石油物聯(lián)網(wǎng)中GIS技術(shù)的應用探討

鄭鐵軍

（易智瑞信息技術(shù)有限公司，北京 100000）

0 引 言

時代的發(fā)展帶動著高科技的進步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、芯片技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展迅猛，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模逐年擴大[1]。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開無線通信技術(shù)的發(fā)展，應用物聯(lián)網(wǎng)時需要利用通信技術(shù)為不同的場景提供數(shù)據(jù)信息[2]。面對著我國經(jīng)濟快速發(fā)展的浪潮，將地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互融合應用在企業(yè)管理中，其目的是優(yōu)化企業(yè)管理效果，確立行業(yè)的發(fā)展需求[3]。

目前，石油開采裝置的自動化水平越來越高，要求石油開采過程的控制系統(tǒng)具有完備性，從而提升技術(shù)的可靠性。將GIS技術(shù)運用至石油企業(yè)管理，從而使管理更為簡單方便，以此提高石油的生產(chǎn)和運行工作可靠性，降低石油開采難度[4]。在地理空間中尋找點位是GIS的研究關鍵所在，而物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在一般情況下都是對虛擬空間點位進行優(yōu)化，并將這些點位集合在一起。GIS技術(shù)可以有效地將地理空間位置和虛擬空間點位進行重組，提高石油開采效率。GIS的操作和控制更加直觀，可以將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中存儲的開采數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理圖形顯示，通過可視化的地理圖像顯示石油開采布局，能夠更加直觀分析開采區(qū)域石油分布特點和所處地層位置，提高石油企業(yè)的管理效果。管理過程中可以讓企業(yè)及時掌握所有的生產(chǎn)過程，從采購一直到原油生產(chǎn)，通過獲取各地理位置信息為企業(yè)提供可靠的石油開采。隨著GIS技術(shù)的快速發(fā)展，除了石油領域，越來越多的行業(yè)和領域也在不斷推廣和應用物聯(lián)網(wǎng)融合GIS技術(shù)，這種智能化的管理模式可以使行業(yè)更快發(fā)展。

1 GIS石油物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)設計

石油開采裝置隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而得到優(yōu)化，其自動化水平也逐漸提升。GIS技術(shù)具有強大的數(shù)據(jù)信息處理功能，將數(shù)字數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為地理圖像，對石油開采全過程進行更加直觀的操作和控制。石油企業(yè)在管理中掌握所有的原油生產(chǎn)和后期動態(tài)，其中涵蓋了采購過程、生產(chǎn)產(chǎn)出以及將原油生產(chǎn)過程轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品和石油的變性狀態(tài)。依托GIS技術(shù)模擬開采動態(tài)變化過程，可以更加直觀智能地實現(xiàn)石油開采總體設計運用。GIS地理空間關系對各主要處理對象的數(shù)據(jù)管理一般包含了以下3種：屬性數(shù)據(jù)、圖表數(shù)據(jù)以及遙感數(shù)據(jù)。根據(jù)這3種數(shù)據(jù)的空間位置以及其相關的地域分布情況，對石油開采流程的管理、決策和計劃進行有效的分析，可以解決石油工作中各類復雜問題。根據(jù)GIS技術(shù)的定義概念得知，其地理信息系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)主要與地理和空間分布息息相關，具有充分分析和探索同一空間內(nèi)不同因素之間內(nèi)在關系的能力。因此，GIS技術(shù)在一定程度上可以幫助石油企業(yè)進行空間地理位置分析，研究石油分布規(guī)律，幫助企業(yè)決策者制定全面、客觀的石油開采計劃。

多種地理空間實體數(shù)據(jù)的空間定位、圖形、遙感圖像以及屬性數(shù)據(jù)都屬于GIS技術(shù)處理的范疇，該技術(shù)還可以將上述處理任務進行匹配，將其分布在一個特定的地理區(qū)域中，對難以解決的石油開采過程中的問題做出合理的安排和處理，并羅列出解決問題的方案。目前，主流的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成，GIS石油物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 GIS石油物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)

