LG氣田三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)的建設(shè)

摘 要

摘要：中國石油西南油氣田公司作業(yè)區(qū)較為分散，區(qū)域內(nèi)人口密度大，生產(chǎn)場站遠(yuǎn)離公司機關(guān)。因此各級管理部門快速了解突發(fā)事件現(xiàn)場情況，正確判斷事態(tài)發(fā)展，科學(xué)利用周邊應(yīng)急資源，對保障
摘要：中國石油西南油氣田公司作業(yè)區(qū)較為分散，區(qū)域內(nèi)人口密度大，生產(chǎn)場站遠(yuǎn)離公司機關(guān)。因此各級管理部門快速了解突發(fā)事件現(xiàn)場情況，正確判斷事態(tài)發(fā)展，科學(xué)利用周邊應(yīng)急資源，對保障油氣田安全平穩(wěn)生產(chǎn)意義十分重大。為此，開展了LG氣田試采工程三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)建設(shè)。2009年11月利用該系統(tǒng)在LG氣田開展了大型多方應(yīng)急演練。演練結(jié)果表明，該系統(tǒng)按建設(shè)方案實現(xiàn)了現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、應(yīng)急方案制訂、疏散線路規(guī)劃、應(yīng)急力量整合以及應(yīng)急資源調(diào)配等功能。該系統(tǒng)是LG氣田應(yīng)急體系的重要組成部分，主要針對氣田突發(fā)事件應(yīng)急反應(yīng)和日常應(yīng)急事務(wù)管理而開發(fā)研制，除具備區(qū)域地理信息外，還包含有環(huán)境敏感區(qū)數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急救援力量數(shù)據(jù)庫和事故后果模擬模型庫等，具有預(yù)測突發(fā)事件后果和在人機交互情況下模擬處理突發(fā)事故等功能。該系統(tǒng)已正式投入使用。
關(guān)鍵詞：氣田；數(shù)字化；三維；應(yīng)急；地理信息系統(tǒng)；應(yīng)用集成；LG氣田
    中國石油西南油氣田公司現(xiàn)有集輸氣站1100余座，集輸氣管線超過16000m，分布在川、渝地區(qū)100多個市、縣，由于生產(chǎn)區(qū)域分散，區(qū)域內(nèi)人口密度大，生產(chǎn)場站遠(yuǎn)離公司機關(guān)，因此在突發(fā)事件發(fā)生后快速了解現(xiàn)場情況，正確判斷事態(tài)發(fā)展，合理利用周邊應(yīng)急資源開展應(yīng)急行動，對保障氣田安全平穩(wěn)開發(fā)具有十分重要的意義。2008年，該公司開展了LG氣田試采工程三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)建設(shè)，并于2009年11月利用該系統(tǒng)在LG氣田開展了大型多方應(yīng)急演練。演練結(jié)果表明，該系統(tǒng)按建設(shè)方案實現(xiàn)了現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、應(yīng)急方案制訂、疏散線路規(guī)劃、應(yīng)急力量整合以及應(yīng)急資源調(diào)配等功能。目前該系統(tǒng)已正式投入使用。
1 三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)簡介
    三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)是數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案的衍生和發(fā)展，是利用信息技術(shù)、模擬技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及三維地理圖形技術(shù)而形成的可顯示區(qū)域內(nèi)地形、地貌，集成數(shù)字化預(yù)案、敏感點信息和應(yīng)急資源信息的數(shù)字化應(yīng)急平臺。與靜態(tài)預(yù)案相比具有科學(xué)、實用、直觀和維護(hù)方便等特點[1]。
2 LG氣田三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)建設(shè)前的準(zhǔn)備工作
2.1 風(fēng)險識別
    應(yīng)急體系的針對性和可操作性，必須建立在對風(fēng)險充分識別的基礎(chǔ)上。LG氣田試采工程屬含硫氣田的開發(fā)，在可行性研究階段開展了安全預(yù)評價工作；初步設(shè)計階段開展了危險和可操作性分析(HAZOP)，通過風(fēng)險識別確定了應(yīng)急預(yù)案編制方案和應(yīng)急工作流程的設(shè)置。
2.2 確定應(yīng)急計劃區(qū)
