基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的EPS 作業(yè)信息采集系統(tǒng)

張雪梅 李 斌 嚴(yán)海源 劉 陽(yáng) 郭玉樹(shù) 王 偉

（1.天津市海洋石油環(huán)境和儲(chǔ)層低傷害鉆完井液企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300450；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，河北廊坊 065201）

環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，保持社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展己經(jīng)成為我國(guó)的一項(xiàng)戰(zhàn)略性任務(wù)和目標(biāo)。在海洋石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，已有《海洋環(huán)境保護(hù)法》《固體廢物污染環(huán)境防治法》《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)環(huán)境保護(hù)條例》等多項(xiàng)環(huán)保法律法規(guī)約束，隨著國(guó)家環(huán)保政策對(duì)海洋鉆井廢棄物排放要求日益嚴(yán)格，海上油田環(huán)保（Environment Protection Solution，EPS）業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量逐年增加，作業(yè)流程日漸成熟。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)采集方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)EPS 業(yè)務(wù)鏈的數(shù)據(jù)資源整合，且已影響到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率，在當(dāng)前智能化改革的大趨勢(shì)下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中也推動(dòng)著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持，改變現(xiàn)場(chǎng)采集信息的現(xiàn)狀迫在眉睫。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工程師作為EPS 作業(yè)信息采集規(guī)劃的重要操控者，根據(jù)EPS 業(yè)務(wù)流程現(xiàn)狀進(jìn)行一系列的綜合分析，作出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的構(gòu)想和改變方案，整合現(xiàn)有作業(yè)人員、物料、設(shè)備及作業(yè)等信息資源，使信息采集系統(tǒng)一體化，建立新的EPS 作業(yè)信息采集模式，有效提升生產(chǎn)效率和管理效率。

1.物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)概念分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)，本質(zhì)上是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一種類型，其依托于互聯(lián)網(wǎng)和通信這兩大模塊作為技術(shù)支持的“跳板”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人、事、物之間的有機(jī)結(jié)合，三者相互串聯(lián)，完成控制層面的統(tǒng)一性。借助于物聯(lián)網(wǎng)，人們的各類生活和工作需求得以滿足，例如，全面涵蓋了感知技術(shù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)和虛擬技術(shù)的智能家居便是物聯(lián)網(wǎng)具象化的實(shí)現(xiàn)。在物聯(lián)網(wǎng)的整個(gè)框架體系中，多種類的技術(shù)相互之間協(xié)同合作，信息傳輸?shù)募皶r(shí)性和高效性得以保障。這當(dāng)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)是幫助物聯(lián)網(wǎng)完成信息傳遞的載體，這一點(diǎn)上同互聯(lián)網(wǎng)可謂異曲同工。不過(guò)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)中所傳遞的信息量是極為龐大的，要想完成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理就必須要引進(jìn)對(duì)應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)，整個(gè)信息傳輸?shù)倪^(guò)程是在虛擬環(huán)境中運(yùn)行的，要想確保信息的私密性和安全性，就務(wù)必需要相關(guān)監(jiān)督單位和對(duì)應(yīng)管理機(jī)制的介入。

1.2 大數(shù)據(jù)處理的概念

區(qū)別于傳統(tǒng)人腦對(duì)于信息接收和處理的方式，大數(shù)據(jù)處理是指通過(guò)采取同物聯(lián)網(wǎng)掛鉤的先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行并完成信息采集、整理、處理和共享這一系列的流程。海量的數(shù)據(jù)內(nèi)容中，夾雜著各種各樣的信息種類，不同的數(shù)據(jù)又對(duì)應(yīng)著不同的領(lǐng)域，不同的載體，而為了提高數(shù)據(jù)信息的使用價(jià)值，就必須保證相應(yīng)的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于各項(xiàng)信息進(jìn)行隨時(shí)提取的功能，依托于互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)能夠得到極高速度的處理，進(jìn)而，人們對(duì)于數(shù)據(jù)層面的需求得以滿足[1]。

2.物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的EPS 作業(yè)信息采集系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)EPS 作業(yè)信息采集概述

