一种油气管道地质灾害空-天-地一体化监测系统的制作方法

本发明涉及油气管道安全监测，尤其是涉及一种油气管道地质灾害“空-天-地”一体化监测系统。

背景技术：

1、油气管道作为国家能源运输的核心基础设施，承担着跨区域能源保障的关键使命，其安全稳定运营直接关系到国民经济发展与公共安全。长输油气管道往往穿越复杂地质构造区域，面临滑坡、崩塌、岩溶塌陷、水毁等多种地质灾害威胁，地质灾害已成为全球油气管道失效的主要诱因之一，在国内油气管道事故中占比达15%-20%，一旦发生灾害极易造成管道断裂、油气泄漏，引发火灾、爆炸等重大安全事故，造成巨额经济损失与生态环境破坏。

2、随着油气管道管网规模持续扩大，管道穿越的地质环境愈发复杂，叠加全球气候变化导致极端降雨事件常态化、人类工程活动（交通建设、矿产开采、城乡开发等）持续扰动，以及部分在役管道运行年限增长、本体抗变形能力下降等因素，管道地质灾害的突发性、隐蔽性和破坏性进一步增强，对监测防控的精准性、时效性和全面性提出了更高要求。

3、为应对上述挑战，行业内已逐步探索应用insar遥感、无人机航拍、地面传感器等监测技术，部分企业尝试构建“空-天-地”监测框架，但现有技术在实际应用中仍存在诸多共性短板：一是多源监测技术协同不足，insar遥感、无人机、gnss位移站、应力应变计等设备各自为战，数据形成信息孤岛，缺乏有效的融合处理机制，难以发挥技术协同优势；二是监测维度不完整，现有系统多集中于地表或管体单一层面监测，未能实现地表形变、深部岩土体变形、地下水动态与管体受力状态的全维度覆盖，无法系统掌握地质灾害演化过程及对管道的综合影响；三是地形适配性欠佳，针对山区高陡斜坡、平原软土地基、岩溶发育区等不同地质条件，缺乏差异化的监测部署方案，复杂地形区仍存在较多监测盲区；四是智能化水平偏低，监测数据依赖人工分析判断，难以快速识别位移突变、应力超限等风险信号，预警响应滞后，且缺乏对设备全生命周期的动态管理，部分监测设备因年久失修、故障频发导致监测数据中断，影响监测网络的连续性与可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种油气管道地质灾害“空-天-地”一体化监测系统，旨在针对油气管道穿越复杂地质构造区域时，面临的滑坡、崩塌、岩溶塌陷、水毁等多类型地质灾害威胁，解决现有监测系统存在的监测维度不完整、多源设备协同不足、地形适配性差、智能化水平偏低、设备缺乏全生命周期管理等技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种油气管道地质灾害“空-天-地”一体化监测系统，包括感知层、传输层、数据处理层和应用层；

3、所述感知层采用空、天、地分层部署模式，整合多源监测设备，实现地表-深部-管体全维度数据采集；

4、所述传输层将感知层采集的监测数据实时传输至数据处理层；

5、所述数据处理层对多源监测数据进行融合、降噪、分析，生成监测结果与预警信息；

6、所述应用层用于监测结果可视化展示、预警发布及设备管理。

7、优选的，所述感知层包括：

8、空层设备：insar遥感设备，用于大范围地表形变扫描与早期隐患识别；

9、天层设备：无人机航拍设备，搭载高清摄像头、激光雷达及红外热像仪，用于复杂地形巡查与局部隐患详查；

10、地层设备：包括地表监测单元、深部监测单元和管体监测单元；所述地表监测单元包括gnss位移站、视频监控设备及雨量计，用于实时监测地表位移、现场环境及降水数据；所述深部监测单元包括深部测斜仪、孔隙水压力计及土压力传感器，用于监测深部岩土体变形、地下水压力及土体受力状态；所述管体监测单元包括管道应力应变计、腐蚀监测传感器，用于监测管体受力、变形状态及腐蚀速率。

