石油石化企业气象监测预警系统设计与实现

刘墨山 王伟 厉彦柏 严波

摘  要：石油石化行业上下游各环节受灾害性天气影响明显，如何高效汇集气象部门发布的灾害性天气预警信息，指导企业及时采取有效的应对措施来减少因灾损失，是行业企业推进数字化转型需要关注的一项重要课题。通过分析行业企业受灾害性天气影响情况，结合实际应用需求，设计石油石化行业气象监测预警系统，可辅助企业生产运营和应急管理工作的开展，协助企业筑牢防灾减灾工作的第一道防线。

关键词：气象;监测;预警;石油石化

中图分类号：TP311    文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）12-0064-04

Abstract： The upstream and downstream links of the petroleum and petrochemical industry are obviously affected by the disastrous weather. How to efficiently collect the disastrous weather early warning information issued by the meteorological departments and guide enterprises to take timely effective response measures to reduce disaster losses is an important topic for industry enterprises to promote digital transformation. By analyzing the impact of disastrous weather on industry enterprises， combined with the actual application needs， the meteorological monitoring and early warning system in the petroleum and petrochemical industry is designed， which can provide help for enterprises in production operation and emergency management， so as to help enterprises build the first line of defense for disaster prevention and reduction.

Keywords： meteorological; monitoring; early warning; petroleum and petrochemical

0  引  言

2020年以来，受到“拉尼娜”等现象影响，我国出现“冷冬热夏”异常天气。从4月底开始，全国频繁出现大范围强对流天气，强对流天气显著多发，且极端性强、影响范围广。5月13—17日，西南地区东部、江汉、江淮、江南中北部出现当年最強的大范围强对流过程，造成江苏、浙江、江西、湖北等省出现大范围短时强降雨、雷暴大风和冰雹，给当地群众的正常生产生活造成了严重影响。与此同时，大气环流的异常变化也在欧洲、美洲等地引发强降雨和高温等极端天气，造成了大量人员伤亡和财产损失。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告指出，全球变暖导致一些地区暴雨、洪涝、干旱、台风、高温热浪、寒潮、沙尘暴等极端天气气候事件频繁发生，并且强度增大。在气候变化大背景下，气候系统不稳定加剧，大气环流演变更加异常，反常天气已成为一种新的天气常态，极端天气可能更频繁“造访”，需要各行各业做好防御准备以确保生产活动正常开展。

石油石化行业企业的生产作业过程往往伴随高温、高压和有毒有害等危害因素，灾害性天气极易引发次生灾害，造成油气站库设备设施发生损毁、火灾、爆炸和有毒有害气体泄漏等安全生产事故。面对“反常”天气的常态化和极端天气的频繁造访，行业企业迫切需要加强气象监测预报预警技术应用。结合当前大数据、人工智能等先进的信息技术，构建气象监测预警系统助力企业的生产经营、QHSE和应急管理工作，对于筑牢防灾减灾工作的第一道防线，保障安全生产稳定运行具有非常重要的意义。

1  石油石化企业受灾害性影响的分析和主要需求

1.1  石油石化企业受灾害性影响的分析

大型石油石化企业产业链涵盖石油勘探开发、炼油化工、油气运输、存储销售、工程建设以及国际贸易等上下游业务，整个产业链受到灾害性天气影响显著。首先是持续性强降雨造成漫流型洪水冲蚀和沟道洪水冲蚀危害，对油气站库、管道和生产作业场所和人员造成灾害性影响。大风降温危害对加油站、油气生产设施、钻井现场等造成灾害性影响较大，尤其是加油站异性棚，一旦受损，将直接威胁工作人员和顾客的人身安全。寒潮、暴雪危害造成油气站库电压不稳或供电中断，导致管道和储罐出现冰冻胀裂的安全隐患。台风登陆和近海风暴潮危害对海上采油作业设施、油库罐区、炼化厂区的破坏性影响比较大。沙尘、雾霾、冰冻雨雪危害造成能见度降低、道路结冰等，对成品油、天然气的道路运输配送影响比较大。局地雷暴、地闪危害袭击大型储油罐区极易引发火灾爆炸等安全生产事故。高温和寒潮等极端天气危害对员工的身心健康也造成较大影响，容易导致部分建设工程停工停产。综上，灾害性天气极易引发系列次生灾害，造成石油石化企业生产设备设施损毁、火灾、爆炸和有毒有害气体泄漏等安全生产事故。

