大数据支持下油田新型物联网的构想

薛章涛+潘少伟+王岳

摘 要 进入大数据时代，基于大数据技术构建油田新型物联网成为油田科研人员需面对的一项全新课题。文章首先阐述大数据技术、物联网和云计算的定义及特征，之后分析大数据支持下油田新型物联网的业务目标、功能需求和技术需求，最后给出大数据支持下油田新型物联网的总体架构、体系架构和基本构成。借助大数据带来的技术优势，来构建我国油田企业的新型物联网，对提高我国油田的综合管理水平，促进计算机技术在石油工业中的发展具有十分重要的意义。

关键词 大数据；物联网；油田

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）203-0134-03

Internet的出现缩短了人与人、人与世界之间的距离，让整个世界成为一个“地球村”，人们通过Internet无障碍交流、交换信息和协同工作[1]。与此同时，人们在学习和工作中产生的数据量以指数形式增长，呈现出“爆炸”状态。2013年被称为“大数据元年”，进入2014年，大数据更是改变了人们生活的各个领域，对诸多传统产业的影响也进一步加深[2-5]。物联网是新一代信息技术的重要组成部分[6]，作为一种新兴的网络技术，它引起了人们的广泛关注。石油在经济全球化的进程中起到了重要作用。我国大部分油田位于东北、内蒙古和黄河三角洲这些气候恶劣、地质状况复杂的地区，而且油井分布零散、数量众多。一般对每口油井的管理方式是：由采油工人定期巡井，记录各种技术参数，同时进行维护与保养。这种管理方式下采油工人的劳动强度较大，所记录技术参数的准确性也不能得到保证，而且当石油远距离运输时也不能进行有效监测。由此可见，在大数据时代，借助其带来的技术优势，构建为我国油田服务的新型物联网，并促进其进一步发展，对提高我国油田的管理与科研水平，促进计算机技术在石油工业中的发展具有重要的理论与现实意义。

1 油田新型物联网涉及的相关技术

1.1 大数据技术

大数据的概念由全球知名咨询公司麦肯锡（Mckensey and Company）在美国拉斯维加斯举办的第11届EMC World年度大会上首次提出[1]。维基百科对其定义为：大数据通常指在尺寸上超出常用软件工具对数据在一定的可容忍时间间隔内进行采集、管理和处理的能力的数据集[7]。国内学者给出的大数据定义为：一般意义上，是指无法在可容忍的时间内用现有IT技术和软硬件工具对其进行感知、获取、管理、处理和服务的数据集合[8]。通常大数据具有4种基本特征：数据量大、数据类型多样、数据处理速度快和数据价值密度低。一般可划分为4类：互联网数据、科研数据、感知数据和企业数据。

1.2 物联网

国内学者给出的物联网定义为[9]：狭义上的物联网指连接物品到物品的网络，实现物品的智能化识别和管理；广义上的物联网则可以看作是信息空间与物理空间的融合，将一切事物数字化、网络化，在物品之间、物品与人之间、人与现实环境之间实现高效信息交互方式，并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会行为，是信息化在人类社会综合应用达到的更高境界。

1.3 云计算

不同文献和资料对云计算的定义有着不同的表述，对以上云计算定义进行分析，可以得出云计算具有如下一些特点[10]：1）服务资源池化，通过虚拟化技术，对存储、计算、内存和网络等资源化，按用户需求动态地分配；2）可扩展性，用户随时随地可以根据实际需求，快速弹性地请求和购买服务资源，扩展处理能力；3）宽带网络调用，用户使用各种客户端软件，通过网络调用云计算资源；4）可度量性，服务资源的使用可以被监控、报告给用户和服务提供商，并可根据具体使用类型收取费用；5）可靠性，自动检测失效节点，通过数据的冗余能够继续正常工作，提供高质量的服务，达到服务等级协议要求。

2 大数据支持下油田新型物联网的基本需求

2.1 业务目标

油田新型物联网在具体业务方面需覆盖不同类型生产数据的实时采集，不同生产部门故障的及时诊断，钻井、采油和储运部门的实时工况分析，钻采和储运设备的检测与维护，和某些生产过程的远程控制等。其业务目标可归纳为：提高现场工人的操作效率，减轻他们的工作负担；改变传统的油田作业模式，降低原油的生产运输成本，节约用工总量；及时汇总各个油田的生产数据，进行总体的统筹管理。

2.2 功能需求

油田新型物联网的功能需求包括对油气井、注水井、处理场站、计量间和传输管网等的全天候监控，以及自动采集、传输它们产生的各项数据。利用在井场和处理场站等作业现场安装的数据自动采集系统、监控系统和自动控制系统，来实时收集各种生产数据，并通过网络把这些生产数据传送到生产管理中心或相关领导部门进行统筹规划、统一管理。

