智诺方案石化行业智能化解决方案1123.docx
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智诺方案石化行业智能化解决方案1123
石化行业智能化系统
解
决
方
案
杭州智诺英特科技有限公司
第1章前言
石油石化行业是国家安全防范的重点对象，同时也是拥有最高安全防护等级的单位，企业资产以及相应机构需要得到妥善的防护，一旦发生火灾或者爆炸等安全事故，将会造成重大的人员伤亡和国家财产的严重损失。
综合以上所述，先进并且及时有效的安防系统在石油石化行业是必不可少的部分，随着该行业对安全防范等级的要求不断提高，尤其是针对输油管道、油库、阀控站等重点区域的防范也提出了新的要求，显然传统的视频监控系统已经不能满足用户日益增长的需求，所以我公司结合多年来综合安防系统的研发经验推出了结合先进智能视频分析检测以及分布式光纤传感技术的新型智能化安全防范解决方案，该方案弥补了传统视频监控系统的不足，使被动变为主动，真正实现事先预警。
第2章需求分析
石油石化企业一般都是由不同业务类型的分支单位沟通，大致可分为上游、中游和下游三个层次，构成石油化工产品开采储运、生产加工、分发销售的生产及商业链条。
处于不同环节的单位对安防系统建设的需求各有不同，本方案主要针对以下几处环节
2.1阀控站以及储油区
阀控站以及油库都属于安全防范等级较高的区域，该区域的特点是平时一般不许有人进入，而且不能有明火，所有室外设备均为防爆设备，人员进入手机也不许开机。
根据这些特有需求我们针对该区域推出了智能视频周界防范检测以及烟火检测功能，一旦发现有人员进入或者有烟火出现立刻实现报警。
2.2输油管道
输油管道作为石油石化行业的主要传输方式，但是输油管道由于使用时间的长久同时受周围环境的影响会出现老化的现象，外加人为的破坏行为，使输油管道会面临着泄露事故的发生，因此建立管道的监测系统，实现对管道泄漏的实时检测，确定发生泄漏的位置，为泄漏事故的及时检修提供方便，将可以最大限度地减少经济损失和资源浪费，尽可能地避免环境污染和安全事故的发生，具有极为重要的现实意义。
第3章方案设计思想
3.1设计原则
任何一个设计方案的最根本前提是用户的需求，而先进、成熟的技术，可靠、灵活的用，技术发展的趋势和良好的性能/价格比是设计方案的最基本依据。
该在不失先进性、成熟性、可靠性、可扩展性的基础上，充分考虑用户的需求，照顾长远利益，最大限度地保护用户投资。
✧先进性
图像监视系统采用H.264/MPEG-4图像压缩处理技术，具有图像质量清晰，文件占用空间小，传输带宽小，速度快等特点；
各子系统（音视频、报警、门禁、环境变量）紧密结合，提供强大的系统集成功能；
✧灵活性
系统支持基于WEB方式的网络浏览功能，可供用户方便使用；
灵活进行系统软件升级，避免对系统产生过大的影响；
灵活的组网方式，有线或无线均可，方便监控点数量的增加；
✧实时性
基于带宽的优势，各类前端信号可做到实时的传输；
同时可利用其他传输通道进行实时传输，如：
GSM、CDMA1X、GPRS、3G网络等；
✧稳定性
具有独特的图像管理功能，严格控制丢帧现象；
完善的视频流控制功能，保证网络传输的顺畅；
管理、操作权限的分级实现，保障管理的统一、规范；
强大的自我诊断、恢复功能；
✧完善性
与数据采集监控系统无缝地结合，实现报警信号的联动，报警设备的自启动；
当报警信号产生时，可实现多种可用通道的信息传输，如网络、电话、短消息等；
✧扩展性
系统预留相的接口以便扩充之用；
控制部件（软、硬件）采用模块式结构、内部总线化等技术措施，可以方便灵活进行扩充，保证未来的适性；
✧易用性
基于优良的操作平台；
采用模块化设计，操作简便；
界面人性化；
3.2设计依据
《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）；
《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）；
