石油石化企業氣象監測預警系統設計與實現

劉墨山 王偉 厲彥柏 嚴波

摘 ?要：石油石化行業上下游各環節受災害性天氣影響明顯，如何高效匯集氣象部門發布的災害性天氣預警信息，指導企業及時采取有效的應對措施來減少因災損失，是行業企業推進數字化轉型需要關注的一項重要課題。通過分析行業企業受災害性天氣影響情況，結合實際應用需求，設計石油石化行業氣象監測預警系統，可輔助企業生產運營和應急管理工作的開展，協助企業筑牢防災減災工作的第一道防線。

關鍵詞：氣象;監測;預警;石油石化

中圖分類號：TP311 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）12-0064-04

Abstract： The upstream and downstream links of the petroleum and petrochemical industry are obviously affected by the disastrous weather. How to efficiently collect the disastrous weather early warning information issued by the meteorological departments and guide enterprises to take timely effective response measures to reduce disaster losses is an important topic for industry enterprises to promote digital transformation. By analyzing the impact of disastrous weather on industry enterprises， combined with the actual application needs， the meteorological monitoring and early warning system in the petroleum and petrochemical industry is designed， which can provide help for enterprises in production operation and emergency management， so as to help enterprises build the first line of defense for disaster prevention and reduction.

Keywords： meteorological; monitoring; early warning; petroleum and petrochemical

0 ?引 ?言

2020年以來，受到“拉尼娜”等現象影響，我國出現“冷冬熱夏”異常天氣。從4月底開始，全國頻繁出現大范圍強對流天氣，強對流天氣顯著多發，且極端性強、影響范圍廣。5月13—17日，西南地區東部、江漢、江淮、江南中北部出現當年最強的大范圍強對流過程，造成江蘇、浙江、江西、湖北等省出現大范圍短時強降雨、雷暴大風和冰雹，給當地群眾的正常生產生活造成了嚴重影響。與此同時，大氣環流的異常變化也在歐洲、美洲等地引發強降雨和高溫等極端天氣，造成了大量人員傷亡和財產損失。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告指出，全球變暖導致一些地區暴雨、洪澇、干旱、臺風、高溫熱浪、寒潮、沙塵暴等極端天氣氣候事件頻繁發生，并且強度增大。在氣候變化大背景下，氣候系統不穩定加劇，大氣環流演變更加異常，反常天氣已成為一種新的天氣常態，極端天氣可能更頻繁“造訪”，需要各行各業做好防御準備以確保生產活動正常開展。

石油石化行業企業的生產作業過程往往伴隨高溫、高壓和有毒有害等危害因素，災害性天氣極易引發次生災害，造成油氣站庫設備設施發生損毀、火災、爆炸和有毒有害氣體泄漏等安全生產事故。面對“反常”天氣的常態化和極端天氣的頻繁造訪，行業企業迫切需要加強氣象監測預報預警技術應用。結合當前大數據、人工智能等先進的信息技術，構建氣象監測預警系統助力企業的生產經營、QHSE和應急管理工作，對于筑牢防災減災工作的第一道防線，保障安全生產穩定運行具有非常重要的意義。

1 ?石油石化企業受災害性影響的分析和主要需求

1.1 ?石油石化企業受災害性影響的分析

大型石油石化企業產業鏈涵蓋石油勘探開發、煉油化工、油氣運輸、存儲銷售、工程建設以及國際貿易等上下游業務，整個產業鏈受到災害性天氣影響顯著。首先是持續性強降雨造成漫流型洪水沖蝕和溝道洪水沖蝕危害，對油氣站庫、管道和生產作業場所和人員造成災害性影響。大風降溫危害對加油站、油氣生產設施、鉆井現場等造成災害性影響較大，尤其是加油站異性棚，一旦受損，將直接威脅工作人員和顧客的人身安全。寒潮、暴雪危害造成油氣站庫電壓不穩或供電中斷，導致管道和儲罐出現冰凍脹裂的安全隱患。臺風登陸和近海風暴潮危害對海上采油作業設施、油庫罐區、煉化廠區的破壞性影響比較大。沙塵、霧霾、冰凍雨雪危害造成能見度降低、道路結冰等，對成品油、天然氣的道路運輸配送影響比較大。局地雷暴、地閃危害襲擊大型儲油罐區極易引發火災爆炸等安全生產事故。高溫和寒潮等極端天氣危害對員工的身心健康也造成較大影響，容易導致部分建設工程停工停產。綜上，災害性天氣極易引發系列次生災害，造成石油石化企業生產設備設施損毀、火災、爆炸和有毒有害氣體泄漏等安全生產事故。

