基于物聯網大數據的EPS 作業信息采集系統

張雪梅 李 斌 嚴海源 劉 陽 郭玉樹 王 偉

（1.天津市海洋石油環境和儲層低傷害鉆完井液企業重點實驗室，天津 300450；2.中海油田服務股份有限公司，河北廊坊 065201）

環境保護是我國的一項基本國策，保持社會、經濟和環境的可持續協調發展己經成為我國的一項戰略性任務和目標。在海洋石油勘探開發領域，已有《海洋環境保護法》《固體廢物污染環境防治法》《海洋石油勘探開發環境保護條例》等多項環保法律法規約束，隨著國家環保政策對海洋鉆井廢棄物排放要求日益嚴格，海上油田環保（Environment Protection Solution，EPS）業務的業務量逐年增加，作業流程日漸成熟。傳統的現場采集方式無法實現EPS 業務鏈的數據資源整合，且已影響到現場作業效率，在當前智能化改革的大趨勢下，互聯網技術在發展過程中也推動著物聯網技術的發展，基于物聯網大數據技術的支持，改變現場采集信息的現狀迫在眉睫。現場作業工程師作為EPS 作業信息采集規劃的重要操控者，根據EPS 業務流程現狀進行一系列的綜合分析，作出對現場采集數據的構想和改變方案，整合現有作業人員、物料、設備及作業等信息資源，使信息采集系統一體化，建立新的EPS 作業信息采集模式，有效提升生產效率和管理效率。

1.物聯網大數據概念分析

1.1 物聯網的概念

物聯網(Internet of Things，IOT)，本質上是無線網絡的一種類型，其依托于互聯網和通信這兩大模塊作為技術支持的“跳板”，進而實現人、事、物之間的有機結合，三者相互串聯，完成控制層面的統一性。借助于物聯網，人們的各類生活和工作需求得以滿足，例如，全面涵蓋了感知技術、移動網絡技術、數字化技術和虛擬技術的智能家居便是物聯網具象化的實現。在物聯網的整個框架體系中，多種類的技術相互之間協同合作，信息傳輸的及時性和高效性得以保障。這當中，無線網絡和有線網絡是幫助物聯網完成信息傳遞的載體，這一點上同互聯網可謂異曲同工。不過，因為物聯網中所傳遞的信息量是極為龐大的，要想完成對應的數據處理就必須要引進對應的先進技術，同時，整個信息傳輸的過程是在虛擬環境中運行的，要想確保信息的私密性和安全性，就務必需要相關監督單位和對應管理機制的介入。

1.2 大數據處理的概念

區別于傳統人腦對于信息接收和處理的方式，大數據處理是指通過采取同物聯網掛鉤的先進技術，進行并完成信息采集、整理、處理和共享這一系列的流程。海量的數據內容中，夾雜著各種各樣的信息種類，不同的數據又對應著不同的領域，不同的載體，而為了提高數據信息的使用價值，就必須保證相應的技術能夠實現對于各項信息進行隨時提取的功能，依托于互聯網，大數據能夠得到極高速度的處理，進而，人們對于數據層面的需求得以滿足[1]。

2.物聯網大數據的EPS 作業信息采集系統架構

2.1 物聯網EPS 作業信息采集概述

物聯網是由傳感器、網絡傳輸等多種設備實現的。其中，該系統中的傳感器應用于物聯網技術。傳感器是一種能夠感知被測信息的探測設備，它能夠根據具體的需求，將所感知到的信息，通過特定的數據格式進行輸出，從而達到信息的傳輸、處理、存儲和顯示的目的。傳感器具有數字化、通用性、網絡化、小型化等特點，傳感器具有數據參數化的特征，按數據的功能可劃分為光敏元件、氣敏元件、濕敏元件、熱敏元件等。

物聯網是一個物與物的連接網絡，可以從某些收集數據的裝置中提取、測量、捕獲、傳遞數據，而這些數據的收集范圍很廣，只要是需要感知的對象，都可以收集數據，然后發送給服務器，進行監測。通過信息處理技術，云計算，數據挖掘技術和分析技術，通過智能計算技術對所收集的數據進行智能分析、計算和匯總。物聯網技術主要包括傳感器技術、嵌入式系統技術、智能技術等。