《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）；
《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2000）；
《安全防范系统》（DB33/T334-2001）；
《民用闭路电视监控系统工程技术规范》（GB50198-94）；
《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）；
《音频、视频及类似电子设备安全要求》（GB8898-2001）；
《测量、控制和试验室用电气设备的安全要求》（GB4793-2001）；
《信息技术设备的安全》（GB4943-2001）；
《邮电通信网光纤数据传输系统工程施工及验收技术规范》。
EIA/TIA568A，EIA/TIA569A国际电子工业协会通信线缆、通讯路径和空间标准
ISO/ICE/IS11801结构化布线标准
ISOTCP/IP协议标准
ISO/IEC13818MPEG-2协议标准
ISOIGMP/CGMP协议标准
10BASE-T，100BASE-TX标准IEEE802.3，IEEE802.3U
《中华人民共和国通信行业标准》（YD/T926）
《防盗报警控制器通用技术条件》GB50198-94
《电视系统视频指标》CCTRRECOMMENDATION472-3
《电气指标标准》ELA-422 ELA-485
《电子设备雷击保护导则》GB7450-87
标准号
标准名称
GBJ115-87
《工业电视系统工程设计规范》
GB12663-90
《防盗报警控制器通用技术条件》
GB4798.4-90
《电工电子产品用环境条件无气候防护场所使用》
GB50217-94
《电力工程电缆设计规范》
GB/T17626.2
《静电放电抗扰度试验》
GB/T17626.3
《射频电磁场辐射抗扰度试验》
GB/T17626.5
《浪涌（冲击）抗扰度试验》
GB/T17626.8
《工频磁场的抗扰度试验》
GA308-2001
《安全防范系统验收原则》
GA/T75-94
《安全防范工程程序与要求》
DL476-92
《电力系统实时数据通信用层协议》
DL/T720-2000
电力系统继电保护柜、屏通用技术条件
DL/Z713-2000
500kV变电所保护和控制设备抗扰度要求
ITU-TH.323
《网络电视电话系统和终端设备标准》
CCITTG.703
《脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数标准》
ISO/IEC13818
《MPEG2视音频编解码标准》
ISO/IEC14496-2
《H.264视音频编解码标准-视听对象的编码（6部分）》
IEC364-4-41
《保护接地和防雷接地标准》
IEC60870-5-101
《基本远动任务配套标准》
IEC60870-5-103
《继电保护设备信息接口配套标准》
IEC60870-5-104
《远动网络传输规约》
IEEE802.3
《10BASE-T以太网接口标准》
IEEE802.3U
《100BASE-TX快速以太网接口标准》
DB33-2001
《安全防范系统》
第4章方案详细设计
4.1阀控站以及油库智能周界防范系统
4.1.1传统周界防范不足
传统的周界安防解决方案为社会平安保障做出了应有贡献，但受一些客观技术条件等因素所限，还存在着一些共性或个性不足，具体如下：
1）红外、微波对射等传统方案，防护等级低，误报多，老化快，对于蓄意侵入者而言，很容易跨越或规避;且易受地形条件环境限制和布线电源因素制约。
2）光纤振动成本偏高且不易联动后端视频监控系统需自行开发监控平台。
3）电子围栏和电网虽然电压只有36V但实际应用中可能存在安全隐患。
4）监控室电视墙多，监控人员往往无法一一细看，容易错失提前预警的最佳时机。
5）报警系统和视频监控系统为两套不同的系统虽然可以联动但是，报警流程机制不畅联动不及时，不能准确定位事发地点。
