基于GIS的光纖傳感技術(shù)在供熱管道安全防護(hù)中的應(yīng)用研究

溫婉麗　關(guān)輝　張會(huì)芳

摘 要：供熱管道泄漏事故發(fā)生后，輕則造成管網(wǎng)的損壞，重則造成人員傷亡。因此，如何對(duì)管道進(jìn)行安全監(jiān)控預(yù)警，預(yù)防事故的發(fā)生，確保居民生活和人身財(cái)產(chǎn)安全，為老百姓提供一個(gè)安全、放心的生活環(huán)境？針對(duì)這些實(shí)際問(wèn)題的存在，擬采用分布式光纖振動(dòng)傳感管道入侵檢測(cè)技術(shù)和分布式光纖溫度傳感管道泄漏檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)供熱管道入侵預(yù)警和泄漏報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)入侵點(diǎn)、泄漏點(diǎn)的及時(shí)檢測(cè)、準(zhǔn)確定位，提升供熱管道的安全防護(hù)能力。

關(guān)鍵詞：GIS 光纖傳感技術(shù) 預(yù)警

中圖分類號(hào)：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（b）-0045-02

1 光纖傳感技術(shù)的發(fā)展

光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代末興起的一項(xiàng)技術(shù)，可以測(cè)量壓力、溫度、應(yīng)力（應(yīng)變）、磁場(chǎng)、折射率、形變、微震動(dòng)和聲壓等70多種；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和3S技術(shù)也是迅猛發(fā)展的新技術(shù)；這些新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用都有效地促進(jìn)了智慧城市的建設(shè)和發(fā)展。

2 基于GIS的光纖傳感技術(shù)在供熱管道安全防護(hù)中的應(yīng)用研究的意義

自青島11.22爆炸事故發(fā)生后，引起了國(guó)家相關(guān)部門的高度重視，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技司聯(lián)合城建司在北京組織召開了“智慧城市地下管網(wǎng)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)專題研討會(huì)”，提出“開展智慧城市地下管網(wǎng)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行管理和突發(fā)災(zāi)難事故的被動(dòng)響應(yīng)式向主動(dòng)反應(yīng)模式轉(zhuǎn)變”的建設(shè)要求。

2014年6月15日，為加強(qiáng)地下管線建設(shè)管理，保障城市安全運(yùn)行，提高城市綜合承載能力和城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量，國(guó)務(wù)院發(fā)布了國(guó)辦發(fā)〔2014〕27號(hào)文件《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》，提出加大城市地下管線科技研發(fā)和創(chuàng)新力度，利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)和隱患事故預(yù)警等先進(jìn)技術(shù)，積極推廣新工藝、新材料和新設(shè)備。

因此，如何采用先進(jìn)的管道安全防護(hù)技術(shù)，保障管網(wǎng)安全，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道泄漏、準(zhǔn)確定位排除故障，提升供熱管理水平，提高供熱服務(wù)質(zhì)量；如何對(duì)管道進(jìn)行安全監(jiān)控預(yù)警，預(yù)防事故的發(fā)生，確保居民生活和人身財(cái)產(chǎn)安全，為老百姓提供一個(gè)安全、放心的生活環(huán)境，是各個(gè)供熱企業(yè)都急需要解決的重大問(wèn)題。

3 國(guó)內(nèi)外光纖傳感技術(shù)在供熱管道安全防護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例分析

2007年7月18日，美國(guó)紐約曼哈頓區(qū)供熱管線爆炸，對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆钤斐蓢?yán)重的安全隱患，紐約市政府采用管道泄露監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)的泄露監(jiān)測(cè)并精確定位。

2013年12月，在青島高新區(qū)建成綜合管溝專業(yè)管線監(jiān)控系統(tǒng)，能在泄漏時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警，精確定位泄漏點(diǎn)。

4 基于GIS的光纖傳感技術(shù)在供熱管道安全防護(hù)中的應(yīng)用研究

4.1 研究目的

結(jié)合供熱企業(yè)供熱管線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和GIS管理信息系統(tǒng)，利用先進(jìn)的供熱管線外力入侵防護(hù)預(yù)警設(shè)備，供熱管線泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警設(shè)備，開展供熱管道入侵預(yù)警、管道泄漏安全防護(hù)建設(shè)，構(gòu)筑兩道供熱管網(wǎng)安全防線，實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)運(yùn)行安全的“先期預(yù)防、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能預(yù)警、快速處置”，有效提升供熱管網(wǎng)安全管控與防護(hù)能力，有效控制供熱管網(wǎng)入侵和泄漏事故的發(fā)生。

