毛愛(ài)梅

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，為了更好地完成生產(chǎn)指揮、工藝改造和職工培訓(xùn)等工作，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)三維站場(chǎng)系統(tǒng)，使天然氣集輸站場(chǎng)流程三維立體化、地下管網(wǎng)可視化，賦予站場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)流程的模擬改造，讓使用者如同身歷其境一般觀(guān)察三維空間內(nèi)的事物及生產(chǎn)運(yùn)行情況。通過(guò)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，從技術(shù)改造、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)指揮、培訓(xùn)等多個(gè)方面，提高了生產(chǎn)管理水平。

【關(guān)鍵詞】三維站場(chǎng)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；模擬改造；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；生產(chǎn)管理

【中圖分類(lèi)號(hào)】 F224-39【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0008-01

1 引言

目前，天然氣集輸站場(chǎng)工藝流程主要以二維圖紙的形式進(jìn)行展示，無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)工藝改造，還是站內(nèi)流程學(xué)習(xí)，均是通過(guò)查看二維流程圖紙來(lái)掌握站內(nèi)各流程的情況，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的多次改造和人員流動(dòng)，造成現(xiàn)場(chǎng)部分流程圖與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際走向不符，在生產(chǎn)指揮和工藝改造時(shí)，需要經(jīng)驗(yàn)豐富、熟悉現(xiàn)場(chǎng)人員才能很好地完成工作；在職工培訓(xùn)方面，主要采用師帶徒和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)等方式進(jìn)行，由于部分埋地流程不能直觀(guān)的展示，造成部分流程難以理解、學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)等現(xiàn)象的發(fā)生。為了更好地完成生產(chǎn)指揮、工藝改造和職工培訓(xùn)等工作，提高生產(chǎn)管理水平，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，采用Autodesk 3dsmax、VRP、ORACLE等軟件進(jìn)行三維站場(chǎng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)緊密結(jié)合油氣生產(chǎn)需要，優(yōu)選了圖形引擎、建模環(huán)境等相關(guān)軟件，以網(wǎng)站形式發(fā)布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)的三維成像、漫游、數(shù)據(jù)庫(kù)交互顯示、人機(jī)交互和虛擬改造流程模塊以及動(dòng)態(tài)流程等功能，便于操作人員的使用。

2 軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)情況

為解決二維圖紙流程存在的局限性，更好地服務(wù)于生產(chǎn)，將站場(chǎng)流程與生產(chǎn)業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)的三維虛擬化和交互性，對(duì)網(wǎng)頁(yè)三維平臺(tái)搭建、設(shè)備管道建模、漫游形式、數(shù)據(jù)庫(kù)連接、人機(jī)交互、虛擬改造流程、動(dòng)態(tài)流程展示等方面內(nèi)容進(jìn)行研究。

2.1站場(chǎng)場(chǎng)景的三維建模

為便于三維站場(chǎng)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，在圖形引擎和建模環(huán)境選擇上，主要從功能、易用性、后期維護(hù)以及投入成本等多個(gè)方面進(jìn)行比對(duì)，采用中視典VRP虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，利用Autodesk 3ds Max軟件實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)施的建模，通過(guò)收集各站場(chǎng)CAD圖紙，對(duì)站場(chǎng)流程進(jìn)行分析處理，根據(jù)站場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)站內(nèi)建筑物進(jìn)行模型等級(jí)分類(lèi)，根據(jù)分類(lèi)進(jìn)行多次實(shí)地考察和拍攝照片。利用現(xiàn)場(chǎng)照片更好的認(rèn)識(shí)建筑物結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境，以及建模紋理和貼圖素材的收集，完成各站場(chǎng)大小模型7萬(wàn)多個(gè)，模型面數(shù)1500多萬(wàn)面，主要包括基礎(chǔ)建筑、閥門(mén)、分離器、水套爐、分液包、消防棚、匯管、節(jié)流裝置、壓縮機(jī)、脫水撬等設(shè)備以及相關(guān)零配件。

2.2 站場(chǎng)場(chǎng)景的漫游交互

三維站場(chǎng)系統(tǒng)完成的首要功能就是漫游，一個(gè)良好的漫游系統(tǒng)應(yīng)該具備實(shí)時(shí)的漫游性能和逼真的漫游效果。為滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求，設(shè)計(jì)了用戶(hù)自主漫游和飛行漫游兩種漫游方式。

