域。未来,细分场景化需求也将随着光纤传感技术的不断更新与演进而赋能更多行业。