石油石化企業(yè)氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

劉墨山 王偉 厲彥柏 嚴(yán)波

摘 ?要：石油石化行業(yè)上下游各環(huán)節(jié)受災(zāi)害性天氣影響明顯，如何高效匯集氣象部門發(fā)布的災(zāi)害性天氣預(yù)警信息，指導(dǎo)企業(yè)及時采取有效的應(yīng)對措施來減少因?yàn)?zāi)損失，是行業(yè)企業(yè)推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要關(guān)注的一項(xiàng)重要課題。通過分析行業(yè)企業(yè)受災(zāi)害性天氣影響情況，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計石油石化行業(yè)氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，可輔助企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營和應(yīng)急管理工作的開展，協(xié)助企業(yè)筑牢防災(zāi)減災(zāi)工作的第一道防線。

關(guān)鍵詞：氣象;監(jiān)測;預(yù)警;石油石化

中圖分類號：TP311 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）12-0064-04

Abstract： The upstream and downstream links of the petroleum and petrochemical industry are obviously affected by the disastrous weather. How to efficiently collect the disastrous weather early warning information issued by the meteorological departments and guide enterprises to take timely effective response measures to reduce disaster losses is an important topic for industry enterprises to promote digital transformation. By analyzing the impact of disastrous weather on industry enterprises， combined with the actual application needs， the meteorological monitoring and early warning system in the petroleum and petrochemical industry is designed， which can provide help for enterprises in production operation and emergency management， so as to help enterprises build the first line of defense for disaster prevention and reduction.

Keywords： meteorological; monitoring; early warning; petroleum and petrochemical

0 ?引 ?言

2020年以來，受到“拉尼娜”等現(xiàn)象影響，我國出現(xiàn)“冷冬熱夏”異常天氣。從4月底開始，全國頻繁出現(xiàn)大范圍強(qiáng)對流天氣，強(qiáng)對流天氣顯著多發(fā)，且極端性強(qiáng)、影響范圍廣。5月13—17日，西南地區(qū)東部、江漢、江淮、江南中北部出現(xiàn)當(dāng)年最強(qiáng)的大范圍強(qiáng)對流過程，造成江蘇、浙江、江西、湖北等省出現(xiàn)大范圍短時強(qiáng)降雨、雷暴大風(fēng)和冰雹，給當(dāng)?shù)厝罕姷恼Ｉa(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響。與此同時，大氣環(huán)流的異常變化也在歐洲、美洲等地引發(fā)強(qiáng)降雨和高溫等極端天氣，造成了大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告指出，全球變暖導(dǎo)致一些地區(qū)暴雨、洪澇、干旱、臺風(fēng)、高溫?zé)崂?、寒潮、沙塵暴等極端天氣氣候事件頻繁發(fā)生，并且強(qiáng)度增大。在氣候變化大背景下，氣候系統(tǒng)不穩(wěn)定加劇，大氣環(huán)流演變更加異常，反常天氣已成為一種新的天氣常態(tài)，極端天氣可能更頻繁“造訪”，需要各行各業(yè)做好防御準(zhǔn)備以確保生產(chǎn)活動正常開展。

石油石化行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)過程往往伴隨高溫、高壓和有毒有害等危害因素，災(zāi)害性天氣極易引發(fā)次生災(zāi)害，造成油氣站庫設(shè)備設(shè)施發(fā)生損毀、火災(zāi)、爆炸和有毒有害氣體泄漏等安全生產(chǎn)事故。面對“反?！碧鞖獾某B(tài)化和極端天氣的頻繁造訪，行業(yè)企業(yè)迫切需要加強(qiáng)氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)警技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合當(dāng)前大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)的信息技術(shù)，構(gòu)建氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)助力企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營、QHSE和應(yīng)急管理工作，對于筑牢防災(zāi)減災(zāi)工作的第一道防線，保障安全生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。