2.3 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)顯示

通過(guò)對(duì)VRP軟件的研究，發(fā)現(xiàn)VRP不支持ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)，為了能共享現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源和解決VRP軟件自身軟件的缺陷問(wèn)題，利用VRP中網(wǎng)頁(yè)觸發(fā)功能，以網(wǎng)頁(yè)傳遞參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。為滿(mǎn)足三維站場(chǎng)各類(lèi)設(shè)備信息的統(tǒng)計(jì)查詢(xún)，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，給站場(chǎng)每個(gè)設(shè)備按要求進(jìn)行編號(hào)，編寫(xiě)帶有參數(shù)傳遞的VRP腳本，將參數(shù)傳遞到網(wǎng)頁(yè)，用ASP腳本語(yǔ)言編寫(xiě)參數(shù)分析處理和ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)交互程序，實(shí)現(xiàn)三維站場(chǎng)中相關(guān)設(shè)備信息顯示、設(shè)備到期檢驗(yàn)預(yù)警提示統(tǒng)計(jì)、站場(chǎng)簡(jiǎn)介、操作規(guī)程等功能。設(shè)備信息主要包括：閥門(mén)、壓力容器、匯管、管線(xiàn)和壓縮機(jī)等，這種方法靈活性高，與原有的信息系統(tǒng)結(jié)合更緊密。

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)顯示方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將計(jì)量數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器中，對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密處理，通過(guò)VRP+ASP的方式調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以網(wǎng)頁(yè)的形式進(jìn)行顯示，同時(shí)在三維站場(chǎng)流程內(nèi)標(biāo)注投用自動(dòng)計(jì)量設(shè)備的具體位置，便于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析處理。

2.4 動(dòng)態(tài)流程展示

根據(jù)站內(nèi)關(guān)鍵流程走向和氣體變化情況，制定氣體流程路徑，通過(guò)路徑動(dòng)畫(huà)，模擬顯示氣體流動(dòng)的效果，在氣體流動(dòng)到關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)，通過(guò)VRP腳本代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)帶有文字提示的動(dòng)態(tài)流程演示效果，通過(guò)演示讓使用者快速了解站場(chǎng)流程的運(yùn)行情況。

2.5 設(shè)備模型控制

（1）模擬流程改造

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，將常用的管線(xiàn)、閥門(mén)、分離器、水套爐等設(shè)備模型進(jìn)行組合隱藏，在對(duì)流程進(jìn)行模擬改造的時(shí)候，通過(guò)VRP腳本編輯器編寫(xiě)模型控制腳本，完成模型的復(fù)制、隱藏、刪除、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、放大縮小及顏色等功能，使用人員利用該功能可以對(duì)改造方案進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和方案的討論，確保設(shè)計(jì)方案的可靠性和有效性。

（2）系統(tǒng)流程分類(lèi)顯示

根據(jù)站場(chǎng)特點(diǎn)和需求進(jìn)行流程分類(lèi)，分離出排污系統(tǒng)、放空系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、單井流程系統(tǒng)等各類(lèi)流程進(jìn)行分類(lèi)顯示。通過(guò)VRP隱藏模型的功能，將系統(tǒng)外的模型進(jìn)行隱藏，實(shí)現(xiàn)分類(lèi)顯示的效果。

3 軟件系統(tǒng)的推廣應(yīng)用

三維站場(chǎng)系統(tǒng)以HTM為擴(kuò)展名的網(wǎng)頁(yè)式文件進(jìn)行發(fā)布，目前已完成天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠(chǎng)各集配氣站三維站場(chǎng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并且在流程改造、數(shù)據(jù)分析和生產(chǎn)培訓(xùn)等方面進(jìn)行應(yīng)用，為領(lǐng)導(dǎo)決策層和生產(chǎn)相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)提供了直觀(guān)的站場(chǎng)流程和實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，輔助相關(guān)部門(mén)在下步生產(chǎn)指揮和調(diào)度方面做出正確的決策；在方案設(shè)計(jì)方面，技術(shù)部門(mén)研究工藝流程、流程改造方面，加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，節(jié)省了大量的資金和人力物力；在培訓(xùn)方面，崗位職工在任何時(shí)間、任何聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)登錄該系統(tǒng)進(jìn)行全面的學(xué)習(xí)，形象直觀(guān)的界面和強(qiáng)大交互性，增強(qiáng)職工學(xué)習(xí)的積極性，使崗位職工快速掌握各站場(chǎng)流程、工藝、設(shè)備參數(shù)等信息，提高學(xué)習(xí)效率，縮短生產(chǎn)培訓(xùn)周期。

4 結(jié)論

通過(guò)開(kāi)發(fā)應(yīng)用三維虛擬技術(shù)，采用Autodesk 3dsmax、VRP、Photoshop、AutoCAD、ORACLE等軟件完成了天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠(chǎng)35個(gè)站場(chǎng)的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)緊密結(jié)合，具有交互性強(qiáng)、形象直觀(guān)、模型操作靈活性大，廣泛應(yīng)用于技術(shù)改造、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)指揮、生產(chǎn)培訓(xùn)等多個(gè)方面，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化氣田打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)管理水平。