可视化技术在油田生产营运指挥系统中的应用

2015-02-16王荣马鑫何东强唐玺

油气田地面工程 2015年4期

关键词：指挥系统营运虚拟现实

王荣马鑫何东强唐玺

1中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司2中国石油勘探开发公司

可视化技术在油田生产营运指挥系统中的应用

王荣1马鑫1何东强1唐玺2

1中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司2中国石油勘探开发公司

可视化技术在石油行业中的应用越来越广泛，典型的应用方式有可视化管理、三维GIS展示和虚拟现实等。将可视化技术应用于油田生产营运指挥系统，对生产过程中产生的大量数据信息进行统计、分析，以可视化的多种展示方式展现，可获取生产营运指挥过程的重要信息，从而快速准确地把握营运指挥信息，提高生产营运指挥效率，为决策提供依据。可视化营运指挥系统的技术架构包括基础数据层、数据访问层、逻辑层、展示层。油田营运指挥系统的功能包括数据统计分析、动态监测、地理展示和预测预警、灵活查询等，这些功能可以基于大屏幕、桌面端等进行应用展示。

营运指挥，可视化，综合展示，数据分析

石油企业机构规模庞大分散，业务流程差异较大，容易造成生产和管理的无序现象。提高生产管理水平，实时、全面掌握生产过程，全面灵活的数据分析和报表展示，提供辅助决策依据，是石油企业的迫切需求和亟待解决的问题[1]。

1 可视化技术特点与应用

可视化技术是指利用先进的计算机图形学以及目前广泛应用的图像处理技术，将单纯的表格数据进行改造和包装，以容易接受的矢量图形、数学图表、拓扑结构图等方式在屏幕上展现出来，同时融入用户体验、用户心理学和用户交互理论的方法和技术。目前常见的可视化技术有Flex、ILog、FushionChart、JFreeChart等。此外，地理信息系统、企业信息仪表盘、虚拟现实和增强现实等技术也广泛应用于企业信息可视化的实现。

1.1 特点

（1）信息展示直观。可视化技术以人们易于理解和接受的方式，对庞大的数据信息进行抽取、分析和展现，使得对于信息的获取更加直观、简洁和容易。

（2）展示方式多样。与传统的表格方式相比，可视化技术的展现方式多样灵活，不拘泥于单一的表格展示，提供图表、逻辑图、拓扑结构图以及虚拟现实和增强现实等多种展现方式。

（3）用户交互性高。可视化技术充分考虑用户交互和用户体验，可使用户按照自己的习惯对数据进行编排组织，提高用户对信息的获取效率。

1.2 典型应用

（1）可视化管理。可视化管理用图文的形式将设备管理的内容可视化、形象化、程序化，使操作人员在轻松和直观的状态下完成设备的检查、操作和保养，如设备操作程序的可视化和维护保养的可视化等[2]。

（2）三维GIS展示。三维GIS技术提供的三维视觉认知及空间分析能力，使原来只有抽象概念而难以直接感知的空间现象现实化和直观化[3]。石油企业下属企业较多，且分布广泛；同时石油管线、管网、油井、气井等信息大多与地理信息相关。GIS信息展示以地图为基础，以地理信息和空间信息为核心，结合公共地理数据信息，辅以一定的数据统计分析，对信息进行展示。该技术在石油地质勘探、钻井、集输和油田信息管理等方面均有应用。

（3）虚拟现实。虚拟现实通过多种技术结合，模拟现实环境，并提供对虚拟环境的交互，使人通过模拟环境获取相应的体验，以提高对真实环境的应对能力。石油行业设备昂贵，工作环境复杂，通过虚拟现实使人们提前体验，积累相关经验，尤其在石油勘探中应用较多[4]。

2 可视化油田生产营运指挥系统

将可视化技术应用于油田生产营运指挥系统中，对生产过程中产生的大量数据信息进行统计、分析，以可视化的多种展示方式展现，可获取生产营运指挥过程的重要信息，从而快速准确地把握营运指挥信息，提高生产营运指挥效率，为决策提供依据。