本系统采用先进的智能视频检测技术，通过阀控站以及油库周围的摄像机对其防范区域设置虚拟警戒区域，一旦有人闯入，系统则立刻报警。
4.1.2系统架构
由上图所示，所有前端摄像机均通过周解分析器来实现周界防范功能，所有检测识别均是再前端按成，嵌入式架构决定了真个系统的稳定性。
后端监控中心部署IMS智能监控系统软件平台，当前端有报警出现时，后端平台立刻以声音、文字、视频弹出以及抓图的方式进行报警，提醒管理人员。
相应管理人员还可以通过该软件对前端所有智能分析器进行统一管理和设置，以及对所有报警信息的查询和处理。
4.1.3系统功能
Ø穿越虚拟警戒墙检测
规则描述：
自动检测运动目标穿越警戒面的行为，可用于越界检测、逆向行驶等场合。
功能特点：
警戒面由用户自由设定
支持单向或双向跨越警戒面检测
支持多个警戒面组合以满足复杂场景的需求
支持目标过滤
Ø区域入侵检测
规则描述：
检测在指定的区域内是否有目标入侵
功能特点：
警戒区域由用户自由设定
支持设置允许入侵的时间
支持多个警戒区域组合以满足复杂场景的需求
支持目标过滤
Ø徘徊检测
规则描述：
检测是否有目标在指定区域内滞留超过设定时间
功能特点：
警戒区域由用户自由设定
支持设置允许徘徊的时间
支持多个警戒面组合以满足复杂场景的需求
支持目标过滤
本系统需要对阀控站以及油库周边进行周界防范，当发现可疑人物或车辆进入防范区域时，要求监控系统能够自动检测入侵目标，并标识其入侵轨迹，同时发出报警通知管理人员前去处理。
根据现场情况及相关要求，一架摄像机以保证无死角50米范围内的视频分析。
并调节摄像机镜头保证可达到以下效果：
摄像机架设要求：
摄像机高度：
＞2米；
监控距离：
＜50米；
安装方式：
壁装于围墙上或是杆装（立杆与围墙小于1米）；
镜头毫米数：
可选25mm左右镜头；
多摄像机架设方式：
如果监控区域较大（如用于周界防范监控），且需一台以上数量的摄像机，摄像机视野范围能充分重叠，避免存在盲点区。
摄像机监控区域交叉互补，确保能够观察到入侵者的全身。
本系统可以将周界监控范围内所有禁止入侵的区域设置为防区。
这样当有入侵者侵入防范区域时就会被智能视觉监控系统自动锁定并标识出行动轨迹，同时会发出报警。
这里的报警分前端和后端两种，前端报警可通过声光报警器来实现，入侵者触发报警时，监控系统会发出警报声警告入侵者，并可打开强光灯使入侵者无处藏身;后端报警可通过PC软件来实现，通知管理人员马上对入侵行为进行处理。
这样就真正做到了"事前防范",避免了经济损失。
智能视觉监控系统可检测不同方向的入侵，可根据需要设置进入防区的方向为非法方向，而出防区的方向为合法方向。
这样就只对进入防区的人或车辆进行检测并报警，而对走出防区的人和车辆视而不见。
智能视觉监控系统支持日程设置，即可对监控区域划分时段进行不同的检测方式。
例如，上午9时至下午5时这段时间为工作时间，可能会有大量工人出入防区，则可将这段时间设置为不检测时段，以避免不必要的报警;而从下午5时至次日上午5时这段时间为下班时间，不允许任何人员进入防区，则设置为入侵检测时段，开始防范。
智能视觉服务器提供了智能、灵活、有效的入侵检测功能。
该智能视觉服务器能够自动检测侵入监控防区的入侵者（人和交通工具），能够自动区分入侵者的种类、大小、速度、移动方向等特征，并能有效地识别伪装。
智能处理模块具有室外环境应用能力，能够对环境背景进行自学习、自适应和自调节，当天气环境变化时不需要手工更改系统参数。
前端设备在对输入视频流进行智能处理之后，同时支持模拟视频和网络流媒体视频双模输出，所以便于与传统监控结合起来，达到综合全面的监控效果。
此系统与以往油田的监控防范系统有着很明显的区别，就是采用了高端智能视频服务器为主要设备，其不仅提高了周界防范系统的安全等级，还大大节省了安保的人力问题，可以满足当前社会形势下对油田安保的高要求。
4.2阀控站以及油库智能烟火检测系统
4.2.1系统描述