從圖1中可以看出，由感知層在物理世界中進行石油開采信息的識別和采集，感知層會自動控制并處理信息數(shù)據(jù)。通過物聯(lián)網(wǎng)管理中心和地理信息中心將感知層與網(wǎng)絡層進行串聯(lián)，網(wǎng)絡層作為輔助系統(tǒng)，可以依托電信、Internet或其他專用通信網(wǎng)絡進行通信，其對應用的支撐和服務可以在應用層實現(xiàn)。GIS技術(shù)的應用，串聯(lián)了感知層、網(wǎng)絡層和應用層之間的橋梁，實現(xiàn)GIS石油物聯(lián)網(wǎng)三層共通和交互，終端設備可以通過GIS技術(shù)接入到物聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建出專屬于石油物聯(lián)網(wǎng)的總體構(gòu)架。

2 數(shù)字智能化石油管理

使用GIS技術(shù)的識別定位和跟蹤監(jiān)控等手段，通過智能設備對感知對象做出管理，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)GIS統(tǒng)一的可視信息平臺，對地理位置空間進行準確的定位和分析。物聯(lián)網(wǎng)最重要的特點之一就是其基礎物理設備具有大量的空間點信息，可以通過與GIS技術(shù)相結(jié)合提高石油管理的智能化水平[5]。

為了滿足石油開采要求，需要提高采油廠工作設備的工作效率，對計量油料轉(zhuǎn)運設備、油井閥門、油料輸送設備、油田油罐等設備進行實時定位和跟蹤。石油產(chǎn)油量、油的壓力及溫度值高低會直接影響原油的質(zhì)量和生產(chǎn)效果，可以利用GIS技術(shù)對油田站的采集點進行定位分析，實時跟蹤采集情況，形成數(shù)字油田，提高石油企業(yè)管理能力。數(shù)字油田是基于GIS技術(shù)的地理信息平臺，在物聯(lián)網(wǎng)建設中分析選擇傳感器的位置，使油田開采位置更加合理、準確。物聯(lián)網(wǎng)GIS石油物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)GIS石油物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成

石油物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成后，GIS技術(shù)將數(shù)字油田信息集中在同一信息空間中，從而對相應的工作進行快速、具體、直觀地跟蹤、定位、控制和搜索，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換圖像信息的目的。采油廠由多個分散在油田的設施組成，所有各項設施的工作狀態(tài)及石油的采出油品溫度、壓力和流量將直接關系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性和原油的質(zhì)量，通過GIS技術(shù)可以完成油井生產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)采集。利用自動數(shù)據(jù)采集，將油罐運行數(shù)據(jù)等實時信息存儲至數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)字智能化石油管理。

3 石油物聯(lián)網(wǎng)中GIS跟蹤與監(jiān)控

3.1 石油開采監(jiān)控跟蹤

石油企業(yè)管理人員可以使用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）閱讀器和標簽在GIS可視化平臺上實時監(jiān)控組件的生產(chǎn)，提高管理效率，節(jié)約石油開采成本。實際企業(yè)管理工作中，RFID閱讀器可以安裝至運輸采油廠，以保證石油開采質(zhì)量。通過建立立體的石油產(chǎn)業(yè)鏈物聯(lián)網(wǎng)，將離散的線下信息進行了整合，各種細節(jié)信息得以收集和上傳，做到了實時了解和第一時間處理，有效提高了石油開采—傳輸—加工—處理—儲存的全流程管理水平。同時，石油開采信息可以通過無線移動數(shù)據(jù)終端傳送給各個部分負責人員，使其可以實時掌握石油開采進程，做到計劃實時跟蹤、動態(tài)調(diào)整，在提高生產(chǎn)效率的同時，統(tǒng)籌調(diào)配全系統(tǒng)資源，實現(xiàn)最小成本下的最大收益。物聯(lián)網(wǎng)GIS技術(shù)的核心原理是利用傳感器技術(shù)完成實時跟蹤、定位、辨識管理和控制。根據(jù)以上的敘述，設計具體石油企業(yè)GIS監(jiān)控系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)方案如圖3所示。

