ｇｐｓ技术在原油长输管道中的应用-毕业论文-管道工程 18页

福建交通职业技术学院2011届毕业论文ＧＰＳ技术在原油长输管道中的应用学生：学号：专业：管道工程技术班级：管道（2）班指导教师：系2011年06月15\n福建交通职业技术学院目录摘要1关键词11原油长输管道简介11．1长输管道的含义和构成11．1．1长输管道的含义和分类11．1．2构成21．2石油的管道运输21．3长输管道隐患41．4输油管道的检漏52全球定位系统GPS简介52．1空间卫星系统52．2地面监控系统62．3用户接受系统62．4GPS的应用前景73GPS调度系统的组成73．1监控中心73．2移动智能终端83．3无线通讯网络84GPS在线巡检系统84．1GPS在线巡检管理系统84．2GIS系统功能104．2．1巡检管理104．2．2实时监控104．2．3统计分析104．3成功案例（如表4-3）：125GPS在反打孔盗油中的应用125．1解决的主要问题：135．2实施方案135．2．1调度中心135．2．2无线通信网络135．2．3车载移动台145．3系统的技术特点145．4系统的主要功能145．5GPS技术在输油管道反打孔盗油的作用及发展趋势156总结157致谢15[参考文献]1615\n福建交通职业技术学院ＧＰＳ技术在原油长输管道中的应用摘要：在输油管道运行过程中，泄漏是输油管道运行中的主要故障。由于腐蚀穿孔及其它外力破坏等原因，泄漏事故时有发生，给油田造成了巨大的经济损失。特别是有组织的打孔盗油活动严重干扰了正常的输油生产，也带来了重大安全隐患。因此，泄漏监测不仅成为输油管道安全生产管理的重要工作内容，也是保证管道正常运行不可缺少的保障。输油管道泄漏自动监测技术在国外得到了广泛的应用，美国等发达国家立法管道必须采取有效的泄漏监测系统。我国管道检漏技术的研究起步较晚，清华大学、天津大学等单位从上世纪90年代中期开展了初步研究，而真正实际应用则是在近几年。本论文就此论述GPS全球定位系统的原理，在线巡检系统，在原油长输管道反打孔盗油中要解决的问题，当发生打孔盗油时如何尽快确定盗油点，就近调动巡线车辆赶赴现场，抓捕犯罪分子，减少经济损失。所以了解GPS技术在原油长输管道中的应用具有重大的意义。关键词：GPS；长输管道；打孔盗油；在线巡检1原油长输管道简介1．1长输管道的含义和构成1．1．1长输管道的含义和分类所谓油(气)长输管道是指长距离输送原油(成品油或油产品)或天然气的管道，一般其长度在25km以上如图1-1-1和图1-1-2。图1-1-1长输管线图1-1-2万米长输管线15\n福建交通职业技术学院按材料性质分类：分为金属管道和非金属管道。按设计压力分级：可分为真空管道（P＜O）、低压管道（0≤P≤1.6Mpa）、中压管道（1.6Mpa＜P≤10Mpa）、高压管道（10Mpa＜P≤100Mpa）和超高压管道（P＞10OMpa）。按输送温度分类：低温管道、常温管道、中温和高温管道。按输送介质的性质分类：给排水管道、压缩空气管道、氢气管道、氧气管道、乙炔管道、热力管道、燃气管道、燃油管道、剧毒流体管道、有毒流体管道、酸碱管道、锅炉管道、制冷管道、净化纯气管道、纯水管道。下面主要讲燃气（输气）管道。1．1．2构成长距离输油管线系统通常由集输管网、净化设备、输油干线、输油站、分输阀室、分配站（终点调压计量站）、管理维修站、通讯与遥控设备、阴极保护站（或其他电保护装置）、及管路附件等组成。由油源点采集的石油，经节流、分离出游离水、油和机械杂质等后，由集油管进入集油站。从集油站出来的石油进入处理厂进一步净化后进入起点站，在起点站中除尘、凋压，计量后送入输油干线，如果油气的起点压力较低，则应设置输油站升压。1．2石油的管道运输石油的运输有公路、铁路、水路和管道输送四种主要方式（如图1-2-1至图1-2-5），管道运输以其运输方向不受限制、运量大、费用最低（与其它陆地运输方式相比）等优点成为最主要的石油输送方式。目前，我国原油输送管线总长为7000多公里，年输量为1.1亿吨，占全国有缘产量的80%左右，年周转量为600多亿吨公里。中国石油天然气管道局的年输量为7500万吨（这些数据非此时的，为前年数据，只供参考），每年燃料油消耗29.3万吨，动力电消耗15.4亿（千瓦时），在以经济效益为中心的今天，管道运输面临着许多新的课题，所以将不得不创新发展新技术，防微杜渐，尽可能的防阻在管道长距离运输石油的过程中出现的各宗安全隐患。15\n福建交通职业技术学院图1-2-1公路运输方式图1-2-2水路运输方式图1-2-3铁路运输方式15\n福建交通职业技术学院图1-2-4路上长输石油管道图1-2-5海底石油管道1．3长输管道隐患在输油管道运行过程中，泄漏是输油管道运行中的主要故障。由于腐蚀穿孔及其它外力破坏等原因，泄漏事故时有发生，给油田造成了巨大的经济损失。特别是有组织的打孔盗油活动严重干扰了正常的输油生产，也带来了重大安全隐患。因此，泄漏监测不仅成为输油管道安全生产管理的重要工作内容，也是保证管道正常运行不可缺少的保障。