王榮馬鑫何東強(qiáng)唐璽

1中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司2中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)公司

可視化技術(shù)在油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用

王榮1馬鑫1何東強(qiáng)1唐璽2

1中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司2中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)公司

可視化技術(shù)在石油行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，典型的應(yīng)用方式有可視化管理、三維GIS展示和虛擬現(xiàn)實(shí)等。將可視化技術(shù)應(yīng)用于油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，以可視化的多種展示方式展現(xiàn)，可獲取生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮過(guò)程的重要信息，從而快速準(zhǔn)確地把握營(yíng)運(yùn)指揮信息，提高生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮效率，為決策提供依據(jù)。可視化營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、邏輯層、展示層。油田營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)的功能包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地理展示和預(yù)測(cè)預(yù)警、靈活查詢等，這些功能可以基于大屏幕、桌面端等進(jìn)行應(yīng)用展示。

營(yíng)運(yùn)指揮，可視化，綜合展示，數(shù)據(jù)分析

石油企業(yè)機(jī)構(gòu)規(guī)模龐大分散，業(yè)務(wù)流程差異較大，容易造成生產(chǎn)和管理的無(wú)序現(xiàn)象。提高生產(chǎn)管理水平，實(shí)時(shí)、全面掌握生產(chǎn)過(guò)程，全面靈活的數(shù)據(jù)分析和報(bào)表展示，提供輔助決策依據(jù)，是石油企業(yè)的迫切需求和亟待解決的問(wèn)題[1]。

1 可視化技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

可視化技術(shù)是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及目前廣泛應(yīng)用的圖像處理技術(shù)，將單純的表格數(shù)據(jù)進(jìn)行改造和包裝，以容易接受的矢量圖形、數(shù)學(xué)圖表、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖等方式在屏幕上展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)融入用戶體驗(yàn)、用戶心理學(xué)和用戶交互理論的方法和技術(shù)。目前常見(jiàn)的可視化技術(shù)有Flex、ILog、FushionChart、JFreeChart等。此外，地理信息系統(tǒng)、企業(yè)信息儀表盤(pán)、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)也廣泛應(yīng)用于企業(yè)信息可視化的實(shí)現(xiàn)。

1.1 特點(diǎn)

（1）信息展示直觀。可視化技術(shù)以人們易于理解和接受的方式，對(duì)龐大的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行抽取、分析和展現(xiàn)，使得對(duì)于信息的獲取更加直觀、簡(jiǎn)潔和容易。

（2）展示方式多樣。與傳統(tǒng)的表格方式相比，可視化技術(shù)的展現(xiàn)方式多樣靈活，不拘泥于單一的表格展示，提供圖表、邏輯圖、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖以及虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等多種展現(xiàn)方式。

（3）用戶交互性高?？梢暬夹g(shù)充分考慮用戶交互和用戶體驗(yàn)，可使用戶按照自己的習(xí)慣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編排組織，提高用戶對(duì)信息的獲取效率。

1.2 典型應(yīng)用

（1）可視化管理?？梢暬芾碛脠D文的形式將設(shè)備管理的內(nèi)容可視化、形象化、程序化，使操作人員在輕松和直觀的狀態(tài)下完成設(shè)備的檢查、操作和保養(yǎng)，如設(shè)備操作程序的可視化和維護(hù)保養(yǎng)的可視化等[2]。

（2）三維GIS展示。三維GIS技術(shù)提供的三維視覺(jué)認(rèn)知及空間分析能力，使原來(lái)只有抽象概念而難以直接感知的空間現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)化和直觀化[3]。石油企業(yè)下屬企業(yè)較多，且分布廣泛；同時(shí)石油管線、管網(wǎng)、油井、氣井等信息大多與地理信息相關(guān)。GIS信息展示以地圖為基礎(chǔ)，以地理信息和空間信息為核心，結(jié)合公共地理數(shù)據(jù)信息，輔以一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)信息進(jìn)行展示。該技術(shù)在石油地質(zhì)勘探、鉆井、集輸和油田信息管理等方面均有應(yīng)用。

（3）虛擬現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)通過(guò)多種技術(shù)結(jié)合，模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，并提供對(duì)虛擬環(huán)境的交互，使人通過(guò)模擬環(huán)境獲取相應(yīng)的體驗(yàn)，以提高對(duì)真實(shí)環(huán)境的應(yīng)對(duì)能力。石油行業(yè)設(shè)備昂貴，工作環(huán)境復(fù)雜，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)使人們提前體驗(yàn)，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，尤其在石油勘探中應(yīng)用較多[4]。

2 可視化油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)

將可視化技術(shù)應(yīng)用于油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)中，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，以可視化的多種展示方式展現(xiàn)，可獲取生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮過(guò)程的重要信息，從而快速準(zhǔn)確地把握營(yíng)運(yùn)指揮信息，提高生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮效率，為決策提供依據(jù)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)是面向企業(yè)各部門(mén)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表的基礎(chǔ)信息收集和數(shù)據(jù)篩選，集統(tǒng)計(jì)、分析、圖表展示、生成報(bào)表與輔助決策等功能為一體的綜合性信息化管理系統(tǒng)。

可視化營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、邏輯層、展示層，如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)層。油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)中已存在很多數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如SAP、SCADA系統(tǒng)等，以及油田日常生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可視化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都是來(lái)源于這些已存在的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮涵蓋油田生產(chǎn)涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)中用于可視化分析的數(shù)據(jù)需要將現(xiàn)有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行整合。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層是通過(guò)目前主流的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，將各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、轉(zhuǎn)換，再載入統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)企業(yè)商務(wù)智能平臺(tái)對(duì)油田日常生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)、分析，建立相應(yīng)的業(yè)務(wù)模型。

