平台及海底管缆电子信息系统研发与应用

刘 巍

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300461）①

平台及海底管缆电子信息系统研发与应用

刘 巍

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300461）①

平台及海底管缆电子信息系统具有数据兼容性及扩展性，是海洋工程施工方案的辅助设计与海上油田设施完整性管理方面的重要工具。介绍了该信息系统研发的原理和技术路线，描述了电子信息系统中实时监控子系统、三维子系统及数据管理子系统的主要功能及其在海洋工程中的应用效果。

海底管缆；地理信息；数据管理；实时监控；三维可视化

绥中36-1海区海上钻采设施、海底管道电缆网罗密布，在此类海区进行施工及相关设计时，会给保护、避让已建海管、海缆等设施带来极大困难和挑战，这就要求船舶施工及相关设计人员清晰明确这一海区的水上水下平台、管缆分布情况。

目前，海底管缆的纸质存档资料分散，没有统一集中管理，不能有效地辅助油田调整研究、设计和建改作业，客观上需要研发功能强大的电子信息系统，使其能够完整管理、查询海区内信息。通过各种信息的汇总，加强对海底管道电缆的监控，让相关人员在开始作业之前就能熟悉整个作业区海洋设施环境状态，采用安全有效的生产方案，最大限度地减少由于海洋设施信息模糊而造成意外事故，进而增强应对海洋石油天然气作业事故的能力。同时，结合这一系统的建立，形成一个企业内部海底管缆数据信息标准，对今后海管海缆的安全管理具有十分重要的意义。

1 电子信息系统研发

1.1 原理

电子信息系统是运用地理信息技术、数据库技术和三维建模技术研发的一项综合性油田生产设施管理平台。利用完工资料和海区现场调查提供的资料，构建平台及管缆电子信息系统的数据库，为系统的运行提供可靠的数据支撑。

1.2 技术路线

系统采用C／S结构布局，包括3层结构：应用层（桌面客户端）、表示层（系统程序）和数据层（部署好的数据库服务器）。如图1。

图1 电子信息系统结构

采用常规的关系型数据库来存贮系统的业务和空间数据。针对目前的应用，采用性价比高的SQL Server数据库。对于以后的扩充，可以方便地移植到其他数据库。

使用中间件访问数据库，采用Super Map SDX＋引擎对空间数据库进行访问。

基于实际应用中的需求，电子信息系统包含3大子系统：

1） 三维子系统 展示三维场景，包括海底地形环境、平台、海管和海缆。

2） 数据管理子系统 对数据进行维护，导入导出数据，制作海图。

3） 实时监控子系统 用于船舶单机使用，为船舶的运行导航，同时有避碰报警功能。

2 电子信息系统功能

2.1 数据管理系统功能

数据管理子系统共计完成52项功能，主要是为数据管理员或操作员提供强大的桌面数据加工处理、编辑成图、查询统计、空间分析和海量数据管理的功能。

具体包括数据管理、查询统计分析、标绘、系统工具、权限管理。

1） 数据管理 工作空间管理、地图操作、数据集管理、图层管理。

2） 查询统计分析 图形查询属性、属性查询图形、管线电缆统计、SQL查询。

3） 标绘 添加标注、删除标注、修改标注、设置属性。

4） 系统工具 符号库编辑、线型库编辑、填充库编辑、对象捕捉设置、系统设置。

5） 权限管理 部门设置、员工设置、角色设置、权限设置、日志记录。

2.2 三维系统功能

三维子系统共计完成61项功能，凭借其集成的多源、海量和高清影像数据，模拟再现作业海区真实的三维场景，使作业人员直观、全面地了解作业区域内的海底地形地貌信息、海管海缆设施分布和其他海洋环境信息，实现水上水、下工程设施的可视化，为勘探、工程设计、施工作业等提供安全保障作用。

主要功能包括地图基本操作、图层管理、查询功能、地标管理、平台船舶及管缆模型管理、系统工具。

1） 地图基本操作 三维浏览操作、距离量算、面积量算、地图信息显示。

2） 图层管理 重命名图层、设置图层是否可见、设置图层可见高度、保存当前图层。

3） 查询功能 地名模糊查询与定位、经纬度坐标查询与定位、空间查询、SQL查询。

4） 地标管理 点地标管理、线地标管理、面地标管理。

5） 平台船舶及管缆模型管理 添加三维模型、修改模型信息、修改模型缩放比例尺、设置模型高度。

6） 系统工具 投影设计、权限设置、其他设置。

2.3 实时监控系统功能

实时监控子系统共计完成70项功能，主要是为辅助船上工作人员全面了解海区水上、水下情况，提供船舶实时监控、避碰报警、便捷标绘、船位走锚监测等功能，辅助船舶安全作业，杜绝危险。

主要功能包括海图基本操作、海图标绘与管理、航线管理、船舶实时监控、船舶定位与导航等。

1） 海图基本操作 海图浏览、海图量算、海图打印、海图要素管理、海图显示设置。

2） 海图标绘与管理 标绘层管理、标绘对象编辑、海图标绘。

3） 航线管理 航线编辑、航线查找、避碰报警设置。

4） 船舶实时监控 走锚报警、抛锚监控、避碰报警。

5） 船舶定位与导航 GPS连接设置、GPS操作控制、罗经仪连接、船舶导航、航迹管理。

3 系统特色

1） 基于先进的、自主知识产权的地理信息系统平台（Super Map），结合数据库技术（Database）、三维建模技术（LOD），构建了一套科学的、高效的平台及海管海缆电子信息系统，为海上石油钻采设施的勘测、规划设计、运行管理和维护提供了有力的工具支持。

