劉 巍

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300461）①

平臺(tái)及海底管纜電子信息系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

劉 巍

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300461）①

平臺(tái)及海底管纜電子信息系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)兼容性及擴(kuò)展性，是海洋工程施工方案的輔助設(shè)計(jì)與海上油田設(shè)施完整性管理方面的重要工具。介紹了該信息系統(tǒng)研發(fā)的原理和技術(shù)路線(xiàn)，描述了電子信息系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)、三維子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的主要功能及其在海洋工程中的應(yīng)用效果。

海底管纜；地理信息；數(shù)據(jù)管理；實(shí)時(shí)監(jiān)控；三維可視化

綏中36-1海區(qū)海上鉆采設(shè)施、海底管道電纜網(wǎng)羅密布，在此類(lèi)海區(qū)進(jìn)行施工及相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)給保護(hù)、避讓已建海管、海纜等設(shè)施帶來(lái)極大困難和挑戰(zhàn)，這就要求船舶施工及相關(guān)設(shè)計(jì)人員清晰明確這一海區(qū)的水上水下平臺(tái)、管纜分布情況。

目前，海底管纜的紙質(zhì)存檔資料分散，沒(méi)有統(tǒng)一集中管理，不能有效地輔助油田調(diào)整研究、設(shè)計(jì)和建改作業(yè)，客觀(guān)上需要研發(fā)功能強(qiáng)大的電子信息系統(tǒng)，使其能夠完整管理、查詢(xún)海區(qū)內(nèi)信息。通過(guò)各種信息的匯總，加強(qiáng)對(duì)海底管道電纜的監(jiān)控，讓相關(guān)人員在開(kāi)始作業(yè)之前就能熟悉整個(gè)作業(yè)區(qū)海洋設(shè)施環(huán)境狀態(tài)，采用安全有效的生產(chǎn)方案，最大限度地減少由于海洋設(shè)施信息模糊而造成意外事故，進(jìn)而增強(qiáng)應(yīng)對(duì)海洋石油天然氣作業(yè)事故的能力。同時(shí)，結(jié)合這一系統(tǒng)的建立，形成一個(gè)企業(yè)內(nèi)部海底管纜數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)今后海管海纜的安全管理具有十分重要的意義。

1 電子信息系統(tǒng)研發(fā)

1.1 原理

電子信息系統(tǒng)是運(yùn)用地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和三維建模技術(shù)研發(fā)的一項(xiàng)綜合性油田生產(chǎn)設(shè)施管理平臺(tái)。利用完工資料和海區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查提供的資料，構(gòu)建平臺(tái)及管纜電子信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 技術(shù)路線(xiàn)

系統(tǒng)采用C／S結(jié)構(gòu)布局，包括3層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層（桌面客戶(hù)端）、表示層（系統(tǒng)程序）和數(shù)據(jù)層（部署好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器）。如圖1。

圖1 電子信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用常規(guī)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存貯系統(tǒng)的業(yè)務(wù)和空間數(shù)據(jù)。針對(duì)目前的應(yīng)用，采用性?xún)r(jià)比高的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于以后的擴(kuò)充，可以方便地移植到其他數(shù)據(jù)庫(kù)。

使用中間件訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用Super Map SDX＋引擎對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

基于實(shí)際應(yīng)用中的需求，電子信息系統(tǒng)包含3大子系統(tǒng)：

1） 三維子系統(tǒng) 展示三維場(chǎng)景，包括海底地形環(huán)境、平臺(tái)、海管和海纜。

2） 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng) 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)，制作海圖。

3） 實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng) 用于船舶單機(jī)使用，為船舶的運(yùn)行導(dǎo)航，同時(shí)有避碰報(bào)警功能。

2 電子信息系統(tǒng)功能

2.1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)共計(jì)完成52項(xiàng)功能，主要是為數(shù)據(jù)管理員或操作員提供強(qiáng)大的桌面數(shù)據(jù)加工處理、編輯成圖、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、空間分析和海量數(shù)據(jù)管理的功能。

