油氣田智能化應(yīng)急聯(lián)動平臺的研究與設(shè)計

韓棟 馮國星 王龍

摘要：由于石油天然氣在生產(chǎn)及運輸過程中具有易燃易爆性、引發(fā)災(zāi)害因素繁多、過程與后果不可控等特性，因此油氣田應(yīng)急工作往往具有突發(fā)性強、情況復(fù)雜多變、救援困難、后果嚴重等特點，如果在災(zāi)難發(fā)生時救援不及時、戰(zhàn)術(shù)不正確，就會給員工生命和企業(yè)財產(chǎn)帶來巨大的損失。目前各大油氣田都相繼對生產(chǎn)站點與現(xiàn)場進行了數(shù)字化改造，并開發(fā)了相應(yīng)的安全管理平臺，但尚未針對應(yīng)急管理開發(fā)專門的管理系統(tǒng)。本文以長慶油氣田為例，分析目前油氣田應(yīng)急管理現(xiàn)狀，研究互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)手段在油氣田應(yīng)急管理中的應(yīng)用，設(shè)計科學(xué)、規(guī)范、統(tǒng)一、高效的聯(lián)動平臺，全面提高防災(zāi)、救援、減災(zāi)的消防管控能力。

關(guān)鍵詞：油氣田; 互聯(lián)網(wǎng); 應(yīng)急救援; 聯(lián)動平臺; 消防管控

1 ? 引言

對油氣田智能化應(yīng)急聯(lián)動平臺進行研究與設(shè)計的目的是建造一套高質(zhì)量、高效率、一體化的消防聯(lián)動指揮及輔助決策系統(tǒng)，提高油氣田救援的出警和救援效率，系統(tǒng)設(shè)計盡量采用現(xiàn)有成熟技術(shù)，充分利用企業(yè)現(xiàn)有資源。當(dāng)油氣田發(fā)生災(zāi)害事故時，第一時間智能、全面地推送關(guān)鍵預(yù)警信息到達指定節(jié)點（指揮員、管理層、戰(zhàn)斗員等），實時計算和推送有關(guān)戰(zhàn)力信息，確?，F(xiàn)場各級人員持續(xù)處于有序、有效的溝通，管控和調(diào)度狀態(tài);推送輔助決策方案，便于現(xiàn)場疏散、處置，避免災(zāi)害事故擴大，防止二次事故的發(fā)生。

2 ? 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，現(xiàn)代信息技術(shù)手段在油氣田應(yīng)急管理工作中應(yīng)用不足，尚未建立起全方位大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和科學(xué)、安全、高效的管理平臺，傳統(tǒng)監(jiān)控處理手段仍占據(jù)主要位置。

應(yīng)急事件管理工作面臨的壓力日益沉重，傳統(tǒng)的消防接處警及應(yīng)急指揮模式難以滿足新的應(yīng)急救援需求，且傳統(tǒng)模式下應(yīng)急救援人員的專業(yè)能力與素質(zhì)不足以應(yīng)對現(xiàn)階段突發(fā)事件的規(guī)模和緊急性。

3 ? 現(xiàn)階段問題難點分析

3.1 ?事故預(yù)防措施實施難

油氣田災(zāi)害事故突發(fā)性強，尤其在天然氣的生產(chǎn)過程中，由于裝置多、管線長，高含硫天然氣對集輸裝置與管線的腐蝕強度大，僅靠生產(chǎn)工藝監(jiān)測很難實現(xiàn)刺漏等事故事件的有效預(yù)防，如果得不到及時控制，將產(chǎn)生極其嚴重的后果。

3.2 ?高新科技管理手段覆蓋難

長慶油氣田建立時間早、年限長，最基礎(chǔ)的部分于上個世紀(jì)末建造，并且油氣田生產(chǎn)區(qū)域地形復(fù)雜，部分生產(chǎn)井站建于山區(qū)、沙漠區(qū)域，地處偏遠，遠離城鎮(zhèn)，缺少基本的通信與網(wǎng)絡(luò)覆蓋，一旦發(fā)生井口泄漏等突發(fā)事件，在處置過程中無法保證與外界的有效溝通與聯(lián)絡(luò)，直接影響應(yīng)急救援工作的效率。

