謝文 陳霖 王敏 李詩琴 趙航 王冠

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)湖南公司

摘要：隨著我國(guó)能源管網(wǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)與運(yùn)行年限累積，第三方施工、地質(zhì)災(zāi)害及材料腐蝕等因素引發(fā)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)日益突出，對(duì)應(yīng)急處置的時(shí)效性、精準(zhǔn)性與科學(xué)性提出了更高要求。傳統(tǒng)依賴人工經(jīng)驗(yàn)、靜態(tài)預(yù)案與離散通訊的應(yīng)急模式，在信息感知、指揮協(xié)同與決策支持方面存在固有瓶頸，難以滿足智慧管網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略需求。本文基于長(zhǎng)輸油氣管道的應(yīng)急實(shí)踐，針對(duì)現(xiàn)有體系在信息化融合方面的不足，提出并驗(yàn)證了一種以“動(dòng)態(tài)地理信息平臺(tái)”為數(shù)字中樞的應(yīng)急管理新模式，其可行性和有效性將提升管道應(yīng)急響應(yīng)的規(guī)范化水平和效率。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；管道應(yīng)急管理；地理信息平臺(tái)；一張圖指揮

油氣長(zhǎng)輸管道作為國(guó)家能源戰(zhàn)略 “核心動(dòng)脈”，其安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的基石。但管道途經(jīng)山地、丘陵、水域、人口密集區(qū)等復(fù)雜地形，面臨第三方施工損壞、地質(zhì)災(zāi)害、腐蝕老化及人為破壞等多重風(fēng)險(xiǎn)，一旦泄漏，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失與能源供應(yīng)中斷，還可能引發(fā)火災(zāi)爆炸、環(huán)境污染等次生事故，威脅公共安全與生態(tài)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)管道應(yīng)急管理模式依賴文本預(yù)案、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷，以及電話、對(duì)講機(jī)等點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，日益暴露出固有的局限性。本文基于長(zhǎng)輸油氣管道的應(yīng)急實(shí)戰(zhàn)化演練，通過實(shí)時(shí)全景建模快速構(gòu)建二維、三維實(shí)景地圖，實(shí)現(xiàn)可視化精準(zhǔn)指揮、智能巡飛直播獲取全局動(dòng)態(tài)視野的核心應(yīng)用，貫穿于應(yīng)急響應(yīng)全流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜應(yīng)急場(chǎng)景的可視化、精準(zhǔn)化與智能化管理，總結(jié)提煉并論證地理信息平臺(tái)與無人機(jī)技術(shù)深度融合的現(xiàn)代化管道應(yīng)急管理新模式。

1  傳統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案體系局限性分析

隨著信息技術(shù)的快速迭代，傳統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案體系支撐能力不足的問題日益凸顯。大量演練實(shí)戰(zhàn)表明，由于沒有充分利用信息技術(shù)，現(xiàn)有體系在面對(duì)應(yīng)急事件時(shí)，暴露出明顯的不適應(yīng)性，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1）現(xiàn)場(chǎng)感知手段單一，初期態(tài)勢(shì)構(gòu)建能力弱。泄漏事故發(fā)生初期是應(yīng)急處置的關(guān)鍵窗口期，快速精準(zhǔn)地掌握現(xiàn)場(chǎng)整體態(tài)勢(shì)至關(guān)重要。但傳統(tǒng)模式依賴人工實(shí)地探查泄漏點(diǎn)位、規(guī)模及地形信息，效率低下且收集信息數(shù)據(jù)零散，導(dǎo)致指揮部在最佳決策期內(nèi)僅通過電話、圖片、短視頻等方式獲得模糊、片面的信息描述，難以構(gòu)建完整的空間態(tài)勢(shì)認(rèn)知，容易造成應(yīng)急響應(yīng)初期資源調(diào)度的盲目性，從而錯(cuò)失控制事態(tài)的最佳窗口。

（2）指揮協(xié)同難度大，易造成信息流無序。現(xiàn)代應(yīng)急響應(yīng)需多專業(yè)小組并行作業(yè)，高效協(xié)同需要統(tǒng)一透明的信息流。當(dāng)前依托電話、聊天群組傳遞指令與信息的模式存在明顯局限，如指令模糊，口頭描述任務(wù)區(qū)域易生歧義；多頭指揮，不同崗位向同一小組發(fā)令致現(xiàn)場(chǎng)混亂；信息共享不暢，各小組進(jìn)展報(bào)告分散，形成信息孤島等，易因信息問題引發(fā)安全事故。

（3）決策支持手段局限，全局動(dòng)態(tài)掌控不足。當(dāng)前應(yīng)急指揮決策面臨信息支撐不足的突出問題。在處置過程中，各應(yīng)急小組的現(xiàn)場(chǎng)排查情況與處置進(jìn)度主要依賴電話匯報(bào)、拍攝圖片或短視頻等零散方式回傳指揮部。一方面，指揮部需從多個(gè)渠道被動(dòng)收集信息，整合難度大、效率低；另一方面，所獲信息往往呈現(xiàn)碎片特征，難以全面、客觀反映現(xiàn)場(chǎng)整體態(tài)勢(shì)與動(dòng)態(tài)進(jìn)程。指揮人員難以實(shí)時(shí)精準(zhǔn)掌握人員分布、作業(yè)進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)變化等關(guān)鍵要素，導(dǎo)致決策過程中常依賴經(jīng)驗(yàn)推斷，從而影響指揮調(diào)度的精準(zhǔn)性與前瞻性。

