中圖分類號(hào)：TE13；TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2025）05-0123-05

Abstract：In order to manage the petroleum exploration operation permit information in an orderly manner and improve the eficiencyof petroleum exploration operation permitapproval，acloud platform for the integrationof petroleum explorationoperation permit information basedon the Internet of Things wasdesigned.The dataacquisition layer of this platform adopted the radio frequency technologyof the Internet of Things，andused the explosion-proof handheld terminal containing inteligentRFIDcardat theoil explorationoperation site tocollectthelicensedmultisourceinformation data during theoil explorationoperation inreal time and sended itto the data integration and storage layer.Thedata integration and storage layer used the oil exploration operation permit information integration method basedon the fuzzy C-means algorithm，and the multi-source license information data was clasified and integrated，and stored in thecloud storage model of the operation permit information basedon Hadoop.The experimental results showed that the designed platform could classifyand integrate the oil explorationoperation permit information inan orderly manner，and the time taken to approve differentoil exploration operation permit informationafter the platformused was lessthan O.5s，whichcan improve theeficiency of oil exploration operation permit approval. Key words：internet of things；oil exploration； work permit ；information integration；cloud platform

當(dāng)前我國(guó)高危行業(yè)領(lǐng)域各大企業(yè)高度重視作業(yè)安全管理問(wèn)題，管理手段也日漸完善，但作業(yè)事故依舊時(shí)有發(fā)生，究其原因是很多企業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)因人工疏漏而出現(xiàn)安全事故[1]。不僅如此，在相同行業(yè)中，作業(yè)許可的管理狀態(tài)不一致，很多企業(yè)使用傳統(tǒng)式作業(yè)許可管理方法，以手工填寫的方式審批作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息，若工作人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確，便會(huì)導(dǎo)致作業(yè)安全受到嚴(yán)重威脅[2-3]。為此，設(shè)計(jì)一種作業(yè)許可信息管理系統(tǒng)，以期優(yōu)化危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域作業(yè)許可審核管理效果。

作業(yè)許可信息管理系統(tǒng)對(duì)許可信息的審批效果，主要與系統(tǒng)內(nèi)部所存儲(chǔ)的許可信息有關(guān)，若許可信息數(shù)據(jù)管理不當(dāng)，作業(yè)許可信息審批速度會(huì)受到負(fù)面影響。分析當(dāng)下已有的研究資料可知，魏然[4]等人設(shè)計(jì)了作業(yè)區(qū)準(zhǔn)入安全管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以更加嚴(yán)格地控制作業(yè)區(qū)的準(zhǔn)人，減少未經(jīng)授權(quán)或無(wú)資質(zhì)的人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，從而降低安全事故發(fā)生的可能性。沈祖安[5]等人以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種新的面向石化工程建設(shè)項(xiàng)目的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、預(yù)警預(yù)測(cè)和精細(xì)化管理等優(yōu)點(diǎn)，但在數(shù)據(jù)管理方面，存在效率較低的缺陷。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳統(tǒng)施工作業(yè)許可信息相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全作業(yè)智能化審批管理[6]。為此，設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的石油勘探作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)，該平臺(tái)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云存儲(chǔ)技術(shù)相結(jié)合，用于整合和管理石油勘探作業(yè)許可信息。這個(gè)平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是提高許可信息管理的效率和有序性。

1石油勘探作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)功能分析

在設(shè)計(jì)石油勘探作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)之前，先對(duì)石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，以便確定石油勘探作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

當(dāng)前常見(jiàn)的石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)，主要由PC端B/S架構(gòu)作業(yè)許可管理系統(tǒng)、防爆手持終端操作APP兩個(gè)主要部分組成[7]。PC端系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理和管理中心，提供了強(qiáng)大的信息管理功能，能夠高效地處理作業(yè)許可的申請(qǐng)、審批、執(zhí)行和監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。而防爆手持終端操作APP則為現(xiàn)場(chǎng)人員提供了便捷的操作界面，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)錄入、查詢和修改，確保了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性[8-10]。系統(tǒng)采用防爆手持終端與 PC 端交互的方式，結(jié)合RFID技術(shù)，確保了作業(yè)票簽發(fā)人員的實(shí)地核查工作得以順利進(jìn)行。石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)中，防爆手持終端可實(shí)現(xiàn)RFID識(shí)別，其工業(yè)防護(hù)級(jí)別達(dá)IP67級(jí)別，在ICT4安全防爆等級(jí)認(rèn)證中得到認(rèn)可。防爆手持終端主要利用井廠局域網(wǎng)與遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)和PC端交換數(shù)據(jù)，通過(guò)NAT發(fā)布應(yīng)用服務(wù)器接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)[11]。在石油勘探作業(yè)許可管理中，管理數(shù)據(jù)類型多樣，若僅依靠人工審核的方式審批許可證，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且還會(huì)因人為因素導(dǎo)致審批結(jié)果不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)增大。一般情況下，石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果[12]，主要取決于系統(tǒng)對(duì)石油勘探作業(yè)行為的許可審批速度，而許可信息審批速度取決于信息決策效率。信息決策主要依賴于歷史的許可信息條例。