圖3 石油工廠的GIS監(jiān)控系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)方案

通過GIS可視化平臺，石油管理人員可以利用RFID標簽和閱讀器監(jiān)控組件，對石油工廠生產(chǎn)、加工、運輸?shù)雀麟A段進行監(jiān)控。作為衡量油品銷售企業(yè)經(jīng)營能力的重要環(huán)節(jié)，二次配送水平直接決定了每噸油品成本和效率。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，各種實體可以通過安裝射頻識別設備和無線網(wǎng)絡設備連接到企業(yè)骨干網(wǎng)，完成從崗位到推進、從局部到全過程的安全監(jiān)控預警管理。物流監(jiān)控全過程的關鍵是定位，定位技術(shù)可以幫助使用者和機器找到目標，識別、定位、跟蹤、監(jiān)視和管理目標。GPS技術(shù)可滿足GIS分析領域?qū)θ颉^(qū)域和國家定位服務的需求，并可通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)更高的定位精度，物聯(lián)網(wǎng)提供厘米級的動態(tài)實時定位服務。此外，GIS技術(shù)可以有效地將這些信息整合到集成處理和智能處理系統(tǒng)中，有效提高物流效率和安全防護能力。

3.2 管道修檢與應急管理

輸油管道作為石油物聯(lián)網(wǎng)中戰(zhàn)線最長的環(huán)節(jié)，不易管理與維護，集輸管道維修是為了防止盜油、管道老化等原因使得原油泄漏而造成的財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞。傳統(tǒng)的人工檢查方法是定期檢查，需要大量的人力、物力，人工一次全線巡檢耗時太長，不能及時發(fā)現(xiàn)問題。通過物聯(lián)網(wǎng)豐富的信息采集與處理功能，結(jié)合GIS技術(shù)多維度的信息顯示能力，簡化了管道檢修的流程，并可以實時發(fā)現(xiàn)潛在問題，及時處理突發(fā)狀況，實現(xiàn)快速反應的應急管理。基于互聯(lián)網(wǎng)的石油管道監(jiān)控使用無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，通過GIS技術(shù)以地圖顯示的形式實時監(jiān)控每個設備的狀態(tài)，對異常情況如盜油、管道泄漏進行監(jiān)測與控制等。

通過傳感器網(wǎng)絡可以獲取位置信息，用于應急管理中人員位置的獲取。通過GIS技術(shù)可以實現(xiàn)對周邊資源的搜索和應急隊伍的調(diào)度，指定應急救援措施。采用GIS可視化平臺，石油企業(yè)管理人員可以了解到部件從生產(chǎn)車間運送到檢測的環(huán)節(jié)，讀取器識別產(chǎn)品動向，采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)，信息集中顯示在管理人員的計算機屏幕上。集輸管道維修的主要目的是防止因管道老化、盜油和其他問題造成的原油泄漏，最終對石化裝置和周邊環(huán)境財產(chǎn)造成一些損失和破壞。在維修管道時，工作人員會對管道進行檢查，這會花費大量的人力和財力，而且問題不容易被發(fā)現(xiàn)。GIS技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠解決這個問題，利用石油管道輸送監(jiān)控對接收管道中的壓力和溫度進行管控，實現(xiàn)對所有設備性能的實時監(jiān)控、管道修檢與應急管理。

4 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)作為產(chǎn)業(yè)升級的關鍵技術(shù)，即將進入新的發(fā)展階段。GIS技術(shù)是一門先進的科學技術(shù)，IoT應用地理信息系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，使石油行業(yè)可以實時定位。利用最新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將遙感信息與地理信息、地圖定位、石油企業(yè)分析相結(jié)合，進一步發(fā)展基于地圖相關方空間查詢、統(tǒng)計和分析技術(shù)，為石油公司的經(jīng)營管理決策和調(diào)度指揮提供必要且可靠的科學依據(jù)，做出調(diào)度管理決策，以提高油田的運營競爭力和社會經(jīng)濟效益。萬物互聯(lián)正在成為現(xiàn)實，不同的GIS技術(shù)可以在不同的應用場景中發(fā)揮各自的作用，為石油企業(yè)的管理決策和指揮調(diào)度提供了必要的科學依據(jù)，實現(xiàn)了石油企業(yè)社會經(jīng)濟效益的最大化。