董佳麗 楊建文 經(jīng)秋霞 劉中平

中國石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司 北京 100083

隨著新能源產(chǎn)業(yè)[1]的蓬勃發(fā)展，中國石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司地?zé)醄2]業(yè)務(wù)輻射全國10余個省。在地?zé)崞髽I(yè)向數(shù)字化、智能化、信息化轉(zhuǎn)型的過程中，公司積累了大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)普遍存在多源、分散、孤立等問題。同時，固定的報(bào)表設(shè)計(jì)無法滿足用戶復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)場景，因此需要更加直觀、低代碼、靈活敏捷的可視化報(bào)表，實(shí)現(xiàn)敏捷準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、控制和多源交互的數(shù)據(jù)整合、分析，為新星公司實(shí)現(xiàn)以“地?zé)帷睘橐I(lǐng)的新能源產(chǎn)業(yè)體系目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，推動國家地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化發(fā)展[3]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與業(yè)務(wù)框架

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

按照“平臺+數(shù)據(jù)+應(yīng)用”的架構(gòu)分層，系統(tǒng)架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成[4]?；A(chǔ)設(shè)施層主要由分布在新星公司自然站的數(shù)采設(shè)備、PLC等組成，通過網(wǎng)絡(luò)層（以SD-WAN為主）將生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送至石化智云，在數(shù)據(jù)層之上建立相應(yīng)的應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和直觀展示。系統(tǒng)用戶通過內(nèi)網(wǎng)，或者互聯(lián)網(wǎng)通過VPN方式，通過瀏覽器可以訪問本系統(tǒng)。內(nèi)網(wǎng)部署和SD-WAN數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳方案，也有效的解決了數(shù)據(jù)安全問題。

1.2 業(yè)務(wù)框架

新星公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)來自于實(shí)時數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的整合，整體架構(gòu)為兩次提交、兩級審批，即自然站填報(bào)提交、基層站審批和提交、分子公司審批、新星公司自動收到數(shù)據(jù)。

2 功能設(shè)計(jì)

在新星公司“熱氫風(fēng)光”新能源產(chǎn)業(yè)布局下，必須打破數(shù)據(jù)孤島，充分整合實(shí)時數(shù)據(jù)、日報(bào)數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)部和各單位新的生產(chǎn)運(yùn)營分析需求。地?zé)峥梢暬到y(tǒng)，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算[4]為背景，部署于石化智云平臺上，具備賬戶權(quán)限控制功能，具備新星公司總公司和各分子公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可視化[5]管理功能。通過數(shù)據(jù)治理，建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)管理體系，從多源且龐雜的數(shù)據(jù)中提取出所需要的數(shù)據(jù)，再引入商業(yè)智能分析[6]技術(shù)捕獲和深度分析數(shù)據(jù)，建立了能耗分析、回灌分析、地?zé)峋\(yùn)行分析等模塊。該系統(tǒng)一方面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自下而向上逐級匯總的可視化展示，另一方面也完成了自上而下的數(shù)據(jù)鉆取和數(shù)據(jù)驅(qū)動作用[7]。無論是新星公司到分子公司的整體數(shù)據(jù)，還是基層站、自然站甚至具體井的數(shù)據(jù)，都可進(jìn)行下鉆展示。支持電腦端圖表瀏覽、下載，以及明細(xì)數(shù)據(jù)下載，可視化界面可每十分鐘更新一次，基本滿足地?zé)徇\(yùn)營的實(shí)時動態(tài)分析。

（1）角色設(shè)置

根據(jù)新星公司組織架構(gòu)和業(yè)務(wù)需要需要，本系統(tǒng)設(shè)置角色共有五類：

1）基層站人員賬號：可以查看和下載所屬基層站數(shù)據(jù)可視化分析看板。

2）分子公司管理賬號：可以查看和下載本公司數(shù)據(jù)可視化分析看板。

3）總公司管理賬號：可以查看和下載新星公司數(shù)據(jù)可視化看板，并可通過篩選等功能瀏覽分子公司可視化看板。

4）管理員賬號：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)可視化看板的開發(fā)、維護(hù)；

5）普通用戶賬號：僅支持?jǐn)?shù)據(jù)的查看，不支持下載。

通過角色來授予不同用戶不同權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對可視化系統(tǒng)的權(quán)限分配和賬戶控制，從而滿足各級單位的業(yè)務(wù)需求。

（2）數(shù)據(jù)下鉆

對于新星公司而言，其下包含了各個分公司，每個分公司又包含眾多基層站，每個基層站下面又包含眾多自然站，自然站下包含多個二次側(cè)，以及不同類型的井。新星公司既希望看到整個公司整體的數(shù)據(jù)，也希望看到分公司各項(xiàng)指標(biāo)明細(xì)，甚至是下鉆到井上的數(shù)據(jù)。同時，分公司也希望能夠全面且細(xì)致的把控生產(chǎn)，這就需要逐層對數(shù)據(jù)的顆粒度進(jìn)行細(xì)化，既有對數(shù)據(jù)的整體把握，又無對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺失。綜上，公司領(lǐng)導(dǎo)層才能把握地?zé)嵘a(chǎn)進(jìn)度，對下屬機(jī)構(gòu)進(jìn)行指導(dǎo)。