1 ?石油石化企業(yè)受災(zāi)害性影響的分析和主要需求

1.1 ?石油石化企業(yè)受災(zāi)害性影響的分析

大型石油石化企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋石油勘探開發(fā)、煉油化工、油氣運(yùn)輸、存儲銷售、工程建設(shè)以及國際貿(mào)易等上下游業(yè)務(wù)，整個產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)艿綖?zāi)害性天氣影響顯著。首先是持續(xù)性強(qiáng)降雨造成漫流型洪水沖蝕和溝道洪水沖蝕危害，對油氣站庫、管道和生產(chǎn)作業(yè)場所和人員造成災(zāi)害性影響。大風(fēng)降溫危害對加油站、油氣生產(chǎn)設(shè)施、鉆井現(xiàn)場等造成災(zāi)害性影響較大，尤其是加油站異性棚，一旦受損，將直接威脅工作人員和顧客的人身安全。寒潮、暴雪危害造成油氣站庫電壓不穩(wěn)或供電中斷，導(dǎo)致管道和儲罐出現(xiàn)冰凍脹裂的安全隱患。臺風(fēng)登陸和近海風(fēng)暴潮危害對海上采油作業(yè)設(shè)施、油庫罐區(qū)、煉化廠區(qū)的破壞性影響比較大。沙塵、霧霾、冰凍雨雪危害造成能見度降低、道路結(jié)冰等，對成品油、天然氣的道路運(yùn)輸配送影響比較大。局地雷暴、地閃危害襲擊大型儲油罐區(qū)極易引發(fā)火災(zāi)爆炸等安全生產(chǎn)事故。高溫和寒潮等極端天氣危害對員工的身心健康也造成較大影響，容易導(dǎo)致部分建設(shè)工程停工停產(chǎn)。綜上，災(zāi)害性天氣極易引發(fā)系列次生災(zāi)害，造成石油石化企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施損毀、火災(zāi)、爆炸和有毒有害氣體泄漏等安全生產(chǎn)事故。

1.2 ?石油石化企業(yè)氣象信息監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用需求分析

通過調(diào)研油氣田、煉化、銷售、運(yùn)輸?shù)却硇云髽I(yè)并進(jìn)行總結(jié)，石油石化行業(yè)企業(yè)對氣象信息監(jiān)測預(yù)警的具體應(yīng)用需求包括以下幾個方面：

（1）防災(zāi)減災(zāi)方面：根據(jù)預(yù)報預(yù)警信息提前制定針對性的防范措施并公布執(zhí)行，減少災(zāi)害對正常生產(chǎn)運(yùn)行帶來的影響，減少災(zāi)害造成的損失。

（2）生產(chǎn)調(diào)度方面：結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀，根據(jù)預(yù)報預(yù)警信息提前做好生產(chǎn)、倉儲、調(diào)運(yùn)計劃安排，合理調(diào)度油氣資源確保供應(yīng)，保證災(zāi)害發(fā)生時相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)營活動正常開展。

（3）應(yīng)急處置方面：根據(jù)預(yù)報預(yù)警信息分析事件現(xiàn)場周邊天氣情況，輔助現(xiàn)場指揮部選擇最佳處置窗口期并根據(jù)實(shí)時預(yù)報以及時調(diào)整處置措施，避免造成更大范圍的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

（4）綜合應(yīng)用方面：打造氣象與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息的共享平臺，為各類業(yè)務(wù)和系統(tǒng)用戶提供預(yù)報預(yù)警服務(wù)，深挖氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)在生產(chǎn)經(jīng)營、QHSE和應(yīng)急管理等業(yè)務(wù)的應(yīng)用價值，逐步形成企業(yè)級氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)體系和應(yīng)用支撐體系。

在數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍和方式方面，主要應(yīng)用需求是覆蓋企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)主要區(qū)域的基于格點(diǎn)化的氣象數(shù)據(jù)，預(yù)警信息可以直達(dá)作業(yè)現(xiàn)場并支持用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行個性化訂閱。

2 ?石油石化行業(yè)氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

2.1 ?框架設(shè)計

以某集團(tuán)公司為例，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)經(jīng)營、QHSE和應(yīng)急管理工作水平，企業(yè)深入研究了災(zāi)害性天氣對產(chǎn)、煉、運(yùn)、銷、儲、貿(mào)各環(huán)節(jié)正常運(yùn)行的影響，開展了氣象監(jiān)測預(yù)警信息融合應(yīng)用研究并納入應(yīng)急平臺的建設(shè)和應(yīng)用范圍，設(shè)計了平時服務(wù)生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度指揮，戰(zhàn)時服務(wù)突發(fā)事件輔助決策的氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)框架設(shè)計如圖1所示。