1.2 ?石油石化企業氣象信息監測預警應用需求分析

通過調研油氣田、煉化、銷售、運輸等代表性企業并進行總結，石油石化行業企業對氣象信息監測預警的具體應用需求包括以下幾個方面：

（1）防災減災方面：根據預報預警信息提前制定針對性的防范措施并公布執行，減少災害對正常生產運行帶來的影響，減少災害造成的損失。

（2）生產調度方面：結合生產經營現狀，根據預報預警信息提前做好生產、倉儲、調運計劃安排，合理調度油氣資源確保供應，保證災害發生時相關生產經營活動正常開展。

（3）應急處置方面：根據預報預警信息分析事件現場周邊天氣情況，輔助現場指揮部選擇最佳處置窗口期并根據實時預報以及時調整處置措施，避免造成更大范圍的人員傷亡和財產損失。

（4）綜合應用方面：打造氣象與地質災害預警信息的共享平臺，為各類業務和系統用戶提供預報預警服務，深挖氣象監測數據在生產經營、QHSE和應急管理等業務的應用價值，逐步形成企業級氣象地質災害預警指標體系和應用支撐體系。

在數據的應用范圍和方式方面，主要應用需求是覆蓋企業生產作業主要區域的基于格點化的氣象數據，預警信息可以直達作業現場并支持用戶根據實際需求進行個性化訂閱。

2 ?石油石化行業氣象監測預警系統設計

2.1 ?框架設計

以某集團公司為例，為進一步提高生產經營、QHSE和應急管理工作水平，企業深入研究了災害性天氣對產、煉、運、銷、儲、貿各環節正常運行的影響，開展了氣象監測預警信息融合應用研究并納入應急平臺的建設和應用范圍，設計了平時服務生產運行調度指揮，戰時服務突發事件輔助決策的氣象監測預警系統。系統框架設計如圖1所示。

基礎設施：基于應急平臺的服務器（云）、存儲設備、通信網絡（3G/4G/5G），以及氣象與地質災害監測專業部門部署的各類傳感器，搭建起內外部連通的氣象監測感知和通信網絡。

數據庫層：氣象監測預警系統數據庫主要管理地理信息數據、氣象預警數據、地災預警數據、企業聯系人信息和數據字典等數據信息。

支撐服務：主要包括將預警數據結合地理信息系統進行疊加分析的地圖服務，實現預警信息發布的短信和郵件服務，以及數據接入和互聯網信息發布服務等。通過支撐服務實現氣象預報預警信息的信息發布、受災情況核實和現場搶險救災情況反饋。