    應(yīng)急計劃區(qū)的確定是三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一，關(guān)系到敏感點外業(yè)調(diào)查的范圍、衛(wèi)星圖片精度獲取要求等工作。目前國內(nèi)僅國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布了《含硫氣井公眾防護(hù)距離規(guī)定》(AQ2018—2008)，該標(biāo)準(zhǔn)對含硫正鉆井的公眾防護(hù)距離進(jìn)行了規(guī)定，但未規(guī)定集輸管道、場站的公眾防護(hù)距離。在LG三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)建設(shè)初期，項目組開展了該工程的定量風(fēng)險計算(QRA)，確定了LG三維地理信息系統(tǒng)應(yīng)急疏散區(qū)、擴大應(yīng)急區(qū)和考察區(qū)，并按照不同區(qū)域進(jìn)行GIS(Global Information System)數(shù)據(jù)處理和外環(huán)境調(diào)查。
2.3 山區(qū)地形人員疏散模型
    LG氣田試采工程區(qū)域地貌為低山與丘陵過渡地帶，區(qū)域內(nèi)溝壑縱橫，山體切割較深，人口密度大，原有交通條件差。突發(fā)事件情況下科學(xué)規(guī)劃周邊人員疏散線路可以有效減少人員傷亡。在對山區(qū)地形情況下不同年齡組、不同性別人群的現(xiàn)場疏散測試后，LG三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)開發(fā)了人員疏散線路規(guī)劃模型。
2.4 敏感點及社會應(yīng)急資源調(diào)繪
    根據(jù)確定的應(yīng)急計劃區(qū)，對工程周邊50余個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的應(yīng)急救援資源進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)繪勘查，調(diào)繪醫(yī)院100余所，公安隊伍、交警隊伍、消防隊伍數(shù)十個。完成了20000戶應(yīng)急計劃區(qū)居民的詳細(xì)信息調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括戶主姓名、位置、電話、家庭人口數(shù)量等，將這些信息集成在LG數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案平臺中。
3 LG氣田三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)的基本特點
3.1 系統(tǒng)框架
    LG氣田數(shù)字化應(yīng)急系統(tǒng)采用北京睿呈時代信息科技有限公司專有技術(shù)的DEEP EYE引擎平臺。該平臺是空間GIS技術(shù)與VR(Virtual Reality)引擎技術(shù)的融合，系統(tǒng)采用N-TIER架構(gòu)進(jìn)行分層設(shè)計，數(shù)據(jù)、通信、接口、計算、顯示均相對獨立。
3.2 GIS數(shù)據(jù)處理
    根據(jù)風(fēng)險關(guān)注程度和應(yīng)急計劃區(qū)的劃定成果，系統(tǒng)將目標(biāo)區(qū)域分為應(yīng)急疏散區(qū)、擴大應(yīng)急區(qū)和考察區(qū)。其中應(yīng)急疏散區(qū)采用0.61m精度的快鳥真彩色DOM和2m網(wǎng)格精度DEM生成三維地景；擴大應(yīng)急區(qū)采用2.5m精度的SPOT真彩色DOM和20m網(wǎng)格精度DEM生成三維地景；考察區(qū)采用15m精度的ETM真彩色DOM和80～100m網(wǎng)格精度DEM生成三維地景。
3.3 系統(tǒng)組成
    LG氣田三維應(yīng)急系統(tǒng)分為以下3個部分。
3.3.1三維應(yīng)急GIS平臺
    通過衛(wèi)星遙感技術(shù)對生產(chǎn)區(qū)域、集輸管道區(qū)域、外輸管道區(qū)域等重點區(qū)域進(jìn)行地理信息數(shù)字化，并對主要場站、凈化廠等的設(shè)備裝置以及管道和管道周邊居民區(qū)進(jìn)行實體建模和虛擬場景搭建，建立視覺良好的虛擬仿真場景。對應(yīng)急疏散區(qū)及周邊關(guān)注區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)量、居民分布、應(yīng)急資源、救援機構(gòu)、醫(yī)療機構(gòu)等主要信息進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，將調(diào)繪信息整理后錄入系統(tǒng)。
3.3.2全息化安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)
    將生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的工藝流程、危險源信息、人員信息等融入系統(tǒng)，集成SCADA、DCS等系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)危險源、危險工藝等的可視化管理。系統(tǒng)在全息場景下可以進(jìn)行重大危險源定位查詢和監(jiān)督管理，通過集成的評價分析數(shù)學(xué)模型，對重大危險源區(qū)域、周邊辦公區(qū)域、生活區(qū)域等進(jìn)行危害分析和評價，再通過計算給出危險區(qū)域范圍，為安全防范和風(fēng)險管理提供依據(jù)；系統(tǒng)支持對SCADA、DCS、員工巡線等系統(tǒng)的集成(如圖1所示)，可以接入各類監(jiān)測信息，對各監(jiān)測量進(jìn)行常規(guī)輪檢和自動報警，并可以通過分析對比進(jìn)行危險預(yù)測和預(yù)警；同時可以對日常安全管理工作中的重大隱患和整改情況進(jìn)行排查，及時督促隱患治理工作。