2.2 物聯網數據通信技術

在進行物聯網EPS 作業信息采集后，利用網絡方式和傳統的方法進行數據的交換，其中網絡模式是通過網線或者Wi-Fi 進行的，它的數據傳送是按照特定的網絡協議進行的，通常是以點到點的形式進行。傳統的發送模式是以模擬信號的形式來實現的信號傳輸。物聯網的數據通信技術主要包括LoRa、NB-IoT、5G、ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi 等。

（1）LoRa 技術具有高容量、高滲透、廣覆蓋、低功耗、低成本等特點。（2）NB-IoT 技術具有頻譜窄、廣覆蓋、低功耗、低成本、無需重新建網等特點。（3）5G 技術具有高速度、低延時、泛在網、低功耗、萬物互聯、重構安全等特點。（4）ZigBee 技術具有近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本等特點。（5）Bluetooth 是一種無線通訊技術，它的通訊范圍通常不超過10m，主要應用于移動設備間的數據傳送。（6）Wi-Fi 通信品質不佳，但資料傳送速率高，其顯著優點是網路配線，可將物聯網裝置連結起來[2]。

2.3 EPS 作業信息采集和傳輸設計

物聯網EPS 作業信息采集和傳輸的起點是監控現場的傳感器，將各種數據傳輸到數據中心，實現整個EPS 作業信息采集和傳輸過程。首先，通過無線傳感器網絡，根據數據監控參數的要求進行EPS 作業信息采集，再通過數據傳輸協議進行數據的編碼，通過局域網與數據庫的連接，通過數據庫獲取數據的參數和要求，并通過網絡進行數據的存儲，通過數據的分析、處理，將采集的數據保存到結構數據庫中。通常，在物聯網監控中，要對不同類型的數據進行采集，并對相同的數據進行多次采集，以求其穩定性。

3.物聯網大數據的EPS 作業信息采集系統應用現狀

3.1 EPS 作業信息采集量大，來源單一

現階段多數作業信息采集系統主要采用8 位單片機的硬件資源+條形碼識別+基于上下位機的通信方式等模式，存在資源較少、數據可靠性比較差等問題。現代數據化的種類繁多，類型復雜，并且整體數據量大，各種結構的數據產生速度快，而傳統的EPS 作業信息采集方式無法完全適應現代工作效率，所以，現場采集的技術方式面臨著極大的挑戰，在數據收集過程中，還需要避免重復數據的采集，人工篩查和對大數據進行分類，是現場信息采集最影響效率的環節。大數據在收集過程中來源比較單一，相對數據庫內的數據分析量也比較少，大多數據是根據數據庫內的數據進行對比，來確定準確性和減少誤差率。所以，我們需要針對采集過程中的影響因素進行分析，大數據的對比需要依靠互聯網數據處理速度，傳統的數據庫，對比數據相對單一，準確性和容錯性尚且有待提高。

3.2 采集數據性的安全性、準確性難以保證

隨著工業企業生產模式的不斷改變，跨越系統、跨越生產模式和互聯網轉變，工業化數據現場采集也面臨著較大的安全風險，如敏感數據泄露，數據盜取等。如何確保工業化現場采集數據的機密性、安全性得到保障，在數據得到安全保障的前提下怎樣進行有效的EPS 作業信息采集、使用共享，都是需要考慮的問題。互聯網帶來數據分析的便捷，也導致數據來源分散，處理環節粗糙，由于互聯網和工業化數據的深度融合，導致互聯網在工業數據的研發、收集、流向跟蹤上有著較深的關聯，同時也加大了數據外泄的風險和管理難度。因此確保EPS 作業信息采集的安全性是促進工業化生產的首要條件，需要聯合技術工具，人員技術能力等方面進行系統維護，來提高數據的質量安全，促進跨行業、跨系統間的安全系數是當前首要任務。

采取建立安全相關治理部門，確定數據安全負責人，明確崗位職責和重要性，接觸敏感數據的相關工作人員簽定保密安全協議等措施是非常有必要的。安全負責人定期進行安全平臺監測，并制定數據管理崗位職責，嚴格規范執行，落實數據安全維護的管控，對平臺漏洞定期進行監管和維護。現場采集信息傳導到數據庫之后，團隊人員在使用分析之前，必須遵循數據提前篩查、整理、驗證、報告的原則對數據進行審查，可以很大程度上對數據起到有效的修復作用，確保為研發團隊提供準確的高質量數據，才能高效率、高準確性地分析數據。