具體包括數(shù)據(jù)管理、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析、標(biāo)繪、系統(tǒng)工具、權(quán)限管理。

1） 數(shù)據(jù)管理 工作空間管理、地圖操作、數(shù)據(jù)集管理、圖層管理。

2） 查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析 圖形查詢(xún)屬性、屬性查詢(xún)圖形、管線(xiàn)電纜統(tǒng)計(jì)、SQL查詢(xún)。

3） 標(biāo)繪 添加標(biāo)注、刪除標(biāo)注、修改標(biāo)注、設(shè)置屬性。

4） 系統(tǒng)工具 符號(hào)庫(kù)編輯、線(xiàn)型庫(kù)編輯、填充庫(kù)編輯、對(duì)象捕捉設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置。

5） 權(quán)限管理 部門(mén)設(shè)置、員工設(shè)置、角色設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、日志記錄。

2.2 三維系統(tǒng)功能

三維子系統(tǒng)共計(jì)完成61項(xiàng)功能，憑借其集成的多源、海量和高清影像數(shù)據(jù)，模擬再現(xiàn)作業(yè)海區(qū)真實(shí)的三維場(chǎng)景，使作業(yè)人員直觀(guān)、全面地了解作業(yè)區(qū)域內(nèi)的海底地形地貌信息、海管海纜設(shè)施分布和其他海洋環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)水上水、下工程設(shè)施的可視化，為勘探、工程設(shè)計(jì)、施工作業(yè)等提供安全保障作用。

主要功能包括地圖基本操作、圖層管理、查詢(xún)功能、地標(biāo)管理、平臺(tái)船舶及管纜模型管理、系統(tǒng)工具。

1） 地圖基本操作 三維瀏覽操作、距離量算、面積量算、地圖信息顯示。

2） 圖層管理 重命名圖層、設(shè)置圖層是否可見(jiàn)、設(shè)置圖層可見(jiàn)高度、保存當(dāng)前圖層。

3） 查詢(xún)功能 地名模糊查詢(xún)與定位、經(jīng)緯度坐標(biāo)查詢(xún)與定位、空間查詢(xún)、SQL查詢(xún)。

4） 地標(biāo)管理 點(diǎn)地標(biāo)管理、線(xiàn)地標(biāo)管理、面地標(biāo)管理。

5） 平臺(tái)船舶及管纜模型管理 添加三維模型、修改模型信息、修改模型縮放比例尺、設(shè)置模型高度。

6） 系統(tǒng)工具 投影設(shè)計(jì)、權(quán)限設(shè)置、其他設(shè)置。

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)功能

實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)共計(jì)完成70項(xiàng)功能，主要是為輔助船上工作人員全面了解海區(qū)水上、水下情況，提供船舶實(shí)時(shí)監(jiān)控、避碰報(bào)警、便捷標(biāo)繪、船位走錨監(jiān)測(cè)等功能，輔助船舶安全作業(yè)，杜絕危險(xiǎn)。

主要功能包括海圖基本操作、海圖標(biāo)繪與管理、航線(xiàn)管理、船舶實(shí)時(shí)監(jiān)控、船舶定位與導(dǎo)航等。

1） 海圖基本操作 海圖瀏覽、海圖量算、海圖打印、海圖要素管理、海圖顯示設(shè)置。

2） 海圖標(biāo)繪與管理 標(biāo)繪層管理、標(biāo)繪對(duì)象編輯、海圖標(biāo)繪。

3） 航線(xiàn)管理 航線(xiàn)編輯、航線(xiàn)查找、避碰報(bào)警設(shè)置。

4） 船舶實(shí)時(shí)監(jiān)控 走錨報(bào)警、拋錨監(jiān)控、避碰報(bào)警。

5） 船舶定位與導(dǎo)航 GPS連接設(shè)置、GPS操作控制、羅經(jīng)儀連接、船舶導(dǎo)航、航跡管理。

3 系統(tǒng)特色

1） 基于先進(jìn)的、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地理信息系統(tǒng)平臺(tái)（Super Map），結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)（Database）、三維建模技術(shù)（LOD），構(gòu)建了一套科學(xué)的、高效的平臺(tái)及海管海纜電子信息系統(tǒng)，為海上石油鉆采設(shè)施的勘測(cè)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理和維護(hù)提供了有力的工具支持。

