徐玉鑫

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是油田數(shù)字化建設(shè)管理中的關(guān)鍵技術(shù)，能夠借助傳感器等實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)對象狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集，針對性地提供感知服務(wù)，輔助油田工作人員掌握物聯(lián)對象及環(huán)境相關(guān)情況。GIS技術(shù)能夠借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對地理分布相關(guān)地表數(shù)據(jù)信息采集、分析與管理等，在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用GIS技術(shù)對于油田的數(shù)字化建設(shè)發(fā)展具有積極意義。對GIS技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)聯(lián)應(yīng)用情況進(jìn)行了論述，分析了物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)在油田中的具體應(yīng)用，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)的油田設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)，為油田相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字油田；GIS；物聯(lián)網(wǎng)；技術(shù)應(yīng)用；設(shè)備設(shè)施管理

一、前言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為油田發(fā)展提供了新的助力，對于油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展具有積極意義，在智能化工生產(chǎn)、設(shè)備設(shè)施管理、產(chǎn)品物流監(jiān)測、資產(chǎn)狀態(tài)采集監(jiān)測等方面發(fā)揮出重要作用。為適應(yīng)設(shè)備設(shè)施智能化、生產(chǎn)經(jīng)營管理多元化等工作需求，油田需要將GIS技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備、資產(chǎn)、產(chǎn)品狀態(tài)及相關(guān)環(huán)境的高效監(jiān)控管理，為油田的數(shù)字化發(fā)展提供助力。隨著我國石油開采的需求越來越大，需要對開采區(qū)域的地理信息進(jìn)行充分分析，以此提高石油開采能力，強(qiáng)化石油企業(yè)管理效果。提出了石油物聯(lián)網(wǎng)中地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)的應(yīng)用探討，對GIS石油物聯(lián)網(wǎng)的總體框架做出了構(gòu)建，通過在網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層以及感知層等3個(gè)層面的組合，實(shí)現(xiàn)地理模型數(shù)字化石油管理。在石油物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用并融合GIS跟蹤與監(jiān)控技術(shù)手段，對石油及產(chǎn)品運(yùn)輸實(shí)時(shí)監(jiān)控跟蹤，監(jiān)測管道修檢，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程應(yīng)急管理。由此可見，在石油物聯(lián)網(wǎng)中，應(yīng)用GIS技術(shù)可以第一時(shí)間為石油的開采及相關(guān)工作提供可靠的地理位置信息，為指揮生產(chǎn)提供支持，對調(diào)度管理決策貢獻(xiàn)科學(xué)方式，在根本上提升油田的經(jīng)營競爭能力，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

二、 GIS技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)應(yīng)用概述

GIS技術(shù)的作用在于對地表相關(guān)地理、空間分布信息進(jìn)行采集、分析、管理和應(yīng)用的重要技術(shù)，GIS系統(tǒng)能夠針對屬性數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)以及空間定位數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分析，為相關(guān)決策規(guī)劃與管理工作提供方法策略。由GIS技術(shù)定義可以確認(rèn)，該技術(shù)主要面向地理空間分布數(shù)據(jù)發(fā)揮作用，在此基礎(chǔ)上，GIS技術(shù)還能夠深入挖掘同一空間中各因素之間的聯(lián)系，輔助工作人員掌握深層次的規(guī)律特征，幫助決策人員基于系統(tǒng)、全面的信息提升決策質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用過程中，能夠采集所接入各類物理設(shè)備的定位信息，該應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)的重要用途，常見的物流管理、管網(wǎng)設(shè)施監(jiān)控管理等相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了GIS平臺在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用管理[1]。

三、油田物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)的應(yīng)用情況分析

（一）石油化工智能化生產(chǎn)

石油化工生產(chǎn)過程普遍采取自動(dòng)化控制模式，為確保生產(chǎn)期間的操作、維護(hù)、管理等相關(guān)工作均能夠在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的作用下具有極高的開放性和可靠性，油田相關(guān)企業(yè)應(yīng)持續(xù)提升自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能化水平。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，生產(chǎn)單位能夠更智能地監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，GIS技術(shù)則可以輔助工作人員掌握生產(chǎn)管理期間的具體情況，通過移動(dòng)巡檢、壓力監(jiān)測、液位監(jiān)測、庫存管理、振動(dòng)監(jiān)測、污染排放監(jiān)測、安全狀態(tài)監(jiān)控等多方面的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對石油生產(chǎn)、運(yùn)輸、采購等各環(huán)節(jié)的智能化管理[2]。

