基于大數(shù)據(jù)分析的油氣生產(chǎn)集團安全管控平臺建設研究

龔孝平，王春華

(1.貴州烏江能源集團有限責任公司安全環(huán)保部，貴州 貴陽 550025；2.貴州省煤礦設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550025；3.貴州省礦山安全科學研究院有限公司，貴州 貴陽 550025)

0 引言

安全是企業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展的生命線[1]。能源企業(yè)具有生產(chǎn)要素雜、工藝程序多、勞動強度大等特點，安全防控責任重、難度大，是安全領域的重點防范對象。企業(yè)是落實生產(chǎn)安全的主體責任人[2]。近年來，隨著能源企業(yè)信息化的發(fā)展和信息技術的廣泛應用，能源企業(yè)的科技含量和生產(chǎn)效率得到進一步提高，以煤炭為代表的傳統(tǒng)能源安全生產(chǎn)局面得到了一定改善，多數(shù)新能源產(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)水平相對穩(wěn)定，但仍有相當一部分綜合性能源企業(yè)由于業(yè)務類型繁多、業(yè)務場地分散、系統(tǒng)扁平林立，監(jiān)管手段單一且落后，不能全面實施綜合安全管控，存在著較高的安全風險隱患。例如，從國家應急管理部獲悉，僅2022年4月，全國安全事故共發(fā)生1 425起，死亡1 241人[3]，其中涉及能源領域的安全事故占據(jù)相當比重，安全生產(chǎn)形勢依然嚴峻?？傮w來看，國內(nèi)能源企業(yè)事故總數(shù)量、較大型事故、重大事故和死亡人員總數(shù)等仍高于發(fā)達國家，尤其是業(yè)務復合型能源企業(yè)的綜合安全管控效能堪憂，亟待開展針對性研究并提出解決措施。因此，本文重點圍繞大型能源集團安全管控場景需求，基于物聯(lián)網(wǎng)、AR、云計算及大數(shù)據(jù)分析技術，采用B/S架構設計了大型能源集團安全管控平臺，旨在全面高效整合業(yè)務復合型能源企業(yè)生產(chǎn)場景各類數(shù)據(jù)資源，為能源集團及其下屬生產(chǎn)企業(yè)在安全管控方面提供監(jiān)控預警、遠程指揮等應用服務，進而提升能源行業(yè)安全管理水平。

1 集團安全管控平臺應用需求分析

1.1 企業(yè)簡介

貴州烏江能源集團有限責任公司是貴州省省管大(一)型國有企業(yè)，肩負著全省能源戰(zhàn)略實施主體、清潔能源開發(fā)主體、能源技術創(chuàng)新主體和國家重要能源基地建設“四個主體”作用，主要開展電、氣、管、網(wǎng)一體化投資、開發(fā)、研發(fā)、運用、服務等業(yè)務?，F(xiàn)有全資、控股公司13家，參股公司24家，代持股公司1家，已形成能源(火電、光伏、水電、頁巖氣、煤層氣)和裝備制造、進出口貿(mào)易、技術服務的“1+3”產(chǎn)業(yè)體系[4]。

1.2 問題分析

(1)子企業(yè)層面。貴州烏江能源集團有限責任公司旗下子企業(yè)多、地點分散，尤其是安全信息化基礎薄弱，部分子公司雖然根據(jù)自身需求自行建立了SCADA等，但基本上都是獨立建設，涉及到的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)等都分散到各個生產(chǎn)現(xiàn)場，沒有集中到二級單位，導致二級單位不能及時掌握生產(chǎn)情況、安全管控等信息，進而導致集團公司不能獲取相關數(shù)據(jù)。(2)集團公司層面。整個集團公司還未建立總體層面的安全信息化管控平臺，用于支撐二級單位的數(shù)據(jù)接入，特別是安全監(jiān)管視頻從基層單位接入到集團公司問題尤為突出，將直接影響到“電”“氣”“管”“網(wǎng)”安全監(jiān)管調(diào)度。此外，在安全監(jiān)控與應急救援方面缺乏專業(yè)化集成信息系統(tǒng)，無法快速響應現(xiàn)場應急救援和調(diào)度指揮，實現(xiàn)集團本部和二級單位之間的應急可視指揮、視頻會議/監(jiān)控、工作督查、實時交流、遠程培訓等功能。

1.3 需求分析

大型能源集團安全管控平臺建設需求如下：

(1)視頻監(jiān)控與遠程指揮需求。通過對二級子公司、基層單位的部分無聯(lián)網(wǎng)條件的區(qū)域，安裝視頻采集設備或傳感器，對集團進行視頻監(jiān)控與遠程指揮系統(tǒng)的大屏建設，實現(xiàn)視頻聯(lián)網(wǎng)共享、實時傳輸，滿足集團對重大、突發(fā)事件進行視頻監(jiān)控和遠程指揮需求，實現(xiàn)跨層級、跨地區(qū)視頻接入、可視化指揮調(diào)度及高效協(xié)同辦公等應用。