基礎(chǔ)設(shè)施：基于應(yīng)急平臺的服務(wù)器（云）、存儲設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)（3G/4G/5G），以及氣象與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測專業(yè)部門部署的各類傳感器，搭建起內(nèi)外部連通的氣象監(jiān)測感知和通信網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)庫層：氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要管理地理信息數(shù)據(jù)、氣象預(yù)警數(shù)據(jù)、地災(zāi)預(yù)警數(shù)據(jù)、企業(yè)聯(lián)系人信息和數(shù)據(jù)字典等數(shù)據(jù)信息。

支撐服務(wù)：主要包括將預(yù)警數(shù)據(jù)結(jié)合地理信息系統(tǒng)進(jìn)行疊加分析的地圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息發(fā)布的短信和郵件服務(wù)，以及數(shù)據(jù)接入和互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布服務(wù)等。通過支撐服務(wù)實(shí)現(xiàn)氣象預(yù)報預(yù)警信息的信息發(fā)布、受災(zāi)情況核實(shí)和現(xiàn)場搶險救災(zāi)情況反饋。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：是氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)面向用戶應(yīng)用的主要內(nèi)容，具體包括基礎(chǔ)管理、數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析與管理、數(shù)據(jù)發(fā)布和服務(wù)管理五個業(yè)務(wù)應(yīng)用功能模塊。

展示層：負(fù)責(zé)氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的前臺展示，包括在生產(chǎn)調(diào)度場所和應(yīng)急處置場所的大屏展示，用戶應(yīng)用PC顯示終端的獨(dú)立展示，以及智能手機(jī)終端的移動展示。

用戶層：氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用對象主要包括集團(tuán)總部、專業(yè)公司、下屬企業(yè)、二級單位、基層單位及應(yīng)急救援隊(duì)伍等各組織層級的用戶。

2.2 ?軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)框架設(shè)計，進(jìn)一步開展氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)軟件功能設(shè)計，設(shè)計了五個業(yè)務(wù)應(yīng)用功能模塊，梳理了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理流程：

（1）氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的五個業(yè)務(wù)應(yīng)用功能模塊中，基礎(chǔ)管理業(yè)務(wù)應(yīng)用主要對用戶數(shù)據(jù)、組織機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)字典等基礎(chǔ)信息進(jìn)行管理和配置;數(shù)據(jù)接收業(yè)務(wù)應(yīng)用主要通過接口接收氣象與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警數(shù)據(jù)并進(jìn)行清洗入庫，生成數(shù)據(jù)臺賬;數(shù)據(jù)分析與管理業(yè)務(wù)應(yīng)用主要將接收的預(yù)報預(yù)警數(shù)據(jù)信息結(jié)合應(yīng)急平臺GIS地圖進(jìn)行疊加分析，形成圖形化、可視化的分析結(jié)果并進(jìn)行展示;數(shù)據(jù)發(fā)布業(yè)務(wù)應(yīng)用主要對通過處理分析生成的預(yù)警信息進(jìn)行管理，并通過專業(yè)門戶、移動終端、即時通信軟件、電子郵件等方式向用戶推送;服務(wù)管理業(yè)務(wù)應(yīng)用是為了滿足不同業(yè)務(wù)類型企業(yè)的需求，提供專業(yè)定制化的氣象監(jiān)測預(yù)警服務(wù)，為企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營活動的開展與計劃安排提供參考，如安排生產(chǎn)、運(yùn)輸計劃，制定銷售策略等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用。針對突發(fā)事件應(yīng)對處置和重點(diǎn)工程作業(yè)現(xiàn)場，支持對局地氣象預(yù)報預(yù)警信息的定制監(jiān)測，系統(tǒng)根據(jù)用戶訂閱自動生成指定地點(diǎn)和指定時間周期的氣象預(yù)報預(yù)警信息并向指定用戶發(fā)送提醒消息。軟件功能設(shè)計如圖2所示。

