文 | 徐雷 葛冰兒 敬育嘉 黃途文 張琳 陳露

航天恒星科技有限公司

一、引言

石油天然氣等石油化工產品，從其生產到最終銷售覆蓋開采、運輸、煉化、存儲、銷售等多個環(huán)節(jié)。此外，由于石油、天然氣資源本身易燃易爆的特性，相關企業(yè)一般都建設在遠離城市的地區(qū)。因此，石油石化行業(yè)的設備設施具有數(shù)量多、分布廣、生產環(huán)境特殊的特點。作為國民經濟的命脈，國家對石油石化企業(yè)的安全生產高度重視，石油石化企業(yè)對于本身的生產安全也提出了越來越高的要求。2020 年7 月31 日，隨著北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務的正式開通，北斗系統(tǒng)提供的高精度定位導航、短報文、授時等功能被逐步應用于各行各業(yè)，石油石化企業(yè)也提出了應用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，服務企業(yè)人員、車輛安全管控，生產設備定期巡檢，偏遠地區(qū)油氣設施數(shù)據(jù)傳輸與遠程控制等業(yè)務，提升企業(yè)的安全生產數(shù)字化管理水平和應急事件處置能力。

二、行業(yè)應用現(xiàn)狀及需求分析

1.應用現(xiàn)狀

目前，我國石油石化行業(yè)在信息化建設中對衛(wèi)星導航技術已有應用，但大部分設備及軟件系統(tǒng)都是基于GPS 系統(tǒng)，通過結合地面移動通信網(wǎng)絡，應用于人員、車輛定位，運輸車輛導航，勘探測繪等場景，部分提升了相關企業(yè)的生產管理水平。

2.存在的問題

雖然GPS 系統(tǒng)在石油石化企業(yè)得到了應用，但仍存在以下問題：

1）定位準確度低，與實際位置偏差大，嚴重時甚至出現(xiàn)過GPS 數(shù)據(jù)嚴重失真、無法提供服務的問題。

2）缺乏體系化設計，存在系統(tǒng)重復建設、標準化程度差、不同業(yè)務使用不同終端設備等現(xiàn)象。

3）在野外環(huán)境下，缺乏通信保障，相關業(yè)務場景數(shù)據(jù)無法實時回傳，影響應急事件處置，導致安全生產隱患。

4）隨著國際局勢的變化，石油石化企業(yè)對GPS 系統(tǒng)的信息安全隱患存在較大顧慮。

3.需求分析

針對石油石化行業(yè)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用現(xiàn)狀以及存在的問題，通過與某石油石化企業(yè)的管理層、業(yè)務部門負責人以及現(xiàn)場作業(yè)人員的溝通交流，并對不同人員的需求進行分析，明確了某石油石化企業(yè)對系統(tǒng)“兼顧日常生產管理和安全生產管理”的指導原則，并確定具體應用需求如下：

1）提供統(tǒng)一的北斗時空信息服務平臺，為企業(yè)的各項業(yè)務提供統(tǒng)一標準的高精度位置服務、短報文通信服務。

2）提供能夠對企業(yè)下屬人員、車輛進行統(tǒng)一管理的業(yè)務系統(tǒng)，實現(xiàn)人員、車輛的基本信息管理，作業(yè)任務下發(fā)及跟蹤執(zhí)行，績效考核，異常事件處置，以及應急通信與指揮調度等功能。

3）針對廠區(qū)、庫區(qū)日常巡檢等工作場景，能夠實現(xiàn)巡檢任務事前規(guī)劃、事中監(jiān)控、事后評估等功能，能夠在巡檢過程中采集巡檢目標的實時狀態(tài)，巡檢人員在發(fā)現(xiàn)問題時能夠及時上報，后臺技術支持人員能夠遠程對巡檢人員進行技術指導，協(xié)助排除問題。

4）能夠及時將野外區(qū)域的開采設備、油氣庫、油氣管道的工作狀態(tài)參數(shù)傳輸至企業(yè)總部，發(fā)現(xiàn)問題能夠及時報警并將報警信息發(fā)布至相關部門及時進行處置，提高對野外油氣設施的管理效率，加強安全生產管控。

5）根據(jù)應用場景，為人員、車輛、設備設施配置專用北斗智能終端設備，實現(xiàn)定位、導航、通信、信息采集、突發(fā)事件上報、緊急報警等功能，滿足相關業(yè)務場景的使用要求。

6）針對北斗短報文應用，能夠對使用人員、終端設備、通信SIM 卡進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)信息收發(fā)管理、計費管理、運維管理等功能。