2  基于地理信息平臺(tái)的應(yīng)急模式探索

遵循數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、可視指揮與高效協(xié)同的核心原則，構(gòu)建以無人機(jī)系統(tǒng)為主的感知層，以地理信息平臺(tái)為智慧中樞與協(xié)同樞紐的平臺(tái)層，以手機(jī)、平板電腦等終端為信息顯示與指令發(fā)布的應(yīng)用層，系統(tǒng)性重塑從態(tài)勢(shì)感知到指揮決策，再到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的全流程作業(yè)體系。

2.1  系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

構(gòu)建由“感知層、平臺(tái)層、應(yīng)用層”組成的技術(shù)架構(gòu)體系（圖 1），形成完整應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)閉環(huán)。

圖 1 一體化感知指揮體系示意圖 

感知層：以搭載高清光學(xué)、熱成像、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量定位（RTK）及氣體檢測(cè)等功能的無人機(jī)為核心，采集高分辨率正射影像、傾斜攝影數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻流及環(huán)境可燃?xì)怏w濃度參數(shù)。

平臺(tái)層：以地理信息平臺(tái)為核心，集成了實(shí)時(shí)通信、空間數(shù)據(jù)融合與精準(zhǔn)坐標(biāo)定位能力的核心樞紐，能夠?qū)Χ嘣吹乩硇畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一管理、分析與共享。該平臺(tái)的核心能力在于能夠快速處理無人機(jī)回傳的影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)景二維、三維模型的在線實(shí)時(shí)構(gòu)建，將物理現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)映射為動(dòng)態(tài)更新的“電子沙盤”。在此基礎(chǔ)上，指揮人員可依托平臺(tái)地圖，對(duì)任務(wù)區(qū)域、關(guān)鍵點(diǎn)位和行動(dòng)路線進(jìn)行可視化標(biāo)注并一鍵分發(fā)至各應(yīng)急小組的移動(dòng)終端；現(xiàn)場(chǎng)人員可通過終端實(shí)時(shí)接收指令、上報(bào)排查進(jìn)展、標(biāo)注現(xiàn)場(chǎng)情況并回傳多媒體信息。通過“一張圖”實(shí)現(xiàn)指揮意圖與現(xiàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的雙向同步與無縫交互，構(gòu)建了信息實(shí)時(shí)匯聚、指令精準(zhǔn)下達(dá)、行動(dòng)透明可控的高效協(xié)同機(jī)制。

應(yīng)用層：含指揮中心大屏系統(tǒng)、指揮員平板電腦及現(xiàn)場(chǎng)小組智能手機(jī)終端，作為交互界面，接收可視化信息，執(zhí)行指令下發(fā)與信息上報(bào)。

2.2  實(shí)時(shí)實(shí)景建模與態(tài)勢(shì)構(gòu)建

在應(yīng)急處置初期，當(dāng)事故點(diǎn)確認(rèn)后，無人機(jī)按預(yù)設(shè)航線飛抵事故點(diǎn)，通過無人機(jī)操作終端或地理信息平臺(tái)劃定需掌握的地理區(qū)域后，自動(dòng)規(guī)劃航線，執(zhí)行事故點(diǎn)預(yù)設(shè)區(qū)域航測(cè)，影像數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回傳至地理信息平臺(tái)云端，15 min～20 min內(nèi)即可生成泄漏點(diǎn)周邊 1 平方公里高精度實(shí)景模型，提供厘米級(jí)精度、帶精確高程信息的模型場(chǎng)景，指揮員可在模型上進(jìn)行距離、面積、土方量的精準(zhǔn)量測(cè)，從而精準(zhǔn)評(píng)估泄漏影響范圍、科學(xué)規(guī)劃救援通道、預(yù)選最佳處置點(diǎn)位，推動(dòng)指揮決策從“經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)”邁向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。將傳統(tǒng)模式下需數(shù)小時(shí)的人工探查工作壓縮至分鐘級(jí)，為應(yīng)急響應(yīng)贏得寶貴的戰(zhàn)略決策窗口（圖 2）[1]。

圖 2 在線實(shí)時(shí)建模 

2.3  一張圖協(xié)同指揮機(jī)制    

應(yīng)急處置中，在獲得現(xiàn)場(chǎng)高精度實(shí)景模型后，指揮部可直接在地理信息平臺(tái)高精度地圖上進(jìn)行在線標(biāo)繪，如使用藍(lán)色標(biāo)線劃定疏散區(qū)，用特定紅色箭頭標(biāo)注警戒路口等。這些要素化的任務(wù)通過平臺(tái)“一鍵分發(fā)”至對(duì)應(yīng)小組的手機(jī)終端。對(duì)應(yīng)小組接收任務(wù)后，可即時(shí)點(diǎn)擊“確認(rèn)”，并可在同一張圖上實(shí)時(shí)顯示自己的位置，上傳處置進(jìn)展照片或簡(jiǎn)短文字說明（圖 3）。

