基于VR與GIS技術(shù)的海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郝 杰，朱 鵬，張鴻凱 （中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津300457）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，安全生產(chǎn)問題已經(jīng)成為社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)。對于海上油氣田開發(fā)這個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)來說，安全問題更是重中之重。由于海上油氣田開發(fā)作業(yè)地點(diǎn)在海上，一旦發(fā)生油氣泄漏、爆炸等事故，不僅救援難度大，還可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。為了加強(qiáng)海上油田設(shè)施的安全管理，提高海上油田應(yīng)急管理水平，結(jié)合 “數(shù)字油田”［1］和海上油田設(shè)施應(yīng)急管理體系，利用VR （虛擬現(xiàn)實(shí)）和GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)構(gòu)建海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的建設(shè)，在突發(fā)事件狀態(tài)下應(yīng)急指揮人員通過可視化平臺實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場真實(shí)情況，同時(shí)根據(jù)事故情況快速查詢所需的應(yīng)急信息，綜合各方信息后對現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)急部署、資源調(diào)配等工作，為應(yīng)急救援的科學(xué)決策分析和快速應(yīng)急響應(yīng)提供支持。此外，還可借助三維可視化平臺對員工進(jìn)行應(yīng)急模擬演練等培訓(xùn)工作［2］。下面，筆者對基于VR與GIS技術(shù)的海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)利用工業(yè)以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過應(yīng)用服務(wù)器、GIS服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、集成服務(wù)器和工作站等設(shè)備，組成海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)作為應(yīng)急平臺，在突發(fā)事故情況下需要將各種救援信息快速、準(zhǔn)確、全面地傳達(dá)給相關(guān)應(yīng)急人員，因此對系統(tǒng)的運(yùn)行速度、數(shù)據(jù)安全、人機(jī)交互等要求非常高，若采用單一B／S模式顯然不能滿足要求。另一方面，該系統(tǒng)需要具備較強(qiáng)的分布性特點(diǎn)，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行查詢、瀏覽以及推演等工作。為了滿足上述要求，應(yīng)充分發(fā)揮C／S模式和B／S模式的各自優(yōu)點(diǎn)［3］。為此，該系統(tǒng)采用基于Internet／Intranet通信方式的C／S＋B／S相結(jié)合的架構(gòu)模式進(jìn)行開發(fā)，這樣既使客戶端實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的直接相連，省去中間環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，還使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的事務(wù)處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程。此外，系統(tǒng)具有分布性特點(diǎn)，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行查詢、瀏覽、業(yè)務(wù)擴(kuò)展，也大大減小了系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)的力度。通過C／S嵌入B／S的方式使系統(tǒng)更加實(shí)用、靈活，系統(tǒng)可以獨(dú)立通過B／S門戶進(jìn)入頁面，也可以通過C／S調(diào)用直接進(jìn)入。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)海上油田設(shè)施應(yīng)急管理的需求，其數(shù)據(jù)庫應(yīng)該是一個(gè)以信息共享為目的的大型綜合數(shù)據(jù)庫，其主要內(nèi)容包括地理信息［4］、專業(yè)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)和電子資料等 （見圖2）。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了保證海上油田的安全生產(chǎn)，根據(jù)海上油田設(shè)施應(yīng)急管理體系要求，海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)主要包括如下子系統(tǒng)。

3．1 門戶

通過提供統(tǒng)一的信息門戶，實(shí)現(xiàn)信息共享，支持企業(yè)信息發(fā)布與管理，由此提供統(tǒng)一入口、單點(diǎn)登錄等功能。

3．2 海上油田設(shè)施三維信息展示子系統(tǒng)

基于Director軟件平臺，結(jié)合VR、GIS、3DMAX、FLASH等軟件建立海上油田設(shè)施三維信息展示子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)作為海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)查詢和顯示平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備和設(shè)施的查找、場景瀏覽、空間分析、空間定位、量算、集成和集中顯示等功能，也能采用三維動(dòng)畫形式展示海上油田設(shè)施各個(gè)功能模塊的主要設(shè)備及其性能參數(shù)，并對地理信息數(shù)據(jù)及應(yīng)急資源信息進(jìn)行整合，直觀地體現(xiàn)海上油田設(shè)施與周邊環(huán)境的關(guān)系。

