郝 杰，朱 鵬，張鴻凱 （中海油能源發(fā)展采油服務公司，天津300457）

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，安全生產(chǎn)問題已經(jīng)成為社會各界關注的焦點。對于海上油氣田開發(fā)這個高風險行業(yè)來說，安全問題更是重中之重。由于海上油氣田開發(fā)作業(yè)地點在海上，一旦發(fā)生油氣泄漏、爆炸等事故，不僅救援難度大，還可能造成重大經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。為了加強海上油田設施的安全管理，提高海上油田應急管理水平，結(jié)合 “數(shù)字油田”［1］和海上油田設施應急管理體系，利用VR （虛擬現(xiàn)實）和GIS（地理信息系統(tǒng)）技術構建海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的建設，在突發(fā)事件狀態(tài)下應急指揮人員通過可視化平臺實時獲取現(xiàn)場真實情況，同時根據(jù)事故情況快速查詢所需的應急信息，綜合各方信息后對現(xiàn)場進行應急部署、資源調(diào)配等工作，為應急救援的科學決策分析和快速應急響應提供支持。此外，還可借助三維可視化平臺對員工進行應急模擬演練等培訓工作［2］。下面，筆者對基于VR與GIS技術的海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)進行設計。

1 系統(tǒng)架構

圖1 系統(tǒng)架構圖

海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)利用工業(yè)以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過應用服務器、GIS服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、集成服務器和工作站等設備，組成海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構如圖1所示。

該系統(tǒng)作為應急平臺，在突發(fā)事故情況下需要將各種救援信息快速、準確、全面地傳達給相關應急人員，因此對系統(tǒng)的運行速度、數(shù)據(jù)安全、人機交互等要求非常高，若采用單一B／S模式顯然不能滿足要求。另一方面，該系統(tǒng)需要具備較強的分布性特點，可以隨時隨地進行查詢、瀏覽以及推演等工作。為了滿足上述要求，應充分發(fā)揮C／S模式和B／S模式的各自優(yōu)點［3］。為此，該系統(tǒng)采用基于Internet／Intranet通信方式的C／S＋B／S相結(jié)合的架構模式進行開發(fā)，這樣既使客戶端實現(xiàn)與服務器的直接相連，省去中間環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的響應速度，還使系統(tǒng)具有較強的事務處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的業(yè)務流程。此外，系統(tǒng)具有分布性特點，可以隨時隨地進行查詢、瀏覽、業(yè)務擴展，也大大減小了系統(tǒng)開發(fā)與維護的力度。通過C／S嵌入B／S的方式使系統(tǒng)更加實用、靈活，系統(tǒng)可以獨立通過B／S門戶進入頁面，也可以通過C／S調(diào)用直接進入。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

根據(jù)海上油田設施應急管理的需求，其數(shù)據(jù)庫應該是一個以信息共享為目的的大型綜合數(shù)據(jù)庫，其主要內(nèi)容包括地理信息［4］、專業(yè)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)和電子資料等 （見圖2）。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型

3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

為了保證海上油田的安全生產(chǎn)，根據(jù)海上油田設施應急管理體系要求，海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)主要包括如下子系統(tǒng)。

3．1 門戶

通過提供統(tǒng)一的信息門戶，實現(xiàn)信息共享，支持企業(yè)信息發(fā)布與管理，由此提供統(tǒng)一入口、單點登錄等功能。

3．2 海上油田設施三維信息展示子系統(tǒng)

基于Director軟件平臺，結(jié)合VR、GIS、3DMAX、FLASH等軟件建立海上油田設施三維信息展示子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)作為海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)的基礎查詢和顯示平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)設備和設施的查找、場景瀏覽、空間分析、空間定位、量算、集成和集中顯示等功能，也能采用三維動畫形式展示海上油田設施各個功能模塊的主要設備及其性能參數(shù)，并對地理信息數(shù)據(jù)及應急資源信息進行整合，直觀地體現(xiàn)海上油田設施與周邊環(huán)境的關系。

3．3 應急預案演練及模擬子系統(tǒng)

通過該子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)應急推演，從而以低成本、跨地域的方式進行各種救援演練。演練人物以化身登陸身份行使救援演練規(guī)則規(guī)定的行為，如同親臨救援現(xiàn)場一般，并可進行應急知識考核，以提高應急人員的救援水平（見圖3）。在救援過程中，系統(tǒng)會嚴格按照規(guī)范來約束每個人的行為，同時引入考核機制，如果違反規(guī)定，會扣去相應分值。演練人員以本人所在崗位的身份登錄該子系統(tǒng)，如果某相關崗位人員未能登錄，為了順利完成該次應急預案演練，機器人會自動完成該崗位的職能。

圖3 應急預案演練模擬圖

3．4 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)分為CCTV和移動單兵2個部分。CCTV可在海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)中實時地顯示其可見范圍內(nèi)的真實情況，其缺點是不可移動。移動單兵可以把視頻和音頻信號從固定角度擴展到油田設施的任意點，在油田設施發(fā)生設備故障或應急事故的情況下，可以直接把現(xiàn)場的情況發(fā)回陸地，由陸地專家和領導會商決策，最終形成完整的應急預案。

圖4 臺風預警信息圖

3．5 氣象預報子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以集成氣象預報數(shù)據(jù) （見圖4），為災害信息預警提供支持，也為災情模擬推演、應急演練提供實時數(shù)據(jù)信息。在突發(fā)事故發(fā)生時，可借助數(shù)學模型準確預測事故發(fā)展趨勢和影響范圍，為事故應急救援提供準確的數(shù)據(jù)支持。此外，該子系統(tǒng)可對易受天氣影響的區(qū)域、設備等進行判斷分析，并結(jié)合三維場景進行展示，以便決策人員確定是否進行預警及其級別，并進行報警提示。

4 結(jié) 語

海上油田設施應急管理信息系統(tǒng)基于VR和GIS技術，采用Internet／Intranet的C／S＋B／S的模式，以三維全息的形式再現(xiàn)了海上油田設施及周邊海域的現(xiàn)實狀況，具有真實、互動的特點，在信息共享、安全生產(chǎn)和動態(tài)演示等方面可以發(fā)揮重要作用。同時，該系統(tǒng)還具有應急預案演練及模擬功能，集成了視頻監(jiān)控、氣象預報及其他相關專業(yè)系統(tǒng)信息，不僅能夠根據(jù)應急管理體系自主生成應急預案，還能多人在線實時模擬演練，將紙質(zhì)版的應急預案電子化和三維化，將企業(yè)的隱性知識顯性化，從而大大加強海上油田的應急管理能力。當然，還需要根據(jù)不同海上油田的具體情況對該系統(tǒng)進一步優(yōu)化，從而使其結(jié)構和功能更加完善。

［1］孔小利，馬小晨 ．虛擬現(xiàn)實技術在數(shù)字油田中的應用研究 ［J］．承德石油高等?？茖W校學報，2005，7（3）：1-3，8．

［2］岳繼紅，蔡江 ．虛擬現(xiàn)實技術與油田數(shù)字化培訓 ［J］．油氣田地面工程，2004，23（11）：51-52．

［3］朱慶忠，楊和義，張彥彬，等 ．基于C／S和B／S體系結(jié)構的數(shù)字油田應用系統(tǒng) ［J］．石油學報，2004，25（4）：67-70．

［4］何生厚，韋中亞 ．“數(shù)字油田”的理論與實踐 ［J］．地理學與國土研究，2002，18（2）：54-56．