2） 首次將“三維數(shù)字地球”技術(shù)應(yīng)用于海洋石油領(lǐng)域，真實(shí)再現(xiàn)了海區(qū)作業(yè)環(huán)境，為使用者提供準(zhǔn)確直觀(guān)的信息，輔助管理者科學(xué)高效決策，并為將來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。

3） 在電子海圖基礎(chǔ)上，首創(chuàng)性地將人性語(yǔ)音導(dǎo)航、智能動(dòng)態(tài)預(yù)警等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于海上船舶，為作業(yè)船只提供更加科學(xué)、全面、細(xì)致的作業(yè)服務(wù)，最大范圍降低海上施工因信息缺失造成的事故。

4） 基于先進(jìn)的“一張圖”的信息資源共享與應(yīng)用模式搭建了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，將海圖、海上鉆采設(shè)施、海底管線(xiàn)及電纜等數(shù)據(jù)展現(xiàn)在地理空間上，實(shí)現(xiàn)了空間地理信息資源的有效整合與集成，為生產(chǎn)提供了可視化的決策分析和數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

5） 利用GIS、三維可視化技術(shù)，成功地探索了將作業(yè)海區(qū)前期勘測(cè)數(shù)據(jù)融入后期相關(guān)管理系統(tǒng)的技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)作業(yè)海區(qū)勘測(cè)數(shù)據(jù)的共享，使其在作業(yè)海區(qū)的全生命周期管理中發(fā)揮重要的作用，有助于實(shí)現(xiàn)海油行業(yè)從勘測(cè)設(shè)計(jì)到運(yùn)行維護(hù)的全程信息化，具有較強(qiáng)的應(yīng)用推廣性。

4 電子信息系統(tǒng)應(yīng)用

目前，系統(tǒng)已經(jīng)在綏中36-1海區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，主要包括：已建平臺(tái)及管線(xiàn)電纜的完工資料和調(diào)查資料等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和維護(hù)；數(shù)據(jù)查詢(xún)統(tǒng)計(jì)用于輔助平臺(tái)、管纜膨脹灣等工程設(shè)計(jì)；在三維系統(tǒng)中直觀(guān)、真實(shí)地展示出海區(qū)內(nèi)平臺(tái)及管線(xiàn)電纜分布情況；船舶海上現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)拋錨實(shí)時(shí)監(jiān)控、走錨報(bào)警和避碰預(yù)警；一期調(diào)整后新建平臺(tái)、管線(xiàn)設(shè)計(jì)完工資料存儲(chǔ)和管理。

4.1 輔助新建平臺(tái)及管線(xiàn)電纜膨脹灣位置設(shè)計(jì)

利用系統(tǒng)中存儲(chǔ)的平臺(tái)及海底管線(xiàn)電纜屬性數(shù)據(jù)，輔助膨脹灣設(shè)計(jì)。由于平臺(tái)附近管線(xiàn)電纜比較多，給后期新建管線(xiàn)電纜帶來(lái)了很大的困難，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將完工資料以及物探調(diào)查的管線(xiàn)電纜數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)后，可以很方便地實(shí)現(xiàn)各種查詢(xún)，從而了解平臺(tái)周邊管線(xiàn)電纜分布情況，優(yōu)化膨脹灣的設(shè)計(jì)。

圖2為輔助SZ36-1WHPJ擴(kuò)展平臺(tái)新建水管膨脹灣設(shè)計(jì)優(yōu)化界面。

圖2 WHPJ平臺(tái)新建水管路由設(shè)計(jì)優(yōu)化界面

將平臺(tái)及管纜數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)查詢(xún)出來(lái)后，發(fā)現(xiàn)預(yù)定設(shè)計(jì)的管線(xiàn)路由（虛線(xiàn)）與通往SZ36-1APP已建電纜相交，為了避免損壞現(xiàn)有的電纜，設(shè)計(jì)人員將水管膨脹灣路由設(shè)計(jì)向西北方向移動(dòng)88 m，降低了海上現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)對(duì)已有電纜損壞的可能性，減少了事故的發(fā)生。