智能图像火灾自动报警系统采用智诺智能烟火检测器做为前端探测设备进行火灾探测报警，属于非接触式探测方式，在显著增大探测距离和探测灵敏度的同时，有效地消除环境干扰，并具有良好的密封性和防腐蚀特性。
同时具有火灾探测和视频监控双重功能，实现可视化报警，探测距离远（300米），响应速度快（一般5秒），报警准确率可达99.9%。
整体结构简单稳定性高，施工布线少安装方便。
在火灾探测方面，由前端图像型火灾探测器发出报警信号，同时联动火灾报警控制器和视频监控显示系统，由值班人员进行确认然后启动相关灭火系统进行灭火。
所有前端图像型火灾探测器可以统一连接到火灾报警控制器组成区域/集中报警系统。
智能图像火灾探测自动报警系统由前端探测部分、控制中心部分和消防联动部分三个部分组成。
前端火灾探测设备采用智诺智能烟火检测器，控制中心部分设备都是采用技术成熟、性能稳定、质量可靠的设备（智诺智能烟火报警检测管理平台），消防联动部分由火灾报警控制器和自动灭火系统等设备组成。
4.2.2系统功能
●智能烟火检测报警管理平台通过数字网络管理前端智能烟火检测设备，最多可同时接入200路智能烟火检测器。
●前端智能烟火器发出告警信号，智能烟火检测报警管理平台（800毫秒内）立即自动弹出现场实时视频图像，同时发出声光报警和显示火警位置以及相应报警图片和文字提示信息。
●报警视频录像查询和图片抓拍功能，供事后分析火灾原因提供参考依据。
●声光，语音报警功能。
●电子地图显示功能，直观显示前端火灾探测器运行状态、位置。
4.2.3系统特点
●本系统属于前端非接触式面型探测方式。
视频采集、识别、控制、处理一体化，实现了“眼睛与大脑的完美统一”，可独立进行视频图像分析、报警，不会受到传输线缆故障的影响。
●属于火灾早期探测报警。
（室外最小检测火焰15cm×15cm汽油盘火，响应速度一般5秒）极大缩短发现火灾的时间和发出报警的时间；
●烟、火检测一体化；
●可视化报警，火灾探测与视频监控双重功能。
极大缩短确认火源的时间和应急反应过程的时间，为及时控制火情，迅速启动应急预案赢得了时间；
●彻底解决灯光、太阳强光、耀斑辐射、黑体辐射、电弧焊、CO2气体排放等干扰源引起的误报；
●在各种环境恶劣、危险程度高的工业场所（具体表现为：
高温高湿热、电磁辐射强度大、振动噪声大、粉尘油污及腐蚀性气体较严重）使用不会影响探测器灵敏度；保证设备在恶劣环境下长期安全运行；
●方便易用，无需配置，即装即用。
4.3输油管道防泄露整体解决方案
4.3.1输油管道泄漏监测概述
随着我国西部石油的开发，管道输送在国民经济中的位置更加重要，它具体成本低、节省能源、安全性高及供给稳定等特点。
然而，世界上总管网的50％已运行30年以上，即使管道在敷设时达到了设计质量标准，但由于管道的老化、地理和气候环境的变化以及人为损坏等原因，泄漏事故仍时有发生，不仅会造成巨大的经济损失和资源浪费，而且会带来安全和污染问题。
因此建立管道的监测系统，实现对管道泄漏的实时检测，确定发生泄漏的位置，为泄漏事故的及时检修提供方便，将可以最大限度地减少经济损失和资源浪费，尽可能地避免环境污染和安全事故的发生，具有极为重要的现实意义。
由于管道泄漏检测的多样性和复杂性，目前国内外还没有一种简单、快速、精确、可靠、通用的管道泄漏检测方法。
有关管道泄漏检测的方法大致分成四类，第一类是基于人工巡检法，由有经验的技术人员携带检测仪器设备经过训练的动物分段对管道进行泄漏检测和定位。
这类方法具有定位精度高和较低的误报率的特点，但不能及时发现泄漏，检测只能间断的进行；第二类是基于超声、磁通、摄像等技术的管内检漏法（如管内探测球PIG）,这类方法具有定位精度高和较低误报率的特点，但无法实现在线监测，由于探测球在管内随介质漂流，容易发生堵塞、停运等事故，并且探测球比较昂贵，运行成本较高；第三类是基于电缆检漏法，目前使用的电缆主要有油溶性电缆、渗透性电缆、分布式传感器电缆三种，电缆与管道平行敷设，当泄漏的物质渗入电缆后，会引起电缆特征的变化，以此来实现对泄漏的检测和定位，这类方法非常灵敏，对于小漏和缓慢泄漏均有较好的效果，但电缆价格和施工费都较高，电缆一旦沾染上泄漏物后就要进行更换，它多用于液态烃类燃料的泄漏检测；第四类是基于分布式温度、振动、应力等运行参数的外部检漏法，它能实现在线监测，是目前管道泄漏检测和定位的研究主攻方向之一。