（3）邏輯層。邏輯層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的核心功能，通過(guò)邏輯層各組件的相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)前端展示與數(shù)據(jù)層的交互，主要包括可視化組件以及相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯、分析處理邏輯等。油田日常生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如油、氣的日產(chǎn)量、加工量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析組件和優(yōu)化組件加工處理，可以實(shí)現(xiàn)油和氣的月產(chǎn)量、年產(chǎn)量、日均等換算，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)展示組件生成可視化圖形，或者通過(guò)文檔組件生成報(bào)告等。

（4）展示層。展示層是用戶與系統(tǒng)的交互層，即所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過(guò)邏輯層的處理后展現(xiàn)給用戶端的最終結(jié)果，通過(guò)Web瀏覽器、大屏幕、移動(dòng)終端等進(jìn)行可視化展示。

2.2 系統(tǒng)功能

從可視化在油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用過(guò)程可看出，油田營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)的功能包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地理展示和預(yù)測(cè)預(yù)警、靈活查詢等，這些功能可以基于大屏幕、桌面端等進(jìn)行應(yīng)用展示。

（1）大屏展示。生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)通過(guò)大屏幕的整屏、分屏、跨屏、聯(lián)屏等多種顯示方式，對(duì)企業(yè)整體信息、生產(chǎn)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和應(yīng)急突發(fā)事故等重要信息集中展示，方便管理者在生產(chǎn)決策中進(jìn)行各種數(shù)據(jù)信息的參照和比較。同時(shí)，通過(guò)集中控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)地改變大屏幕顯示模式和內(nèi)容，從而滿足日常調(diào)度和參觀展示等工作的需求。生產(chǎn)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)指標(biāo)超過(guò)或者低于正常值范圍時(shí)，做出信息預(yù)警，方便人員及時(shí)處理預(yù)警信息，減少災(zāi)害損失。

（2）數(shù)據(jù)分析展示。在生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮過(guò)程中，通過(guò)對(duì)油田以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同比、環(huán)比等統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，從中獲取生產(chǎn)規(guī)律，進(jìn)而對(duì)以后的生產(chǎn)工作進(jìn)行調(diào)整，這是生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)圖形、表格、多維圖形等展示方式，直觀展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果，使信息的獲取簡(jiǎn)潔、高效。

（3）地理信息展示。油田企業(yè)生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮過(guò)程涉及的下屬企業(yè)多，分布廣，業(yè)務(wù)流程涉及的區(qū)域廣泛，油井、氣井都有其特定的地理分布信息?？梢暬a(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)，在地圖基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)企業(yè)在區(qū)域上進(jìn)行整體展示。將生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮過(guò)程和業(yè)務(wù)流程在地圖上清晰地展示，并配合相應(yīng)的實(shí)時(shí)信息，做到準(zhǔn)確、快速地定位，從而從整體上對(duì)整個(gè)企業(yè)做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）業(yè)務(wù)流程展示。通過(guò)可視化的設(shè)計(jì)，將油田生產(chǎn)的整個(gè)業(yè)務(wù)流程反映出來(lái)，追蹤每個(gè)流程節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵指標(biāo)的同時(shí)反映油田產(chǎn)業(yè)鏈的運(yùn)作過(guò)程。

（5）靈活報(bào)表展示。針對(duì)油田生產(chǎn)的不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域，制定不同的業(yè)務(wù)模塊，以報(bào)表形式對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行整合，生成并導(dǎo)出報(bào)告，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用

（1）多樣的展示形式?？梢暬夹g(shù)不僅提供了豐富的圖表（如柱圖、餅圖、線圖）、儀表盤(pán)、邏輯圖、流程圖、地圖等多種展示數(shù)據(jù)的形式，并且結(jié)合三維展示方式，對(duì)二維圖形進(jìn)行擴(kuò)展，豐富其展示方式。

（2）直觀的信息展示。將可視化技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)中，根據(jù)各種業(yè)務(wù)的特點(diǎn)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)（例如生產(chǎn)計(jì)劃的完成情況，資源分布，生產(chǎn)設(shè)施分布和運(yùn)行動(dòng)態(tài)等），利用其豐富多樣的展示形式，對(duì)繁雜的生產(chǎn)信息進(jìn)行分析處理展示，對(duì)抽象的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行可視化展現(xiàn)，并結(jié)合地理信息、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，使信息的展示更加直觀，獲取更加容易。

3 結(jié)語(yǔ)

可視化技術(shù)用于油田生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮系統(tǒng)，將實(shí)現(xiàn)油田建立集中統(tǒng)一、上下一體、信息靈通、反應(yīng)迅速、覆蓋整個(gè)油田產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)全面地掌握生產(chǎn)運(yùn)行的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)油田整體資源的動(dòng)態(tài)跟蹤，加強(qiáng)油田的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理，控制油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)運(yùn)作成本，實(shí)現(xiàn)油田效益最大化。

[1]武鐵峰．企業(yè)生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)指揮平臺(tái)建設(shè)研究[J]．信息通信，2012（5）：145-146.

[2]景佩明，馬勇軍，張軍，等．油田設(shè)備的可視化管理[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）：93.

[3]劉兵，王非，楊勇，等．可視化設(shè)備管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J]．天然氣與石油，2013，31（6）：4-6.

[4]周定照，柳進(jìn)，羅強(qiáng)．可視化技術(shù)在石油行業(yè)的應(yīng)用[J]．石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，18（1）：2-5．

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.019