一種面向智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)編碼方法及應(yīng)用

湯曉勇 胡耀義 楊洪浩

1. 中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 重慶機(jī)電智能制造有限公司, 重慶 400072

0 前言

信息的表現(xiàn)形式是數(shù)據(jù),客觀、明確的信息是數(shù)據(jù)交換并產(chǎn)生價值的先決條件。在數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理過程中,數(shù)據(jù)應(yīng)該具有明確且穩(wěn)定的含義,并具有唯一的表示方法,這種表示方法稱為數(shù)據(jù)編碼,其既可描述數(shù)據(jù)的分類,也可標(biāo)識數(shù)據(jù)的特征[1-6],并與其所對應(yīng)的數(shù)據(jù)一一映射。目前,在面向智能油氣田的數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理領(lǐng)域,雖然有GB/T 7027—2002《信息分類和編碼的基本原則與方法》和SY/T 5785—2007《石油工業(yè)信息分類與編碼導(dǎo)則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做指導(dǎo),但仍缺乏可直接使用的數(shù)據(jù)編碼模型和規(guī)則[7-11],成為數(shù)據(jù)資產(chǎn)化程度較低的主要原因之一,數(shù)據(jù)交付效率出現(xiàn)瓶頸,尤其是海量數(shù)據(jù)中以實(shí)體對象為載體的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)交付方面,存在的問題更為突出。本文結(jié)合近期智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的工程實(shí)踐和應(yīng)用需求,提出了一種基于固定碼的數(shù)據(jù)編碼方法,可促進(jìn)智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)的形成、深化應(yīng)用和價值釋放。

1 智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理

油氣企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展是全球油氣工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心工作是“數(shù)據(jù)生態(tài)”建設(shè)和“數(shù)據(jù)治理”;具體手段是數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化;實(shí)現(xiàn)的路徑是通過數(shù)據(jù)采集、存儲、使用和管理建立數(shù)字化交付體系,保障數(shù)據(jù)以服務(wù)交付的形式進(jìn)行流動,進(jìn)而在智能油氣田的“應(yīng)用生態(tài)”中最大程度地產(chǎn)生價值,促進(jìn)油氣田業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流融合發(fā)展[12-16]。

數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理主要包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)模型、主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)價值和數(shù)據(jù)共享等方面的內(nèi)容[17-20]。數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的關(guān)鍵就是要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的資產(chǎn)化、形成數(shù)據(jù)資產(chǎn),并進(jìn)行有效的經(jīng)營、管理和應(yīng)用,其保障措施主要包括數(shù)據(jù)資產(chǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃、組織架構(gòu)、制度,以及數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理工具與方法的建立。智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的目標(biāo)就是要通過數(shù)據(jù)資產(chǎn)的建設(shè),提升數(shù)據(jù)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速共享和有效應(yīng)用,使得數(shù)據(jù)價值得以持續(xù)釋放,保障智能油氣田良好的“數(shù)據(jù)生態(tài)”環(huán)境。通過對描述實(shí)體對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,形成描述實(shí)體對象的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼的一一映射關(guān)系,并將數(shù)據(jù)編碼也作為一種數(shù)據(jù)資產(chǎn),可以有效解決復(fù)雜類型數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理,以及面向不同應(yīng)用的在不同形式數(shù)據(jù)庫中快速遍歷與交付等問題。

2 數(shù)據(jù)編碼模型

2.1 模型設(shè)計原則

數(shù)據(jù)編碼貫穿智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的全生命周期,其體現(xiàn)形式有固定碼和不固定柔性碼兩種?？紤]到物理油氣田與數(shù)字孿生體的映射關(guān)系固定、數(shù)字孿生體的實(shí)體對象固定、實(shí)體對象與數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系固定,本文選擇固定碼進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼模型的設(shè)計。面向智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)編碼模型設(shè)計,應(yīng)重點(diǎn)考慮數(shù)據(jù)的快速交付、敏捷應(yīng)用和高效查詢,以保障數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在此背景下,數(shù)據(jù)編碼模型設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。

1)唯一性。數(shù)據(jù)編碼模型設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)其所表示數(shù)據(jù)的唯一性,要避免出現(xiàn)“同一數(shù)據(jù)對應(yīng)不同編碼”或“同一編碼對應(yīng)不同數(shù)據(jù)”的現(xiàn)象,防止數(shù)據(jù)編碼的“二義性”。

2)穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)編碼模型設(shè)計體現(xiàn)數(shù)據(jù)最穩(wěn)定的本質(zhì)屬性或特征作為數(shù)據(jù)編碼模型的輸入,并體現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類和標(biāo)識特性,防止非本質(zhì)屬性因素進(jìn)入數(shù)據(jù)編碼模型。