1.2  石油石化企业气象信息监测预警应用需求分析

通过调研油气田、炼化、销售、运输等代表性企业并进行总结，石油石化行业企业对气象信息监测预警的具体应用需求包括以下几个方面：

（1）防灾减灾方面：根据预报预警信息提前制定针对性的防范措施并公布执行，减少灾害对正常生产运行带来的影响，减少灾害造成的损失。

（2）生产调度方面：结合生产经营现状，根据预报预警信息提前做好生产、仓储、调运计划安排，合理调度油气资源确保供应，保证灾害发生时相关生产经营活动正常开展。

（3）应急处置方面：根据预报预警信息分析事件现场周边天气情况，辅助现场指挥部选择最佳处置窗口期并根据实时预报以及时调整处置措施，避免造成更大范围的人员伤亡和财产损失。

（4）综合应用方面：打造气象与地质灾害预警信息的共享平台，为各类业务和系统用户提供预报预警服务，深挖气象监测数据在生产经营、QHSE和应急管理等业务的应用价值，逐步形成企业级气象地质灾害预警指标体系和应用支撑体系。

在数据的应用范围和方式方面，主要应用需求是覆盖企业生产作业主要区域的基于格点化的气象数据，预警信息可以直达作业现场并支持用户根据实际需求进行个性化订阅。

2  石油石化行业气象监测预警系统设计

2.1  框架设计

以某集团公司为例，为进一步提高生产经营、QHSE和应急管理工作水平，企业深入研究了灾害性天气对产、炼、运、销、储、贸各环节正常运行的影响，开展了气象监测预警信息融合应用研究并纳入应急平台的建设和应用范围，设计了平时服务生产运行调度指挥，战时服务突发事件辅助决策的气象监测预警系统。系统框架设计如图1所示。

基础设施：基于应急平台的服务器（云）、存储设备、通信网络（3G/4G/5G），以及气象与地质灾害监测专业部门部署的各类传感器，搭建起内外部连通的气象监测感知和通信网络。

数据库层：气象监测预警系统数据库主要管理地理信息数据、气象预警数据、地灾预警数据、企业联系人信息和数据字典等数据信息。

支撑服务：主要包括将预警数据结合地理信息系统进行叠加分析的地图服务，实现预警信息发布的短信和邮件服务，以及数据接入和互联网信息发布服务等。通过支撑服务实现气象预报预警信息的信息发布、受灾情况核实和现场抢险救灾情况反馈。

业务应用层：是气象监测预警系统面向用户应用的主要内容，具体包括基础管理、数据接入、数据分析与管理、数据发布和服务管理五个业务应用功能模块。

展示层：负责气象监测预警系统的前台展示，包括在生产调度场所和应急处置场所的大屏展示，用户应用PC显示终端的独立展示，以及智能手机终端的移动展示。

用户层：气象监测预警系统的应用对象主要包括集团总部、專业公司、下属企业、二级单位、基层单位及应急救援队伍等各组织层级的用户。

2.2  软件设计

根据系统框架设计，进一步开展气象监测预警系统软件功能设计，设计了五个业务应用功能模块，梳理了系统数据的处理流程：

（1）气象监测预警系统的五个业务应用功能模块中，基础管理业务应用主要对用户数据、组织机构、数据字典等基础信息进行管理和配置;数据接收业务应用主要通过接口接收气象与地质灾害预报预警数据并进行清洗入库，生成数据台账;数据分析与管理业务应用主要将接收的预报预警数据信息结合应急平台GIS地图进行叠加分析，形成图形化、可视化的分析结果并进行展示;数据发布业务应用主要对通过处理分析生成的预警信息进行管理，并通过专业门户、移动终端、即时通信软件、电子邮件等方式向用户推送;服务管理业务应用是为了满足不同业务类型企业的需求，提供专业定制化的气象监测预警服务，为企业正常生产经营活动的开展与计划安排提供参考，如安排生产、运输计划，制定销售策略等，实现数据的有效应用。针对突发事件应对处置和重点工程作业现场，支持对局地气象预报预警信息的定制监测，系统根据用户订阅自动生成指定地点和指定时间周期的气象预报预警信息并向指定用户发送提醒消息。软件功能设计如图2所示。