三、系統(tǒng)設計

航天恒星科技有限公司承擔了某石油石化企業(yè)的北斗綜合應用服務平臺建設項目。經方案論證，項目組采用“云、網(wǎng)、端”的架構對平臺進行了設計，建設內容包括：統(tǒng)一的北斗基礎服務平臺，針對業(yè)務場景需求開發(fā)的人員車輛管理、日常巡檢管理和野外油氣設施遠程監(jiān)管三個業(yè)務系統(tǒng)，以及運行在北斗終端設備上的配套APP 軟件。此外，針對用戶提出的北斗短報文業(yè)務運營需求，在北斗基礎服務平臺中專門開發(fā)了北斗短報文運營服務系統(tǒng)對業(yè)務提供支撐。

1.平臺設計

北斗基礎服務平臺采用云結構設計，是整個系統(tǒng)的核心，是業(yè)務系統(tǒng)的基礎。平臺的核心功能由云基礎設施、大數(shù)據(jù)基礎服務、北斗基礎服務三部分實現(xiàn)（圖1）。

圖1 北斗基礎服務平臺架構圖

云基礎設施主要由計算機、服務器、存儲陣列、網(wǎng)絡設備等物理設備構成，通過虛擬化、分布式存儲等云計算技術，實現(xiàn)資源的虛擬化，形成系統(tǒng)的存儲資源池、計算資源池和網(wǎng)絡資源池。

大數(shù)據(jù)基礎服務為北斗基礎服務、業(yè)務系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，是平臺高效運營的關鍵。大數(shù)據(jù)基礎服務應用數(shù)據(jù)倉庫技術，按照業(yè)務專題建立數(shù)據(jù)庫，對終端采集的數(shù)據(jù)進行分析、治理，實現(xiàn)信息集成共享、資源交換、業(yè)務協(xié)同等功能。

北斗基礎服務應用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的高精度定位、短報文服務，為業(yè)務系統(tǒng)提供人員、車輛、設施定位，衛(wèi)星導航，北斗短報文通信等服務，并通過運維管理、計費、系統(tǒng)管理等功能實現(xiàn)北斗短報文服務的運營支撐，滿足未來用戶的業(yè)務拓展、推廣應用等需求。

2.業(yè)務系統(tǒng)及APP 設計

人員車輛管理、日常巡檢管理和野外油氣設施遠程監(jiān)管三個業(yè)務系統(tǒng)軟件均采用微服務架構開發(fā)，通過構建一系列低耦合的服務集合實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)的各項功能（圖2）。相較于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法，微服務架構既可以降低開發(fā)風險和成本，又可以提高業(yè)務系統(tǒng)的整體可用性和性能，還可以簡化代碼維護難度。

圖2 業(yè)務系統(tǒng)架構示意圖

運行在終端設備上的APP 軟件，采用Hybrid APP 的應用開發(fā)方式。它結合了Web 應用和原生應用兩者優(yōu)勢，通過WebView 組件將HTML、CSS、JavaScript 等Web 技術運行在終端操作系統(tǒng)提供的原生應用容器中，既可以實現(xiàn)對終端底層硬件的訪問，又可以通過網(wǎng)絡訪問運行在北斗基礎服務平臺上的業(yè)務系統(tǒng)軟件。Hybrid APP 開發(fā)方式可有效解決APP 軟件在不同廠家生產的終端上運行的平臺兼容性問題，還可以實現(xiàn)APP 功能的快速迭代。

3.北斗短報文運營服務系統(tǒng)設計

北斗短報文運營服務系統(tǒng)可實現(xiàn)北斗短報文通信用戶管理、SIM 卡管理、入網(wǎng)管理、通信管理、計費管理、運維管理等功能，滿足油氣業(yè)務的通信需求以及北斗短報文業(yè)務的運營服務需求。系統(tǒng)架構及核心業(yè)務流程如圖3、圖4 所示。

圖3 短報文服務系統(tǒng)架構

圖4 北斗短報文服務核心業(yè)務流程圖

四、應用效果

北斗綜合應用服務平臺的建設，使某石油石化企業(yè)利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的高精度位置服務、北斗短報文服務，實現(xiàn)了對企業(yè)人員、車輛、船舶、采油井、油氣庫等設備設施的精細化管理。

1.人員安全管控

應用北斗綜合應用服務平臺，某石油石化企業(yè)實現(xiàn)了對作業(yè)人員安全的精細化管理。生產管理人員能夠隨時掌握現(xiàn)場作業(yè)人員在廠區(qū)內的位置及工作狀態(tài)。管理人員可對日常工作項、工作區(qū)域進行規(guī)劃，并下發(fā)給每一位作業(yè)人員，一旦作業(yè)人員進行了違規(guī)操作或進入了非工作區(qū)域，系統(tǒng)都將產生報警信息，提醒管理人員及時出面干預。當現(xiàn)場出現(xiàn)緊急事件時，作業(yè)人員也可以主動進行報警，并利用北斗短報文功能及時與管理人員取得聯(lián)系。此外，系統(tǒng)可根據(jù)作業(yè)人員的個人信息，定期檢查作業(yè)人員的上崗資格條件，督促組織對上崗人員及時培訓和考核，避免出現(xiàn)不具備上崗條件的作業(yè)人員進行現(xiàn)場作業(yè)的情況（圖5）。

