摘　要：北斗衛星系統是我國自主研發的衛星系統，該系統利用兩顆地球同步衛星為用戶提

供全天候、區域性衛星定位及短報文通訊應用服務，非常有利于偏遠地區、海洋作業的數據傳輸和定位。由多個現場智能終端、北斗衛星、北斗衛星地面接收站和油氣田測控中心四個部分組成油氣田SCADA系統。利用其通訊定位功能可擺脫地理、交通、電力的限制，在高危區傳輸生產數據，能在常規專網、公網中斷和國外衛星通信掐斷的情況下，或是在突發地質災或重大事故時，確保油氣田生產、運輸正常，使國家公共安全得到保障。

關鍵詞：北斗衛星；SCADA；管道；救援；通信

隨著中國國民經濟的快速發展，全國石油消耗量迅速增長，石油天然氣等能源產業在國家經濟中的地位越來越重要。各大型油氣生產企業均期盼能實現高效安全生產、數字化遠程管理和調度指揮。但目前國內大部分遠離居住區的油氣站場仍采用傳統的定期巡檢方式記錄生產數據，油氣管道由于所處的地理環境復雜，常受到地質災害和人為破壞的威脅，更是難以實現遠程化管理和測控。隨著油氣站場的增加，管道鋪設面更廣，對油氣田原有SCADA系統提出了更高的要求。利用北斗衛星通訊定位功能就可擺脫地理、交通、電力的限制，不僅可在高危地區傳輸生產數據，構建油氣田全域SCADA系統，而且能在常規專網、公網中斷和國外衛星通信掐斷的情況下，或是在突發地質災害或重大事故時，確保油氣田生產、運輸正常，使國家公共安全得到保障^[1]。

1 北斗定位通信系統

北斗衛星系統是我國自主研發的衛星系統，其一代系統簡稱為北斗一號。該系統利用兩顆地球同步衛星為用戶提供全天候、區域性衛星定位及短報文通訊應用服務，非常有利于偏遠地區、海洋作業的數據傳輸和定位。各用戶可使用北斗衛星接入機入網，采用民用版本通訊協議傳輸數據。目前各運營商為入網用戶提供不同類型和大小的接入機以及唯一標識機號。北斗定位通信系統主要指標如下^[2]：定位精度：<10 m；一次成功定位成功率：≥95％；平均通信延時：<2 s。

2 系統實施方案

針對我國油氣田開發的實際需求，利用北斗衛星構建的SCADA系統主要測控對象包括：油氣站場或單井的生產狀況，油氣集輸管道以及閥室的工作狀況，管道周圍山體的活動情況，相關人員、車輛所處位置等。根據上述測控對象的特點，設計現場智能終端構建油氣田SCADA系統，主要包括：站場測控終端、閥室測控終端、管道監測終端、山體位移監測終端、車輛終端、人員終端。各終端分別安裝在各測控點并連接北斗衛星接入機，進而實現與測控中心的數據傳輸。

2.1 現場智能終端功能

站場測控終端安裝在油氣田各集輸站場或單井上，輸入端連接變送器獲取監測數據，輸出端連接執行機構完成現場動作，通訊端連接北斗衛星接入機。

閥室測控終端安裝在油氣管道沿線各閥室中，其輸入、輸出端與閥室控制器的輸出、輸入端對應連接，采集和傳輸閥室的工作狀況參數，修改閥室控制器的控制參數，通訊端連接北斗衛星接入機。管道監測終端安裝在管道沿線陰極保護站附近。輸入端與陰極保護站的輸出線連接，監測陰極保護電位，并利用北斗接入機和北斗衛星對管道定位^[3]。通過上述參數可對管道的完整性進行初步判斷，從而防止重大事故發生。山體位移監測終端安裝在站場、閥室、油氣管道附近需要對山體位移進行監測的地區，該域往往是無市電、農電供給的危險區域，或者是衛星信道受阻區域。多個山體位移監測終端采用包括ZIGBEE、自由波等方式連接，構成一個無線通信網，形成監測陣列。網內將一個終端設為帶北斗衛星傳輸功能的主站，其余為從站。從站監測的數據通過無線通信網傳輸給主站后再通過衛星遠傳。該類終端可用太陽能供電，以擴大系統監測區域。車輛終端可安裝在移動指揮車、救援車、運輸車輛上。該終端利用北斗接入機和北斗衛星對上述車輛定位，并自動將定位信息上傳測控中心服務器，保證測控中心人員在發生油氣泄漏等重大事故時，能根據位置信息對車輛進行正確高效的調度。同時該終端能在事故地點25公里半徑范圍內建立無線數字語音集群通信網，和人員終端建立無線語音通信連接，保證救援人員之間的語音通話。無線數字語音集群通信網是指集對講機、GSM、CDMA傳輸于一體的智能化數字語音通信網^[4]。

