摘　要：北斗卫星系统是我国自主研发的卫星系统，该系统利用两颗地球同步卫星为用户提

供全天候、区域性卫星定位及短报文通讯应用服务，非常有利于偏远地区、海洋作业的数据传输和定位。由多个现场智能终端、北斗卫星、北斗卫星地面接收站和油气田测控中心四个部分组成油气田SCADA系统。利用其通讯定位功能可摆脱地理、交通、电力的限制，在高危区传输生产数据，能在常规专网、公网中断和国外卫星通信掐断的情况下，或是在突发地质灾或重大事故时，确保油气田生产、运输正常，使国家公共安全得到保障。

关键词：北斗卫星；SCADA；管道；救援；通信

随着中国国民经济的快速发展，全国石油消耗量迅速增长，石油天然气等能源产业在国家经济中的地位越来越重要。各大型油气生产企业均期盼能实现高效安全生产、数字化远程管理和调度指挥。但目前国内大部分远离居住区的油气站场仍采用传统的定期巡检方式记录生产数据，油气管道由于所处的地理环境复杂，常受到地质灾害和人为破坏的威胁，更是难以实现远程化管理和测控。随着油气站场的增加，管道铺设面更广，对油气田原有SCADA系统提出了更高的要求。利用北斗卫星通讯定位功能就可摆脱地理、交通、电力的限制，不仅可在高危地区传输生产数据，构建油气田全域SCADA系统，而且能在常规专网、公网中断和国外卫星通信掐断的情况下，或是在突发地质灾害或重大事故时，确保油气田生产、运输正常，使国家公共安全得到保障^[1]。

1 北斗定位通信系统

北斗卫星系统是我国自主研发的卫星系统，其一代系统简称为北斗一号。该系统利用两颗地球同步卫星为用户提供全天候、区域性卫星定位及短报文通讯应用服务，非常有利于偏远地区、海洋作业的数据传输和定位。各用户可使用北斗卫星接入机入网，采用民用版本通讯协议传输数据。目前各运营商为入网用户提供不同类型和大小的接入机以及唯一标识机号。北斗定位通信系统主要指标如下^[2]：定位精度：<10 m；一次成功定位成功率：≥95％；平均通信延时：<2 s。

2 系统实施方案

针对我国油气田开发的实际需求，利用北斗卫星构建的SCADA系统主要测控对象包括：油气站场或单井的生产状况，油气集输管道以及阀室的工作状况，管道周围山体的活动情况，相关人员、车辆所处位置等。根据上述测控对象的特点，设计现场智能终端构建油气田SCADA系统，主要包括：站场测控终端、阀室测控终端、管道监测终端、山体位移监测终端、车辆终端、人员终端。各终端分别安装在各测控点并连接北斗卫星接入机，进而实现与测控中心的数据传输。

2.1 现场智能终端功能

站场测控终端安装在油气田各集输站场或单井上，输入端连接变送器获取监测数据，输出端连接执行机构完成现场动作，通讯端连接北斗卫星接入机。

阀室测控终端安装在油气管道沿线各阀室中，其输入、输出端与阀室控制器的输出、输入端对应连接，采集和传输阀室的工作状况参数，修改阀室控制器的控制参数，通讯端连接北斗卫星接入机。管道监测终端安装在管道沿线阴极保护站附近。输入端与阴极保护站的输出线连接，监测阴极保护电位，并利用北斗接入机和北斗卫星对管道定位^[3]。通过上述参数可对管道的完整性进行初步判断，从而防止重大事故发生。山体位移监测终端安装在站场、阀室、油气管道附近需要对山体位移进行监测的地区，该域往往是无市电、农电供给的危险区域，或者是卫星信道受阻区域。多个山体位移监测终端采用包括ZIGBEE、自由波等方式连接，构成一个无线通信网，形成监测阵列。网内将一个终端设为带北斗卫星传输功能的主站，其余为从站。从站监测的数据通过无线通信网传输给主站后再通过卫星远传。该类终端可用太阳能供电，以扩大系统监测区域。车辆终端可安装在移动指挥车、救援车、运输车辆上。该终端利用北斗接入机和北斗卫星对上述车辆定位，并自动将定位信息上传测控中心服务器，保证测控中心人员在发生油气泄漏等重大事故时，能根据位置信息对车辆进行正确高效的调度。同时该终端能在事故地点25公里半径范围内建立无线数字语音集群通信网，和人员终端建立无线语音通信连接，保证救援人员之间的语音通话。无线数字语音集群通信网是指集对讲机、GSM、CDMA传输于一体的智能化数字语音通信网^[4]。