4.物聯網大數據的EPS 作業信息采集系統應用策略

4.1 加強對現場采集信息人員操作知識培訓，加強操作技術和專業知識

在EPS 業務快速發展過程中，離不開作業信息采集的運用，怎樣去提高人員專業知識和操作技術的提升呢?在技術行業從事的工作人員，需要有一定的大數據的運用和實踐能力。專業的信息采集人員，應該能夠了解數據發展的趨勢，熟悉數據生態圈，了解采集數據的運用和設計搭建方法，在數據工程、應用數據集成、性能優化等方面有良好的解決能力。并且能夠熟練掌握大數據的治理框架，熟悉怎么去在利用專業知識在不同環境現場下進行數據的信息采集。在加強操作知識培訓的同時，需要具備良好的溝通能力和團隊協作能力。在專業知識上，要熟悉產品的架構、設計、設備的部署上線、數據的開發測試和軟件系統的工作原理和運用。在技術技能上面，要了解各類大數據分析的工具，學會怎么去挖掘大數據，計算框架，了解各類型的數據庫軟件系統，熟悉專業方面的腳本語言。需要在主流大數據平臺有一定的實踐能力，具備一定的信息采集和數據治理經驗。還要有較強的數據分析能力，可以靈活地根據數據業務需求來選擇合適的大數據平臺來進行綜合分析[3]。

4.2 增強現場采集儀器的更新改造，加強工作效率

科學地對現場采集儀器進行改造是十分有必要的，可以最大限度地延長儀器的使用壽命，提高整體的利用率，并且減少新設備的購置。隨著儀器逐漸趨于老化，各類問題不斷涌出，儀器設備的精密直接影響到數據的準確性。時代的不斷發展，舊的采集儀器已經不能滿足現代科學的研究，需要定期對儀器進行更新改造，才能夠使儀器保持最好的性能，發揮最強的利用率。首先，儀器的更新有利于現場采集技術的提升。其次，儀器的升級有利于在數據上更好的分析、測試新方法，對新技術進行研究和學習，充分利用到現場作業信息采集中，改善傳統作業信息采集的方式。最后，儀器定時更新改造可以對大型設備定時維修、維護，保證儀器設備的完好和精準，也進一步提升了現場作業信息采集的質量，為后期數據庫提供了優質可行的數據。

更新改造儀器的過程中應該本著科學客觀為原則，不能在改造的工程中盲目地追求高、新、尖的目的，根據業務特點，選擇最適宜的，最利于工作的開展，既能節省人力、時間成本，又可以降低更新改造的資金成本將有限的資金投入到最需要的采集儀器的改造中，真正地提高工作效率，減輕人員負擔。隨著技術迅速的發展，原有的儀器設備已經淘汰老化了，只有定期對儀器進行升級改造，發揮儀器本身的潛能，延長儀器的壽命，提高人員整體的效率，為整體發展提供更有效的數據。

4.3 加強對現場設備的監管，提高應急處理能力

現場EPS 作業信息采集的過程中，對現場設備的管控不定期的抽查，確保單位現場采集設備的維護工作落實到位，保持正常運行的工作狀態。在系統出現故障時，及時去了解設備故障的根本原因，如果儀器出現了故障，要及時對儀器故障原因進行勘察，做好維修記錄。在現場采集設備出現問題時，采集人員應該立即查明問題原因，對有相同隱患的設備進行排查，對數據服務器進行隨時抽查，定期與設備廠家保持聯系，記錄設備出現的問題和可能存在的隱患，全面進行排查。對現場采集人員做好應急能力訓練，確保特殊情況發生時保持專業狀態，理性處理問題[4]。

5.結語

油田環保對油田企業勘探開發順利開展有著很大的影響，不僅會對油田企業的經濟效益造成影響，還能減少對生態環境的破壞。要想提升EPS 作業信息采集管理水平，就要全面認知技術應用的要求和規范，匹配技術方案開展相應的工作，及時處理信息更迭滯后等問題，打造更加規范的EPS 作業信息采集系統，為海上石油環保產業可持續健康發展奠定堅實的基礎。