摘要：随着计算机、信息、管理等学科的发展，管道完整性管理技术也在不断发生着新的变化，具有与IT技术和决策理论相融合的发展趋势。为此，结合国内外相关技术成果，分析了GIS攒术对管道完整性管理可视化决策系统的影响、高精度检测技术对管道完整性管理决策科学性的影响、多目标决策技术对，管道完整性管理实用性的影响和基础数据库对管道完整性管理方案决策的影响；指出未来油气管道完整性管理技术的主要发展趋势是借助高精度检测手段、GIS技术和公共基础数据库，建立管道安全运行的多目标可视化管理决策系统；同时讨论了实现这一发展目标尚需解决的相关技术难题，并对推进我国油气管道的完整性管理提出了合理化建议。
关键词：油气管道；完整性管理；GIS可视化；安全运行；技术难题；发展趋势；建议
对油气管道系统进行管理，要求工作高效、及时，但由于油气管道系统本身的复杂性和决策支持信息的有限性，使得运用传统方法开展油气管道管理工作的弊端日益显现，于是油气管道完整性管理技术应时而生。近年来，随着计算机、信息、管理等学科的发展，油气管道完整性管理技术也在不断发生着新的变化，突出表现为具有与IT技术和决策理论[1]相融合的发展趋势。当前，地理信息系统(GIS)技术、基础数据库技术、高精度检测技术、多目标决策技术等都已成为油气管道完整性管理技术应用的热点。随着这些新兴技术的不断融入，油气管道完整性管理技术正朝着多目标可视化决策的方向发展。
1 GIS技术为油气管道完整性管理决策奠定了可视化基础
利用GIS技术对油气管道安全运行进行管理，具有实用性强、操作简单、投资小、可靠性高、先进性强等优点，同时它具有集系统性、适用性、兼容性为一体的优势，可以便捷、可靠、安全地对油气管道沿线情况进行动态数据管理。基于GIS技术的数字管道安全管理系统因其实现了管道设施、沿线环境、地质条件、经济、社会、文化等各方面信息在三维地理坐标上的有机整合，可及时准确地针对某个点的数据信息进行反映，目前已逐渐成为有效提高油气管道完整性管理的辅助决策支持工具。
1.1 可视化决策系统VDS(Visual Decision System)
信息可视化系统利用先进的GIS技术，实现图形与数据的结合，以数据可视化的方式，提供一种全新决策支持方法[2]。它融合了计算机图形技术、计算机辅助设计与交互技术、信息处理技术和网络通信技术等多领域的新兴综合技术。通过信息可视化的平台——动态电子地图多维地显示数据，提示数据之间的关联以及隐藏在数据后面的信息，丰富研究和认知的手段。可视化分析过程所带来的直观性和准确性，也有助于更深入地研究事件的发展态势和影响范围。
决策支持系统已经有20多年的发展历史，对各行业的发展做出了不小的贡献。但是由于模型库系统等技术的不成熟，阻碍了决策支持系统的进一步发展。纵观国内外，目前可视化系统快速集成技术的研究还只是从理论上有所探讨，究竞要解决什么问题以及如何实现系统的快速可视化集成等还需进一步研究。
1.2 可视化决策系统在油气管道完整性管理上的应用
可视化决策系统的设计与开发很具挑战性，发达国家近年来已着手基于地理信息系统的管道地震灾害管理方面的研究[3]。国内相关研究人员也对此做了一些有益的探索，如任常兴等研究了用GIS技术为危险化学品运输车辆提供导航、为监控中心确定车辆位置提供电子地图[4]；单承戈研究了决策支持系统问题模型的可视化构造方法[5]；黄金才等人研究了决策支持系统可视化快速集成环境问题[6]；而邓雄等人开发了针对油气水管网的可视化管理系统[7]，但仅仅实现了图形静态输出功能，显然离完全可视化还有相当距离。
由于油气管道完整性评价问题复杂，信息量大且多是通过文字和图件来描述，通过GIS可视化技术可将油气管道信息(包括数字、文字、图件等)转化成形象化的图形；反过来，图形可以提供关于数据的特征及其所属系统问题的附加信息，把油气管道监测的数据以直观形式呈现出来，以便快速浏览和观察多种数据及其相互关系和趋势，由此可为管理者建立起一个油气管道系统的总体时空分布概念，从而有利于油气管道完整性管理的决策。针对油气管道完整性管理的功能模块包括以下要件[8]：
1.2.1隐患监控
隐患监控领域的发展趋势是运用GIS开发可视化的危险源和隐患监控集成系统，该系统可充分利用GIS的空间分析功能，控制某一区域的多个危险源和隐患，可进行连续监控，提供辅助决策，并进行统计分析，使监管工作高效、轻松。
1.2.2事故地点显示与事故后果模拟
可以分类型用不同颜色把事故、事故地点标注在电子地图上，用户可直观地了解某区域内事故的空间分布情况，鉴别事故多发点(段)；事故后果模拟是根据现场的情况，输入相关数据，模拟事故造成的后果。如对管道中天然气的泄漏，可利用大气扩散模型，由系统给出某泄漏点的扩散半径，并在系统地图上给出影响范围，让决策者及时了解影响范围内的重大危险源、人员和环境情况，以便采取必要的应急措施。