而在战争中，被作为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务以及情报收集、核爆监测和应急通讯15\n福建交通职业技术学院的GPS全球定位系统，随着经济和科技的发展，GPS技术自然而然的被应用于更多的领域，下文就此将介绍GPS及其在长输管道中的应用。1．4输油管道的检漏输油管道检漏方法主要有两类：直接检漏方法和间接方法。直接方法就是利用预置在管道外的检测元件直接测出泄漏介质。这种方法可以检测到微小的渗漏，并能定位，但是要求在管道建设时与管道同时安装。间接方法就是通过检测管道运行参数的变化推断出泄漏的发生，这种方法的灵敏度不如直接方法高，适合检测较大的泄漏（一般1%左右），优点是可在管道建设后不影响生产的情况下安装，并可不断升级。高精度管道泄漏监测定位技术，是一个多学科结合的集成技术。该系统集成了次声波管道泄漏定位技术、GIS（地理信息管理系统）和GPS（全球卫星定位系统）。它是基于GIS技术的综合管理平台，适合长距离、多管段、复杂条件下的应用。系统以GIS为基础，建立可视化的生产信息管理平台，实现生产数据的集中管理和共享，适合于管道管理中对生产运营管理和安全管理要求。2全球定位系统GPS简介全球卫星定位系统GPS是美军70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展而起的具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。GPS由三大子系统构成：空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统。2．1空间卫星系统GPS的空间星座部分由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成。各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55o，轨道平面间距60o。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90o，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30o。事实上，空间卫星系统的卫星数量要超过24颗，以便及时更换老化或损坏的卫星，保障系统正常工作。该卫星系统能够保证在地球的任一地点向使用者提供4颗以上可视卫星。15\n福建交通职业技术学院空间系统的每颗卫星每12小时（恒星时）沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在“低噪音窗口”附近发射L1、L2两种载波，向全球的用户接收系统连续地播发GPS导航信号。GPS工作卫星组网保障全球任一时刻、任一地点都可对4颗以上的卫星进行观测（最多可达11颗），实现连续、实时地导航和定位。2．2地面监控系统地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。地面监控系统由监测站主控站和注入站组成。监测站用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。5个监控站均为无人守值的数据采集中心。主控站接收各监测站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据上述各类数据，完成以下几项工作：（1）及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站。（2）控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统。（3）诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。注入站接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。2．3用户接受系统用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。15\n福建交通职业技术学院GPS卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。天线单元的主要作用是：当GPS卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号。接收单元的主要作用是：记录GPS信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出GPS卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。GPS数据处理软件是GPS用户系统的重要部分，其主要功能是对GPS接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。