三維應急信息系統(tǒng)在油庫安全管理中的應用

李哲

(中海油寧波大榭開發(fā)區(qū)信海油品儲運有限公司，浙江寧波315812)

隨著現(xiàn)代科學技術在石油儲運領域的應用不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的儲運安全數(shù)據(jù)管理信息界面多，數(shù)據(jù)龐大，不便于直觀分析，不能解決對空間數(shù)據(jù)管理的問題。對于大量冗雜的帶有地理屬性的信息數(shù)據(jù)，利用三維應急信息系統(tǒng)可將石油、石化行業(yè)中的儲油罐組成要素，進行空間地理分析，可以集地理信息圖形、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、可視管理等功能于一體，并進行可視化展示。

1) 三維應急信息系統(tǒng)的最大特點在于它能夠?qū)崿F(xiàn)全息現(xiàn)實場景再現(xiàn)，以三維真實的場景關聯(lián)相關信息，最大程度地做到人性化和可視化。三維應急信息系統(tǒng)通過建立設施、設備的三維模型，對設施、設備運行情況進行實時監(jiān)控，動態(tài)模擬生產(chǎn)工藝流程，實現(xiàn)對生產(chǎn)設施、設備的可視化管理。生產(chǎn)事故發(fā)生后，三維應急信息系統(tǒng)通過對生產(chǎn)事故發(fā)生前的“場景再現(xiàn)”，便于分析事故發(fā)生在哪一個環(huán)節(jié)，追查事故發(fā)生原因。同時，還可對事故造成的經(jīng)濟損失情況進行有效評估。

2) 三維應急信息系統(tǒng)筑起石油石化企業(yè)生產(chǎn)事故安全防范的屏障。三維應急信息系統(tǒng)可將石油、石化企業(yè)地理分布信息，廠區(qū)設施、設備分布信息與企業(yè)周圍人文地理信息以及相應的基礎數(shù)據(jù)相結(jié)合，與石油、石化企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度，應急管理等系統(tǒng)相融合，實現(xiàn)信息資源共享，為石油、石化企業(yè)安全防范管理打下良好基礎。

1 項目簡介

根據(jù)大榭倉儲有限公司實際的日常管理和應急管理需求，建設與總公司保持高度一致的三維應急管理平臺，在該平臺上實現(xiàn)地理信息及場景全息化管理、應急預案管理、應急資源管理、應急響應與輔助決策管理等功能。

1) 還原現(xiàn)實，超越現(xiàn)實。根據(jù)設計施工圖紙建立與實際情況高度一致的企業(yè)場景，同時整合地理信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多企業(yè)場景的融合，構(gòu)建大榭倉儲的三維場景。對于地下管線走向、建筑物內(nèi)部設備布放、儲罐液位等實際廠區(qū)中不容易查看的情況，采用隱藏地面、剖切、虛化等超現(xiàn)實手段，展現(xiàn)相應信息，形成一個具有空間操縱能力的完善的交互環(huán)境。

2) 數(shù)據(jù)融合，互聯(lián)互通。數(shù)據(jù)融合主要包含數(shù)據(jù)類型全息化和時間周期全息化，即在全息化場景基礎上實現(xiàn)全生命周期各類型數(shù)據(jù)的融合。數(shù)據(jù)類型全息化流程如圖1所示。充分挖掘與設備、人員、業(yè)務流程等相關的數(shù)據(jù)，并利用三維平臺將數(shù)據(jù)與之相互匹配，實現(xiàn)關聯(lián)查詢，信息互通。

圖1 數(shù)據(jù)類型全息化流程示意

3) 挖掘本質(zhì)，智慧決策。整合分析數(shù)據(jù)內(nèi)容，挖掘事物本質(zhì)，提供數(shù)據(jù)、空間、資源、趨勢等信息，輔助應急搶險救援人員進行救援的決策與指令的下達。

2 系統(tǒng)概述

大榭倉儲有限公司三維應急管理平臺包含罐區(qū)、設備、設施、管線等各類基礎數(shù)據(jù)，包括基礎地理要素、設計施工數(shù)據(jù)、周邊社會經(jīng)濟等信息。各個應用模塊及外系統(tǒng)的集成創(chuàng)建符合實際業(yè)務需求和管理需求。平臺充分考慮靈活性和未來的可擴展性，無論是地理場景、業(yè)務數(shù)據(jù)、專業(yè)模型，還是更多的應用系統(tǒng)，都能借助平臺提供的各類服務來完成。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖2所示。

3 方案確定

3.1 宏觀方面

1) 大榭倉儲及周邊場景的可視化展示。

2) 大榭倉儲周邊行政區(qū)劃、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、學校、重大危險源等信息的可視化查詢。