1.2.3因素分析与安全评价
在系统里点击地图上标注的管道节点，便可获得该点附近所有管道信息(包括管道沿线的地势地形、站场平面图、河流公路的穿越、救援力量分布等)，用模糊量化理论等模型进行事故因素分析；同时对参与安全评价的区域可根据行政区域划分或根据事故分布情况直接从图上拾取，评价结果可通过区域或路段着色的方式显示，得到区域安全评价等级。
1.2.4应急指挥辅助决策支持
通过对事故后果的模拟，可在发生事故时为决策者提供事故点详细地理位置、相关地段的社会环境、相邻救援力量分布图、事故的历史查询、发生事故区段的多媒体信息、救援预案以及到达事故点行走路线选择等信息。
2 基础数据库为油气管道完整性管理决策提供了更充足的信息资源
油气管道完整性管理是一种新的安全管理理念，借助计算机技术，通过完整的数据库动态管理，达到“防患于未然”的目的，其发展方向是实现数字化管理。数据库和GIS技术是数字化管理的基础和核心技术，也是管道完整性管理的基础平台。
发展管道数字化技术，构建便于实施完整性管理的数据平台，就必须统一规划和利用现代互联网、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)以及监控与数据采集系统(SCADA)等自动化管理技术，使它们在油气管道的在线检漏、优化运行和完整性管理中有机地结合起来，而这些都需要海量的油气管道基础数据。油气管道基础数据库的建立是油气管道数字化的前提。许多研究人员已经对构建油气管道数据库的重要性及意义进行了阐述[9]，但由于我国长期对油气管道基本信息数据的收集未予以重视，从而增大了建立全国油气管道基本信息数据库的工作难度。
油气管道完整性管理信息平台的建设，需要建立统一标准的油气管道编码格式、内外腐蚀、第三方破坏、设计和材料、操作系统和运营过程、应力腐蚀开裂等基本特征的统计分析和安全监控管理信息系统；建立可以适应未来评价需要的数据库结构和基本程序，搭建数据共享平台，并将其作为整条油气管道安全评价的基础资料之一进行管理。同时建立维修数据子库、事故数据子库、腐蚀数据子库等，且不断加以更新完善，才能保证对油气管道实施动态、快速、有效的日常监管和综合管理。
3 高精度检测技术为油气管道完整性管理提供了更精准的基础数据
资料数据的准确度及完整度会影响到完整性管理的科学性、准确性和有效性。只有重视资料及数据的积累，建立先进的信息管理系统，才能为油气管道完整性管理提供准确的基础数据。通常，实施完整性管理程序所需的数据可以通过油气管道运营公司和其他部门在设计和施工档案、运行和维修记录中获得，然而这些数据不能完全满足油气管道完整性管理的需要，还需要通过现场采集的方式来获取其他数据。此外，为了确保油气管道完整性管理方案的正确性，数据的准确性必须得到保证。
3.1 高精度油气管道缺陷检测技术
确保油气管道安全运行的一个首要条件就是高精度的管道探伤检测，确定管道的腐蚀、缺陷程度，为管道运行、维护、安全评价提供科学依据。但管道检测是一个公认的难题，国际通行方法是采用管道在线检测技术来解决。国际上这方面的研究已有40多年的历史，但检测技术被美、英、德、俄等几家跨国公司掌握，为实现技术垄断，它们通常只提供服务，不卖产品。
目前国内开发的具有自主知识产权的高精度管道漏磁在线检测系统，是管道无损检测技术中最先进的主流机型，市场上有中国石油管道检测技术有限责任公司、沈阳工业大学和新疆三叶管道技术有限公司合作开发的两种产品，此类产品多用于新建管道的基线检测及在役管道的内外壁腐蚀检测，在不影响管道正常运行的情况下，通过投运管道漏磁检测设备，能完成管道缺陷、管壁变化、管壁材质变化、缺陷内外分辨、管道特征(管箍、补疤、弯头、焊缝、三通等)识别的检测，能够给检测方提供管道缺陷面积、程度、方位、位置等全面信息，管输企业可据此及时排除管道隐患，实施风险评估和风险控制，避免由此造成的管道穿孔泄漏及相关经济损失，为油气管道的安全运行提供可靠的技术保障。
3.2 高精度油气管道泄漏检测技术
管输油气泄漏检测也是高精度检测技术应用的领域，及时、准确地发现管输油气介质的泄漏、泄漏位置和泄漏量，能够在及时采取事故控制措施、有效制定应急救援方案等方面为管道完整性管理决策提供强有力的支撑。