3．3 應(yīng)急預(yù)案演練及模擬子系統(tǒng)

通過該子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急推演，從而以低成本、跨地域的方式進(jìn)行各種救援演練。演練人物以化身登陸身份行使救援演練規(guī)則規(guī)定的行為，如同親臨救援現(xiàn)場一般，并可進(jìn)行應(yīng)急知識考核，以提高應(yīng)急人員的救援水平（見圖3）。在救援過程中，系統(tǒng)會嚴(yán)格按照規(guī)范來約束每個(gè)人的行為，同時(shí)引入考核機(jī)制，如果違反規(guī)定，會扣去相應(yīng)分值。演練人員以本人所在崗位的身份登錄該子系統(tǒng)，如果某相關(guān)崗位人員未能登錄，為了順利完成該次應(yīng)急預(yù)案演練，機(jī)器人會自動(dòng)完成該崗位的職能。

圖3 應(yīng)急預(yù)案演練模擬圖

3．4 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)分為CCTV和移動(dòng)單兵2個(gè)部分。CCTV可在海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)中實(shí)時(shí)地顯示其可見范圍內(nèi)的真實(shí)情況，其缺點(diǎn)是不可移動(dòng)。移動(dòng)單兵可以把視頻和音頻信號從固定角度擴(kuò)展到油田設(shè)施的任意點(diǎn)，在油田設(shè)施發(fā)生設(shè)備故障或應(yīng)急事故的情況下，可以直接把現(xiàn)場的情況發(fā)回陸地，由陸地專家和領(lǐng)導(dǎo)會商決策，最終形成完整的應(yīng)急預(yù)案。

圖4 臺風(fēng)預(yù)警信息圖

3．5 氣象預(yù)報(bào)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以集成氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù) （見圖4），為災(zāi)害信息預(yù)警提供支持，也為災(zāi)情模擬推演、應(yīng)急演練提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。在突發(fā)事故發(fā)生時(shí)，可借助數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確預(yù)測事故發(fā)展趨勢和影響范圍，為事故應(yīng)急救援提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。此外，該子系統(tǒng)可對易受天氣影響的區(qū)域、設(shè)備等進(jìn)行判斷分析，并結(jié)合三維場景進(jìn)行展示，以便決策人員確定是否進(jìn)行預(yù)警及其級別，并進(jìn)行報(bào)警提示。

4 結(jié) 語

海上油田設(shè)施應(yīng)急管理信息系統(tǒng)基于VR和GIS技術(shù)，采用Internet／Intranet的C／S＋B／S的模式，以三維全息的形式再現(xiàn)了海上油田設(shè)施及周邊海域的現(xiàn)實(shí)狀況，具有真實(shí)、互動(dòng)的特點(diǎn)，在信息共享、安全生產(chǎn)和動(dòng)態(tài)演示等方面可以發(fā)揮重要作用。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有應(yīng)急預(yù)案演練及模擬功能，集成了視頻監(jiān)控、氣象預(yù)報(bào)及其他相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)信息，不僅能夠根據(jù)應(yīng)急管理體系自主生成應(yīng)急預(yù)案，還能多人在線實(shí)時(shí)模擬演練，將紙質(zhì)版的應(yīng)急預(yù)案電子化和三維化，將企業(yè)的隱性知識顯性化，從而大大加強(qiáng)海上油田的應(yīng)急管理能力。當(dāng)然，還需要根據(jù)不同海上油田的具體情況對該系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，從而使其結(jié)構(gòu)和功能更加完善。

［1］孔小利，馬小晨 ．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字油田中的應(yīng)用研究 ［J］．承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005，7（3）：1-3，8．

［2］岳繼紅，蔡江 ．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與油田數(shù)字化培訓(xùn) ［J］．油氣田地面工程，2004，23（11）：51-52．

［3］朱慶忠，楊和義，張彥彬，等 ．基于C／S和B／S體系結(jié)構(gòu)的數(shù)字油田應(yīng)用系統(tǒng) ［J］．石油學(xué)報(bào)，2004，25（4）：67-70．

［4］何生厚，韋中亞 ．“數(shù)字油田”的理論與實(shí)踐 ［J］．地理學(xué)與國土研究，2002，18（2）：54-56．