3)擴(kuò)展性。在數(shù)據(jù)編碼規(guī)則域,應(yīng)滿足適應(yīng)不同油氣田的標(biāo)準(zhǔn)碼位和備用碼,確保數(shù)據(jù)編碼體系的形式統(tǒng)一和含義完整。

4)易辨認(rèn)性。在數(shù)據(jù)編碼值域,從系統(tǒng)工程角度出發(fā),確保固定的碼位有固定的含義,盡量減少無含義碼。

2.2 模型設(shè)計

在智能油氣田中,數(shù)字孿生體是數(shù)據(jù)資產(chǎn)的重要內(nèi)容之一,其在業(yè)務(wù)關(guān)注的范圍內(nèi)映射了現(xiàn)實(shí)世界中油氣田的物理實(shí)體。構(gòu)成數(shù)字孿生體的要素包括幾何模型、數(shù)據(jù)模型、仿真模型和業(yè)務(wù)模型,基礎(chǔ)均指向數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化,并體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,這要求數(shù)據(jù)具備多方應(yīng)用,且保證數(shù)據(jù)同源并唯一。解決該問題的有效方法是對數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)編碼,并盡可能地使數(shù)據(jù)編碼具有明確可識別的含義?；诖?提出了基于固定碼的數(shù)據(jù)編碼模型架構(gòu)，見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)編碼模型架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of data coding model

數(shù)據(jù)編碼模型由數(shù)據(jù)分類碼和數(shù)據(jù)標(biāo)識碼構(gòu)成。數(shù)據(jù)分類碼體現(xiàn)了數(shù)據(jù)本身的權(quán)屬分類和物理實(shí)體對象的分類,且該物理實(shí)體對象的分類與數(shù)字孿生體的數(shù)字實(shí)體應(yīng)保持一致,可為數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化轉(zhuǎn)化和價值應(yīng)用創(chuàng)造條件。數(shù)據(jù)標(biāo)識碼用于標(biāo)識物理實(shí)體對象和物理實(shí)體對象屬性,物理實(shí)體對象代表了物理實(shí)體對象類的一個特定對象；物理實(shí)體對象屬性用于描述物理實(shí)體對象,其體現(xiàn)形式為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而每一項(xiàng)屬性的標(biāo)識內(nèi)容包括數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)采集方式和數(shù)據(jù)版本。數(shù)據(jù)標(biāo)識碼標(biāo)識了其所代表物理實(shí)體對象的唯一、物理實(shí)體對象屬性的唯一和描述該物理實(shí)體對象數(shù)據(jù)的唯一。

3 數(shù)據(jù)編碼規(guī)則

3.1 制定原則與方法

數(shù)據(jù)編碼規(guī)則是智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理內(nèi)容中數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分,其制定原則與方法如下。

1)數(shù)據(jù)編碼規(guī)則的長度可分為固定碼或不固定柔性碼,本文提出的數(shù)據(jù)編碼為固定碼,以便于數(shù)據(jù)編碼與智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理軟件的有效融合和實(shí)踐應(yīng)用。

2)數(shù)據(jù)編碼規(guī)則體現(xiàn)的內(nèi)容包括了有含義碼和無含義碼,無含義碼主要指由阿拉伯?dāng)?shù)字形成的連續(xù)流水碼。

3)數(shù)據(jù)編碼規(guī)則由多個分段組成,分段之間采用英文字符下劃線“_”連接,且編碼過程中不應(yīng)包含英文字母O和I,但包含了阿拉伯?dāng)?shù)字0和1。

3.2 編碼規(guī)則

編碼規(guī)則由數(shù)據(jù)分類碼編碼規(guī)則和數(shù)據(jù)標(biāo)識碼編碼規(guī)則構(gòu)成。

3.2.1 數(shù)據(jù)分類碼編碼規(guī)則

數(shù)據(jù)分類碼由數(shù)據(jù)權(quán)屬分類和油氣田物理實(shí)體對象分類組成,數(shù)據(jù)權(quán)屬分類碼用于建立與油氣田組織機(jī)構(gòu)一致的數(shù)據(jù)歸屬關(guān)系,可采用油氣田行政組織分類編碼,也可采用自編碼,但應(yīng)是有含義的固定碼,推薦采用英文字母組成,確保其拓展性和有含義性。物理實(shí)體對象分類應(yīng)包括油氣田所有物理實(shí)體對象類,所有物理實(shí)體對象類采用有含義的固定長度的英文字母構(gòu)成。這里需要注意的是該物理實(shí)體對象類是物理實(shí)體對象分解結(jié)構(gòu)(Entity Breakdown Structure,EBS)的結(jié)果,不存在抽象邏輯上的實(shí)體分類,確保數(shù)據(jù)編碼在數(shù)字孿生體與物理實(shí)體的精準(zhǔn)映射。