（二）輸油管道遠(yuǎn)程巡檢監(jiān)測

輸油管道的運(yùn)維管理工作是油田生產(chǎn)維護(hù)中的重點(diǎn)任務(wù)，工作目標(biāo)在于通過巡視、維護(hù)解決管道老化破損、管道泄漏、盜油等問題，傳統(tǒng)巡視維護(hù)工作由人員現(xiàn)場開展，時(shí)效性較差的同時(shí)產(chǎn)生不必要的人力物力資源損耗[3]。在數(shù)字化油田建設(shè)過程中，油田管理人員可以合理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)，為輸油管道加裝無線傳感器，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將傳感器采集的管道壓力、溫度相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸給后天監(jiān)控主機(jī)，同時(shí)也可以借助GIS技術(shù)實(shí)時(shí)反饋管道地理位置信息，輔助監(jiān)控管理人員實(shí)時(shí)掌握管道全長區(qū)域的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)針對異常情況進(jìn)行處理。

（三）油田物資信息采集與監(jiān)控

在油田資產(chǎn)管理過程中，油田工作人員可以借助傳感器對資產(chǎn)位置相關(guān)信息進(jìn)行持續(xù)采集和上傳，同時(shí)也可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID讀取器對資產(chǎn)設(shè)備的信息進(jìn)行快速識別和采集，最終借助GIS平臺對相關(guān)資產(chǎn)信息進(jìn)行存儲、分析與管理，同時(shí)也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)將GIS平臺數(shù)據(jù)分析結(jié)果或采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸給移動(dòng)終端，為現(xiàn)場人員資產(chǎn)信息核對工作提供幫助。在管理資產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，油田還可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展物流管理工作，利用定位技術(shù)對石油物資進(jìn)行定位跟蹤，實(shí)時(shí)采集物資位置相關(guān)信息，借助GIS平臺對相關(guān)信息進(jìn)行整合加工，提升物流管理精度與效率，必要時(shí)還可以用于預(yù)警管理，規(guī)避物流風(fēng)險(xiǎn)問題[4]。

（四）原油物流動(dòng)態(tài)管理

油田企業(yè)可以利用RFID技術(shù)、GPRS技術(shù)、無線移動(dòng)視頻技術(shù)、GIS技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建能夠動(dòng)態(tài)管理原油等關(guān)鍵材料物流狀態(tài)的管理系統(tǒng)，一方面對管道巡檢、碼頭接卸、管道維護(hù)相關(guān)工作進(jìn)行監(jiān)控管理；另一方面借助技術(shù)手段動(dòng)態(tài)記錄并管理物流數(shù)據(jù)，為相關(guān)決策工作提供數(shù)據(jù)支持。為滿足數(shù)據(jù)采集工作需求，企業(yè)可以借助系統(tǒng)集成PLC、視頻監(jiān)控、DCS、GPS相關(guān)動(dòng)態(tài)數(shù)值，實(shí)時(shí)掌握原油管線流量計(jì)參數(shù)或溫度參數(shù)、控制閥開關(guān)狀態(tài)、加壓泵啟停與操作情況、在線分析測量點(diǎn)位、站場與碼頭實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)、油輪位置狀態(tài)等相關(guān)信息。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)需要借助物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理，借助GIS技術(shù)集中處理各數(shù)據(jù)信息，滿足各級管理部門的調(diào)度管控?cái)?shù)據(jù)需求。

（五）數(shù)字化油田建設(shè)管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與GIS技術(shù)的融合應(yīng)用可以輔助油田數(shù)字化管理平臺的建立，平臺具有可視化功能，能夠掌握目標(biāo)對象的空間位置信息，能夠?qū)δ繕?biāo)信息進(jìn)行識別采集和監(jiān)控管理[5]。例如，采油廠各設(shè)施系統(tǒng)主要包括油罐、外輸系統(tǒng)、聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站、計(jì)量站、油井等，采油廠生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要任務(wù)就是通過對各設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)以及采油流量、壓力、溫度等參數(shù)的監(jiān)測掌握所開采原油的質(zhì)量以及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性；在管理過程中，油田可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在站庫、站場、油井等采油廠關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，借助傳感器、傳輸網(wǎng)絡(luò)將大量設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)通過GIS技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息應(yīng)用管理平臺，實(shí)現(xiàn)油田的數(shù)字化建設(shè)與管理。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)的油田設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用與管理思路