在三維場景中能夠可視化顯示廠區(qū)周邊縣、鎮(zhèn)(鄉(xiāng))、村行政區(qū)相關信息，點擊查詢時被選中區(qū)域加亮或著色，同時閃爍顯示行政區(qū)域政府所在地，并突出顯示行政區(qū)域名稱及有關信息。

圖2 三維應急管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)示意

3.2 微觀方面

1) 企業(yè)建筑、設施、設備、地下管線等的可視化查詢管理。系統(tǒng)不僅可以查詢設備、設施的地理位置，基本屬性等信息，還可以通過隱藏地表的方式觀察地下設施。同時，系統(tǒng)具有設備之間的上下游連通關系，可以在三維場景動態(tài)畫面中選擇顯示設備的上下游設備。

2) 廠區(qū)內(nèi)工藝流程動態(tài)展示與編輯?？稍谌S場景中動態(tài)展示整個工藝流程的路線、流經(jīng)設備的名稱和屬性參數(shù)，以不同顏色區(qū)分管線內(nèi)的介質(zhì)。地下設施和管道的介質(zhì)類型及流向可以通過地表透視圖來查看。

3) 基于真實場景的空間測量(距離、面積、坡度等)。支持在三維場景中進行空間測量，支持地表距離、直線距離、投影距離測量，地表面積、投影面積測量，高度、坡度、北向夾角測量等。

4) 地理信息及可視化場景信息標繪。系統(tǒng)支持實時地理信息查詢、標繪等功能，在三維場景下進行道路、建筑物、區(qū)域等信息的標繪。

5) 場景漫游。提供多種控制方式的全場景漫游功能，可以全方位、多視角、立體化地觀察廠區(qū)的三維場景信息，實現(xiàn)行走、飛行等多種不同的漫游感受。

4 軟硬件配置構(gòu)成

4.1 三維場景構(gòu)建

該項工作主要包括GIS數(shù)據(jù)購置處理、現(xiàn)場圖紙采集、數(shù)字化信息采集、照片采集、設備和各類貨品照片采集、模型制作、場景擺放生成、設備屬性信息植入、邏輯關系植入等。根據(jù)建設三維應急管理平臺所需采集數(shù)據(jù)的范圍進行各類數(shù)據(jù)采集、購買，采用包括0.61m高精度的衛(wèi)星遙感影響數(shù)據(jù)，用平臺系統(tǒng)提供工具套件導入生成三維地形地貌。所需圖紙資料包含了用于構(gòu)建廠區(qū)設備設施、工藝流程等三維模型的廠區(qū)平面布置圖、設備管線布置圖、工藝流程圖、機械設備圖、儀表圖、土建圖、水熱工圖紙、單管圖及管線裝備圖等設計資料和施工資料。

廠區(qū)內(nèi)應急信息主要包括重大危險源數(shù)據(jù)、隱患管理數(shù)據(jù)、應急預案數(shù)據(jù)、應急相關法律法規(guī)及技術標準、事故案例、應急救援相關知識、應急設備檢驗檢修記錄、應急物資數(shù)據(jù)等相關資料文檔及相關統(tǒng)計資料。對外應急業(yè)務信息包括廠區(qū)周邊社會經(jīng)濟要素、救援力量分布、敏感目標分布、應急道路等資料，采集相關屬性信息并作定位測量。

4.2 平臺與軟件功能定制開發(fā)

核心平臺對于各類業(yè)務數(shù)據(jù)(包括GIS數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù))進行統(tǒng)一整合，對三維模型進行實時輸出，提供軟件應用平臺支持。按照第3章所介紹功能以及將來可擴展的應用功能，進行詳細的需求分析、詳細設計、審查，并進行大量的軟件開發(fā)，定制所需的業(yè)務功能。該部分工作是該系統(tǒng)建設最為核心的部分，最終進行迭代式開發(fā)和驗證，直至系統(tǒng)試運行完成。

4.3 軟硬件環(huán)境

1) 硬件環(huán)境。采用4U機架式服務器，CPU為E4807×2，內(nèi)存為4GB×4，硬盤為146GB×4；臺式機客戶端CPU為i5 2320，內(nèi)存8GB，硬盤為1000GB。

2) 軟件環(huán)境。服務器端操作系統(tǒng)使用Windows Server 2003及以上版本；客戶端操作系統(tǒng)使用Windows7 64位專業(yè)版；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用SQL Server 2008標準版。

5 應用體會

1) 生產(chǎn)營運監(jiān)控管理。利用三維應急信息系統(tǒng)平臺，將生產(chǎn)營運過程中的設備、設施情況，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等資料直觀、準確地表現(xiàn)出來。通過反映成品油資源分布動態(tài)、計劃執(zhí)行情況和油庫庫存變化趨勢，為優(yōu)化資源調(diào)配提供依據(jù)，方便領導及時掌握管理生產(chǎn)營運情況，為科學地進行資料調(diào)配提供輔助分析。