1.2基于物聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)的功能架構(gòu)如圖2所示。

由圖2可知，基于物聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)分為多個(gè)層次，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)整合與存儲(chǔ)層。此平臺(tái)整合的許可信息，主要為防爆手持終端所采集的作業(yè)數(shù)據(jù)中，已經(jīng)被許可審批的作業(yè)數(shù)據(jù)，屬于許可信息歷史記錄數(shù)據(jù)。許可信息整合云平臺(tái)可通過(guò)防爆手持終端，采集勘探時(shí)的鉆井作業(yè)許可信息、錄井作業(yè)許可信息、測(cè)井作業(yè)許可信息，由井廠局域網(wǎng)、遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云平臺(tái)的數(shù)據(jù)整合與存儲(chǔ)層；數(shù)據(jù)整合與存儲(chǔ)層使用基于模糊聚類的作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)整合方法，以數(shù)據(jù)聚類的方式將多源作業(yè)許可信息分類整合后，發(fā)送至基于Hadoop 的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)模型存儲(chǔ)[13]，用于石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)的許可審批決策。射頻讀寫模塊硬件原理圖如圖3所示。

由圖3可知，射頻識(shí)別卡亦稱電子標(biāo)簽，每個(gè)射頻標(biāo)簽的電子編碼都是獨(dú)一無(wú)二的，其主要功能是作為作業(yè)人員和作業(yè)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，這些射頻標(biāo)簽以ISO18000-6C協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)作為核心，以確保標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性，促進(jìn)了石油勘探任務(wù)許可信息數(shù)據(jù)的交換。

射頻讀寫模塊芯片與射頻識(shí)別驅(qū)動(dòng)電路分別為ADF7020芯片、RF2173。ADF7020芯片能夠處理各種不同來(lái)源的石油勘探許可信息無(wú)線信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，包括頻移鍵控、振幅鍵控、高斯頻移鍵控、開(kāi)關(guān)鍵控和歸零制波形等。ADF7020的工作原理與傳統(tǒng)超外差接收器類似，通過(guò)天線接收的射頻輸入信號(hào)進(jìn)入芯片后，會(huì)通過(guò)低噪聲放大器（LNA）進(jìn)行放大處理，以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度和提高信噪比。RF2173是一款專為射頻識(shí)別（RFID）應(yīng)用設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路芯片。它主要負(fù)責(zé)控制和驅(qū)動(dòng)讀寫頭與射頻識(shí)別標(biāo)簽之間的通信[14]

1.3基于模糊C均值算法的石油勘探作業(yè)許可信息整合

考慮石油勘探作業(yè)類型的多樣化，為了有序管理多源勘探作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)，模糊C均值算法可把 個(gè)多源石油勘探作業(yè)許可信息樣本劃成b個(gè)模糊類，并確定各類石油勘探作業(yè)信息數(shù)據(jù)的聚類中心，從而保證聚類精度與效率。此算法使用模糊劃分方法，將各個(gè)多源石油勘探作業(yè)許可信息樣本通過(guò)隸屬度計(jì)算的方式分析其所屬類型[15]。隸屬矩陣 V 的取值范圍是0＼～1，模糊C均值算法下的信息整合目標(biāo)函數(shù)用以下公式表示：

式中： 為第 h 個(gè)信息樣本對(duì)于第 j 個(gè)聚類中心的隸屬度； Q 為作業(yè)許可信息模糊類 j 的聚類中心； 為第 j 個(gè)聚類中心和第 h 個(gè)信息樣本之間的歐式距離。

結(jié)合式（1）的信息整合目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)拉格朗日函數(shù)：

式中： β 為拉格朗日乘子； b 為聚類中心數(shù)量，表示石油勘探作業(yè)許可信息的類型。

使用庫(kù)恩-圖克定理求解式（2）。則：

式中： 為防爆手持終端上傳的第 j 個(gè)石油勘探作業(yè)許可信息樣本的聚類中心，代表石油勘探作業(yè)許可信息整合結(jié)果。結(jié)合式（3）與式（4）便可判斷防爆手持終端上傳的石油勘探作業(yè)許可信息樣本類型，從而實(shí)現(xiàn)多源石油勘探作業(yè)許可信息整合。

