SCADA和GIS系統應用于油氣儲運的現狀及發展趨勢

王帥

摘 要：近年來，SCADA和GIS技術的廣泛應用為油氣儲運中所涉及的管道構造、管道安全、油氣儲運生產運行分析及經濟評價等提供了新的信息處理輔助手段和工具。本文分析了SCADA和GIS系統在油氣儲運中的地位和作用，介紹了其在油氣儲運中的應用現狀，并結合油氣儲運的實際，探討了其在油氣儲運領域應用的前景及發展方向。

關鍵詞：SCADA；GIS；油氣儲運；發展

1 引言

油氣儲運技術的發展是19世紀末20世紀初，美國大量的金屬管道用來運送石油產品和天然氣開始的。管道運輸是綜合運輸體系的重要組成部分，在國民經濟發展中有著重要的地位。管道運輸具有輸送能力大、勞動生產率高、能耗少、成本低、運輸安全可靠、輸送產品損失小、易于實現自動化控制等優點。由于我國管道運輸起步較晚，最早的一條原油管道是新疆的克烏原油管道，經過多年的發展，國內現已建成油氣管道的總長度約為6萬公里，其中原油管道1.7萬公里，成品油管道1.2萬公里，天然氣管道3.1萬公里。

隨著SCADA和GIS技術在油氣儲運中的應用，有效提高了油氣管道調控運行水平，加快了管道數字化建設步伐。根據兩者在管道調控運行中互補應用的可行性，可以建立系統的基本框架。在同一平臺上完成SCADA和GIS數據的處理，同時支持靜態和實時數據處理且保證效率，用戶最終通過同一接口訪問空間和實時數據，執行油氣管道的生產調度和決策指揮工作。

2 SCADA和GIS系統簡介

（1）SCADA系統

監視控制及數據采集系統（SCADA）。主要是指在計算機基礎上開發出來的、能夠實現生產過程控制以及調度自動化的應用系統，其能夠監視和控制現場運行設備情況，開展數據采集活動、進行設備測量、控制、調節參數及信號報警等功能作用。在需要監控的地點或者控制范圍很大的場合下使用該系統是非常經濟有效的。國內從20世紀80年代開始，SCADA系統在油氣管道行業得到了廣泛的應用。

（2）GIS系統

地理信息系統（GIS）是以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。它作為一個管理地理信息和開展空間分析的先進工具，是20世紀60年代興起和發展起來的。近年來，伴隨科學技術的飛速發展，GIS不但在測繪、制圖、資源和環境等領域被成功地應用，而且己成為城鄉規劃、設施管理和工程建設的重要工具，同時還進入了軍事戰略分析、商業策劃、文化教育乃至人們的日常生活領域中。在地下管道方面，GIS也愈來愈多地為世界各國管道部門所采用，并在地下管道管理中發揮越來越重要的作用。

3 SCADA和GIS系統在油氣儲運中的地位和作用

從20世紀50年代建成第一條原油管道開始，到今天擁有約6萬公里的油氣管網，無論是油氣管道的建設，還是運營管理，都體現了科學技術進步的極其重要性。

地理信息系統的核心是對地理空間信息進行管理，其最終的落腳點是服務于應用。利用GIS的數據采集功能，可以將油氣儲運生產的各種基礎數據及各領域專家的研究成果錄入計算機，通過數據庫進行統一管理，為油氣儲運生產提供了基礎數據。同時，油氣儲運生產所要解決的各種問題無不與特定的地理空間相聯系，油氣管道構造、腐蝕、泄漏、優化運行、管道安全可靠性分析等都是在油氣儲運工程理論指導下對油氣管道及油氣站庫等實體對象的空間分析與建模過程，這一過程一部分可以直接通過GIS的空間分析功能來完成，另一部分可以通過二次開發將特定的油氣儲運生產數學建模過程嵌入到GIS中，擴展GIS的空間分析功能來實現。因此，GIS在油氣儲運中不僅能起到數據的管理作用，而且還能從數據庫中提取相關信息進行各種專題分析，起到油氣儲運決策支持的作用。