1.物聯(lián)網(wǎng)與GIS 的融合

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)物，能夠借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備與感應(yīng)設(shè)備之間的信息交互，GIS技術(shù)則能夠與數(shù)據(jù)庫、移動(dòng)通信技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)對地理空間相關(guān)信息的集成管理。物聯(lián)網(wǎng)中RFID技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展為GIS技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用提供了助力，油田管理人員可以通過在油田設(shè)備設(shè)施中嵌入相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備，借助GPRS等網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行相關(guān)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集，并借助SuperMap云平臺實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集成管理，最終在三維虛擬場景中建立可視化的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。

2.設(shè)備物聯(lián)化管理

按功能用途劃分，油田設(shè)備具有動(dòng)設(shè)備與靜設(shè)備兩種類型，前者主要為儀器儀表等物聯(lián)設(shè)備，后者主要為儲油罐、“磕頭機(jī)”等不涉及生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)對油田生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的物聯(lián)管理，油田需要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用到現(xiàn)場動(dòng)設(shè)備之中，通過聯(lián)動(dòng)設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)對設(shè)備全生命周期的監(jiān)測與維護(hù)管理工作；通過RFID有源標(biāo)簽建立關(guān)鍵設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)，及時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將預(yù)警信息傳輸給管理人員；通過在生產(chǎn)設(shè)備本體或周邊加裝傳感器的方式采集設(shè)備運(yùn)行情況，并通過SCADA等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息傳輸給監(jiān)控平臺，輔助工作人員掌握設(shè)備運(yùn)行參數(shù)；通過全生命周期監(jiān)測管理結(jié)果為備用采購與設(shè)備維護(hù)工作提供指引，持續(xù)推進(jìn)“狀態(tài)修”模式，實(shí)現(xiàn)油田數(shù)字化運(yùn)維管理。

3.二、三維一體化設(shè)備設(shè)施管理

在物聯(lián)網(wǎng)GIS設(shè)備設(shè)施管理平臺建設(shè)期間，油田可以基于SuperMap云平臺中的Realspace 技術(shù)實(shí)現(xiàn)油田設(shè)備的二維、三維同步管理，在深化三維GIS應(yīng)用的基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)據(jù)管理、分析功能、符合系統(tǒng)與應(yīng)用開發(fā)等功能的全面整合，構(gòu)建業(yè)務(wù)應(yīng)用深度開發(fā)的GIS管理平臺。在Realspace技術(shù)的支持下，油田能夠基于不同比例尺的地理信息數(shù)據(jù)在三維場景中模擬站庫、油井等，借助精細(xì)化的場景和海量的物聯(lián)數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對油田的可視化、高效管理，滿足空間分析、數(shù)據(jù)管理等工作需求。

（二）系統(tǒng)功能架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)的油田設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、RFID技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)以及GPS技術(shù)等各項(xiàng)技術(shù)的融合應(yīng)用，系統(tǒng)整體框架是將三維虛擬場景和空間地理信息作為基礎(chǔ)，借助傳感器等實(shí)時(shí)采集空間地理信息，同時(shí)將空間地理信息與傳感器位置信息融合，借助SCADA等油田通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與現(xiàn)場設(shè)備的信息交互，為三維虛擬場景提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，從而完成現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控、定位管理工作。系統(tǒng)背景為QuickBird衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)與大比例尺數(shù)據(jù)，在三維空間中模擬站庫、油井等場景，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)來源于傳感器等采集的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)與既有的設(shè)備臺賬信息，通過SOA結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，各系統(tǒng)服務(wù)間的交互借助平臺外的通用技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)平臺的主要結(jié)構(gòu)是基于SuperMap云平臺搭建的，主要包括應(yīng)用、服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、感知等多個(gè)層級。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，感知層的關(guān)鍵設(shè)備為采集設(shè)備設(shè)施生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳感器；數(shù)據(jù)層主要涉及業(yè)務(wù)、三維模型、空間地理相關(guān)數(shù)據(jù)，空間地理數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要用于滿足各類生產(chǎn)運(yùn)維管理工作需求；網(wǎng)絡(luò)層的工作任務(wù)在于傳輸傳感器采集到的各類數(shù)據(jù)信息，油田應(yīng)用的傳輸網(wǎng)絡(luò)主要包括傳感器網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備設(shè)施管理專用網(wǎng)絡(luò)兩類；服務(wù)層主要用于滿足平臺運(yùn)行服務(wù)需求，提供各類接口、數(shù)據(jù)、Web服務(wù)，為平臺用戶提供多樣化服務(wù)體驗(yàn)；應(yīng)用層是基于服務(wù)層開發(fā)的各類應(yīng)用，如油田設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警、設(shè)備設(shè)施遠(yuǎn)程控制等。