4.3.2管道防泄漏技术的主流趋势
本方案设计的管道防泄漏防破坏采用基于光纤传感的温度、振动以及应力三种探测相结合的技术。
系统误报率低，能适应各种工况使用。
该系统主要包含由分布式光纤温度和应力应变传感子系统和全光纤振动探测子系统构成。
采用多种物理量综合监测，已经成为输管道防泄漏监测的发展方向，是目前行业领域内最可靠的防护手段。
4.3.3分布式光纤温度和应力应变传感子系统（DTSS系统）
光纤分布式传感技术发展背景
光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。
作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。
光波不怕电磁干扰，能够在极其恶劣的地质环境下，实现对温度、振动等参数的精确测量，通过光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。
光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；在一定条件下，光纤特别容易接受被测量场的加载，是一种优良的敏感元件；光纤本身具有不带电、体积小、质量轻、易弯曲、抗电磁干扰、抗辐射、无能量辐射、隐蔽性强等优点，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制、强电磁干扰等恶劣环境和保密场合下使用。
因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎各个领域都在进行研究与应用，产业得到蓬勃发展。
DTSS系统原理
DTSS系统采用的是一种先进的布里渊光时域分析技术光纤传感技术，其具有定位精确，测量精度高，能同时测量温度和应变等特点，最初是由Honguc等人提出，最近几年受到各国政府以及研究机构的广泛重视，陆续开发出适合不同需要的BOTDR产品，并应用于石油管道监测等领域，取得了很好的效果。
当光在光纤中传输时，会发生布里渊散射现象，反射回来的布里渊散射斯托克斯光频率相对于入射光会发生频率移动，且频移与光纤所处的温度和受到的应变有关。
通过测量背向布里渊散射光的频移，即可得出传感光缆监测区域的温度以及应变信息。
BOTDR基本原理如下图1所示，处于传感光缆两端的可调谐激光器分别将一脉冲光（泵浦光）与一连续光（探测光）注入传感光缆，当泵浦光与探测光的频差与光缆中某区域的布里渊频移相等时，在该区域就会产生布里渊放大（受激布里渊）效应，两光束之间发生能量转移。
由于布里渊频移与温度、应变存在线性关系，因此，对两激光器的频率进行连续调节的同时，通过检测从光纤一端耦合出来的连续光的光功率，就可确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度、、应变信息，实现分布式测量。
图1：
BOTDR系统结构图
DTSS系统特点
1）可同时进行温度和应变测量：
系统采用布里渊时域分析技术（BOTDR），可同时测量温度和应变。
2）定位精度高：
BOTDR技术具有定位精度高的特点，目前空间分辨率可达0.1m。
3）测量距离长：
系统可对几十公里的范围进行分布式测量。
4）抗电磁干扰：
系统采用无源的工作方式，本身无任何电磁干扰或电磁辐射，除位于室内的监测终端外，整套系统使用的全部为非金属器件，由于光纤本身不导电，所以它不会受到雷电、静电等的破坏。
传感光纤不发射，也不接收以下信号：
电磁信号，雷达信号，无线电信号，高压静电信号。
5）耐恶劣环境：
可长期应用于潮湿、腐蚀、水下等多种恶劣环境中，系统使用寿命长。