3.3 ?應(yīng)急救援體系完善難

應(yīng)急救援管理分級程度低，應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)不完備，以致應(yīng)急救援資源利用不充分，應(yīng)急指揮調(diào)度聯(lián)動不足。長慶油田目前建有8個消防大隊，48個中隊，由于生產(chǎn)區(qū)域分散，各大隊之間增援距離較長，一旦發(fā)生大型事故，互相增援比較困難。戰(zhàn)斗口令發(fā)出后人員的跟蹤、監(jiān)控手段缺乏，造成隔離警戒圈設(shè)置不及時，容易形成現(xiàn)場管理的盲點，無法有效預(yù)防二次事故的發(fā)生。

4 ? 應(yīng)急聯(lián)動平臺的功能模塊設(shè)計

本系統(tǒng)完全圍繞事故現(xiàn)場進行處置，從事故報警、信息聯(lián)動、遠程上報到救援方案的制定、車輛調(diào)動、現(xiàn)場監(jiān)控、人員監(jiān)控同時對環(huán)境信息、周邊信息的掌控，從而快速、準(zhǔn)確、有效地開展應(yīng)急事故的處置工作。

4.1 ?各類傳感器的預(yù)警模塊

主要運行原理為通過各類傳感器（如溫度傳感器、液位傳感器、氣體傳感器）等探測生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度、液位、可燃或有毒有害氣體。

根據(jù)油氣田各類災(zāi)害事故事件的特性，在各重點生產(chǎn)裝置安裝相應(yīng)的傳感器，實現(xiàn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的采集與傳輸分析，現(xiàn)場發(fā)生任何異常均可在第一時間進行預(yù)警。

4.2 ?互聯(lián)網(wǎng)的一鍵報警模塊

突破現(xiàn)有的電話報警模式，在各重點單部位安裝一鍵報警裝置，同時通過開發(fā)一鍵報警軟件，重點研究生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)消防重點部位音視頻信息傳輸與集成，實現(xiàn)通過一鍵報警開關(guān)，將報警信號第一時間傳遞到消防調(diào)度指揮中心，同時自動定位并調(diào)取報警點音視頻畫面，加快形勢判斷，制定初步消防方案。

4.3 ?4G無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場通信保障模塊

由于油氣田生產(chǎn)區(qū)域分布分散，地域廣闊，生產(chǎn)裝置一般依地形建設(shè)，很多生產(chǎn)裝置遠離城鎮(zhèn)，處于無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的衰弱區(qū)域或盲區(qū)內(nèi)，部分區(qū)域內(nèi)因基站覆蓋問題，不同運營商4G信號波動較大，4G網(wǎng)絡(luò)帶寬無法保證現(xiàn)場上網(wǎng)設(shè)備的正常傳輸。因此，無線通信網(wǎng)絡(luò)保障的核心需求一是要解決信號覆蓋問題，二是要解決4G網(wǎng)絡(luò)帶寬不足及不同運營商信號切換時的穩(wěn)定性問題。

針對以上問題，模塊的設(shè)計主要由三大部分組成，分別為基于多鏈路聚合傳輸技術(shù)的4G多卡聚合設(shè)備，通過聚合多個小容量通道形成一個大容量通道，解決因應(yīng)急現(xiàn)場帶寬不足造成的通信傳輸不暢，保證應(yīng)急現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)帶寬及穩(wěn)定性;基于MESH技術(shù)的無中心自組網(wǎng)設(shè)備，在部分無網(wǎng)絡(luò)覆蓋或網(wǎng)絡(luò)衰減嚴重的應(yīng)急現(xiàn)場，可通過多跳無線組網(wǎng)的方式，將周邊區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)接入應(yīng)急現(xiàn)場，解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)的網(wǎng)絡(luò)通信;基于VPN虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的路由設(shè)備，在公網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間架設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場與調(diào)度指揮中心各項音視頻傳輸及通信設(shè)備的無線互聯(lián)，為遠程通信、音視頻傳輸?shù)忍峁┚W(wǎng)絡(luò)支撐。

4.4 ?企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的集中接警模塊

應(yīng)急搶險，就是與災(zāi)害事故的競速。傳統(tǒng)的接警模式分為集中接警和分散接警，但無論哪一種接警模式，任務(wù)的發(fā)布由原來的電話通知改為網(wǎng)絡(luò)廣播，縮減了火警出動的程序，實現(xiàn)了應(yīng)急出動的集中管理、一鍵聯(lián)動和快速反應(yīng)。