業務應用層：是氣象監測預警系統面向用戶應用的主要內容，具體包括基礎管理、數據接入、數據分析與管理、數據發布和服務管理五個業務應用功能模塊。

展示層：負責氣象監測預警系統的前臺展示，包括在生產調度場所和應急處置場所的大屏展示，用戶應用PC顯示終端的獨立展示，以及智能手機終端的移動展示。

用戶層：氣象監測預警系統的應用對象主要包括集團總部、專業公司、下屬企業、二級單位、基層單位及應急救援隊伍等各組織層級的用戶。

2.2 ?軟件設計

根據系統框架設計，進一步開展氣象監測預警系統軟件功能設計，設計了五個業務應用功能模塊，梳理了系統數據的處理流程：

（1）氣象監測預警系統的五個業務應用功能模塊中，基礎管理業務應用主要對用戶數據、組織機構、數據字典等基礎信息進行管理和配置;數據接收業務應用主要通過接口接收氣象與地質災害預報預警數據并進行清洗入庫，生成數據臺賬;數據分析與管理業務應用主要將接收的預報預警數據信息結合應急平臺GIS地圖進行疊加分析，形成圖形化、可視化的分析結果并進行展示;數據發布業務應用主要對通過處理分析生成的預警信息進行管理，并通過專業門戶、移動終端、即時通信軟件、電子郵件等方式向用戶推送;服務管理業務應用是為了滿足不同業務類型企業的需求，提供專業定制化的氣象監測預警服務，為企業正常生產經營活動的開展與計劃安排提供參考，如安排生產、運輸計劃，制定銷售策略等，實現數據的有效應用。針對突發事件應對處置和重點工程作業現場，支持對局地氣象預報預警信息的定制監測，系統根據用戶訂閱自動生成指定地點和指定時間周期的氣象預報預警信息并向指定用戶發送提醒消息。軟件功能設計如圖2所示。

（2）氣象監測預警系統的數據處理過程包括數據接入、數據分析和信息發布三個主要流程，首先通過定制采購獲取專業的經過處理的氣象災害和地質災害預報預警矢量化數據;然后結合應急平臺GIS地圖中的企業坐標等信息進行疊加分析，獲取災害影響范圍內的企業清單;再以該清單中企業主營業務制定針對性的避災措施建議，生成預警信息;最后通過即時通信、短信、電子郵件等渠道將預警信息和應對措施建議發送至對應的目標用戶。完整流程如圖3所示。

3 ?石油石化行業氣象監測預警系統應用

氣象監測預警系統通過不斷優化完善，目前已初步達到了快速篩查災害性天氣影響范圍內的企業清單，快速生成災害天氣應對措施建議，快速發布災害天氣預警信息的建設目標。基于集團公司應急平臺GIS地圖服務，結合氣象預報預警信息格點數據進行疊加分析，可以快速、直觀的了解所屬主要企業和重要生產作業場所、工程項目受強降雨災害天氣的影響情況，形成可視化圖層。系統頁面示意如圖4所示。

根據上述分析結果形成的受影響企業清單，結合收集的各企業聯系人信息，集團總部可以通過即時通信軟件、手機短信、電子郵件等通信手段，主動向企業推送預警信息，提醒負責人做好應對準備，以降低災害天氣帶來的不利影響。短信提醒方式如圖5所示。

2021年以來，全國范圍內頻繁出現極端異常天氣，我們對氣象監測預警系統進行了測試應用，結果顯示：系統基于地理信息系統形成的氣象監測預警信息專題圖層，能夠第一時間分析災害性天氣影響范圍，及時向企業發布預警信息，經受了實戰的檢驗，基本滿足企業各類氣象信息展示、生產運行調度分析和突發事件輔助決策應用需求。

4 ?結 ?論

綜上所述，石油石化企業建設氣象監測預警系統是應對“異常天氣常態化”的一項重要技術手段，也是企業筑牢防災減災工作的第一道防線，是保障安全生產穩定運行的必然要求。本文基于針對受災影響較大企業開展的業務和需求調研，分析了石油石化行業受災害性天氣的主要危害影響，以及氣象監測預警系統在石油石化企業開展防災減災、生產經營、QHSE和應急管理工作的應用場景和范圍。設計了基于企業應急平臺架構構建的氣象監測預警系統，通過信息化手段有效利用氣象預報預警數據支持企業做好災害性天氣的應對防范，減少因災損失，確保相關業務活動正常開展。

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作者簡介：劉墨山（1969.10—），男，漢族，吉林榆樹人，中國石油集團高級專家，博士，研究方向：石油石化行業安全工程;王偉（1987.08—），男，漢族，河北廊坊人，工程師，碩士，研究方向：石油石化行業安全管理;厲彥柏（1979.03—），男，漢族，山東日照人，高級工程師，碩士，研究方向：石油石化行業應急管理信息化;嚴波（1987.04—），男，漢族，四川南充人，工程師，本科，研究方向：石油石化行業應急管理信息化。