解得测站的三维坐标，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。2．4GPS的应用前景由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。3GPS调度系统的组成完整的GPS调度系统应该包括以下几部分：监控中心、移动监控席、移动智能终端、无线通讯网络,这是一套能够生成路径信息,时间表和其他后勤应用的多用途工具,它能把人员调度,交通工具,线路组合,车队编组等大量单调、复杂的数据转成直观、可视化的图形数据,使调度系统的工作更有效3．1监控中心监控中心是整个系统的核心，根据系统的规模可设置下一级分中心，监控中心同时也是通讯枢纽，负责与移动智能终端的信息交互，完成各种信息的分类，记录和转发，同时对整个网络状况进行监控管理。监控中心采用中国15\n福建交通职业技术学院移动(联通)短信息，结合GIS(地理信息系统)和移动智能终端大屏液晶显示，实现车辆的监控与智能调度，达到移动资源的优化配置、调度和管理，提高调度效率的目的，监控中心相应并处理紧急事件，提供跟踪定位，监听录音和远程调度、控制等处理措施，用户可使用电话，互联网络系统进行信息传递。3．2移动智能终端(车载系统)接收GPS定位信号，利用全球定位系统(GPS)作为定位信号源，计算出移动单元的伪距信息，控制单元能完成数据接口，协议，数据格式等转换和控制;通讯模块进行专门的命令设置及功能控制，结合GIS信息和对车辆的状况检测，能效控制等数据，以及调度指挥等信息。移动智能终端回传数据内容包括：车辆编号、经纬度、速度、航向、时间、车辆状况(报警求救)等信号。3．3无线通讯网络移动智能终端(车载系统)与监控中心信息系统的通道，以SMS(短信息服务)作为主要方式，移动智能终端的定位信息通过SMS上传到监控中心,监控中心(调度中心)以固定电话作为指挥工具，对移动智能终端发出控制指令。4GPS在线巡检系统4．1GPS在线巡检管理系统石油天然气长距离输送线路的稳定运行关系着人民生产、生活，乃至国家和社会的稳定。长距离输送线路的每一次故障都有可能给社会造成无法估量的损失。所以，保证长距离输送线路的安全运行是输送线路管理部门的首要任务。长距离输送线路巡检正是有效保证管线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，及时发现设施缺陷和线路安全的隐患，保证线路的安全和稳定。输送电线路GPS在线巡检管理系统主要解决了长距离输送线路巡检工作中的五个重要问题（如下图4-1）：15\n福建交通职业技术学院图4-1长距离输送线路巡检工作中应解决的问题图4-1-1巡检终端通过自身的GPS模块实时获取当前地点定位数据（定位坐标、时间），以GPRS/GSM定时(定距)向服务器传送定位数据（如图4-1-1）。服务器通过通讯管理模块实现与终端的数据交互功能，同时将数据相应地存入服务器数据库。各监控人员通过巡检业务管理程序，向服务器获取相应数据，同时以GIS地图形象展示巡检人员的具体位置（如图4-1-2）。15\n福建交通职业技术学院图4-1-2GIS地图4．2GIS系统功能4．2．1巡检管理建立巡检计划，完成对巡检任务的安排、修改和查询；对巡检数据查询统计生成月度和季度巡检报表。4．2．2实时监控在巡检过程中，系统实时地将巡检员的位置、时间等信息上报给监控中心；若发现故障，则把故障的时间、地点、设备类型和发现人员编写成一条短信息，上报监控中心；监控中心将上报的信息解读并自动地将其存入数据库，同时将故障信息网上发布；并在监控中心实时的显示每个巡检员的位置信息。4．2．3统计分析根据不同的事件类型进行对巡检人员上报数据汇总；查看特定条件下的历史巡检数据，巡检率的统计，某时间段内巡检人员工作统计，某区域的事件的统计；利用趋势分析列表及图表对任意时期内的的某一类缺陷的数量及发展趋势进行分析。可直接打印输出报表（图4-2-3-1至图4-2-3-3）。15\n福建交通职业技术学院图4-2-3-1巡检终端图4-2-3-215\n福建交通职业技术学院图4-2-3-3统计报表4．3成功案例（如表4-3）：表4-3管线巡检案例业主单位名称项目名称广东大鹏液化天然气公司长输管线巡检系统浙江省天然气开发公司长输管道在线巡检监控系统中海福建天然气公司长输管道GPS在线巡检管理系统吉林省白山电力公司输电线路巡检监控管理信息系统中海中山天然气有限责任公司GPS在线巡检系统5GPS在反打孔盗油中的应用结合GPS全球定位系统、GIS地理信息系统、GSM全球移动通信系统，实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。弥补报警系统只报警、无法动态掌握车辆人员的状况，及时通知就近车辆赶赴现场相互配合。15\n福建交通职业技术学院5．1解决的主要问题：（1）发生打孔盗油时直接在电子地图上显示盗油点。（2）发生打孔盗油时就近调动巡线车辆。