鄭鐵軍

（易智瑞信息技術(shù)有限公司，北京 100000）

0 引 言

時(shí)代的發(fā)展帶動(dòng)著高科技的進(jìn)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(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模逐年擴(kuò)大[1]。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)時(shí)需要利用通信技術(shù)為不同的場(chǎng)景提供數(shù)據(jù)信息[2]。面對(duì)著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(dòng)化水平越來(lái)越高，要求石油開采過(guò)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(yùn)用至石油企業(yè)管理，從而使管理更為簡(jiǎn)單方便，以此提高石油的生產(chǎn)和運(yùn)行工作可靠性，降低石油開采難度[4]。在地理空間中尋找點(diǎn)位是GIS的研究關(guān)鍵所在，而物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在一般情況下都是對(duì)虛擬空間點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，并將這些點(diǎn)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(diǎn)位進(jìn)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(kù)中存儲(chǔ)的開采數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理圖形顯示，通過(guò)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(diǎn)和所處地層位置，提高石油企業(yè)的管理效果。管理過(guò)程中可以讓企業(yè)及時(shí)掌握所有的生產(chǎn)過(guò)程，從采購(gòu)一直到原油生產(chǎn)，通過(guò)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(lǐng)域，越來(lái)越多的行業(yè)和領(lǐng)域也在不斷推廣和應(yīng)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(shè)計(jì)

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(dòng)化水平也逐漸提升。GIS技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)信息處理功能，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為地理圖像，對(duì)石油開采全過(guò)程進(jìn)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(dòng)態(tài)，其中涵蓋了采購(gòu)過(guò)程、生產(chǎn)產(chǎn)出以及將原油生產(chǎn)過(guò)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(dòng)態(tài)變化過(guò)程，可以更加直觀智能地實(shí)現(xiàn)石油開采總體設(shè)計(jì)運(yùn)用。GIS地理空間關(guān)系對(duì)各主要處理對(duì)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(guān)的地域分布情況，對(duì)石油開采流程的管理、決策和計(jì)劃進(jìn)行有效的分析，可以解決石油工作中各類復(fù)雜問(wèn)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(guān)，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(guān)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(jìn)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(jì)劃。

多種地理空間實(shí)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(wù)進(jìn)行匹配，將其分布在一個(gè)特定的地理區(qū)域中，對(duì)難以解決的石油開采過(guò)程中的問(wèn)題做出合理的安排和處理，并羅列出解決問(wèn)題的方案。目前，主流的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)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(jìn)行石油開采信息的識(shí)別和采集，感知層會(huì)自動(dòng)控制并處理信息數(shù)據(jù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)管理中心和地理信息中心將感知層與網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行串聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)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(luò)進(jìn)行通信，其對(duì)應(yīng)用的支撐和服務(wù)可以在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。GIS技術(shù)的應(yīng)用，串聯(lián)了感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)GIS石油物聯(lián)網(wǎng)三層共通和交互，終端設(shè)備可以通過(guò)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(shí)別定位和跟蹤監(jiān)控等手段，通過(guò)智能設(shè)備對(duì)感知對(duì)象做出管理，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)GIS統(tǒng)一的可視信息平臺(tái)，對(duì)地理位置空間進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和分析。物聯(lián)網(wǎng)最重要的特點(diǎn)之一就是其基礎(chǔ)物理設(shè)備具有大量的空間點(diǎn)信息，可以通過(guò)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(shè)備的工作效率，對(duì)計(jì)量油料轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、油井閥門、油料輸送設(shè)備、油田油罐等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和跟蹤。石油產(chǎn)油量、油的壓力及溫度值高低會(huì)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(duì)油田站的采集點(diǎn)進(jìn)行定位分析，實(shí)時(shí)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(tái)，在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中分析選擇傳感器的位置，使油田開采位置更加合理、準(zhǔn)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(duì)相應(yīng)的工作進(jìn)行快速、具體、直觀地跟蹤、定位、控制和搜索，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換圖像信息的目的。采油廠由多個(gè)分散在油田的設(shè)施組成，所有各項(xiàng)設(shè)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(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性和原油的質(zhì)量，通過(guò)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(dòng)數(shù)據(jù)采集，將油罐運(yùn)行數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，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(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）閱讀器和標(biāo)簽在GIS可視化平臺(tái)上實(shí)時(shí)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(shí)際企業(yè)管理工作中，RFID閱讀器可以安裝至運(yùn)輸采油廠，以保證石油開采質(zhì)量。通過(guò)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(jìn)行了整合，各種細(xì)節(jié)信息得以收集和上傳，做到了實(shí)時(shí)了解和第一時(shí)間處理，有效提高了石油開采—傳輸—加工—處理—儲(chǔ)存的全流程管理水平。同時(shí)，石油開采信息可以通過(guò)無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)終端傳送給各個(gè)部分負(fù)責(zé)人員，使其可以實(shí)時(shí)掌握石油開采進(jìn)程，做到計(jì)劃實(shí)時(shí)跟蹤、動(dòng)態(tài)調(diào)整，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，統(tǒng)籌調(diào)配全系統(tǒng)資源，實(shí)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(shí)時(shí)跟蹤、定位、辨識(shí)管理和控制。根據(jù)以上的敘述，設(shè)計(jì)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(guò)GIS可視化平臺(tái)，石油管理人員可以利用RFID標(biāo)簽和閱讀器監(jiān)控組件，對(duì)石油工廠生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸?shù)雀麟A段進(jìn)行監(jiān)控。作為衡量油品銷售企業(yè)經(jīng)營(yíng)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(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，各種實(shí)體可以通過(guò)安裝射頻識(shí)別設(shè)備和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到企業(yè)骨干網(wǎng)，完成從崗位到推進(jìn)、從局部到全過(guò)程的安全監(jiān)控預(yù)警管理。物流監(jiān)控全過(guò)程的關(guān)鍵是定位，定位技術(shù)可以幫助使用者和機(jī)器找到目標(biāo)，識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)視和管理目標(biāo)。GPS技術(shù)可滿足GIS分析領(lǐng)域?qū)θ?、區(qū)域和國(guó)家定位服務(wù)的需求，并可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更高的定位精度，物聯(lián)網(wǎng)提供厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。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(hù)能力。