物聯(lián)網(wǎng)是由傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。其中，該系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。傳感器是一種能夠感知被測(cè)信息的探測(cè)設(shè)備，它能夠根據(jù)具體的需求，將所感知到的信息，通過(guò)特定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行輸出，從而達(dá)到信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)和顯示的目的。傳感器具有數(shù)字化、通用性、網(wǎng)絡(luò)化、小型化等特點(diǎn)，傳感器具有數(shù)據(jù)參數(shù)化的特征，按數(shù)據(jù)的功能可劃分為光敏元件、氣敏元件、濕敏元件、熱敏元件等。

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)物與物的連接網(wǎng)絡(luò)，可以從某些收集數(shù)據(jù)的裝置中提取、測(cè)量、捕獲、傳遞數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)的收集范圍很廣，只要是需要感知的對(duì)象，都可以收集數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給服務(wù)器，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)信息處理技術(shù)，云計(jì)算，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和分析技術(shù)，通過(guò)智能計(jì)算技術(shù)對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析、計(jì)算和匯總。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、智能技術(shù)等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)

在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)EPS 作業(yè)信息采集后，利用網(wǎng)絡(luò)方式和傳統(tǒng)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，其中網(wǎng)絡(luò)模式是通過(guò)網(wǎng)線或者Wi-Fi 進(jìn)行的，它的數(shù)據(jù)傳送是按照特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行的，通常是以點(diǎn)到點(diǎn)的形式進(jìn)行。傳統(tǒng)的發(fā)送模式是以模擬信號(hào)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)傳輸。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)主要包括LoRa、NB-IoT、5G、ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi 等。

（1）LoRa 技術(shù)具有高容量、高滲透、廣覆蓋、低功耗、低成本等特點(diǎn)。（2）NB-IoT 技術(shù)具有頻譜窄、廣覆蓋、低功耗、低成本、無(wú)需重新建網(wǎng)等特點(diǎn)。（3）5G 技術(shù)具有高速度、低延時(shí)、泛在網(wǎng)、低功耗、萬(wàn)物互聯(lián)、重構(gòu)安全等特點(diǎn)。（4）ZigBee 技術(shù)具有近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本等特點(diǎn)。（5）Bluetooth 是一種無(wú)線通訊技術(shù)，它的通訊范圍通常不超過(guò)10m，主要應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。（6）Wi-Fi 通信品質(zhì)不佳，但資料傳送速率高，其顯著優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)路配線，可將物聯(lián)網(wǎng)裝置連結(jié)起來(lái)[2]。

2.3 EPS 作業(yè)信息采集和傳輸設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)EPS 作業(yè)信息采集和傳輸?shù)钠瘘c(diǎn)是監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的傳感器，將各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)EPS 作業(yè)信息采集和傳輸過(guò)程。首先，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)控參數(shù)的要求進(jìn)行EPS 作業(yè)信息采集，再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼，通過(guò)局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)的參數(shù)和要求，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)的分析、處理，將采集的數(shù)據(jù)保存到結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中。通常，在物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中，要對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，以求其穩(wěn)定性。

3.物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的EPS 作業(yè)信息采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 EPS 作業(yè)信息采集量大，來(lái)源單一

現(xiàn)階段多數(shù)作業(yè)信息采集系統(tǒng)主要采用8 位單片機(jī)的硬件資源+條形碼識(shí)別+基于上下位機(jī)的通信方式等模式，存在資源較少、數(shù)據(jù)可靠性比較差等問(wèn)題?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)化的種類繁多，類型復(fù)雜，并且整體數(shù)據(jù)量大，各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度快，而傳統(tǒng)的EPS 作業(yè)信息采集方式無(wú)法完全適應(yīng)現(xiàn)代工作效率，所以，現(xiàn)場(chǎng)采集的技術(shù)方式面臨著極大的挑戰(zhàn)，在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中，還需要避免重復(fù)數(shù)據(jù)的采集，人工篩查和對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，是現(xiàn)場(chǎng)信息采集最影響效率的環(huán)節(jié)。大數(shù)據(jù)在收集過(guò)程中來(lái)源比較單一，相對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)分析量也比較少，大多數(shù)據(jù)是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)確定準(zhǔn)確性和減少誤差率。所以，我們需要針對(duì)采集過(guò)程中的影響因素進(jìn)行分析，大數(shù)據(jù)的對(duì)比需要依靠互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理速度，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)比數(shù)據(jù)相對(duì)單一，準(zhǔn)確性和容錯(cuò)性尚且有待提高。