1.數(shù)據(jù)庫

設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)具有空間與非空間兩種數(shù)據(jù)庫類型，空間數(shù)據(jù)庫需借助SuperMap SDX+技術(shù)對空間柵格、矢量相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與管理，并通過專用的訪問引擎完成空間數(shù)據(jù)的訪問工作，而非空間數(shù)據(jù)的訪問則可以借助JDBC或ODBC等開展。

數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)主要為矢量圖、高清影像、三維模擬等，矢量圖主要為油田周邊河流、邊界、要素等地理數(shù)據(jù)，以及油田內(nèi)部管線設(shè)備、道路、區(qū)域劃分線等數(shù)據(jù)；高清影像主要為背景圖中的QuickBird衛(wèi)星影像；三維模型數(shù)據(jù)即借助3DMax軟件建立包括油田管線設(shè)施、油井、站場等在內(nèi)的三維虛擬模型，模型數(shù)據(jù)組織以UDB格式的形式借助插件導(dǎo)出；油田中的長輸油管道模型數(shù)據(jù)則需要借助DeskPro 6R這一SuperMap中的技術(shù)進(jìn)行批量生成。設(shè)備設(shè)施屬性數(shù)據(jù)主要為靜態(tài)數(shù)據(jù)信息，工作人員可以借助設(shè)備臺賬采集相關(guān)信息并錄入數(shù)據(jù)庫之中，按油田生產(chǎn)工作類型可以將設(shè)備設(shè)施屬性數(shù)據(jù)劃分為四類，分別為安防監(jiān)控、水電路訊、物聯(lián)設(shè)備等輔助生產(chǎn)的設(shè)備屬性數(shù)據(jù)，井筒、井口等采油氣工程設(shè)備屬性數(shù)據(jù)，集輸、管道、處理、井場等地面工程設(shè)備屬性數(shù)據(jù)以及其他設(shè)備屬性數(shù)據(jù)。

2.系統(tǒng)服務(wù)

系統(tǒng)服務(wù)主要包括通用數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)兩類服務(wù)，前者的數(shù)據(jù)在oracle數(shù)據(jù)庫中存儲，訪問需借助JDBC進(jìn)行；后者的數(shù)據(jù)可以借助iServer 6R技術(shù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對包含地圖場景、空間數(shù)據(jù)源的SuperMap工作空間與GIS服務(wù)之間的轉(zhuǎn)化和管理。

3.設(shè)備監(jiān)控管理

系統(tǒng)具備設(shè)備臺賬管理功能，能夠輔助管理人員快速掌握設(shè)備品牌、型號、批次、種類、位置、責(zé)任人、投運(yùn)日期等基本信息；具備狀態(tài)監(jiān)控功能，能夠在監(jiān)控終端中對所采集的設(shè)備信息以矢量圖形等形式反饋給管理人員，如采油廠、油井等區(qū)域狀態(tài)查看以及內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)查看；具備設(shè)備故障報(bào)警功能，能夠借助平臺軟件算法對異常參數(shù)進(jìn)行預(yù)警，提醒管理人員設(shè)備異常情況；具備查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能，能夠給管理人員提供多樣化的數(shù)據(jù)分析報(bào)表，輔助完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的快速查詢等。

五、結(jié)語

綜上所述，油田企業(yè)需要積極引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、GIS相關(guān)技術(shù)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對油田現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、相關(guān)建筑及設(shè)施空間信息、物資信息等各類數(shù)據(jù)的采集，借助GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對各類空間或非空間數(shù)據(jù)的集成化管理，為油田的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供助力。

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作者單位：西部鉆探吐哈井下作業(yè)公司