4.5 ?GIS/GPS技術(shù)的油氣田生產(chǎn)裝置道路導(dǎo)航模塊

長慶油田開發(fā)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對車輛的位置及行駛速度等數(shù)據(jù)的監(jiān)控，但尚未開發(fā)基于油氣田生產(chǎn)裝置的導(dǎo)航與地理信息數(shù)據(jù)分析功能，缺乏對應(yīng)急目標(biāo)和周邊相關(guān)設(shè)施的數(shù)據(jù)信息分析能力;GIS 是地理信息系統(tǒng)，可對具體生產(chǎn)裝置的基礎(chǔ)信息、應(yīng)急設(shè)施、水源道路信息等進行標(biāo)注和標(biāo)繪，具有查找、分析數(shù)據(jù)信息、規(guī)劃應(yīng)急救援路線等功能，但GIS是靜態(tài)信息，不能實時更新。因此，需要將GIS和GPS有效結(jié)合起來，建設(shè)油氣田生產(chǎn)裝置道路導(dǎo)航模塊，同時具有室外快速定位和具體數(shù)據(jù)分析的功能，引導(dǎo)救援力量第一時間趕赴現(xiàn)場。

4.6 ?云服務(wù)器的應(yīng)急現(xiàn)場視頻傳輸模塊

以長慶油田靖邊消防大隊為例，近年來配置的現(xiàn)場視頻采集和傳輸設(shè)備有通信指揮車車載攝像云臺、單兵無線圖傳、無人機等，基本可以實現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場視頻畫面立體式全覆蓋，但由于各種設(shè)備的接口與傳輸標(biāo)準(zhǔn)不同，使現(xiàn)場視頻傳輸需要接入多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與視頻轉(zhuǎn)接設(shè)備才可實現(xiàn)。針對這一問題，可以通過搭建基于云服務(wù)器的流媒體服務(wù)器，實現(xiàn)多點并發(fā)，訪問同一個視頻源時，保障應(yīng)急現(xiàn)場音視頻數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，實現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場視頻畫面在任何接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備上同時查看。必要時，還可通過國家危化品應(yīng)急救援長慶基地配備的現(xiàn)場聯(lián)動系統(tǒng)及視頻會議系統(tǒng)，向國家應(yīng)急救援指揮中心及其他專業(yè)應(yīng)急救援隊伍及專家發(fā)送現(xiàn)場視頻鏈接，實現(xiàn)在線會商及災(zāi)情處置討論。

4.7 ?云計算的現(xiàn)場輔助決策模塊

油氣田應(yīng)急現(xiàn)場情況復(fù)雜多變，需要在現(xiàn)場架設(shè)可能影響應(yīng)急救援行動的各種探測傳感器（氣象儀、氣體檢測儀、溫度探測儀等），對現(xiàn)場各項數(shù)據(jù)進行實時無線傳輸與接收，并將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至云計算服務(wù)器，通過嚴格依照生產(chǎn)現(xiàn)場各類物質(zhì)的理化屬性，建立相應(yīng)的模型和算法，推算事故影響范圍，為現(xiàn)場應(yīng)急搶險指揮、居民疏散以及多部門聯(lián)動提供科學(xué)依據(jù)。同時，可通過云計算平臺所存儲的動態(tài)信息數(shù)據(jù)，為事后的戰(zhàn)評總結(jié)提供數(shù)據(jù)支撐，保證所有數(shù)據(jù)的客觀準(zhǔn)確。

5 ? 結(jié)語

本文以長慶油田為例，通過分析油氣田應(yīng)急管理現(xiàn)狀及應(yīng)急救援行動中所存在的難點，緊扣油氣田智能化應(yīng)急聯(lián)動平臺建設(shè)這一目標(biāo)，從預(yù)防預(yù)警和應(yīng)急處置各階段任務(wù)出發(fā)，研究了各項現(xiàn)代信息技術(shù)在油氣田應(yīng)急各階段工作中的應(yīng)用。針對目前油氣田應(yīng)急管理中所存在的幾個難點提出了信息化、智能化的解決方式，體現(xiàn)了各項技術(shù)應(yīng)用在油氣田應(yīng)急處置中的特點和優(yōu)勢，但在實際的應(yīng)急處置過程中，還存在很多其他影響因素，受限于筆者本身的工作經(jīng)驗及信息技術(shù)應(yīng)用水平，無法提出更加完備的解決方案，還需要進一步深入研究。

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