(2)安全管控與應急救援需求。安全管控與應急救援系統(tǒng)滿足集團公司高效完成安全監(jiān)管、應急救援和事故處置的需求，實現(xiàn)集團本部和二級單位之間的應急可視指揮、視頻會議/監(jiān)控、工作督查、實時交流、遠程培訓等功能。集團通過該系統(tǒng)全面掌握下屬子公司的安全監(jiān)控和應急調(diào)度情況，能夠?qū)崿F(xiàn)和下屬子公司之間的視頻調(diào)度和語音對講，實現(xiàn)安全監(jiān)控與應急救援的集中管理和應急指揮調(diào)度。

(3)生產(chǎn)調(diào)度與運營監(jiān)管需求。主要滿足企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度工作的日常聯(lián)絡與突發(fā)事件應急處置時，確保部門內(nèi)部以及跨部門、跨地域的機構和人員之間應急處置時通信聯(lián)絡的安全、可靠、通暢，通過系統(tǒng)能夠讓集團公司及時掌握生產(chǎn)企業(yè)的工作流程和生產(chǎn)狀態(tài)。同時支撐子企業(yè)廠區(qū)的調(diào)度終端、視頻監(jiān)控、視頻會議、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等子系統(tǒng)進行深度整合的功能，滿足生產(chǎn)企業(yè)對日常生產(chǎn)調(diào)度、安全事件監(jiān)控和應急處置的需求，形成應急預案、視頻監(jiān)控、指揮調(diào)度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深度融合聯(lián)動，實現(xiàn)相關責任到人，指揮調(diào)度到事，可視化調(diào)度操作[5]。

(4)性能需求。建設的平臺性能指標應達到以下要求：平臺控制操作響應時間≤3 s；數(shù)據(jù)瀏覽響應時間≤2 s；一般數(shù)據(jù)查詢響應時間≤3 s；大數(shù)據(jù)分析處理時間≤1 min；雙機負載均衡/熱備用切換時間≤25 s；當平臺處理能力不足時，可通過增加相應的節(jié)點和處理能力來實現(xiàn)平臺處理能力的動態(tài)增長。

(5)網(wǎng)絡性能需求。平臺通過建立集團公司-二級子公司-三級基層單位骨干網(wǎng)鏈路，根據(jù)長期網(wǎng)絡演進計劃，前期以單鏈路實現(xiàn)功能需求為主，后期根據(jù)業(yè)務需求進行網(wǎng)絡冗余備份，以實現(xiàn)當其中一條鏈路出現(xiàn)故障，流量能自動切換到另外一條鏈路上。

2 大型能源集團安全管控平臺總體架構

依托烏江能源集團現(xiàn)有軟件、硬件基礎設施，構建包括基礎設施層、數(shù)據(jù)層、應用支撐層、應用服務層和可視化層的混合云資源服務體系，打造覆蓋主要單位各版塊的網(wǎng)絡體系、視頻會議體系，建設涵蓋視頻監(jiān)控與遠程指揮系統(tǒng)、安全管控與應急救援系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度與運營監(jiān)管系統(tǒng)等于一體的安全管控平臺。平臺整體架構如圖1所示。

基礎設施層由數(shù)據(jù)采集設備、網(wǎng)絡設施、調(diào)度大廳和云資源基礎設施組成；數(shù)據(jù)層由安全環(huán)保監(jiān)控數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、綜合辦公管理數(shù)據(jù)構成；應用支撐層主要由統(tǒng)一數(shù)據(jù)接入平臺、視頻監(jiān)控與遠程指揮系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源體系、數(shù)據(jù)融合分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)調(diào)度系統(tǒng)構成；應用服務層主要由安全管控與應急救援系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、運營監(jiān)管系統(tǒng)、安環(huán)大數(shù)據(jù)主題等構成；可視化層由可視化服務總線、調(diào)度中心等組成。

圖1 總體架構圖

大型能源集團安全管控平臺建設采用JDBC、SQL、Web Service、SOAP、服務總線、API等技術構建，總體技術架構如圖2所示。

圖2 技術架構圖

3 集團安全管控平臺功能設計及效果

3.1 視頻監(jiān)控與遠程指揮系統(tǒng)