3.2 管道修檢與應(yīng)急管理

輸油管道作為石油物聯(lián)網(wǎng)中戰(zhàn)線最長(zhǎng)的環(huán)節(jié)，不易管理與維護(hù)，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(cái)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(shí)太長(zhǎng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)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(jiǎn)化了管道檢修的流程，并可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，及時(shí)處理突發(fā)狀況，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)的應(yīng)急管理。基于互聯(lián)網(wǎng)的石油管道監(jiān)控使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)GIS技術(shù)以地圖顯示的形式實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，對(duì)異常情況如盜油、管道泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制等。

通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以獲取位置信息，用于應(yīng)急管理中人員位置的獲取。通過(guò)GIS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊資源的搜索和應(yīng)急隊(duì)伍的調(diào)度，指定應(yīng)急救援措施。采用GIS可視化平臺(tái)，石油企業(yè)管理人員可以了解到部件從生產(chǎn)車間運(yùn)送到檢測(cè)的環(huán)節(jié)，讀取器識(shí)別產(chǎn)品動(dòng)向，采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)，信息集中顯示在管理人員的計(jì)算機(jī)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(wèn)題造成的原油泄漏，最終對(duì)石化裝置和周邊環(huán)境財(cái)產(chǎn)造成一些損失和破壞。在維修管道時(shí)，工作人員會(huì)對(duì)管道進(jìn)行檢查，這會(huì)花費(fèi)大量的人力和財(cái)力，而且問(wèn)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(gè)問(wèn)題，利用石油管道輸送監(jiān)控對(duì)接收管道中的壓力和溫度進(jìn)行管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備性能的實(shí)時(shí)監(jiān)控、管道修檢與應(yīng)急管理。

4 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)作為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)，即將進(jìn)入新的發(fā)展階段。GIS技術(shù)是一門先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，IoT應(yīng)用地理信息系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，使石油行業(yè)可以實(shí)時(shí)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(jìn)一步發(fā)展基于地圖相關(guān)方空間查詢、統(tǒng)計(jì)和分析技術(shù)，為石油公司的經(jīng)營(yíng)管理決策和調(diào)度指揮提供必要且可靠的科學(xué)依據(jù)，做出調(diào)度管理決策，以提高油田的運(yùn)營(yíng)競(jìng)爭(zhēng)力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。萬(wàn)物互聯(lián)正在成為現(xiàn)實(shí)，不同的GIS技術(shù)可以在不同的應(yīng)用場(chǎng)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(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了石油企業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。