11、优选的，所述无人机航拍设备采用定时巡查与按需触发相结合的工作模式，山区管道巡查频率不低于每月2次，平原管道不低于每季度1次；无人机采集的图像数据通过机载边缘计算模块进行初步处理，提取隐患特征后再传输至数据处理层。

12、优选的，所述管体监测单元部署于管道高后果区、应力集中段、河流穿越段、软土地基段及活动断裂带两侧400m范围内；针对纵向敷设于坡度大于30°且长度超过100m的高陡斜坡管段，坡脚处监测截面间距不大于15m，弯管处或环焊缝旁必设监测截面。

13、优选的，所述传输层采用5g、光纤通信与卫星通信相结合的混合传输方式，平原信号稳定区域采用5g与光纤通信，山区信号薄弱区域采用卫星通信；所述传输层内置数据加密模块，通过ssl/tls加密协议对监测数据进行传输保护，保障数据安全性与完整性。

14、优选的，所述数据处理层内置多源数据融合算法与智能分析模型，所述多源数据融合算法包括随机森林-贝叶斯集成算法，用于整合insar遥感数据、无人机航拍数据、gnss位移数据、深部变形数据、地下水压力数据及管体应力应变数据，消除数据冗余与误差；所述智能分析模型包括区域预警模型与单体预警模型，基于历史灾害数据训练，用于识别位移突变、应力超限的风险信号，生成分级预警结果。

15、优选的，所述数据处理层的区域预警模型基于潜势度分析与降雨临界判据构建，每年汛期持续运行，通过gis软件完成危险性分区；单体预警模型针对单个灾害点设定临界降雨、变形及含水率阈值，监测数据达到阈值时自动触发对应等级预警。

16、优选的，所述数据处理层具备监测数据存储与治理效果评估功能，按时间维度建立监测数据档案，存储周期不低于6年，支持历史数据回溯与趋势分析；针对地质灾害治理工程，治理完成后持续监测不低于2年，通过对比治理前后的监测数据评估治理效能；对高后果区管道实施持续性监测，实时跟踪管体安全状态。

17、优选的，所述应用层包括设备动态管理模块，用于实时监测感知层设备运行状态，针对故障设备按以下原则处置：设备可维修且维修费用低于重新购置价值70%的，启动维修程序；设备无法维修或维修费用高于重新购置价值70%的，启动报废与重建程序；监测达到预设时长且风险评估为低风险的，经专业评估后退出监测并报废，实现设备全生命周期管理。

18、优选的，所述应用层的预警发布模块支持蓝色、黄色、橙色、红色四级预警推送，预警信息包含风险位置、灾害类型、预警等级及处置建议，通过短信、app通知、应急指挥平台弹窗及语音播报多渠道发布；所述数据处理层集成应急联动模块，自动向就近应急救援单元推送风险位置、现场监测数据及应急处置方案建议，联动应急资源调配。

19、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

20、（1）系统构建“空-天-地”三层感知架构，整合多源监测设备形成立体监测网络，首次实现地表形变、深部岩土体变形、地下水动态与管体受力变形的全链条覆盖。针对山区高陡斜坡、平原软土地基、岩溶发育区等不同地质地形条件，通过差异化监测部署策略，彻底解决了传统单一监测模式下覆盖不全面、地形适配性不足的问题，实现复杂地质环境下管道沿线地质灾害隐患的无死角感知。

21、（2）多源数据融合算法打破了不同设备间的信息孤岛，有效消除各类监测数据的冗余与误差，结合区域预警与单体预警模型的智能分析，能够精准识别地质灾害演化过程中的关键风险信号，大幅提升预警的精准性与时效性，改变了传统监测依赖人工分析、响应滞后的局面，为灾害处置预留充足时间。

22、（3）系统完善了监测设备全生命周期管理机制，通过实时监控设备运行状态、智能判定处置方式，保障了监测网络的连续性与可靠性。同时，系统实现了从风险识别、监测预警到工程治理、应急响应的全流程数据支撑，为管道地质灾害防治提供全方位技术保障，有效降低地质灾害导致的管道失效风险，助力油气管道安全稳定运营。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。