3.2 采集數(shù)據(jù)性的安全性、準(zhǔn)確性難以保證

隨著工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)模式的不斷改變，跨越系統(tǒng)、跨越生產(chǎn)模式和互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，工業(yè)化數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集也面臨著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，如敏感數(shù)據(jù)泄露，數(shù)據(jù)盜取等。如何確保工業(yè)化現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的機(jī)密性、安全性得到保障，在數(shù)據(jù)得到安全保障的前提下怎樣進(jìn)行有效的EPS 作業(yè)信息采集、使用共享，都是需要考慮的問(wèn)題。互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)數(shù)據(jù)分析的便捷，也導(dǎo)致數(shù)據(jù)來(lái)源分散，處理環(huán)節(jié)粗糙，由于互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)化數(shù)據(jù)的深度融合，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)數(shù)據(jù)的研發(fā)、收集、流向跟蹤上有著較深的關(guān)聯(lián)，同時(shí)也加大了數(shù)據(jù)外泄的風(fēng)險(xiǎn)和管理難度。因此確保EPS 作業(yè)信息采集的安全性是促進(jìn)工業(yè)化生產(chǎn)的首要條件，需要聯(lián)合技術(shù)工具，人員技術(shù)能力等方面進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，來(lái)提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量安全，促進(jìn)跨行業(yè)、跨系統(tǒng)間的安全系數(shù)是當(dāng)前首要任務(wù)。

采取建立安全相關(guān)治理部門(mén)，確定數(shù)據(jù)安全負(fù)責(zé)人，明確崗位職責(zé)和重要性，接觸敏感數(shù)據(jù)的相關(guān)工作人員簽定保密安全協(xié)議等措施是非常有必要的。安全負(fù)責(zé)人定期進(jìn)行安全平臺(tái)監(jiān)測(cè)，并制定數(shù)據(jù)管理崗位職責(zé)，嚴(yán)格規(guī)范執(zhí)行，落實(shí)數(shù)據(jù)安全維護(hù)的管控，對(duì)平臺(tái)漏洞定期進(jìn)行監(jiān)管和維護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)采集信息傳導(dǎo)到數(shù)據(jù)庫(kù)之后，團(tuán)隊(duì)人員在使用分析之前，必須遵循數(shù)據(jù)提前篩查、整理、驗(yàn)證、報(bào)告的原則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審查，可以很大程度上對(duì)數(shù)據(jù)起到有效的修復(fù)作用，確保為研發(fā)團(tuán)隊(duì)提供準(zhǔn)確的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，才能高效率、高準(zhǔn)確性地分析數(shù)據(jù)。

4.物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的EPS 作業(yè)信息采集系統(tǒng)應(yīng)用策略

4.1 加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集信息人員操作知識(shí)培訓(xùn)，加強(qiáng)操作技術(shù)和專業(yè)知識(shí)

在EPS 業(yè)務(wù)快速發(fā)展過(guò)程中，離不開(kāi)作業(yè)信息采集的運(yùn)用，怎樣去提高人員專業(yè)知識(shí)和操作技術(shù)的提升呢?在技術(shù)行業(yè)從事的工作人員，需要有一定的大數(shù)據(jù)的運(yùn)用和實(shí)踐能力。專業(yè)的信息采集人員，應(yīng)該能夠了解數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢(shì)，熟悉數(shù)據(jù)生態(tài)圈，了解采集數(shù)據(jù)的運(yùn)用和設(shè)計(jì)搭建方法，在數(shù)據(jù)工程、應(yīng)用數(shù)據(jù)集成、性能優(yōu)化等方面有良好的解決能力。并且能夠熟練掌握大數(shù)據(jù)的治理框架，熟悉怎么去在利用專業(yè)知識(shí)在不同環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)下進(jìn)行數(shù)據(jù)的信息采集。在加強(qiáng)操作知識(shí)培訓(xùn)的同時(shí)，需要具備良好的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在專業(yè)知識(shí)上，要熟悉產(chǎn)品的架構(gòu)、設(shè)計(jì)、設(shè)備的部署上線、數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)測(cè)試和軟件系統(tǒng)的工作原理和運(yùn)用。在技術(shù)技能上面，要了解各類大數(shù)據(jù)分析的工具，學(xué)會(huì)怎么去挖掘大數(shù)據(jù)，計(jì)算框架，了解各類型的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)，熟悉專業(yè)方面的腳本語(yǔ)言。需要在主流大數(shù)據(jù)平臺(tái)有一定的實(shí)踐能力，具備一定的信息采集和數(shù)據(jù)治理經(jīng)驗(yàn)。還要有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力，可以靈活地根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求來(lái)選擇合適的大數(shù)據(jù)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行綜合分析[3]。