數(shù)據(jù)下鉆滿足了管理人員根據(jù)業(yè)務(wù)需求有概括到具體的查看數(shù)據(jù)，把握業(yè)務(wù)特點(diǎn)，也方便了運(yùn)維人員按圖索驥，發(fā)現(xiàn)問題，從而及時調(diào)整生產(chǎn)、運(yùn)營策略。在數(shù)據(jù)明細(xì)表中，我們可以通過點(diǎn)擊表中的“+”實(shí)現(xiàn)下鉆功能。依次點(diǎn)擊表中的“+”可由公司數(shù)據(jù)下鉆至基層站再至自然站，最后下鉆到井，數(shù)據(jù)顆粒度逐漸細(xì)化。當(dāng)一直單擊向上箭頭，則可返回上一層級的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下鉆和分層級預(yù)覽。

（3）數(shù)據(jù)聯(lián)動

用戶在使用切片器時，數(shù)據(jù)聯(lián)動功能有效保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，能夠更加直觀的看到某一維度的各項(xiàng)指標(biāo)。例如，當(dāng)在選擇采暖季篩選器中，變動不同的采暖季，所有與篩選器關(guān)聯(lián)的圖表將進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)動；當(dāng)改變時間篩選器的起始日期，所有與篩選器關(guān)聯(lián)的圖表將進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)動；當(dāng)選中某一公司后，整個界面會進(jìn)行聯(lián)動，將數(shù)據(jù)篩選為該公司，其他公司的數(shù)據(jù)界面將顯示空白，且界面透明度降低，再次單擊恢復(fù)原狀。

該系統(tǒng)不僅有效解決了數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)安全等問題，而且顯著提升企業(yè)管理水平和運(yùn)營決策效率。在可視化系統(tǒng)的支撐下，基層生產(chǎn)、運(yùn)維人員逐漸以在生產(chǎn)指揮中心監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為主，以檢維修、巡視為輔，工作方式由“專人值守”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧偃松踔翢o人值守”，保證了生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線監(jiān)控、生產(chǎn)負(fù)荷預(yù)測提前、生產(chǎn)運(yùn)維策略優(yōu)化，大大降低了基層工作人員的勞動強(qiáng)度，生產(chǎn)、運(yùn)維、檢修實(shí)現(xiàn)小時級別的響應(yīng)。

3 數(shù)據(jù)可視化分析

（1）數(shù)據(jù)獲取

新星公司的地?zé)峋?、地?zé)嵴?、余熱站等生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)采用企業(yè)云存儲的方案，通過專用網(wǎng)絡(luò)，直接存入企業(yè)云存儲服務(wù)器系統(tǒng)（集團(tuán)公司數(shù)據(jù)中心）；集團(tuán)公司數(shù)據(jù)中心由兩套服務(wù)器組成數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，形成鏡像備份異地容災(zāi)；數(shù)據(jù)中心存儲數(shù)據(jù)類型，包括實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型及處理成果數(shù)據(jù)、氣候及環(huán)境數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

用戶需要具備一定的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識才能進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、提取工作，對大多數(shù)用戶有一定的技術(shù)門檻。而且，已經(jīng)建成的數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)局限于固定格式，無法滿足用戶復(fù)雜多變的需求，使得多維度瀏覽、提取、分析數(shù)據(jù)變得困難。通過POWER BI[8]直接關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)源，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析，可以讓用戶更加直觀的查看數(shù)據(jù)趨勢，進(jìn)行生產(chǎn)管理。

（2）多維數(shù)據(jù)分析

多源交互的跨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)整合和分析是指面向新星各類生產(chǎn)業(yè)務(wù)場景數(shù)據(jù)整合和分析，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源、跨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)整合，隨時隨地透視經(jīng)營，輔助企業(yè)科學(xué)決策。這一功能是形成新星公司“數(shù)據(jù)資產(chǎn)”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

Power BI是微軟公司的商業(yè)智能工具，圖表豐富，功能齊全，界面美觀，操作簡單，支持主流數(shù)據(jù)庫的連接，具有低代碼、敏捷開發(fā)特點(diǎn)。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，通過POWER BI連接多源數(shù)據(jù)，對基層站和自然站、井、二次側(cè)、公司等的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與再開發(fā)，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)建模，建立不同數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)維度表與事實(shí)表的有效連接，滿足用戶多維瀏覽數(shù)據(jù)的需求。通過將分子公司、基層站、自然站、井和二次側(cè)等維度表進(jìn)行管理，建立雪花模型的層級數(shù)據(jù)關(guān)系，并與各個日報(bào)數(shù)據(jù)等事實(shí)表相關(guān)聯(lián)，形成星座模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的多維數(shù)據(jù)分析。將數(shù)據(jù)進(jìn)行分權(quán)限展示，模塊化分析、自動化更新、持續(xù)性優(yōu)化與維護(hù)。通過可視化系統(tǒng)，可以直觀掌握日、月、年的生產(chǎn)完成情況、設(shè)備運(yùn)行情況、能源消耗情況，實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)分析。