2.1 系统结构

油田生产营运指挥系统是面向企业各部门，进行统计报表的基础信息收集和数据筛选，集统计、分析、图表展示、生成报表与辅助决策等功能为一体的综合性信息化管理系统。

可视化营运指挥系统的技术架构包括基础数据层、数据访问层、逻辑层、展示层，如图1所示。

图1 生产营运指挥系统技术架构

（1）数据层。油田生产营运中已存在很多数据系统，如SAP、SCADA系统等，以及油田日常生产的结构化数据和非结构化数据，可视化的基础数据都是来源于这些已存在的数据系统。

（2）数据访问层。生产营运指挥涵盖油田生产涉及的各个环节，因此油田生产营运指挥系统中用于可视化分析的数据需要将现有数据系统进行整合。数据访问层是通过目前主流的数据处理平台，将各个系统的数据进行抽取、清洗、转换，再载入统一数据库中。通过企业商务智能平台对油田日常生产运行中产生的海量数据进行汇总、统计、分析，建立相应的业务模型。

（3）逻辑层。逻辑层实现系统的核心功能，通过逻辑层各组件的相互协作，实现生产营运指挥系统前端展示与数据层的交互，主要包括可视化组件以及相关业务逻辑、分析处理逻辑等。油田日常生产运行的基础数据，如油、气的日产量、加工量等基础数据，通过数据分析组件和优化组件加工处理，可以实现油和气的月产量、年产量、日均等换算，再经过数据展示组件生成可视化图形，或者通过文档组件生成报告等。

（4）展示层。展示层是用户与系统的交互层，即所有的业务数据通过逻辑层的处理后展现给用户端的最终结果，通过Web浏览器、大屏幕、移动终端等进行可视化展示。

2.2 系统功能

从可视化在油田生产营运指挥系统中的应用过程可看出，油田营运指挥系统的功能包括数据统计分析、动态监测、地理展示和预测预警、灵活查询等，这些功能可以基于大屏幕、桌面端等进行应用展示。

（1）大屏展示。生产营运指挥系统通过大屏幕的整屏、分屏、跨屏、联屏等多种显示方式，对企业整体信息、生产运行状况数据、现场实时监控和应急突发事故等重要信息集中展示，方便管理者在生产决策中进行各种数据信息的参照和比较。同时，通过集中控制系统，能够实时地改变大屏幕显示模式和内容，从而满足日常调度和参观展示等工作的需求。生产运行中的数据指标超过或者低于正常值范围时，做出信息预警，方便人员及时处理预警信息，减少灾害损失。

（2）数据分析展示。在生产营运指挥过程中，通过对油田以往生产数据的同比、环比等统计分析对比，从中获取生产规律，进而对以后的生产工作进行调整，这是生产营运指挥的重要环节。通过图形、表格、多维图形等展示方式，直观展示数据分析结果，使信息的获取简洁、高效。

（3）地理信息展示。油田企业生产营运指挥过程涉及的下属企业多，分布广，业务流程涉及的区域广泛，油井、气井都有其特定的地理分布信息。可视化生产营运指挥系统基于地理信息系统，在地图基础上，对整个企业在区域上进行整体展示。将生产营运指挥过程和业务流程在地图上清晰地展示，并配合相应的实时信息，做到准确、快速地定位，从而从整体上对整个企业做到实时监控。

（4）业务流程展示。通过可视化的设计，将油田生产的整个业务流程反映出来，追踪每个流程节点的关键指标，实现动态监测关键指标的同时反映油田产业链的运作过程。

（5）灵活报表展示。针对油田生产的不同业务领域，制定不同的业务模块，以报表形式对相关的信息进行整合，生成并导出报告，为生产决策提供依据。

2.3 系统应用

（1）多样的展示形式。可视化技术不仅提供了丰富的图表（如柱图、饼图、线图）、仪表盘、逻辑图、流程图、地图等多种展示数据的形式，并且结合三维展示方式，对二维图形进行扩展，丰富其展示方式。

（2）直观的信息展示。将可视化技术应用于生产营运指挥系统中，根据各种业务的特点和关键数据（例如生产计划的完成情况，资源分布，生产设施分布和运行动态等），利用其丰富多样的展示形式，对繁杂的生产信息进行分析处理展示，对抽象的业务流程进行可视化展现，并结合地理信息、虚拟现实等技术，使信息的展示更加直观，获取更加容易。