可从以下几个方面来判断管输油气泄漏检测技术的精度高低：①定位精度：当发生不同等级的泄漏时，对泄漏点位置确定的误差范围；②检测时间：管道从泄漏开始到系统检测到泄漏的时间长度；③泄漏检测的范围：系统所能检测管道泄漏的大小范围，重点是系统所能检测的最小泄漏量；④误报警率：指管道未发生泄漏而给出报警信号，它们发生的次数在总的报警次数中所占的比例。
4 多目标决策技术为油气管道完整性管理提供了更灵活的管理策略
在进行决策时，必须选择衡量方案好坏的标准、准则或目标，通常人们以多个准则或目标衡量选择方案的优劣。这种根据多个准则或目标的判断与选择就是多目标决策。
4.1 多目标决策的实施步骤[10]
1) 了解多目标决策的对象，了解决策对象的各组成部分及其相互逻辑关系与流程，识别决策对象要达到的整体目标和决策问题所处的客观环境。
2) 确定多目标决策问题特征的主要变量和参数。
3) 识别变量之间的关系和自然状态概率分布。
4) 构造模型。模型是描述多目标决策问题内部关系、外部环境及目标实现的简单而抽象的形式。模型有多种形式，多目标决策问题数学模型化是进行多曰标决策分析的基本前提。
5) 根据数学模型求非劣解(集)。
6) 对求得的非劣解，决策人表示偏好态度。
7) 对决策人新的偏好求最优解。若是非劣解，则重复第六步，直到决策人最终接受某一可行方案。
与单目标决策相比，多目标决策主要有两个比较难解决的问题：一是多个目标之间不能公断，即各目标的量纲不同，各目标不能直接比较优劣，这为方案的综合评价带来了困难；二是多个目标往往是相互矛盾的，不存在通常意义上的最优解，而决策者只能在非劣解集中选择一个偏好解。
4.2 多目标决策技术对油气管道完整性管理实用性的影晌
由于多目标决策技术本身固有的局限性，将其应用于油气管道完整性管理，将影响到完整性管理决策方案的实用性。具体体现在以下方面[11～12]：
4.2.1指标体系引起的决策误差
多指标体系往往表现为多级的递阶结构形式(如肯特指标体系法[13])，它兼有体系的综合性和指标问的复杂性双重特点。比如各目标间的关联程度不同，一旦选用的决策方法是以各目标间相互独立为前提的话，将会导致决策误差；而若将相互关联的指标完全剔除，虽然保持了目标间的独立性，但是评价指标的完整性将受到破坏；同时指标的遗漏、重复或者人为选取的主观性等都将导致决策误差的存在。
4.2.2指标处理引起的决策误差
在多目标决策指标体系中，指标具有多样性。为了便于对多目标决策问题进行分析，对指标进行处理(如合并、剔出、标准化等)是必须的。例如，指标的规范化是基础性工作，也是极其重要的一个环节，它的使用得当与否，直接影响后续工作的质量，决定着评价结论的可靠性。然而，人们在实际处理时，往往简化了这一工作，简单地用线性规划等方法将指标一并处理[14]，结果忽略了各指标的特点，未能体现指标变化的动态特征，从而降低了评价的客观性。
4.2.3评分权重分配引起的决策误差
在油气管道完整性指标体系确定的前提下，影响综合评价的首要任务是评价因子的赋权[15]。管道安全特性表现为多因素的关联效应，部分因素的模糊性和随机性使得因子权重的确定十分复杂，然而对评价因子权重的分配，又将直接影响到评价结果的准确性和科学性。事实上，不管是哪种确定指标权系数的主观方法，都是基于对指标的主观偏好方法，免不了带有一定程度的主观随意性，而这种主观性是不能完全被消除的。
4.2.4模型算法中引起的决策误差
建立了多目标决策指标体系，确定了相应指标及其权重后，就要运用相应的模型和方法进行决策分析计算，找到最终的决策方案。就目前而言，多目标决策模型方法很多，但很难找到一种模型能够完全反映工程客观实际。这种误差既包括模型局限性(如线性化假设、静态假设等)引起的误差，也包括算法(如概率统计)产生的误差。
5 结论与建议
油气管道完整性管理技术近年来在国外油气管道工业中发展迅速。为了加快掰国油气管道完整性管理技术的发展步伐，我们应该加强对国外管道完整性管理效果的跟踪和技术交流，理解和掌握国外油气管道完整性管理的基本理念，结合我国油气管道运行的实际状况，尽早建立中国的油气管道完整性管理法规和标准体系，并适时成立油气管道完整性管理监管和专业评价机构；油气管道运营企业应根据实情对不同时期、不同条件下的油气管道，制定不同层次、分段实施的完整性管理计划，并不断积累油气管道运行历史工况数据和环境条件参数；科研部门应重点致力于研究完整性评价技术和开发新型检测工具。
参考文献
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(本文作者：姚安林1 赵忠刚2 李又绿1 李大全2 1.西南石油大学；2.中国石油天然气管道科学研究院)
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