4 數(shù)據(jù)可視化界面

地?zé)針I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可視化分析區(qū)分新星公司和各分公司可視化分析看板，設(shè)計(jì)了回灌分析、井及地下熱儲監(jiān)測、熱源供回水監(jiān)測、能耗分析和分公司日報(bào)界面，從地?zé)峋牟伤毓嗲闆r，地?zé)峋凸┡蝹?cè)的水溫、液位、流量、壓力情況，地?zé)嵴镜暮碾?、耗新鮮水、耗天然氣情況，以及分公司日報(bào)對地?zé)嵯嚓P(guān)數(shù)據(jù)和指標(biāo)進(jìn)行展示。

（1）回灌分析

回灌分析界面主要包含了時間篩選器、采水量與回灌量的關(guān)鍵指標(biāo)卡、餅狀圖、柱狀圖、趨勢圖、井的相關(guān)指標(biāo)以及回灌的明細(xì)表等，滿足整體數(shù)據(jù)的概括，也能查看數(shù)據(jù)明細(xì)，在看分類數(shù)據(jù)指標(biāo)的同時，也能看時間趨勢。界面設(shè)置了采暖季的篩選器、公司名稱的切片器，支持對日期、基層站、自然站以及井的篩選，滿足查看不同顆粒度的數(shù)據(jù)。通過在線實(shí)時監(jiān)測采水井和回灌井的水量、水溫、壓力、液位等指標(biāo)，及時掌握回灌效果，避免因回灌而引起的水資源問題。

（2）井及地下熱儲監(jiān)測

井及地下熱儲監(jiān)測主要為采水井、回灌井以及其他熱源的水溫、液位、流量、壓力趨勢圖，通過切片器和篩選器的設(shè)置，保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和完整性。用戶可以直觀的查看各項(xiàng)指標(biāo)的趨勢，并借助切片器、篩選器以及下鉆功能，全面的進(jìn)行井及地下熱儲監(jiān)測?？蒲腥藛T可以針對水溫水量的預(yù)測和地下熱儲動態(tài)監(jiān)測，并將科研成果運(yùn)用到熱藏開發(fā)、井位布置、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，通過地質(zhì)建模和歷史擬合和數(shù)模，監(jiān)測目前的水溫水量變化情況，并預(yù)測未來井運(yùn)行狀況，防止熱突破等情況的出現(xiàn)。

（3）熱源供回水監(jiān)測

熱源供回水監(jiān)測從二次側(cè)出發(fā)，來展示采水井、回灌井以及其他熱源的水溫、液位、流量、壓力趨勢圖，整體功能類似井及地下熱儲監(jiān)測。生產(chǎn)端可通過溫度、室外溫度趨勢、流量的動態(tài)變化，及時調(diào)整供熱端熱量供應(yīng)，在保證熱量充足的前提下，避免熱量浪費(fèi)，確保供需平衡。

（4）能耗分析

能耗分析是企業(yè)運(yùn)營關(guān)注的重要指標(biāo)，供熱站的主要能耗包含耗電量、耗水量，以及耗天然氣量。一方面，生產(chǎn)運(yùn)營方可根據(jù)能耗情況判斷設(shè)備是否有跑冒滴漏，另一方面，生產(chǎn)管理者也可將可行性研究分析與實(shí)際做對比，調(diào)整結(jié)構(gòu)、優(yōu)化投資。

（5）分公司日報(bào)

分公司日報(bào)界面主要展示了各分子公司每天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括供暖面積情況、設(shè)備運(yùn)行情況、采水回灌指標(biāo)以及能耗數(shù)據(jù)，較為綜合全面的展示了每天的生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)。管理人員可整體把握各公司的生產(chǎn)經(jīng)營狀況，做出生產(chǎn)調(diào)度、投資策略等。

5 結(jié)束語

地?zé)峥梢暬到y(tǒng)借助數(shù)據(jù)可視化技術(shù)進(jìn)行建模分析，將數(shù)據(jù)以交互性良好、高效直觀豐富的形式展示，發(fā)揮新星公司的數(shù)據(jù)資源作用。生產(chǎn)管理人員更加直觀的把控生產(chǎn)節(jié)奏，以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，科學(xué)高效生產(chǎn)，從而進(jìn)一步促進(jìn)公司生產(chǎn)高效運(yùn)營和科學(xué)管理。