3.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)識碼編碼規(guī)則

數(shù)據(jù)標(biāo)識碼由物理實(shí)體對象標(biāo)識碼、物理實(shí)體對象屬性標(biāo)識碼、物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)類型標(biāo)識碼、物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)來源標(biāo)識碼、物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)采集方式標(biāo)識碼和物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)版本標(biāo)識碼構(gòu)成,所有編碼均為固定碼。

3.2.2.1 物理實(shí)體對象標(biāo)識碼編碼規(guī)則

物理實(shí)體對象標(biāo)識碼用于區(qū)分不同類物理實(shí)體對象,或用于區(qū)分同類物理實(shí)體對象中不同對象,可標(biāo)識油氣田所屬廠(站/井場)或線路分類下的具體物理實(shí)體對象,該物理實(shí)體對象可采用固定長度的英文字母或阿拉伯?dāng)?shù)字流水碼進(jìn)行編碼,具體使用中根據(jù)油氣田所屬廠(站/井場)或線路的最大物理實(shí)體對象數(shù)量設(shè)置編碼長度。

3.2.2.2 物理實(shí)體對象屬性標(biāo)識碼編碼規(guī)則

物理實(shí)體對象屬性標(biāo)識碼用于區(qū)分同一物理實(shí)體對象的不同描述屬性,可由兩段編碼組成,第一段由1位英文字母形成,可用Y表示數(shù)據(jù)采集策劃時的必采數(shù)據(jù)項(xiàng),用N表示數(shù)據(jù)采集策劃時的選采數(shù)據(jù)項(xiàng);第二段由固定的英文字母或阿拉伯?dāng)?shù)字組成,表示描述該物理實(shí)體對象的特定屬性,包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)屬性。

3.2.2.3 物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)類型標(biāo)識碼編碼規(guī)則

物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)類型標(biāo)識碼用于區(qū)分同一物理實(shí)體對象不同屬性值所使用的數(shù)據(jù)類型,由1位英文字母組成。其中,S表示結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型、U表示非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型、P表示半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型。

3.2.2.4 物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)來源標(biāo)識碼編碼規(guī)則

物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)來源標(biāo)識碼用于區(qū)分物理實(shí)體對象屬性值產(chǎn)生的源頭,由1位編碼組成。如：油氣田參加單位的數(shù)據(jù)源中,可用E表示工程設(shè)計單位、P表示采購和供應(yīng)單位、C表示施工單位、T表示檢測單位、M表示監(jiān)測單位、S表示監(jiān)理單位、Q表示質(zhì)量監(jiān)督單位,阿拉伯?dāng)?shù)字0表示建設(shè)單位。

3.2.2.5 物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)采集方式標(biāo)識碼編碼規(guī)則

物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)采集方式標(biāo)識碼用于區(qū)分物理實(shí)體對象屬性值的獲取方式,由1位英文字母組成。如:A表示通過軟件工具自動采集數(shù)據(jù)、M表示人工手動采集數(shù)據(jù)。

3.2.2.6 物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)版本標(biāo)識碼編碼規(guī)則

物理實(shí)體對象屬性的數(shù)據(jù)版本標(biāo)識碼用于區(qū)分同一物理實(shí)體對象的同一屬性在不同時間點(diǎn)所產(chǎn)生的不同數(shù)據(jù)值,由2位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。每個數(shù)據(jù)值的版本從00開始,以步長為1逐級遞增。

4 數(shù)據(jù)編碼示例及應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)編碼示例

準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)編碼的含義是數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理者和使用者的基本素質(zhì)。按照上述編碼規(guī)則,假設(shè)A油氣公司B集氣站一批彎頭中某個彎頭的施工日期為2021- 08- 08,則可對該條數(shù)據(jù),基于上述規(guī)則編碼為0001_0026_L2WT_000139_S_Y005_C_A_00。當(dāng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理者和使用者看到該數(shù)據(jù)編碼時,可反映出:0001表示A油氣公司的行政組織分類,明確了該數(shù)據(jù)資產(chǎn)的權(quán)屬關(guān)系;0026表示A油氣公司的B集氣站;L2WT表示彎頭物理實(shí)體對象類,該物理實(shí)體對象類為基于1級物理實(shí)體對象類下的第2級分類;將A油氣公司B集氣站下的所有彎頭物理實(shí)體按順序進(jìn)行編號,而000139為該彎頭的具體編號;S表示施工日期的數(shù)據(jù)類型為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù);Y005表示施工日期為描述該彎頭所有屬性中的第5項(xiàng)屬性,且為必采項(xiàng)數(shù)據(jù);C表示該數(shù)據(jù)產(chǎn)生源頭為施工單位;A表示該數(shù)據(jù)為自動采集;00表示該項(xiàng)數(shù)據(jù)為第1次采集形成的第1個版本。