人員終端一般由救援人員攜帶。在發生油氣泄漏等重大事故或通信中斷的情況下，救援人員到達現場施救和處理事故，利用該終端實現在無線數字語音集群通信網內通話，實現與測控中心指揮人員的短報文通信；同時該終端利用北斗接入機和北斗衛星對救援人員定位，并且自動將定位信息上傳測控中心服務器，方便測控中心指揮人員做出正確的調度。

2.2 現場智能終端組網

整個系統包括北斗衛星信道、無線信道和無線數字語音信道三種信道，適合在山谷、狹長地域或地理條件復雜區域使用，尤其適合數據量不大的油氣站場、管道狀況的監測和應急救援通信保障。在衛星信號良好的區域，直接利用北斗衛星的短報文方式與測控中心傳輸數據；在衛星信號受阻或有地質危險的區域，利用無線信道構建無線通信網，再利用北斗衛星信道遠傳；在需要語音通話的場合，利用無線數字語音信道構建語音通信網。

2.3 系統總體架構

由多個現場智能終端、北斗衛星、北斗衛星地面接收站和油氣田測控中心四個部分組成油氣田SCADA系統。系統總體結構如圖1所示。每個現場智能終端配備具有唯一標識號的北斗接入機，通過該接入機與北斗衛星傳輸監控數據；北斗衛星通過衛星信道與衛星地面接收站傳輸數據，地面接收站再將數據傳輸給運營商的數據庫服務器。該數據庫服務器向互聯網提供加密訪問端口，油氣田測控中心的應用服務器通過互聯網訪問該加密端口，實現與運營商數據庫服務器的連接，再根據北斗接入機的標識號傳輸各現場智能終端的實時數據。

3 結語

該SCADA 系統分別于2010 年 12 月、2011 年6～7月在中石油管道公司蘭成渝分公司成都站所轄管線，中石化西南油氣分公司川西采氣廠石板灘輸配氣站、青白江配氣站，石板灘－斑竹園輸氣管線、青白江—大灣輸氣管線等多個測試點同時進行了近兩個月的性能實驗和試用，測控中心設在西南石油大學油氣田數字化研究與工程中心內，并和其他數據傳輸方式進行對比實驗。通過對大量的實驗數據和資料分析可知，該系統不依靠任何通信公網或專網便能準確獲取各站場、閥室的生產數據，獲取集輸管道的狀態信息，替代人工巡線工作；獲取移動車輛、人員的位置信息，并能實現語音通話。系統可長期穩定運行，數據丟包率<1%，定位精度<10 m，能滿足油氣田及其他相似行業無人測控生產、輔助應急救援的需要。

參考文獻：

[1] 王錦，曹謝東，茹黎南，等．北斗衛星系統在國家能源建設戰略重點—石油、天然氣田開發中的應用探討[J]．中國航天，2010（3）：15-18．

[2] 譚述森，竇長江．論基于北斗的衛星導航應用服務[J]．中國航天，2008（7）：11-13．

[3] 王慶峰，李躍輝，徐建，等．GPS衛星定位技術在埋地管道腐蝕檢測中的應用[J]．油氣田地面工程，2003，22（12）：32．

[4] 盧瑞峰．DIMETRA數字集群調度系統語音功能的研究與開發[D]．北京：北京交通大學，2009．

　　 (本文作者：夏文鶴¹茹黎南²　1 西南石油大學電氣信息學院　 2 四川省科技交流中心)