人员终端一般由救援人员携带。在发生油气泄漏等重大事故或通信中断的情况下，救援人员到达现场施救和处理事故，利用该终端实现在无线数字语音集群通信网内通话，实现与测控中心指挥人员的短报文通信；同时该终端利用北斗接入机和北斗卫星对救援人员定位，并且自动将定位信息上传测控中心服务器，方便测控中心指挥人员做出正确的调度。

2.2 现场智能终端组网

整个系统包括北斗卫星信道、无线信道和无线数字语音信道三种信道，适合在山谷、狭长地域或地理条件复杂区域使用，尤其适合数据量不大的油气站场、管道状况的监测和应急救援通信保障。在卫星信号良好的区域，直接利用北斗卫星的短报文方式与测控中心传输数据；在卫星信号受阻或有地质危险的区域，利用无线信道构建无线通信网，再利用北斗卫星信道远传；在需要语音通话的场合，利用无线数字语音信道构建语音通信网。

2.3 系统总体架构

由多个现场智能终端、北斗卫星、北斗卫星地面接收站和油气田测控中心四个部分组成油气田SCADA系统。系统总体结构如图1所示。每个现场智能终端配备具有唯一标识号的北斗接入机，通过该接入机与北斗卫星传输监控数据；北斗卫星通过卫星信道与卫星地面接收站传输数据，地面接收站再将数据传输给运营商的数据库服务器。该数据库服务器向互联网提供加密访问端口，油气田测控中心的应用服务器通过互联网访问该加密端口，实现与运营商数据库服务器的连接，再根据北斗接入机的标识号传输各现场智能终端的实时数据。

3 结语

该SCADA 系统分别于2010 年 12 月、2011 年6～7月在中石油管道公司兰成渝分公司成都站所辖管线，中石化西南油气分公司川西采气厂石板滩输配气站、青白江配气站，石板滩－斑竹园输气管线、青白江—大湾输气管线等多个测试点同时进行了近两个月的性能实验和试用，测控中心设在西南石油大学油气田数字化研究与工程中心内，并和其他数据传输方式进行对比实验。通过对大量的实验数据和资料分析可知，该系统不依靠任何通信公网或专网便能准确获取各站场、阀室的生产数据，获取集输管道的状态信息，替代人工巡线工作；获取移动车辆、人员的位置信息，并能实现语音通话。系统可长期稳定运行，数据丢包率<1%，定位精度<10 m，能满足油气田及其他相似行业无人测控生产、辅助应急救援的需要。

参考文献：

[1] 王锦，曹谢东，茹黎南，等．北斗卫星系统在国家能源建设战略重点—石油、天然气田开发中的应用探讨[J]．中国航天，2010（3）：15-18．

[2] 谭述森，窦长江．论基于北斗的卫星导航应用服务[J]．中国航天，2008（7）：11-13．

[3] 王庆峰，李跃辉，徐建，等．GPS卫星定位技术在埋地管道腐蚀检测中的应用[J]．油气田地面工程，2003，22（12）：32．

[4] 卢瑞峰．DIMETRA数字集群调度系统语音功能的研究与开发[D]．北京：北京交通大学，2009．

　　 (本文作者：夏文鹤¹茹黎南²　1 西南石油大学电气信息学院　 2 四川省科技交流中心)