視頻監(jiān)控與遠程指揮系統(tǒng)總體按照集團公司、二級公司、基層單位三級架構進行構建，分級逐步實現(xiàn)互聯(lián)。系統(tǒng)采用分布式架構設計，以綜合接入、互聯(lián)互通為目的，充分運用現(xiàn)代監(jiān)控先進技術，構建一套功能完善、擴展性強、實時性高的綜合音視頻交互指揮調(diào)度系統(tǒng)。包括GIS地理信息模塊、可視對講模塊、視頻會議模塊、應急廣播模塊、信息發(fā)布模塊、視頻監(jiān)控對接模塊、集群對講模塊、S接口模塊等，具有視頻監(jiān)控、報警聯(lián)動、指揮調(diào)度、視頻會議、信息發(fā)布、智能分析等功能。

3.2 安全管控與應急救援系統(tǒng)

安全監(jiān)控與應急救援系統(tǒng)總體按照集團公司、二級公司、基層單位三級架構進行構建，分級逐步實現(xiàn)互聯(lián)。以現(xiàn)場安全監(jiān)管和應急救援為目標，提供目標職責管理、制度管理、教育培訓管理、現(xiàn)場管理、安全風險管控及隱患排查等基本功能，同時滿足現(xiàn)場應急管理要求，實現(xiàn)集團對生產(chǎn)現(xiàn)場的全方位安全管控和全天候應急救援。

3.3 移動應用系統(tǒng)

在移動應用系統(tǒng)中運用5G技術，建設涵蓋首頁門戶、系統(tǒng)公告通知、工作臺、安全統(tǒng)計報表、安全生產(chǎn)監(jiān)管等功能模塊。

3.4 網(wǎng)絡系統(tǒng)

(1)根據(jù)集團-二級-生產(chǎn)公司等架構，建立數(shù)據(jù)采集上傳通道，可以使用公司原來建設的內(nèi)網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)+VPN的方式建立數(shù)據(jù)連接通道。

(2)集團建設數(shù)據(jù)承載中心，可以租賃物理機房或者新建數(shù)據(jù)中心機房方式將數(shù)據(jù)匯聚集團，同時部署部分分布式計算節(jié)點，對二級公司或者基層單位的機房作為分布式計算的節(jié)點，對數(shù)據(jù)進行處理分析。同時可以作為集團企業(yè)的數(shù)據(jù)中臺，促進集團的應用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)上融合，減少系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)不共享，軟件間的功能重復，系統(tǒng)間的割裂應用。

(3)以5G網(wǎng)絡為承載的應用建立，可以作為內(nèi)網(wǎng)的應急通信備份，也可以在緊急情況下現(xiàn)場調(diào)度指揮的承載。

(4)建設集團的應急指揮平臺，包括信息化平臺建設(涉及到功能包括數(shù)據(jù)的融合應用，子公司、生產(chǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)采集應用，安全生產(chǎn)監(jiān)控視頻采集，安全生產(chǎn)AI識別控制預警，應急視頻會議調(diào)度系統(tǒng)等)，同時新建物理指揮調(diào)度室，建設專業(yè)的生產(chǎn)安全調(diào)度中心。

3.5 應用效果

目前，已建設了涵蓋火電、水電、頁巖氣、煤層氣、光伏、管網(wǎng)、技術服務等業(yè)務于一體的視頻監(jiān)控與遠程指揮系統(tǒng)、安全管控與應急救援系統(tǒng)、移動應用系統(tǒng)及調(diào)度大廳，通過應用物聯(lián)網(wǎng)、AR、云計算及大數(shù)據(jù)等技術手段，將分散的下屬企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控視頻及設備運行數(shù)據(jù)等實時上傳至集中管控平臺，依托算法中臺、技術中臺實現(xiàn)了在線行為分析報警和遠程視頻指揮調(diào)度，通過建立應急管理預案庫，實現(xiàn)了特定場景下應急預案響應、應急資源調(diào)度、應急機構定位及應急模擬演練等。建設的安全管控調(diào)度大廳及平臺如圖3、圖4所示。

圖3 安全管控調(diào)度大廳實景圖

圖4 安全管控平臺應用功能界面圖

4 結語

本文聚焦大型能源集團安全管控需求，以貴州烏江能源集團有限責任公司為研究對象，通過深入剖析其安全管控信息化存在的問題，梳理形成大型能源集團安全管控平臺建設需求。構建了包括基礎設施層、數(shù)據(jù)層、應用支撐層、應用服務層和可視化層的總體架構，設計了具備視頻監(jiān)控與遠程指揮系統(tǒng)、安全管控與應急救援系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度與運營監(jiān)管系統(tǒng)等多功能的安全管控平臺。通過在貴州烏江能源集團有限責任公司實際應用，效果良好。對同類型大型能源集團基于大數(shù)據(jù)安全管控具有借鑒意義。