（2）气象监测预警系统的数据处理过程包括数据接入、数据分析和信息发布三个主要流程，首先通过定制采购获取专业的经过处理的气象灾害和地质灾害预报预警矢量化数据;然后结合应急平台GIS地图中的企业坐标等信息进行叠加分析，获取灾害影响范围内的企业清单;再以该清单中企业主营业务制定针对性的避灾措施建议，生成预警信息;最后通过即时通信、短信、电子邮件等渠道将预警信息和应对措施建议发送至对应的目标用户。完整流程如图3所示。

3  石油石化行业气象监测预警系统应用

气象监测预警系统通过不断优化完善，目前已初步达到了快速筛查灾害性天气影响范围内的企业清单，快速生成灾害天气应对措施建议，快速发布灾害天气预警信息的建设目标。基于集团公司应急平台GIS地图服务，结合气象预报预警信息格点数据进行叠加分析，可以快速、直观的了解所属主要企业和重要生产作业场所、工程项目受强降雨灾害天气的影响情况，形成可视化图层。系统页面示意如图4所示。

根据上述分析结果形成的受影响企业清单，结合收集的各企业联系人信息，集团总部可以通过即时通信软件、手机短信、电子邮件等通信手段，主动向企业推送预警信息，提醒负责人做好应对准备，以降低灾害天气带来的不利影响。短信提醒方式如图5所示。

2021年以来，全国范围内频繁出现极端异常天气，我们对气象监测预警系统进行了测试应用，结果显示：系统基于地理信息系统形成的气象监测预警信息专题图层，能够第一时间分析灾害性天气影响范围，及时向企业发布预警信息，经受了实战的检验，基本满足企业各类气象信息展示、生产运行调度分析和突发事件辅助决策应用需求。

4  结  论

综上所述，石油石化企业建设气象监测预警系统是应对“异常天气常态化”的一项重要技术手段，也是企业筑牢防灾减灾工作的第一道防线，是保障安全生产稳定运行的必然要求。本文基于针对受灾影响较大企业开展的业务和需求调研，分析了石油石化行业受灾害性天气的主要危害影响，以及气象监测预警系统在石油石化企业开展防灾减灾、生产经营、QHSE和应急管理工作的应用场景和范围。设计了基于企业应急平台架构构建的气象监测预警系统，通过信息化手段有效利用气象预报预警数据支持企业做好灾害性天气的应对防范，减少因灾损失，确保相关业务活动正常开展。

参考文献：

[1] 郭进修，李泽椿.我国气象灾害的分类与防灾减灾对策 [J].灾害学，2005（4）：106-110.

[2] 袁泉，贾韶辉，刘建峰，等.企业级气象与地质灾害预警服务定制技术 [J].油气储运，2014，33（6）：588-592.

[3] 顾红兵.基于数据库同步技术的综合气象灾害监测预警系统设计研究 [J].环境科学与管理，2020，45（9）：137-142.

[4] 唐黎标.我国重大气象灾害的应急管理研究 [J].防灾博览，2021（1）：38-41.

[5] 王斌飞，吴琼，赵楠，等.浅谈石化行业气象灾害服务系统建设 [J].农业科技与信息，2018（17）：126-128.

作者简介：刘墨山（1969.10—），男，汉族，吉林榆树人，中国石油集团高级专家，博士，研究方向：石油石化行业安全工程;王伟（1987.08—），男，汉族，河北廊坊人，工程师，硕士，研究方向：石油石化行业安全管理;厉彦柏（1979.03—），男，汉族，山东日照人，高级工程师，硕士，研究方向：石油石化行业应急管理信息化;严波（1987.04—），男，汉族，四川南充人，工程师，本科，研究方向：石油石化行业应急管理信息化。