圖 3 平臺(tái)動(dòng)態(tài)指揮與標(biāo)注 

通過地理信息平臺(tái)一張圖協(xié)同指揮，所有指令空間位置明確，要求具體，徹底杜絕了口頭描述的模糊性與歧義。所有小組均在“同一張圖”上作業(yè)，彼此的任務(wù)范圍、實(shí)時(shí)位置、工作進(jìn)度一目了然，有效打破了“信息孤島”。減少了傳統(tǒng)的中間傳達(dá)環(huán)節(jié)，指令直達(dá)執(zhí)行者，反饋直報(bào)指揮層，形成了“指揮—執(zhí)行—反饋”的有效閉環(huán)，杜絕了多頭指揮現(xiàn)象。

2.4  智能巡飛實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

智能巡飛體系是應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)信息獲取能力的關(guān)鍵補(bǔ)充。依托地理信息平臺(tái)，指揮中心或操作員可預(yù)先規(guī)劃多架無人機(jī)的自動(dòng)化巡飛航線，并設(shè)定關(guān)鍵位置的懸停點(diǎn)與鏡頭參數(shù)。如分別部署航線持續(xù)監(jiān)控泄漏核心區(qū)、追蹤河流污染帶擴(kuò)散態(tài)勢(shì)、巡查主要救援通道保障通行安全等（圖 4）。

圖 4 無人機(jī)實(shí)時(shí)直播 

多架無人機(jī)依據(jù)預(yù)設(shè)程序自動(dòng)執(zhí)行巡飛與直播任務(wù)，將視頻實(shí)時(shí)回傳至指揮大屏，指揮人員能夠全面掌握人員分布、作業(yè)進(jìn)度與風(fēng)險(xiǎn)演變，從而更準(zhǔn)確地預(yù)判事態(tài)趨勢(shì)，實(shí)施資源調(diào)配與戰(zhàn)術(shù)部署。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，指揮中心可借助無人機(jī)視角迅速識(shí)別，并通過平臺(tái)快速調(diào)度相關(guān)小組進(jìn)行協(xié)同處置，極大提升了整體作業(yè)效率與現(xiàn)場(chǎng)安全性。

3  應(yīng)用成效分析

經(jīng)過多次實(shí)戰(zhàn)演練驗(yàn)證，基于無人機(jī)與地理信息平臺(tái)的協(xié)同應(yīng)急模式在多個(gè)維度展現(xiàn)出顯著成效。在響應(yīng)效率方面，新模式將初期態(tài)勢(shì)構(gòu)建時(shí)間從傳統(tǒng)模式下超過90 min縮短至18 min，效率提升約80%；指令傳達(dá)與確認(rèn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互，耗時(shí)從原先每指令5 min～10 min降至即時(shí)水平；指揮部關(guān)鍵決策周期平均縮短40%；各小組間協(xié)同效率明顯提高，任務(wù)并行推進(jìn)能力增強(qiáng)。

該模式同時(shí)推動(dòng)了應(yīng)急指揮體系的系統(tǒng)性升級(jí)。指揮決策由依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)可視化的科學(xué)研判，形成了“發(fā)現(xiàn)—感知—決策—執(zhí)行—反饋”的快速精準(zhǔn)閉環(huán)，提升了整體響應(yīng)的敏捷性與可靠性。

4  結(jié)語

本研究驗(yàn)證了地理信息平臺(tái)與無人機(jī)空地協(xié)同管道應(yīng)急管理新模式的可行性與有效性，該模式不僅是技術(shù)裝備疊加，更是對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)急管理理念與流程的系統(tǒng)性重構(gòu)，通過數(shù)字孿生映射現(xiàn)場(chǎng)、指揮調(diào)度，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜局面精準(zhǔn)掌控。

未來，通過將不同類型事故（如河流、山區(qū)、站場(chǎng)泄漏）的處置流程、資源配置、無人機(jī)航線和平臺(tái)符號(hào)庫等要素封裝為標(biāo)準(zhǔn)化模塊，形成可快速調(diào)用、靈活組合的“應(yīng)急應(yīng)用包”。打造信息化時(shí)代的新型應(yīng)急處置卡，顯著提升應(yīng)急響應(yīng)的規(guī)范化水平和啟動(dòng)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊健龍，徐蔥蔥，劉少柱，等.無人機(jī)在油氣管道應(yīng)急場(chǎng)景中的應(yīng)用[J].天然氣與石油，2021，39(3)：130-134.

作者簡(jiǎn)介：謝文，1986年生，本科，高級(jí)工程師，安全管理崗，2010年畢業(yè)于湘潭大學(xué)過程裝備與控制工程，現(xiàn)主要從事長(zhǎng)輸油氣管道安全管理工作。聯(lián)系方式：15367903577，914753442@qq.com。