4.2 研究的主要內(nèi)容

4.2.1 基于GIS的供熱管線安全防護(hù)系統(tǒng)的集成應(yīng)用研究

該集成系統(tǒng)主要包括外部應(yīng)用層、數(shù)據(jù)分析處理層、數(shù)據(jù)傳輸層和數(shù)據(jù)采集感知層。

4.2.2 管道實(shí)體的硬件設(shè)置

（1）完成與供熱管道同溝鋪設(shè)的光纜。以光纖作為傳感器，附著在管道上方，進(jìn)行振動(dòng)、溫度檢測(cè)。光纖布設(shè)采用直線式接力連接。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，完成供熱管道分布式光纖振動(dòng)傳感主機(jī)、溫度傳感主機(jī)的配置優(yōu)化。

（3）完成與供熱管道同溝鋪設(shè)，用于振動(dòng)和溫度檢測(cè)的傳感光芯的篩選；對(duì)光纖的質(zhì)量（光功率的損耗率）進(jìn)行檢測(cè)。

（4）完成傳感主機(jī)與管道同溝鋪設(shè)的光纖的數(shù)據(jù)標(biāo)定、管道與光纜的地理位置標(biāo)定等，便于對(duì)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位及基于GIS的報(bào)警應(yīng)用。

（5）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種入侵振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特征值采集，設(shè)置并完善管道入侵類型識(shí)別模型庫(kù)，提高識(shí)別精度。

（6）完成供熱管道安全防護(hù)系統(tǒng)調(diào)整完善，實(shí)現(xiàn)供熱管道外力入侵、泄漏的實(shí)時(shí)檢測(cè)、預(yù)警報(bào)警和入侵、泄漏位置的準(zhǔn)確定位。

（7）完成現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)集成應(yīng)用。

4.3 研究采用的主要技術(shù)

（1）采用GIS信息管理系統(tǒng)對(duì)所有數(shù)據(jù)集成管理分析。

（2）采用分布式光纖振動(dòng)傳感管道入侵檢測(cè)技術(shù)和分布式光纖溫度傳感管道泄漏檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)供熱管道入侵預(yù)警和泄漏報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)入侵點(diǎn)、泄漏點(diǎn)的及時(shí)檢測(cè)、準(zhǔn)確定位，提升供熱管道的安全防護(hù)能力。

（3） 將基于GIS的供熱管道信息系統(tǒng)和分布式光纖傳感技術(shù)集成應(yīng)用。

4.4 研究主要技術(shù)路線

主要技術(shù)路線見圖1。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)供熱地下管網(wǎng)“運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、安全隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)、故障排除快速反應(yīng)、應(yīng)急處置規(guī)范高效”，提高供熱企業(yè)管網(wǎng)快速反應(yīng)和安全防控能力。能夠產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)效益：能夠減少50%的管網(wǎng)損壞事故的發(fā)生；減少管道損壞的修復(fù)損失、減少熱損失、水損失、減少城市居民因管道事故造成的賠償損失；延長(zhǎng)管道的運(yùn)行壽命；能夠?yàn)楣崞髽I(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，能夠?qū)崿F(xiàn)供熱管道泄漏情況全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)預(yù)報(bào)警和準(zhǔn)確定位，消除供熱泄漏安全隱患，保障地下管道安全運(yùn)行，保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭元遼，劉月明.光纖傳感監(jiān)測(cè)壓力管道泄漏技術(shù)進(jìn)展綜述[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014，33（9）：15-17，21.

[2] 劉鐵根，于哲，江俊峰，等.分立式與分布式光纖傳感關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展[J].物理學(xué)報(bào)，2017，66（7）：60-76.

[3] 紀(jì)健，李玉星，紀(jì)杰，等.基于光纖傳感的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)對(duì)比[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2018，37（4）：368-377.

[4] 閆志學(xué).光纖傳感技術(shù)發(fā)展分析及趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].工程技術(shù)研究，2017（10）：80-81.

[5] 胡曉東，劉文暉，胡小唐.分布式光纖傳感技術(shù)的特點(diǎn)與研究現(xiàn)狀[J].航空精密制造技術(shù)，1999（1）：30-33.

[6] 李衛(wèi)海，陳麗佳.光纖傳感技術(shù)下電力隧道自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2018（6）：135-138，152.