（3）对执行任务车辆的当前状态实时查询、定位、监控、考核。（4）事后查询、考核、巡检路线回放。（5）报表打印。5．2实施方案该系统主要由调度中心，无线通信网络和车载移动台三大部分组成，在网络运行中发挥不同作用。5．2．1调度中心调度中心主要包括监控服务器、GPS差分基准站、GPS信号监测机、无线收发单元、监控终端等，其核心为监控服务器。作用是负责管理整个车辆监控系统局域网的用户权限、安全性、各种数据库及网络服务等。其独特的硬件配置使移动目标数据库的存储和网络用户安全管理有了可靠保证。结合地图处理系统，将GPS获得的定位坐标信号直接转换成电子地图上的地理定标数据。精确绘制出输油管道的实际走向，标明输油管道周边附近的建筑、村庄、河流、道路土丘等情况，便于进行全面了解。解决了现有管道走向图单一、静态的问题，便于查阅。另外，电子地图采用矢量方式，对任意制定区域进行查询时，可根据需要分层显示信息，一旦调度系统发现泄漏点，电子地图可任意放大、缩小、移动，显示该点道路、桥梁、河流等自然地貌。可以测量泄漏点的距离，制定优选路线。5．2．2无线通信网络无线通信网络包括基地台与移动台两部分。主要功能是完成定位信息、差分信息、指令信息等信息数据的传输，且调度中心与所有车辆进行通信联络的枢纽。15\n福建交通职业技术学院基地台由四部分组成：无线电收发信机、GPS差分基准站、控制设备和GPS卫星信号监测机。基地台的功能包括：GPS差分信号的提取、发送，调度终端控制指令的发送，广播数据包的形成与发送，接收和解析移动车辆发来的数据包，与GPS监控系统前置机的数据交换。基站的主机设置了“GPS卫星信号监测机”，可实时监测锁定的GPS卫星信号质量和差分信号的质量，为整个系统定位京都提供保障。5．2．3车载移动台车载移动台由三步分组成：无线电收发信机、控制单元和GPS接收机，车载移动台接收GPS卫星信号和监控中心基地台的差分信号，根据用户的操作将差分位置信息及状态数据经无线电台发回调度中心，移动台还具有接收监控中心下发的指令信息，并按指令要求完成相应的操作能力。此外，在车载移动台上预留一个RS－232接口，可接笔记本电脑，不仅可显示调度中心发来的指令，而且可根据电子地图选择行车路线。5．3系统的技术特点（1）目标定位精度髙（定位精度优于10米）。（2）可实时跟踪目标。（3）与站控SCADA系统有机结合。（4）能够实时跟踪和查询、管理目标。（5）跨区自动漫游。（6）集GPS技术、通信技术、计算机技术和网络技术与一体。5．4系统的主要功能（1）实时连续跟踪、间续跟踪等多种方式（2）与电子地图结合，能够显示案发地点位置分布。（3）调度中心可对全线巡线车辆进行调度指挥。（4）支持自动报警和手动报警，并保存报警数据。（5）跨区漫游地图，无极缩放显示，可测量地图上任意两点间距离。（6）支持多台车辆及多分地区车辆监控。15\n福建交通职业技术学院（7）可存储车辆运行轨迹并回放。（8）自动生成并打印报表。5．5GPS技术在输油管道反打孔盗油的作用及发展趋势目前，GPS车辆监控系统已成为输油管道反打孔盗油的重要组成部分，该系统能为反打孔盗油车辆提供精确位置信息，准确时间信息及多种事件信息等。GPS车辆监控系统的精确定位功能，为反打孔盗油工作提供了准确可靠的信息，提高了调度中心的指挥和快速决策能力。随着卫星定位系统技术，有线、无线公用通信网络、社会共同信息基础设施的不断发展进步和输油管道的加速发展，卫星定位应用技术在输油管道反打孔盗油工作中的应用也肯定会有大的发展，应用范围由小到大，应用技术逐步提高。在不同的发展阶段会有如下几种模式：（1）专用GPS定位系统与电子地图处理系统结合，提供地图、地理信息等辅助手段，提高工作效率，实现统一协同运作（主要适合输油处）。（2）与SCADA系统中泄漏检测有机结合，为反打孔盗油工作提供强有力的技术支持。（3）建立大范围的卫星定位系统网，形成庞大的调度指挥中心，通过网络，完成实时监控，并各自监控调度其所属车辆，互不干扰。6总结在原油长输管道中，由于是长距离输送的，并且事故也会是频繁发生！GPS作为一种监控技术，可以应用在长输管线上，进行实时在线巡检，以防各种事故的发生，并且在事故面前，快速做出解决方案，减轻事故后果的严重性！所以，GPS在线巡检将在长输管线得到广泛的应用。7致谢在本次论文设计过程中，很感谢指导15\n福建交通职业技术学院老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中不论是在学习上还是对于为人处事上得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。[参考文献][1]邱志王万义译《GPS原理与应用》ElliottD.Kaplan[M],科技出版社[2]施闯大规模高精度GPS网平差与分析理论及其应用[M],测绘出版社[3]刘旭张其善一种基于GPRS的车辆监控系统[J]遥测遥控，2007（1）42－43[4]邵天波，刘永贵；长输管道的发展及输油新工艺探讨[J]15