圖3為輔助SZ36-1WHPK新建平臺(tái)選址優(yōu)化界面。

圖3 WHPK新建平臺(tái)選址優(yōu)化界面

將預(yù)定平臺(tái)周邊管纜數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)查詢(xún)出來(lái)后，發(fā)現(xiàn)通往SZ36-1WHPJ電纜距離平臺(tái)最近樁腿約6.2 m，為了減少對(duì)電纜損壞的可能性，設(shè)計(jì)人員將平臺(tái)向西北方向移動(dòng)，使其與電纜最近距離約21 m。

4.2 輔助管線(xiàn)電纜路由選擇

將數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與三維系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)，即實(shí)現(xiàn)二維與三維聯(lián)動(dòng)，輔助管線(xiàn)路由設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)1條管線(xiàn)路由（如圖4），打開(kāi)三維系統(tǒng)就可以即時(shí)查看剛剛設(shè)計(jì)的管線(xiàn)路由在海區(qū)的真實(shí)位置以及它與周邊環(huán)境的相對(duì)關(guān)系（如圖5）。

圖4 管線(xiàn)路由設(shè)計(jì)顯示界面

圖5 模擬顯示管線(xiàn)路由在海區(qū)的真實(shí)位置及周邊環(huán)境的相對(duì)關(guān)系界面

5.3 管線(xiàn)區(qū)拋錨就位實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶在管線(xiàn)區(qū)拋錨作業(yè)。在管線(xiàn)電纜密集區(qū)進(jìn)行海上拋錨作業(yè)時(shí)，容易造成對(duì)管線(xiàn)電纜的損壞，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)庫(kù)中現(xiàn)有的信息調(diào)入海圖，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)拋錨的實(shí)時(shí)監(jiān)控并且進(jìn)行語(yǔ)音提示，大幅降低事故的發(fā)生。

在綏中36-1 APP平臺(tái)東南方向拋錨的實(shí)例界面如圖6。

圖6 綏中36-1APP平臺(tái)東南方向拋錨示例界面

由于SZ36-1 APP平臺(tái)管線(xiàn)電纜數(shù)量多，在此工區(qū)拋錨容易損壞管纜；實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以利用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供的管線(xiàn)電纜數(shù)據(jù)，將其疊加在電子海圖上，啟動(dòng)語(yǔ)言避碰系統(tǒng)，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控拋錨的全部過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)平臺(tái)及海底管纜電子信息系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)了海上工程設(shè)施數(shù)據(jù)管理的連續(xù)性和統(tǒng)一性，建立了海上設(shè)施信息“檔案館”，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)輔助，為工程施工提供了安全保障，為管纜的綜合管理提供了手段工具，為海上設(shè)施的電子信息化建立了基礎(chǔ)。

通過(guò)平臺(tái)及海底管纜電子信息系統(tǒng)的應(yīng)用，油田水下設(shè)施勘察及綜合管理能力得到了極大提升，向未來(lái)日益擴(kuò)大的油田生產(chǎn)管理市場(chǎng)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

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Development and Application of Electronic information system of Platform and Subsea pipeline-cable

The electronic information system of platform and subsea pipeline-cable is a useful tool in offshore engineering and offshore installation management.The rules and technique route are described for developing electronic information system of the platform and subsea pipeline-cable.Its main functions of the three subsystems are further introduced，as well as the application to offshore engineering.

subsea pipeline-cable；geographic information；data management；real-time monitoring；3D-visualization

TE951

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.022

1001-3482（2014）11-0086-04①

2014-04-18

劉 ?。?968-），男，山東諸城人，高級(jí)工程師，主要從事海洋石油工程開(kāi)發(fā)工作，E-mail：liuwei2＠cnooc.com.cn。