采用光学相干专利技术，可使系统探测不受季节、昼夜环境变化影响。
雨雪风霜也不会造成系统误报；
6）使用寿命长：
光纤探测器的使用寿命为30年；
7）免维护：
如果无人为破坏，系统无需定期维护；
系统运行环境
系统在Windows操作系统下，采用SQL和Access2000后台数据库等开发软件进行研究和开发。
运行的软件环境为WindowsXP/2000，对硬件环境无特别要求，采用通用的台式机或笔记本电脑即可，在线的要求有服务器和大型监测设备等。
系统结构
系统包括光线分布式温度监测系统主机、传感光缆、监控软件。
具体如下所示：
图2：
BOTDR系统在管道监测中应用示意图
图2为BOTDR系统在管道监测应用中示意图。
BOTDR系统主机放在机房中，与用户直接连接，也可通过无线通信互联。
BOTDR主机引出传感光缆，光缆沿输油管道正上方约30cm处直线铺设，测量管道的温度和应变；
系统优势
●泄漏监测系统能降低操作成本
●泄漏监测系统能降低环境成本
●通过DTSS来优化加热过程
●改善基础设施的安全
●减少机器故障时间和减少视察时间，增加系统的可靠性
●改善产量
●快速监测出任何泄漏，最小化个人操作的风险
●光信号是低功耗，阻隔可燃气体，非常适用于危险区域
●探测光缆是无电磁干扰，设计生命达30年，维护费用也低
●能够监测千分之一公升的泄漏，防范于未然
●能监测管道的结构完整性，预警机械损伤
●全自动化系统，降低由人员错误引发的风险所产生的操作成本
●通过标准接口和现有的SCADA及工业控制系统连接（例如:
OPC,Modbus,继电器
系统性能指标
型号
DTSS
光纤类型
单模光纤
光缆长度
每通道最长可至85Km
重复频率
<10Hz
温度分辨率
±1℃
空间分辨率
1米、5米、10米、20米、30米可调
光缆通道数
单通道，可扩展至多通道
主机工作温度要求
0℃～40℃
主机工作湿度要求
<95%RH
光模块工作温度
-40℃~70℃
主机电源电压
AC220V/50Hz
主机通讯接口
网口
配套操作系统
Windows2000及以上版本；AdobeReader6.0及以上
配套工控机要求
CPU：
双核，3.0G以上；硬盘：
20G空余空间
主机外型尺寸
482（宽）134（高）424（深）mm;
主机重量
约20千克
4.3.4全光纤振动探测子系统（FPSS-P系统）
技术原理
FPSS-P系统是一种基于光时域反射技术（OTDR）和光纤干涉技术发展而成的先进的光纤传感技术，它同时具有光时域反射技术定位精度高和光纤干涉技术灵敏度高的特点。
当外界有振动作用于传感光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，导致光缆中光的相位发生变化。
当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，不断向后传输瑞利散射光。
当外界有振动发生时，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，反射回系统主机时，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。
系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。
系统特点
1）前端探测器全无源，无需考虑电源供应
系统采用普通通信光缆作为传感器，除了机房主机外，现场设备均无需供电。
作为传感器的光缆由石英材料制成，具有天生的防雷、防爆、抗电磁干扰等本质安全特性。
2）能够提供破坏行为预警，误报率低
系统能够对偷盗输油管道的行为进行实时预警，并及时通知就近的警力处置，防患于未然。
系统采用高端算法分析及模式识别分析设计，误报率极低。
3）分布式实时监测功能，距离长，无盲区
单套系统可满足长距离线路探测需求。
系统能
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