3.3.3應(yīng)急救援指揮與管理系統(tǒng)
    對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行數(shù)字化管理，通過全息數(shù)字化氣田平臺進(jìn)行應(yīng)急資源可視化管理和模擬演練場景搭建，集成事故分析數(shù)學(xué)模型、支持重大事故的仿真推演，并提供輔助決策和模擬培訓(xùn)演練功能。系統(tǒng)具有應(yīng)急值守功能，突發(fā)事故災(zāi)難發(fā)生后，應(yīng)急指揮人員可以快速對事故地點進(jìn)行定位，掌握事發(fā)物質(zhì)和設(shè)施裝置的相關(guān)信息，同時查詢周邊道路信息、應(yīng)急資源信息、應(yīng)急救援力量信息以及物資儲備情況，為應(yīng)急資源調(diào)度提供信息支持。系統(tǒng)集成了氣體擴散模型、火災(zāi)模型、爆炸模型等多種數(shù)學(xué)模型以及定量風(fēng)險計算(QRA)成果，可進(jìn)行災(zāi)情推演，對事故后果進(jìn)行預(yù)測分析，并根據(jù)事故發(fā)生地點和資源情況自動匹配生成疏散路徑和救援路線；通過歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫的匹配查詢，找出歷史數(shù)據(jù)庫中類似災(zāi)情或相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，提供相關(guān)災(zāi)情應(yīng)急處理的全息展示或應(yīng)急預(yù)案行動方案的三維展示，為救援指揮提供參考。借助該平臺，各級應(yīng)急救援指揮部門可同步部署應(yīng)急救援方案、反饋信息等，并進(jìn)行實時災(zāi)情上報，實施應(yīng)急救援協(xié)同指揮。同時考慮到應(yīng)急疏散的需要，系統(tǒng)可以根據(jù)泄漏情況，確定泄漏點周邊硫化氫100、300、600、1000ppm(1ppm=1.5mg/m3)等不同濃度范圍內(nèi)的人居詳細(xì)分布情況，并統(tǒng)計出各范圍內(nèi)的住戶數(shù)量和常住人口數(shù)量(如圖2所示)，以便于緊急情況下應(yīng)急疏散方案的制訂。
 
3.4 系統(tǒng)功能擴展
    LG氣田三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)預(yù)留了同其他系統(tǒng)的接口，如大氣自動監(jiān)測儀信號接口，在突發(fā)事件情況下便攜式的大氣自動監(jiān)測儀信息可直接三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)，供決策和應(yīng)急計算使用；視頻接口可通過單兵攝像頭、移動寬帶接入系統(tǒng)，實時傳遞現(xiàn)場情況，經(jīng)測試采用CDMA 1X接入系統(tǒng)，視頻在15幀左右，基本能滿足現(xiàn)場應(yīng)急的需要；應(yīng)急廣播系統(tǒng)，在突發(fā)事件發(fā)生后可以通過該平臺以短信、電話、廣播等多種方式發(fā)出警報信息。
3.5 系統(tǒng)部署
    根據(jù)應(yīng)急管理層次結(jié)構(gòu)的特點，在系統(tǒng)設(shè)計中，縱向結(jié)構(gòu)上將用戶分為地區(qū)公司和二級單位兩個不同的群體。同時橫向結(jié)構(gòu)上地區(qū)公司和二級單位分別預(yù)留與之相對應(yīng)的地方應(yīng)急部門指揮通信終端接口，在應(yīng)對大型突發(fā)事件時可以迅速實現(xiàn)與政府相關(guān)部門的協(xié)同指揮和應(yīng)急聯(lián)動[2]。
4 結(jié)束語
    三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)的主要目的在于加快信息傳播、提高行動速度，從而改進(jìn)決策的合理性、科學(xué)性。從實質(zhì)上講，三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)要完成的工作就是通過加強信息共享、幫助作出正確決策、并迅速傳達(dá)指令、獲得及時準(zhǔn)確的反饋信息。這個目的僅僅依靠單獨的三維應(yīng)急地理信息系統(tǒng)本身是無法實現(xiàn)的。就像重特大突發(fā)事件應(yīng)急處置單獨依靠企業(yè)的力量很難完成一樣，該系統(tǒng)必須和現(xiàn)有的大量系統(tǒng)無縫連接，從而實現(xiàn)在多個系統(tǒng)間的信息匯聚和傳播，這樣才能真正提高應(yīng)急處置的效果。
    致謝：北京睿呈時代信息科技有限公司為本文提供了資料，在此表示感謝。
參考文獻(xiàn)
[1] 翟丹妮.應(yīng)急平臺中數(shù)字化預(yù)案系統(tǒng)建設(shè)的研究[J].中國公共安全：學(xué)術(shù)版，2008(1).
[2] 蒲鵬先，王勇.應(yīng)急地理信息整合平臺系統(tǒng)架構(gòu)初探[J].地理信息世界，2008(6).
 
(本文作者：龔建華1 朱進(jìn)1 王以朗1 文明1 莫正平2 1.中國石油西南油氣田公司質(zhì)量安全環(huán)保處；2.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦)