石油物联网中GIS技术的应用探讨

徐玉鑫

摘要：物联网技术是油田数字化建设管理中的关键技术，能够借助传感器等实现对物联对象状态信息的实时采集，针对性地提供感知服务，辅助油田工作人员掌握物联对象及环境相关情况。GIS技术能够借助计算机系统实现对地理分布相关地表数据信息采集、分析与管理等，在物联网中应用GIS技术对于油田的数字化建设发展具有积极意义。对GIS技术与物联网技术的关联应用情况进行了论述，分析了物联网GIS技术在油田中的具体应用，提出了一种基于物联网GIS技术的油田设备设施管理系统，为油田相关工作人员提供参考。

关键词：数字油田；GIS；物联网；技术应用；设备设施管理

一、前言

物联网技术的发展为油田发展提供了新的助力，对于油田数字化转型发展具有积极意义，在智能化工生产、设备设施管理、产品物流监测、资产状态采集监测等方面发挥出重要作用。为适应设备设施智能化、生产经营管理多元化等工作需求，油田需要将GIS技术与物联网技术融合应用，实现对相关设备、资产、产品状态及相关环境的高效监控管理，为油田的数字化发展提供助力。随着我国石油开采的需求越来越大，需要对开采区域的地理信息进行充分分析，以此提高石油开采能力，强化石油企业管理效果。提出了石油物联网中地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术的应用探讨，对GIS石油物联网的总体框架做出了构建，通过在网络层、应用层以及感知层等3个层面的组合，实现地理模型数字化石油管理。在石油物联网中应用并融合GIS跟踪与监控技术手段，对石油及产品运输实时监控跟踪，监测管道修检，实现远程应急管理。由此可见，在石油物联网中，应用GIS技术可以第一时间为石油的开采及相关工作提供可靠的地理位置信息，为指挥生产提供支持，对调度管理决策贡献科学方式，在根本上提升油田的经营竞争能力，促进社会进步和经济发展。

二、 GIS技术与物联网的关联应用概述

GIS技术的作用在于对地表相关地理、空间分布信息进行采集、分析、管理和应用的重要技术，GIS系统能够针对属性数据、遥感影像数据、图形数据以及空间定位数据等多种数据类型进行分析，为相关决策规划与管理工作提供方法策略。由GIS技术定义可以确认，该技术主要面向地理空间分布数据发挥作用，在此基础上，GIS技术还能够深入挖掘同一空间中各因素之间的联系，辅助工作人员掌握深层次的规律特征，帮助决策人员基于系统、全面的信息提升决策质量。物联网技术在应用过程中，能够采集所接入各类物理设备的定位信息，该应用是物联网GIS技术的重要用途，常见的物流管理、管网设施监控管理等相关系统实现了GIS平台在物联网中的应用管理[1]。

三、油田物联网GIS技术的应用情况分析

（一）石油化工智能化生产

石油化工生产过程普遍采取自动化控制模式，为确保生产期间的操作、维护、管理等相关工作均能够在自动化控制系统的作用下具有极高的开放性和可靠性，油田相关企业应持续提升自动化控制系统的智能化水平。在物联网技术的支持下，生产单位能够更智能地监控现场设备，GIS技术则可以辅助工作人员掌握生产管理期间的具体情况，通过移动巡检、压力监测、液位监测、库存管理、振动监测、污染排放监测、安全状态监控等多方面的应用实现对石油生产、运输、采购等各环节的智能化管理[2]。

（二）输油管道远程巡检监测

输油管道的运维管理工作是油田生产维护中的重点任务，工作目标在于通过巡视、维护解决管道老化破损、管道泄漏、盗油等问题，传统巡视维护工作由人员现场开展，时效性较差的同时产生不必要的人力物力资源损耗[3]。在数字化油田建设过程中，油田管理人员可以合理应用物联网GIS技术，为输油管道加装无线传感器，通过网络系统将传感器采集的管道压力、温度相关参数实时传输给后天监控主机，同时也可以借助GIS技术实时反馈管道地理位置信息，辅助监控管理人员实时掌握管道全长区域的运行状态，及时针对异常情况进行处理。

（三）油田物资信息采集与监控

在油田资产管理过程中，油田工作人员可以借助传感器对资产位置相关信息进行持续采集和上传，同时也可以借助物联网技术中的RFID读取器对资产设备的信息进行快速识别和采集，最终借助GIS平台对相关资产信息进行存储、分析与管理，同时也可以通过无线网络将GIS平台数据分析结果或采集到的数据直接传输给移动终端，为现场人员资产信息核对工作提供帮助。在管理资产设备的基础上，油田还可以借助物联网技术开展物流管理工作，利用定位技术对石油物资进行定位跟踪，实时采集物资位置相关信息，借助GIS平台对相关信息进行整合加工，提升物流管理精度与效率，必要时还可以用于预警管理，规避物流风险问题[4]。

（四）原油物流动态管理

油田企业可以利用RFID技术、GPRS技术、无线移动视频技术、GIS技术等物联网技术构建能够动态管理原油等关键材料物流状态的管理系统，一方面对管道巡检、码头接卸、管道维护相关工作进行监控管理；另一方面借助技术手段动态记录并管理物流数据，为相关决策工作提供数据支持。为满足数据采集工作需求，企业可以借助系统集成PLC、视频监控、DCS、GPS相关动态数值，实时掌握原油管线流量计参数或温度参数、控制阀开关状态、加压泵启停与操作情况、在线分析测量点位、站场与码头实时视频数据、油轮位置状态等相关信息。在此基础上，企业需要借助物联网管理系统实现对现有数据的动态管理，借助GIS技术集中处理各数据信息，满足各级管理部门的调度管控数据需求。

（五）数字化油田建设管理

物联网技术与GIS技术的融合应用可以辅助油田数字化管理平台的建立，平台具有可视化功能，能够掌握目标对象的空间位置信息，能够对目标信息进行识别采集和监控管理[5]。例如，采油厂各设施系统主要包括油罐、外输系统、联合站、转油站、计量站、油井等，采油厂生产管理中的一项重要任务就是通过对各设施运行状态以及采油流量、压力、温度等参数的监测掌握所开采原油的质量以及设备运行稳定性；在管理过程中，油田可以通过物联网技术在站库、站场、油井等采油厂关键区域进行数据采集，借助传感器、传输网络将大量设备运行相关数据传输至管理系统数据库，同时通过GIS技术构建相应的数据信息应用管理平台，实现油田的数字化建设与管理。

四、基于物联网GIS技术的油田设备设施管理系统

（一）系统建设应用与管理思路

1.物联网与GIS 的融合

物联网技术是互联网技术发展产物，能够借助网络实现终端设备与感应设备之间的信息交互，GIS技术则能够与数据库、移动通信技术融合，实现对地理空间相关信息的集成管理。物联网中RFID技术的应用发展为GIS技术在物联网中的应用提供了助力，油田管理人员可以通过在油田设备设施中嵌入相应的感应设备，借助GPRS等网络传输技术实现对现场设备运行相关状态信息的实时采集，并借助SuperMap云平台实现对数据信息的集成管理，最终在三维虚拟场景中建立可视化的物联网管理系统。

2.设备物联化管理

按功能用途划分，油田设备具有动设备与静设备两种类型，前者主要为仪器仪表等物联设备，后者主要为储油罐、“磕头机”等不涉及生产运行数据采集的设备。为实现对油田生产设备设施的物联管理，油田需要将物联网技术大规模应用到现场动设备之中，通过联动设备管理实现对设备全生命周期的监测与维护管理工作；通过RFID有源标签建立关键设备之间的联动，及时通过网络系统将预警信息传输给管理人员；通过在生产设备本体或周边加装传感器的方式采集设备运行情况，并通过SCADA等网络系统将数据信息传输给监控平台，辅助工作人员掌握设备运行参数；通过全生命周期监测管理结果为备用采购与设备维护工作提供指引，持续推进“状态修”模式，实现油田数字化运维管理。

3.二、三维一体化设备设施管理

在物联网GIS设备设施管理平台建设期间，油田可以基于SuperMap云平台中的Realspace 技术实现油田设备的二维、三维同步管理，在深化三维GIS应用的基础上，构建数据管理、分析功能、符合系统与应用开发等功能的全面整合，构建业务应用深度开发的GIS管理平台。在Realspace技术的支持下，油田能够基于不同比例尺的地理信息数据在三维场景中模拟站库、油井等，借助精细化的场景和海量的物联数据信息实现对油田的可视化、高效管理，满足空间分析、数据管理等工作需求。