4.2 數(shù)據(jù)編碼應(yīng)用

智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的核心是讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價值,形成經(jīng)濟(jì)效益,面向智能油氣田的數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理,其數(shù)據(jù)編碼可應(yīng)用于以下幾方面。

1)在智能油氣田“應(yīng)用生態(tài)”建設(shè)中,智能應(yīng)用要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確和快速獲取。以圖數(shù)據(jù)庫的節(jié)點(diǎn)為單位描述物理實(shí)體對象,并將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)編碼作為節(jié)點(diǎn)的屬性保存在同一節(jié)點(diǎn)中,則節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系為物理實(shí)體與物理實(shí)體之間的關(guān)系,節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)編碼信息則反映出所關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的附加信息,這樣可以通過遍歷數(shù)據(jù)編碼間接查詢不同類型的數(shù)據(jù),進(jìn)而解決關(guān)系數(shù)據(jù)庫只能通過表連接進(jìn)行數(shù)據(jù)查收,且只能處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的問題。

2)通過數(shù)據(jù)編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢并完成自動交付,可有效提升數(shù)據(jù)的交付效率,尤其是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的交付。長寧50×108m3/a產(chǎn)建工程數(shù)字化氣田項(xiàng)目中,在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量相同的條件下,基于數(shù)據(jù)編碼進(jìn)行了數(shù)據(jù)遍歷和自動交付測試。當(dāng)數(shù)據(jù)量由100條增加到10 000條時,所消耗的時間從平均0.3 s僅增加到0.9 s;而采用無編碼自動交付進(jìn)行同樣的數(shù)據(jù)樣本測試,所消耗的時間則從平均1.2 s增加到11.2 s。由此，說明基于數(shù)據(jù)編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)遍歷和交付的效率優(yōu)于無編碼數(shù)據(jù)自動交付的效率。

3)在智能油氣田的數(shù)字孿生體構(gòu)建中,數(shù)字孿生體實(shí)體對象與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)性工作,因數(shù)據(jù)編碼自身隱含了物理實(shí)體對象和數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系,利用數(shù)據(jù)編碼,可快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生體實(shí)體對象之間的準(zhǔn)確掛接。通過對長寧50×108m3/a產(chǎn)建工程數(shù)字化氣田項(xiàng)目H19集氣站數(shù)字孿生體中87 567條數(shù)據(jù)進(jìn)行二三維關(guān)聯(lián)測試,其數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時間從過去數(shù)天提升到秒級,準(zhǔn)確率達(dá)96.12%,而未準(zhǔn)確掛接部分則是由于采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量不合格而未對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼造成。

4)將數(shù)據(jù)編碼作為數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行管理,在數(shù)據(jù)資產(chǎn)對象上加載數(shù)據(jù)編碼標(biāo)簽,在大數(shù)據(jù)分析過程中,可將數(shù)據(jù)編碼作為數(shù)據(jù)集要素進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與分析。如:通過數(shù)據(jù)編碼對管道和設(shè)備焊縫不合格的關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,可實(shí)現(xiàn)對焊接人員和施工單位績效的科學(xué)評估,并有效提高數(shù)字化協(xié)同建造的水平和工程質(zhì)量。

5 結(jié)論

數(shù)據(jù)編碼貫穿智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的全生命周期,該數(shù)據(jù)編碼方法已在長寧50×108m3/a產(chǎn)建工程數(shù)字化氣田項(xiàng)目等數(shù)字化工程中進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐,并在中國石油勘探與生產(chǎn)公司《油氣田地面工程數(shù)字化交付技術(shù)規(guī)定第2部分?jǐn)?shù)據(jù)編碼》中進(jìn)行了實(shí)例化。

1)數(shù)據(jù)編碼不僅是重要的數(shù)據(jù)資產(chǎn),而且一定程度上體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化程度。在面向智能油氣田建設(shè)過程中,數(shù)據(jù)編碼對數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值釋放和數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值交付具有重要意義。

2)在智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理領(lǐng)域中,數(shù)據(jù)編碼表達(dá)了數(shù)據(jù)的唯一性,體現(xiàn)了數(shù)字孿生體實(shí)體對象及其描述實(shí)體對象數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性,解決了數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理中如何通過數(shù)據(jù)編碼在海量無序數(shù)據(jù)中快速查詢、交付和應(yīng)用數(shù)據(jù)的問題。

3)數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)同生共死,具備全生命周期管理的特點(diǎn),數(shù)據(jù)編碼體系的建立和有效運(yùn)行,可支撐歷史數(shù)據(jù)編碼隱含信息的大數(shù)據(jù)應(yīng)用,進(jìn)而有效支撐油氣田工程建設(shè)的精細(xì)化管理和生產(chǎn)運(yùn)行的智能化應(yīng)用。