SCADA系統記錄的數據是隨時間變化的，系統接收和顯示實時監測數據，并根據事先制定的規則決定是否報警。SCADA系統只能給出網絡中正在發生的事件，無法預測接下來將發生的事情，因此不能告訴操作人員在不同的運行參數下網絡運行的情況，沒有分析和輔助決策功能。SCADA系統最大的局限性在于它缺乏顯示空間數據的能力，而GIS具有顯示復雜空間數據的能力，卻不能很好管理實時數據的問題。因此，SCADA系統與GIS系統的集成可以增加現場實時監測數據的可視化能力。

4 SCADA和GIS系統用于油氣儲運的現狀

GIS是以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面與地理分布有關的空間數據的信息系統。GIS支持空間定位信息數字化獲取、管理和應用的技術體系，隨著計算機技術、空例技術和現代信息基礎設施的飛速發展，在國家經濟信息化進程中的重要性與日俱增。進入90年代以來，地理信息系統在全球得到了空前迅速的發展，廣泛應用于各個領域，產生了巨大的經濟和社會效益。

對于油氣儲運工業來說，在生產過程中有大量的信息需要進行實時處理。為提高油氣儲運生產信息管理的效率，SCADA系統的廣泛應用對提高油氣儲運的生產管理水平，提高信息的管理效率發揮了重要的作用。從80年代末的東營-黃島輸油管道，到1992年投產的輪南-庫爾勒管道，1997年投產的庫爾勒-鄯善管道和陜京一線輸氣管道，再到2002年投產的蘭成渝成品油管道及2004年投產的西氣東輸管道，這些管道的生產運行都離不開SCADA的應用。

SCADA和GIS在我國油氣儲運領域的應用起步較晚，目前主要集中在油氣儲運所涉及的基礎數據及基本靜態圖件的存儲管理、數據的查洵與檢索、專題圖件的可視化表達，生產數據實時監控處理等。SCADA和GIS中真正融入油氣儲運領域專家的知識解決油氣儲運領域的專業問題，輔助油氣儲運決策方面在理論上和實踐上均有許多問題需要探索和解決。

5 SCADA和GIS在油氣儲運中應用的發展趨勢

（1）應用領域不斷擴大

當前，由于對油氣儲運的了解仍尚有欠缺，該領域的研究人員對有著廣闊發展前景的SCADA和GIS系統在油氣儲運中應用的關注相對較少。而油氣儲運方面專家由于缺乏計算機及SCADA和GIS等方面的相關知識，無法將該技術與油氣儲運領域的專業知識有機結合解決油氣儲運中的專業問題。可以說，SCADA和GIS在油氣儲運中沒有完全發揮其應有的作用。隨著SCADA和GIS技術的不斷發展及逐漸被專業領域的人員接收使用和創新，無疑將大大推動其在油氣儲運領域的發展。

（2）基于WEB的SCADA和GIS油氣儲運應用逐漸趨于主導地位

目前，由于網絡帶寬的限制，給廣大用戶通過網絡共享數據資源帶來了困難。網絡的發展必將推動SCADA和GIS技術的發展和完善，各油田企業在統一的SCADA和GIS平臺上通過internet在遠程共享油田基礎數據庫中的資源將成為可能，所有基于SCADA和GIS的油氣儲運應用分析都可以通過直接訪問遠程數據來完成。

（3）油氣儲運的專業分析模塊與SCADA和GIS基礎軟件平臺的一體化

將油氣儲運的主要專業分析模塊直接嵌入到SCADA和GIS基礎軟件平臺中開展綜合分析研究是油氣儲運的最終目標。當前，油氣儲運的專業分析模塊、SCADA系統和GIS的空間分析模塊大多位于相互獨立的軟件平臺中，在實際應用中往往有諸多弊端，故急需要一個集常規空間分析與油氣儲運領域專題分析于一身，并兼有數據的存儲管理功能的專業軟件平臺，將從現在以油氣儲運基礎數據和圖形的存儲和管理為主的“管理型”向以空間分析、輔助決策為主的“智能型”轉變，使諸如管道安全評價、生產調度仿真、管道構造重建等深層次的油氣儲運問題變為現實。

參考文獻

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