（二）系统功能架构

基于物联网GIS技术的油田设备设施管理系统实现了网络传输技术、RFID技术、数据库技术、GIS技术以及GPS技术等各项技术的融合应用，系统整体框架是将三维虚拟场景和空间地理信息作为基础，借助传感器等实时采集空间地理信息，同时将空间地理信息与传感器位置信息融合，借助SCADA等油田通信网络实现监控中心与现场设备的信息交互，为三维虚拟场景提供相应的数据信息，从而完成现场设备的监控、定位管理工作。系统背景为QuickBird卫星影像数据与大比例尺数据，在三维空间中模拟站库、油井等场景，业务数据来源于传感器等采集的设备状态参数与既有的设备台账信息，通过SOA结构完成系统设计工作，各系统服务间的交互借助平台外的通用技术手段来实现，系统平台的主要结构是基于SuperMap云平台搭建的，主要包括应用、服务、网络、数据、感知等多个层级。

在系统运行过程中，感知层的关键设备为采集设备设施生产运行相关数据信息的传感器；数据层主要涉及业务、三维模型、空间地理相关数据，空间地理数据是数据层的基础数据，而业务数据主要用于满足各类生产运维管理工作需求；网络层的工作任务在于传输传感器采集到的各类数据信息，油田应用的传输网络主要包括传感器网络与设备设施管理专用网络两类；服务层主要用于满足平台运行服务需求，提供各类接口、数据、Web服务，为平台用户提供多样化服务体验；应用层是基于服务层开发的各类应用，如油田设备状态监测预警、设备设施远程控制等。

1.数据库

设备设施管理系统具有空间与非空间两种数据库类型，空间数据库需借助SuperMap SDX+技术对空间栅格、矢量相关数据进行存储与管理，并通过专用的访问引擎完成空间数据的访问工作，而非空间数据的访问则可以借助JDBC或ODBC等开展。

数据库中的基础基础地理数据主要为矢量图、高清影像、三维模拟等，矢量图主要为油田周边河流、边界、要素等地理数据，以及油田内部管线设备、道路、区域划分线等数据；高清影像主要为背景图中的QuickBird卫星影像；三维模型数据即借助3DMax软件建立包括油田管线设施、油井、站场等在内的三维虚拟模型，模型数据组织以UDB格式的形式借助插件导出；油田中的长输油管道模型数据则需要借助DeskPro 6R这一SuperMap中的技术进行批量生成。设备设施属性数据主要为静态数据信息，工作人员可以借助设备台账采集相关信息并录入数据库之中，按油田生产工作类型可以将设备设施属性数据划分为四类，分别为安防监控、水电路讯、物联设备等辅助生产的设备属性数据，井筒、井口等采油气工程设备属性数据，集输、管道、处理、井场等地面工程设备属性数据以及其他设备属性数据。

2.系统服务

系统服务主要包括通用数据与空间数据两类服务，前者的数据在oracle数据库中存储，访问需借助JDBC进行；后者的数据可以借助iServer 6R技术进行处理，实现对包含地图场景、空间数据源的SuperMap工作空间与GIS服务之间的转化和管理。

3.设备监控管理

系统具备设备台账管理功能，能够辅助管理人员快速掌握设备品牌、型号、批次、种类、位置、责任人、投运日期等基本信息；具备状态监控功能，能够在监控终端中对所采集的设备信息以矢量图形等形式反馈给管理人员，如采油厂、油井等区域状态查看以及内部设备状态查看；具备设备故障报警功能，能够借助平台软件算法对异常参数进行预警，提醒管理人员设备异常情况；具备查询、报表统计等功能，能够给管理人员提供多样化的数据分析报表，辅助完成关键数据信息的快速查询等。

五、结语

综上所述，油田企业需要积极引进物联网、GIS相关技术，借助物联网技术实现对油田现场设备设施运行状态、相关建筑及设施空间信息、物资信息等各类数据的采集，借助GIS技术实现对各类空间或非空间数据的集成化管理，为油田的数字化转型发展提供助力。

参考文献：

[1]张思兰，梅绪东，徐烽淋，等.基于GIS的页岩气开发生态环境数据管理系统设计[J].环境监测管理与技术，2021，33（06）：5-8+13.

[2]戎亚芳，李成昕，刘甲军，等.基于物联网的化工园区基础设施综合管理系统建设[J].智能建筑与智慧城市，2021（04）：115-116+119.

[3]孙国宝，周继伟.物联网技术在智能油气田井场数字化建设中的应用[J].信息系统工程，2021（10）：16-18.

[4]胡炜杰，熊碧波，蔡冲冲，等.油气输送管道泄漏风险识别技术发展概况[J].广州化工，2021，49（12）：27-32.

[5]夏华林，魏海平，石元博，等.基于物联网的石油化工环境安全监测系统的设计与研究[J].数字技术与应用，2015（11）：57-58.

作者单位：西部钻探吐哈井下作业公司