1.4基于Hadoop 的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)模型

結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，全面分析石油勘探作業(yè)許可信息存儲(chǔ)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于Hadoop的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)模型。對(duì)石油勘探作業(yè)許可信息整合后，整合的信息數(shù)據(jù)需發(fā)送至基于Hadoop的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)模型存儲(chǔ)?；贖adoop的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由圖4可知，在基于Hadoop的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)模型中，HadoopDistributedFileSystem 的工作是通過(guò)主節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而控制節(jié)點(diǎn)則由作業(yè)跟蹤器和主節(jié)點(diǎn)組成。石油勘探作業(yè)許可信息存儲(chǔ)程序的運(yùn)行，主要依賴于數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和任務(wù)跟蹤器的協(xié)同工作。整合后的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)流程如下：服務(wù)控制集群（SCC）接收作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)的請(qǐng)求后，控制存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)集群（SNC）處理數(shù)據(jù)資源的存取狀態(tài)，并分析石油勘探作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，提高許可信息數(shù)據(jù)處理效率。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為測(cè)試平臺(tái)是否適用于石油勘探作業(yè)審批任務(wù)，搭建如圖5所示的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

在圖5中，平臺(tái)所采用的防爆手持終端APP參數(shù)詳情如表1所示。

2.2平臺(tái)性能測(cè)試結(jié)果與分析

該石油企業(yè)的勘探作業(yè)許可信息整合后，石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示中心如圖6所示。

由圖6可知，石油企業(yè)的勘探作業(yè)許可信息整合后，石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示有序，許可信息按照數(shù)據(jù)類型分區(qū)明確，說(shuō)明平臺(tái)可有序整合石油勘探作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)。

設(shè)置石油勘探作業(yè)時(shí)，防爆手持終端APP所采集的鉆井作業(yè)、錄并作業(yè)、測(cè)井作業(yè)的許可信息文件大小分別是50MB、100MB、150MB、200MB，則平臺(tái)應(yīng)用3種許可信息的存儲(chǔ)耗時(shí)如圖7所示。

由圖7測(cè)試結(jié)果可知，平臺(tái)對(duì)3種許可信息的存儲(chǔ)耗時(shí)均低于1s，能夠?qū)崿F(xiàn)石油勘探作業(yè)多源許可信息數(shù)據(jù)的高效整合存儲(chǔ)。

STB系數(shù)主要用于描述多源數(shù)據(jù)的分布散亂狀態(tài)，為此，引入STB系數(shù)評(píng)價(jià)平臺(tái)整合的作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)。STB系數(shù)值越高，則作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分布狀態(tài)越雜亂。許可信息整合前后，作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的STB系數(shù)變化如表2所示。

由表2可知，許可信息整合前后，作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的STB系數(shù)變化存在明顯不同，許可信息整合前，鉆井作業(yè)、錄井作業(yè)、測(cè)井作業(yè)的許可信息存儲(chǔ)STB系數(shù)隨著數(shù)據(jù)量的增多而變大，最大值達(dá)49.54；許可信息整合后，鉆井作業(yè)、錄井作業(yè)、測(cè)井作業(yè)的許可信息存儲(chǔ)STB系數(shù)隨著數(shù)據(jù)量的增多而變大，最大值僅有12.99。對(duì)比之下，許可信息整合可改善石油勘探作業(yè)許可信息多源數(shù)據(jù)的分布散亂狀態(tài)，使信息分布更為規(guī)則化。

石油勘探作業(yè)票審核執(zhí)行情況如表3所示，

由表3可知，平臺(tái)使用后，石油勘探許可作業(yè)票審批耗時(shí)明顯縮短，石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)對(duì)不同石油勘探作業(yè)許可信息審批耗時(shí)低于0.5s，審批速度提升，原因是平臺(tái)使用后，石油勘探許可作業(yè)信息得到有效整合，有效協(xié)助石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)的許可審批決策，以此保證石油勘探作業(yè)的安全順利進(jìn)行。

3結(jié)語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)石油勘探作業(yè)許可的科學(xué)、快速審批，設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的石油勘探作業(yè)許可信息整合云平臺(tái)，此平臺(tái)主要服務(wù)于石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)。此平臺(tái)能夠利用石油勘探作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)防爆手持終端APP，實(shí)時(shí)收集石油勘探作業(yè)被許可的信息數(shù)據(jù)，以多源許可信息數(shù)據(jù)整合的方式，將許可信息數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)于基于Hadoop的作業(yè)許可信息云存儲(chǔ)模型中。石油勘探作業(yè)許可信息整合后，石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)對(duì)作業(yè)許可信息的決策速度明顯提升，對(duì)不同石油勘探作業(yè)許可信息審批耗時(shí)低于0.5s，平臺(tái)可有序整合石油勘探作業(yè)許可信息數(shù)據(jù)，輔助石油勘探作業(yè)許可管理系統(tǒng)進(jìn)行快速審批管理。

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