基于VR与GIS技术的海上油田设施应急管理信息系统的设计与实现

郝 杰，朱 鹏，张鸿凯 （中海油能源发展采油服务公司，天津300457）

随着经济的快速发展，安全生产问题已经成为社会各界关注的焦点。对于海上油气田开发这个高风险行业来说，安全问题更是重中之重。由于海上油气田开发作业地点在海上，一旦发生油气泄漏、爆炸等事故，不仅救援难度大，还可能造成重大经济损失和环境污染。为了加强海上油田设施的安全管理，提高海上油田应急管理水平，结合 “数字油田”［1］和海上油田设施应急管理体系，利用VR （虚拟现实）和GIS（地理信息系统）技术构建海上油田设施应急管理信息系统。通过该系统的建设，在突发事件状态下应急指挥人员通过可视化平台实时获取现场真实情况，同时根据事故情况快速查询所需的应急信息，综合各方信息后对现场进行应急部署、资源调配等工作，为应急救援的科学决策分析和快速应急响应提供支持。此外，还可借助三维可视化平台对员工进行应急模拟演练等培训工作［2］。下面，笔者对基于VR与GIS技术的海上油田设施应急管理信息系统进行设计。

1 系统架构

图1 系统架构图

海上油田设施应急管理信息系统利用工业以太网通讯系统、DCS系统、大屏幕系统和视频监控系统，通过应用服务器、GIS服务器、数据库服务器、集成服务器和工作站等设备，组成海上油田设施应急管理信息系统，其系统架构如图1所示。

该系统作为应急平台，在突发事故情况下需要将各种救援信息快速、准确、全面地传达给相关应急人员，因此对系统的运行速度、数据安全、人机交互等要求非常高，若采用单一B／S模式显然不能满足要求。另一方面，该系统需要具备较强的分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览以及推演等工作。为了满足上述要求，应充分发挥C／S模式和B／S模式的各自优点［3］。为此，该系统采用基于Internet／Intranet通信方式的C／S＋B／S相结合的架构模式进行开发，这样既使客户端实现与服务器的直接相连，省去中间环节，提高了系统的响应速度，还使系统具有较强的事务处理能力，能够实现复杂的业务流程。此外，系统具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览、业务扩展，也大大减小了系统开发与维护的力度。通过C／S嵌入B／S的方式使系统更加实用、灵活，系统可以独立通过B／S门户进入页面，也可以通过C／S调用直接进入。

2 系统数据库设计

根据海上油田设施应急管理的需求，其数据库应该是一个以信息共享为目的的大型综合数据库，其主要内容包括地理信息［4］、专业数据、专题数据、运维数据和电子资料等 （见图2）。

图2 系统数据类型

3 系统设计与实现

为了保证海上油田的安全生产，根据海上油田设施应急管理体系要求，海上油田设施应急管理信息系统主要包括如下子系统。

3．1 门户

通过提供统一的信息门户，实现信息共享，支持企业信息发布与管理，由此提供统一入口、单点登录等功能。

3．2 海上油田设施三维信息展示子系统

基于Director软件平台，结合VR、GIS、3DMAX、FLASH等软件建立海上油田设施三维信息展示子系统。该子系统作为海上油田设施应急管理信息系统的基础查询和显示平台，能够实现设备和设施的查找、场景浏览、空间分析、空间定位、量算、集成和集中显示等功能，也能采用三维动画形式展示海上油田设施各个功能模块的主要设备及其性能参数，并对地理信息数据及应急资源信息进行整合，直观地体现海上油田设施与周边环境的关系。

3．3 应急预案演练及模拟子系统

通过该子系统能够实现应急推演，从而以低成本、跨地域的方式进行各种救援演练。演练人物以化身登陆身份行使救援演练规则规定的行为，如同亲临救援现场一般，并可进行应急知识考核，以提高应急人员的救援水平（见图3）。在救援过程中，系统会严格按照规范来约束每个人的行为，同时引入考核机制，如果违反规定，会扣去相应分值。演练人员以本人所在岗位的身份登录该子系统，如果某相关岗位人员未能登录，为了顺利完成该次应急预案演练，机器人会自动完成该岗位的职能。

图3 应急预案演练模拟图

3．4 视频监控子系统

视频监控子系统分为CCTV和移动单兵2个部分。CCTV可在海上油田设施应急管理信息系统中实时地显示其可见范围内的真实情况，其缺点是不可移动。移动单兵可以把视频和音频信号从固定角度扩展到油田设施的任意点，在油田设施发生设备故障或应急事故的情况下，可以直接把现场的情况发回陆地，由陆地专家和领导会商决策，最终形成完整的应急预案。

图4 台风预警信息图

3．5 气象预报子系统

该子系统可以集成气象预报数据 （见图4），为灾害信息预警提供支持，也为灾情模拟推演、应急演练提供实时数据信息。在突发事故发生时，可借助数学模型准确预测事故发展趋势和影响范围，为事故应急救援提供准确的数据支持。此外，该子系统可对易受天气影响的区域、设备等进行判断分析，并结合三维场景进行展示，以便决策人员确定是否进行预警及其级别，并进行报警提示。

4 结 语

海上油田设施应急管理信息系统基于VR和GIS技术，采用Internet／Intranet的C／S＋B／S的模式，以三维全息的形式再现了海上油田设施及周边海域的现实状况，具有真实、互动的特点，在信息共享、安全生产和动态演示等方面可以发挥重要作用。同时，该系统还具有应急预案演练及模拟功能，集成了视频监控、气象预报及其他相关专业系统信息，不仅能够根据应急管理体系自主生成应急预案，还能多人在线实时模拟演练，将纸质版的应急预案电子化和三维化，将企业的隐性知识显性化，从而大大加强海上油田的应急管理能力。当然，还需要根据不同海上油田的具体情况对该系统进一步优化，从而使其结构和功能更加完善。

［1］孔小利，马小晨 ．虚拟现实技术在数字油田中的应用研究 ［J］．承德石油高等专科学校学报，2005，7（3）：1-3，8．

［2］岳继红，蔡江 ．虚拟现实技术与油田数字化培训 ［J］．油气田地面工程，2004，23（11）：51-52．

［3］朱庆忠，杨和义，张彦彬，等 ．基于C／S和B／S体系结构的数字油田应用系统 ［J］．石油学报，2004，25（4）：67-70．

［4］何生厚，韦中亚 ．“数字油田”的理论与实践 ［J］．地理学与国土研究，2002，18（2）：54-56．