4.2 增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)采集儀器的更新改造，加強(qiáng)工作效率

科學(xué)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集儀器進(jìn)行改造是十分有必要的，可以最大限度地延長(zhǎng)儀器的使用壽命，提高整體的利用率，并且減少新設(shè)備的購(gòu)置。隨著儀器逐漸趨于老化，各類問(wèn)題不斷涌出，儀器設(shè)備的精密直接影響到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。時(shí)代的不斷發(fā)展，舊的采集儀器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代科學(xué)的研究，需要定期對(duì)儀器進(jìn)行更新改造，才能夠使儀器保持最好的性能，發(fā)揮最強(qiáng)的利用率。首先，儀器的更新有利于現(xiàn)場(chǎng)采集技術(shù)的提升。其次，儀器的升級(jí)有利于在數(shù)據(jù)上更好的分析、測(cè)試新方法，對(duì)新技術(shù)進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)，充分利用到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)信息采集中，改善傳統(tǒng)作業(yè)信息采集的方式。最后，儀器定時(shí)更新改造可以對(duì)大型設(shè)備定時(shí)維修、維護(hù)，保證儀器設(shè)備的完好和精準(zhǔn)，也進(jìn)一步提升了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)信息采集的質(zhì)量，為后期數(shù)據(jù)庫(kù)提供了優(yōu)質(zhì)可行的數(shù)據(jù)。

更新改造儀器的過(guò)程中應(yīng)該本著科學(xué)客觀為原則，不能在改造的工程中盲目地追求高、新、尖的目的，根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，選擇最適宜的，最利于工作的開(kāi)展，既能節(jié)省人力、時(shí)間成本，又可以降低更新改造的資金成本將有限的資金投入到最需要的采集儀器的改造中，真正地提高工作效率，減輕人員負(fù)擔(dān)。隨著技術(shù)迅速的發(fā)展，原有的儀器設(shè)備已經(jīng)淘汰老化了，只有定期對(duì)儀器進(jìn)行升級(jí)改造，發(fā)揮儀器本身的潛能，延長(zhǎng)儀器的壽命，提高人員整體的效率，為整體發(fā)展提供更有效的數(shù)據(jù)。

4.3 加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)管，提高應(yīng)急處理能力

現(xiàn)場(chǎng)EPS 作業(yè)信息采集的過(guò)程中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管控不定期的抽查，確保單位現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備的維護(hù)工作落實(shí)到位，保持正常運(yùn)行的工作狀態(tài)。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)去了解設(shè)備故障的根本原因，如果儀器出現(xiàn)了故障，要及時(shí)對(duì)儀器故障原因進(jìn)行勘察，做好維修記錄。在現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，采集人員應(yīng)該立即查明問(wèn)題原因，對(duì)有相同隱患的設(shè)備進(jìn)行排查，對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行隨時(shí)抽查，定期與設(shè)備廠家保持聯(lián)系，記錄設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題和可能存在的隱患，全面進(jìn)行排查。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集人員做好應(yīng)急能力訓(xùn)練，確保特殊情況發(fā)生時(shí)保持專業(yè)狀態(tài)，理性處理問(wèn)題[4]。

5.結(jié)語(yǔ)

油田環(huán)保對(duì)油田企業(yè)勘探開(kāi)發(fā)順利開(kāi)展有著很大的影響，不僅會(huì)對(duì)油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成影響，還能減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。要想提升EPS 作業(yè)信息采集管理水平，就要全面認(rèn)知技術(shù)應(yīng)用的要求和規(guī)范，匹配技術(shù)方案開(kāi)展相應(yīng)的工作，及時(shí)處理信息更迭滯后等問(wèn)題，打造更加規(guī)范的EPS 作業(yè)信息采集系統(tǒng)，為海上石油環(huán)保產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。