2) 場站設施、設備和石油管道管理。場站設施、設備是企業(yè)生產(chǎn)的基礎，是整個企業(yè)安全運營的核心。三維GIS平臺提供將設施、設備進行高精度建模仿真，并對監(jiān)控設備和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一在三維平臺上進行管理，達到設施、設備、數(shù)據(jù)的高度集成。利用三維空間信息技術可對輸油管線的空間分布、輸油能力、工作狀況等方面進行管理，從而合理地布線以便更好地控制成本。在管線出現(xiàn)故障時，通過分析地理位置、故障類型以及管線結(jié)構(gòu)等因素，維修人員能夠迅速找出故障點并加以解決。

3) 事故模擬推演。系統(tǒng)模擬油品泄漏、氣體擴散、火災、爆炸事故，通過集成安評結(jié)果和專業(yè)的事故后果分析數(shù)學模型，根據(jù)事故情況和實際環(huán)境參數(shù)進行災情推演。在系統(tǒng)中輸入災情發(fā)生的位置、事發(fā)物質(zhì)的特性，結(jié)合風向、風速、溫度、濕度等氣象信息，可通過數(shù)學模型分析出事故的擴散范圍、爆炸范圍、重傷半徑、死亡半徑、安全距離等關鍵數(shù)據(jù)，并能夠通過三維畫面結(jié)合的方式可視化地展示模擬分析的結(jié)果。根據(jù)事故狀況，可以提出行動方案，并可對周邊的環(huán)境、建筑物的影響進行風險分析，為事故救援決策提供依據(jù)。

4) 應急救援決策指揮。三維應急信息系統(tǒng)可滿足油氣管理部門在發(fā)生緊急事故快速反應的需要，實現(xiàn)人員、資源、設備以及現(xiàn)場綜合控制管理，輔助分析決策、指揮調(diào)度。該系統(tǒng)包括事故模擬、事故分析、事故處理和事故總結(jié)的全系列處理流程；集成設施、設備及周邊環(huán)境空間數(shù)據(jù)，監(jiān)測管理，GPS數(shù)據(jù)，實時遠程視頻數(shù)據(jù)，調(diào)控和搶維修系統(tǒng)；輔以無線網(wǎng)絡環(huán)境和GIS分析，實現(xiàn)了事故快速定位、受影響區(qū)域及環(huán)境快速分析、搶修方案快速制訂、預案的智能啟動以及三維實時的調(diào)度、指揮。

6 結(jié)束語

基于SOA架構(gòu)的三維應急管理平臺，具有良好的可擴展性，三維系統(tǒng)實現(xiàn)與SCADA系統(tǒng)OPC接口通信數(shù)據(jù)，三維系統(tǒng)畫面在SCADA系統(tǒng)上操作及在中控室大屏幕上顯示。企業(yè)生產(chǎn)運營期，基于三維平臺的應急系統(tǒng)，實現(xiàn)了面向具體設備、設施的數(shù)據(jù)采集與動態(tài)展示，生產(chǎn)預警與快速定位，新員工入廠教育培訓，生產(chǎn)工藝仿真培訓，設備機理培訓，內(nèi)外操作聯(lián)動培訓，設備拆解與組裝培訓，HAZOP分析結(jié)果直觀展示，巡檢管理等生產(chǎn)、培訓和日常管理方面的應用，從而形成企業(yè)三維管理門戶。另外企業(yè)管理者可以根據(jù)用戶權限實現(xiàn)日常生產(chǎn)與安全管理，以及在應急狀態(tài)下輔助領導進行事故的救援決策。

參考文獻：

[1] 金劍，李寧，劉文華，等.三維GIS在油氣站場管理中的應用[J].中國信息界，2011，9(06)： 44-49.

[2] 袁樹海，宋彬，李范書，等.安全完整性等級SIL應用研究與實踐[J].石油與天然氣化工，2012，41(01)： 107-109.

[3] 劉福橋，陳朝暉，李曉鐘，等.基于三維GIS平臺管道管理系統(tǒng)研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，33(11)： 186-187.

[4] 黃晨.信息安全： 問題與對策[J].情報雜志，2001，20(04)： 42-43.

[5] 倪光南.信息安全“本質(zhì)”是自主可控[J].中國經(jīng)濟和信息化，2013，4(05)： 18-19.

[6] 孫海東，吳志峰，劉陽燕.基于地理信息系統(tǒng)的管道完整性管理應用研究[J].內(nèi)江科技，2010，31(10)： 119-120.