油氣長輸管道智能化施工管理

于洋　車榮杰

摘 要：本文首先介紹了利用RFID技術進行智能化物資管理及施工管理的方法。針對半自動焊機焊接質量無法有效監控的問題，本文介紹了一種焊機數據采集方案。針對隧道施工危險系數高的特點，本文闡述了一種隧道人員定位系統。所有功能最終都通過物聯網平臺進行統一的數據采集與管理，這些技術對于施工現場的智能化管理具有重要意義。

關鍵詞：射頻識別技術;物資管理;焊機數據采集;隧道人員定位;物聯網平臺

1 引言

目前油氣長輸管道工程中普遍存在場站、人員較為分散的特點，施工過程中經常會出現監督管理力度不足等問題，使建設工程存在大量安全隱患。焊接設備的地理位置隨著施工進程不斷改變，工程管理者難以及時掌握和有效管理焊接設備異地的工作情況。將焊接數據記錄下來，可以有效監管焊接質量和施工過程。此外，在長輸管道的隧道施工過程中，由于施工環境惡劣，工種危險系數高，使隧道施工單位面臨巨大的管理困難。對施工過程進行智能化管理，可以及時發現工程中遺留的安全隱患，實現油氣長輸管道的可持續發展。

2 基于RFID原理的倉儲材料及設備管理

RFID（Radio Frequency Identification）主要功能在于識別及流向追蹤。RFID是一種非接觸式識別系統，由標簽、讀寫器及應用支撐軟件等3部分組成。RFID較其他技術明顯的優點是電子標簽和讀寫器無需接觸便可完成識別。它改變了條形碼依靠一維或二維幾何圖案來提供信息的方式，通過芯片來提供存儲在其中的數量巨大的信息。

基于RFID技術的倉庫管理模式可以通過對物資的電子標簽進行掃描的方式去完成入庫過程。讀寫器可以安裝在物資入庫處，以實現物資的自動掃描，同時也可以利用專門人員逐一的對物資進行掃描。這一掃描方式具有時間短效率高的特點。掃描完成后的物資信息還可以直接被記錄到RFID標簽當中，以備有關人員隨時對信息進行提取和查找。

由于建設工程中施工現場環境復雜，且時常有不可預見狀況發生，因此，若能充分掌握工地中機具及設備的位置，則能控制調度整體施工作業節拍并可提高生產力效率。RFID技術追蹤施工工地的機具及設備，因其可讀取范圍及距離，主要利用主動式標簽追蹤工地內的機具設備。針對國外相關機構所作的研究結果顯示，應用RFID導入追蹤工具的企業，其員工找尋工具所耗費的時間較傳統方法約節省40%。

3 半自動焊機數據采集方案

目前在水網地區的油氣管線焊接中多使用半自動焊機，大多數半自動焊機無法實現焊機數據的在線采集，通過在半自動焊機中內置數據采集模板的方式，可以改善這種情況。數據采集板（含移動Sim卡一張）從半自動焊機內各傳感器提取信號，通過嵌入式軟件采集并存儲半自動焊機工作數據（焊接電流、焊接電壓、送絲速度、層間溫度、焊接角度等）和位置信息;數據采集板內集成WiFi模塊和藍牙模塊，以備數據上傳至移動終端使用。通過無線掃碼器可將焊口及焊接人員信息傳至數據采集模板，實現數據的歸一化管理，模板構成見圖1。

4 半自動焊機數據傳輸移動端開發

對于數據采集板中存放的焊接數據，最便捷的方式是通過無線通信方式直接傳遞至現場移動端進行顯示校驗。首先將WiFi模塊配置成AP模式產生一個局域網，將移動端和數據采集板分別連接此局域網。每個設備連接時WiFi模塊會依次分配IP地址，由此可以得到數據采集板的IP地址。在移動端應用程序中創建一個套接字并為它綁定數據采集板的IP地址和端口，當數據采集板的端口處于監測狀態時可以通過IP地址找到采集板，并通過端口進行兩個設備的TCP連接，完成TCP連接后就可以進行設備間的數據傳輸。

在移動端和數據采集板的數據傳輸上，采用Modbus TCP協議。在移動端將對應的指令按照協議的要求進行打包并發送給數據采集板，采集板得到指令包后進行解包并提取指令進行執行，將相應的數據打包發送回移動端。

5 隧道人員定位系統

油氣長輸管道隧道工程的管理涉及方面眾多，安全管理和工效管理是隧道施工現場的重中之重。隧道施工面臨著施工環境惡劣復雜、保障條件差、多工種、人機混合等風險。通過在隧道頂部架設AP，作業人員攜帶定位標簽的方式建立隧道人員定位系統，結合隧道入口的人臉識別系統等，在任何時刻任意位置，定位基站都可以感應到信號，并上傳至現場監控中心，得出人員ID、位置、具體時間等有效信息。

目前隧道工程上常用的定位技術有以下幾種，比較如下：

綜合以上三種現有定位技術，RFID技術目前不適合精準定位;UWB定位精度高，在成本逐步降低的情況下在隧道定位系統中可以優先考慮。

6 基于物聯網技術的油氣長輸管道數據采集

油氣長輸管道施工過程中，會產生大量的過程數據、施工影像、施工環境參數等。如何將這部分施工數據采集完整，并自動上傳，是進行油氣長輸管道智能化施工管理的前提條件。通過焊機數據采集板、RFID讀寫器、施工管理助手、現場攝像、人臉識別系統、人員定位系統等設備將現場焊機數據信息、機具設備信息、施工人員信息、環境參數等信息進行在線采集。采集數據可通過現場的無線路由器傳入現場數據中心，也可以通過3G/4G等無線通訊技術將數據傳遞至遠端的數據中心。

7 結語

在施工管理的機械、材料、安全等方面應用RFID技術，為油氣長輸管道智能化施工管理提供了便捷路徑。半自動焊機數據采集方案可根據用戶需求定制特定的焊接參數進行上傳，在現場移動端和控制室同時進行監視，顯著提升焊接設備的管理效率。在施工管理最為復雜的隧道建設中，使用人員定位系統，可以做到作業人員的精確定位。基于物聯網技術的油氣長輸管道工程建設，采用多種技術融合的方式，為工程智能化施工管理奠定了良好的基礎。

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作者簡介：

于洋（1983- ），男，工學碩士，現工作于山東省天然氣管道有限責任公司，高級工程師，主要從事運行調度、儀表自動化、信息化建設等工作。