2.3 技术需求

油田新型物联网的技术需求应该包括6个方面，具体是性能需求、输入输出需求、数据管理需求、备份与恢复需求、运行环境需求和接口需求。做好这6个方面的需求是油田新型物联网构建成功的关键所在。

3 大数据支持下油田新型物联网的构想

3.1 油田新型物聯网的总体架构

大数据支持下油田新型物联网的总体架构如图1所示。由图1可知，油田新型物联网的总体架构自底向上依次为油田新型物联网、大数据中心、云计算平台和应用。首先以油田新型物联网作为油田各项数据采集的触角，通过雨量仪、航空磁力仪、数字调查仪、钻探设备、地震仪、电子罗盘、矿物成分仪、电法仪器、抽油机、输油管道、计量泵和油罐等获取勘探开发的第一手数据。并利用网络进行信息传输，把通过各种方式采集或人为加工的数据统一存储到大数据中心。之后云计算平台采用虚拟化等一系列核心技术，实现油田各项数据的云存储与云计算，并在专用网络中建立油田私有云、互联网上建立油田公有云，和提供相应的云服务，以进行软硬件资源管理、负载管理、空间聚类分析、储量计算、原油资源潜力分析和资费管理等；用户可以通过电脑或手机上的浏览器或客户端访问云端资源。云计算平台与油田新型物联网可以通过大数据中心进行间接通信，也可以直接通信。总而言之，大数据支持下油田新型物联网的总体架构提出了一套从数据生成到组织、存储、查询、分析和服务完整的框架性体系结构，为新形势下我国油田物联网的构建提供了参考。endprint

3.2 油田新型物联网体系结构

油田新型物联网体系结构采用6层架构设计，这6层分别是表现层、业务逻辑层、数据访问层、数据层、控制层和系统集成接口层，如图2所示。

表现层：该层用户可直接访问，而且该层还需和用户发生比较频繁的交互，客户端程序界面即属于该层。

业务逻辑层：该层为油田新型联网的核心层，业务不同，它表现出的功能就会不同。

数据访问层：该层隔开了业务逻辑层与数据层，其主要作用是为业务逻辑层提供等待访问的数据。

数据层：该层主要存放管理数据、生产数据、其他专业数据和管理它们的数据库等，所有这些数据必须连接到网络上。

控制层：该层主要作用是通过监控系统把油田现场生产的数据实时收集起来，送往生产数据库。

系统集成接口层：该层可提供大量接口，通过这些接口，把油田新型物联网与以往的各种油田专业应用系统连接起来。

3.3 油田新型物联网构成

在对油田新型物联网总体架构和体系结构综合分析的基础上，确定了它的具体构成（见图3）。由图3可知，油田新型物联网主要由井场综合组网与信息传输子系统、油气井数据采集与综合控制子系统、油气井生产信息管理与处理子系统和油田生产业务协同子系统构成。

4 结论

1）借助大数据技术优势重新构建我国油田企业的新型物联网，并促进其进一步发展，对提高我国油田的综合管理水平，促进计算机技术在石油工业中的发展具有十分重要的意义。2）文章首先阐述大数据技术、物联网和云计算的定义与基本特征，之后分析大数据支持下油田新型物联网的业务需求、功能需求和技术需求，最后给出大数据支持下油田新型物联网的总体架构、体系架构和基本构成。3）大数据、云计算和物联网都是信息技术领域近几年提出的新概念，本文仅提出一种大数据支持下油田新型物联网建设的构想，供有关决策者参考，离具体实施还有较远距离。

参考文献

[1]刘智慧，张泉灵.大数据技术研究综述[J].浙江大学学报（工学版），2014，48（6）：957-972.

[2]李德仁，張良培，夏桂松.遥感大数据自动分析与数据挖掘[J].测绘学报，2014，43（12）：1211-1216.

[3]蔡永鸿，刘莹.基于大数据的电商企业管理模式研究[J].中国商贸，2014（31）：74-75.

[4]方湖柳，李圣军.大数据时代食品安全智能化监管机制[J].杭州师范大学学报（社会科学版），2014（6）：99-104.

[5]张明，王玮，施建华，等.电力大数据调度云的优化[J].计算机仿真，2014，31（11）：123-126，137.

[6]崔降宇.物联网技术在油田生产中的应用研究[D].大庆：东北石油大学，2013.

[7]Big data，http：//en.wikipedia.org/wiki/Big_data.

[8]何非，何克清.大数据及其科学问题与方法的探讨[J].武汉大学学报（理学版），2014，60（1）：1-12.

[9]孙其博，刘杰，黎羴，等.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010，33（3）：3-9.

[10]李乔，郑啸.云计算研究现状综述[J].计算机科学，2011，38（4）：32-37.endprint