圖5 人員安全管控應用

2.車輛安全管控

某石油石化企業(yè)擁有很多油氣運輸車輛，并且每天都有上下游企業(yè)的?；愤\輸車輛進入企業(yè)生產區(qū)域，如果管理不善將成為巨大的安全隱患。北斗綜合應用服務平臺的建設，實現(xiàn)了對油氣運輸車輛、?；愤\輸車輛的數(shù)字化、智能化管理。系統(tǒng)建立了人員、車輛、貨物的基礎信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對司機、車輛、貨物信息的全面掌握。通過人、車、貨、路線等要素的關聯(lián)匹配，再加上運輸車輛上安裝的北斗短報文車載終端上報的車輛位置信息，使車輛管理調度人員能夠隨時掌握每個司機、每輛運輸車輛、每輛車的車上貨物的狀態(tài)及位置，確保油、氣、危險品、化學品的運輸安全（圖6）。

圖6 車輛安全管控應用

3.日常巡檢

石油煉化是石油石化企業(yè)將原油轉化為石油制品的關鍵環(huán)節(jié)，為保證煉化生產活動的正常開展，某石油石化企業(yè)下屬煉油廠的現(xiàn)場作業(yè)人員每天要進行多班次設備設施巡檢，巡檢對象包括原油儲罐等貯藏設施、蒸餾塔等生產裝置、管道及閥門等輸送設施、生產控制系統(tǒng)以及供電消防等保障設備。在為現(xiàn)場作業(yè)人員配發(fā)了北斗高精度手持終端后，管理人員可應用日常巡檢管理系統(tǒng)規(guī)劃、下發(fā)每日的巡檢任務，并可以實時掌握作業(yè)人員的巡檢路徑及任務的執(zhí)行情況?，F(xiàn)場作業(yè)人員則可以應用手持終端上集成的攝像頭、射頻識別（RFID）讀取模塊等信息采集設備，快速采集巡檢對象的狀態(tài)信息，提高了巡檢工作效率。在發(fā)現(xiàn)異常時，作業(yè)人員也可以及時上報異常情況，及時采取糾正措施進行處置（圖7）。

圖7 日常巡檢應用

4.野外油氣設施遠程監(jiān)管

某石油石化企業(yè)的部分采油井、儲油庫、儲氣庫遠離城市和鄉(xiāng)村，現(xiàn)場沒有移動通信網(wǎng)絡覆蓋，需要生產人員、巡檢人員定期開車前往現(xiàn)場檢查設備設施上的檢查傳感器的工作情況，并將相關數(shù)據(jù)拷貝至移動存儲設備上帶回，日常管理成本高、效率低，且存在安全隱患。

本項目在野外采油井、儲油庫、儲氣庫上安裝了北斗數(shù)傳終端，利用串口服務器、Zigbee 網(wǎng)關等設備獲取傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行封裝打包后，利用數(shù)傳終端的北斗短報文功能定時回傳至北斗綜合應用服務平臺，實現(xiàn)對野外油氣設施的遠程監(jiān)管。另外，根據(jù)用戶的作業(yè)規(guī)范，在系統(tǒng)中設定了各個傳感器的讀數(shù)報警閾值，當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時產生報警信息并通知相關業(yè)務部門及人員及時進行處置，確保了生產管理部門及時、準確獲取生產及設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，提高生產運行管理水平，保證生產安全（圖8）。

圖8 野外油氣設施遠程監(jiān)管應用

五、結束語

本項目的實施，有效提升了某石油石化企業(yè)的數(shù)字化管理能力，助推企業(yè)高質量發(fā)展。展望未來，以北斗三號衛(wèi)星導航系統(tǒng)在石油石化行業(yè)的應用為牽引，綜合應用衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星通信等衛(wèi)星應用技術，服務石油石化行業(yè)的油氣資源勘探、地質災害監(jiān)測、海外油氣田建設、海上作業(yè)監(jiān)管、油氣管線監(jiān)測、油氣運輸安全監(jiān)管等業(yè)務，既能大大促進我國衛(wèi)星應用產業(yè)的快速發(fā)展，也對推進石油石化企業(yè)的數(shù)字化轉型，助力相關企業(yè)的全球戰(zhàn)略，保障國家能源安全，推動國民經濟發(fā)展有著極為重要的意義。