2） 首次将“三维数字地球”技术应用于海洋石油领域，真实再现了海区作业环境，为使用者提供准确直观的信息，辅助管理者科学高效决策，并为将来系统扩展打下基础。

3） 在电子海图基础上，首创性地将人性语音导航、智能动态预警等先进技术应用于海上船舶，为作业船只提供更加科学、全面、细致的作业服务，最大范围降低海上施工因信息缺失造成的事故。

4） 基于先进的“一张图”的信息资源共享与应用模式搭建了系统的数据库，将海图、海上钻采设施、海底管线及电缆等数据展现在地理空间上，实现了空间地理信息资源的有效整合与集成，为生产提供了可视化的决策分析和数据共享服务。

5） 利用GIS、三维可视化技术，成功地探索了将作业海区前期勘测数据融入后期相关管理系统的技术方法，实现作业海区勘测数据的共享，使其在作业海区的全生命周期管理中发挥重要的作用，有助于实现海油行业从勘测设计到运行维护的全程信息化，具有较强的应用推广性。

4 电子信息系统应用

目前，系统已经在绥中36-1海区进行了应用，主要包括：已建平台及管线电缆的完工资料和调查资料等数据的存储、管理和维护；数据查询统计用于辅助平台、管缆膨胀湾等工程设计；在三维系统中直观、真实地展示出海区内平台及管线电缆分布情况；船舶海上现场作业抛锚实时监控、走锚报警和避碰预警；一期调整后新建平台、管线设计完工资料存储和管理。

4.1 辅助新建平台及管线电缆膨胀湾位置设计

利用系统中存储的平台及海底管线电缆属性数据，辅助膨胀湾设计。由于平台附近管线电缆比较多，给后期新建管线电缆带来了很大的困难，数据管理系统将完工资料以及物探调查的管线电缆数据存入数据库后，可以很方便地实现各种查询，从而了解平台周边管线电缆分布情况，优化膨胀湾的设计。

图2为辅助SZ36-1WHPJ扩展平台新建水管膨胀湾设计优化界面。

图2 WHPJ平台新建水管路由设计优化界面

将平台及管缆数据从数据管理系统查询出来后，发现预定设计的管线路由（虚线）与通往SZ36-1APP已建电缆相交，为了避免损坏现有的电缆，设计人员将水管膨胀湾路由设计向西北方向移动88 m，降低了海上现场作业时对已有电缆损坏的可能性，减少了事故的发生。

图3为辅助SZ36-1WHPK新建平台选址优化界面。

图3 WHPK新建平台选址优化界面

将预定平台周边管缆数据从数据管理系统查询出来后，发现通往SZ36-1WHPJ电缆距离平台最近桩腿约6.2 m，为了减少对电缆损坏的可能性，设计人员将平台向西北方向移动，使其与电缆最近距离约21 m。

4.2 辅助管线电缆路由选择

将数据管理系统与三维系统联合起来，即实现二维与三维联动，辅助管线路由设计。在数据管理系统中设计1条管线路由（如图4），打开三维系统就可以即时查看刚刚设计的管线路由在海区的真实位置以及它与周边环境的相对关系（如图5）。

图4 管线路由设计显示界面

图5 模拟显示管线路由在海区的真实位置及周边环境的相对关系界面

5.3 管线区抛锚就位实时监控

实时监控船舶在管线区抛锚作业。在管线电缆密集区进行海上抛锚作业时，容易造成对管线电缆的损坏，实时监控系统可以将数据库中现有的信息调入海图，实现现场抛锚的实时监控并且进行语音提示，大幅降低事故的发生。

在绥中36-1 APP平台东南方向抛锚的实例界面如图6。

图6 绥中36-1APP平台东南方向抛锚示例界面

由于SZ36-1 APP平台管线电缆数量多，在此工区抛锚容易损坏管缆；实时监控系统可以利用数据管理系统提供的管线电缆数据，将其叠加在电子海图上，启动语言避碰系统，就可以实时监控抛锚的全部过程。

5 结语

通过平台及海底管缆电子信息系统的建立，实现了海上工程设施数据管理的连续性和统一性，建立了海上设施信息“档案馆”，为项目设计提供了数据辅助，为工程施工提供了安全保障，为管缆的综合管理提供了手段工具，为海上设施的电子信息化建立了基础。

通过平台及海底管缆电子信息系统的应用，油田水下设施勘察及综合管理能力得到了极大提升，向未来日益扩大的油田生产管理市场迈出了坚实的一步。

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Development and Application of Electronic information system of Platform and Subsea pipeline-cable

The electronic information system of platform and subsea pipeline-cable is a useful tool in offshore engineering and offshore installation management.The rules and technique route are described for developing electronic information system of the platform and subsea pipeline-cable.Its main functions of the three subsystems are further introduced，as well as the application to offshore engineering.

subsea pipeline-cable；geographic information；data management；real-time monitoring；3D-visualization

TE951

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.022

1001-3482（2014）11-0086-04①

2014-04-18

刘 巍（1968-），男，山东诸城人，高级工程师，主要从事海洋石油工程开发工作，E-mail：liuwei2＠cnooc.com.cn。