（2）氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程包括數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析和信息發(fā)布三個主要流程，首先通過定制采購獲取專業(yè)的經(jīng)過處理的氣象災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警矢量化數(shù)據(jù);然后結(jié)合應(yīng)急平臺GIS地圖中的企業(yè)坐標(biāo)等信息進(jìn)行疊加分析，獲取災(zāi)害影響范圍內(nèi)的企業(yè)清單;再以該清單中企業(yè)主營業(yè)務(wù)制定針對性的避災(zāi)措施建議，生成預(yù)警信息;最后通過即時通信、短信、電子郵件等渠道將預(yù)警信息和應(yīng)對措施建議發(fā)送至對應(yīng)的目標(biāo)用戶。完整流程如圖3所示。

3 ?石油石化行業(yè)氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用

氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過不斷優(yōu)化完善，目前已初步達(dá)到了快速篩查災(zāi)害性天氣影響范圍內(nèi)的企業(yè)清單，快速生成災(zāi)害天氣應(yīng)對措施建議，快速發(fā)布災(zāi)害天氣預(yù)警信息的建設(shè)目標(biāo)?；诩瘓F(tuán)公司應(yīng)急平臺GIS地圖服務(wù)，結(jié)合氣象預(yù)報預(yù)警信息格點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，可以快速、直觀的了解所屬主要企業(yè)和重要生產(chǎn)作業(yè)場所、工程項(xiàng)目受強(qiáng)降雨災(zāi)害天氣的影響情況，形成可視化圖層。系統(tǒng)頁面示意如圖4所示。

根據(jù)上述分析結(jié)果形成的受影響企業(yè)清單，結(jié)合收集的各企業(yè)聯(lián)系人信息，集團(tuán)總部可以通過即時通信軟件、手機(jī)短信、電子郵件等通信手段，主動向企業(yè)推送預(yù)警信息，提醒負(fù)責(zé)人做好應(yīng)對準(zhǔn)備，以降低災(zāi)害天氣帶來的不利影響。短信提醒方式如圖5所示。

2021年以來，全國范圍內(nèi)頻繁出現(xiàn)極端異常天氣，我們對氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了測試應(yīng)用，結(jié)果顯示：系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)形成的氣象監(jiān)測預(yù)警信息專題圖層，能夠第一時間分析災(zāi)害性天氣影響范圍，及時向企業(yè)發(fā)布預(yù)警信息，經(jīng)受了實(shí)戰(zhàn)的檢驗(yàn)，基本滿足企業(yè)各類氣象信息展示、生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度分析和突發(fā)事件輔助決策應(yīng)用需求。

4 ?結(jié) ?論

綜上所述，石油石化企業(yè)建設(shè)氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是應(yīng)對“異常天氣常態(tài)化”的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，也是企業(yè)筑牢防災(zāi)減災(zāi)工作的第一道防線，是保障安全生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的必然要求。本文基于針對受災(zāi)影響較大企業(yè)開展的業(yè)務(wù)和需求調(diào)研，分析了石油石化行業(yè)受災(zāi)害性天氣的主要危害影響，以及氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在石油石化企業(yè)開展防災(zāi)減災(zāi)、生產(chǎn)經(jīng)營、QHSE和應(yīng)急管理工作的應(yīng)用場景和范圍。設(shè)計了基于企業(yè)應(yīng)急平臺架構(gòu)構(gòu)建的氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，通過信息化手段有效利用氣象預(yù)報預(yù)警數(shù)據(jù)支持企業(yè)做好災(zāi)害性天氣的應(yīng)對防范，減少因?yàn)?zāi)損失，確保相關(guān)業(yè)務(wù)活動正常開展。

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作者簡介：劉墨山（1969.10—），男，漢族，吉林榆樹人，中國石油集團(tuán)高級專家，博士，研究方向：石油石化行業(yè)安全工程;王偉（1987.08—），男，漢族，河北廊坊人，工程師，碩士，研究方向：石油石化行業(yè)安全管理;厲彥柏（1979.03—），男，漢族，山東日照人，高級工程師，碩士，研究方向：石油石化行業(yè)應(yīng)急管理信息化;嚴(yán)波（1987.04—），男，漢族，四川南充人，工程師，本科，研究方向：石油石化行業(yè)應(yīng)急管理信息化。