海上油气平台和海底电缆管道信息化系统的设计与应用

0 引言

海上油气平台和海底电缆管道目前已广泛应用于海洋油气开采。其中,海上油气平台由钻采设施和作业船只组成,海底电缆管道由海底管道和海底电缆组成,为海洋油气资源的高效开发利用发挥重要作用[1]

恶劣的海洋自然环境是威胁海上油气平台和海底电缆管道安全运行的主要风险,无序的海洋养殖和捕捞以及海上航运等用海活动是潜在风险[2]。海底电缆管道长期受海流和河口冲刷、侵蚀以及地震、海浪和生产活动等因素影响,易出现变形、裸露、悬空和位移的现象,而复勘耗时费力,勘测结果易受复杂海底环境的影响出现误判[3- 5],无法确保其空间信息数据的准确性。此外,海上油气平台和海底电缆管道的建设和运行对海域使用管理和海洋生态环境保护也有重要影响。

目前我国尚未建立完善的全国性的海上油气平台和海底电缆管道信息化系统。2013年原国家海洋局开发相应模块并部署在国家海域动态监视监测管理系统中,但该模块只具有录入相关审批管理结果和数据统计分析的功能,随着国家“放管服”改革的实施,已不能满足管理需要;部分海洋管理部门设计开发满足自身业务需求的管理系统,但系统功能较少;相关油气企业在生产实践中各自研发信息化生产管理系统,具有实用性强、集成度高、数字化和自动化的优点,但系统较独立,企业之间以及企业与海洋管理部门之间未实现信息共享[2,6- 7]

因此,迫切需要设计研发海上油气平台和海底电缆管道信息化系统,建立统一的数据管理模式和标准的行政审批流程,确保信息的实时、准确以及可视化和共享化,为相关管理和决策提供技术支撑和科学依据。

1 系统设计

基于国家海域动态监视监测管理系统的运行环境,沿用其标准体系和安全体系,针对我国管辖海域海上油气平台和海底电缆管道的基本信息和用海情况,结合相关资料,通过数据库建设、信息整合分析和三维建模等技术途径,设计开发海上油气平台和海底电缆管道信息化系统,实现相关数据信息的标准化、行政审批的流程化、海域权属审批的一体化和二/三维可视化。

1. 1 系统框架

系统采用B/S架构,基于国家海域动态监视监测管理系统的软件平台,在统一框架和标准下设计开发。其中,开发平台选用ArcGIS,数据库管理系统选用Oracle,三维模型管理系统选用Sky Line,服务器操作系统选用Windows Server 2012。

系统采用多层架构体系,具有较强的扩展性,可根据实际情况对系统软件进行配置和组合,便于系统功能的调整、升级和维护以及与其他业务系统的灵活对接,以适应业务的不断发展。

(1)底层是数据库服务层,包括数据采集和数据管理2个部分,采用高效的访问和存储技术以及核心数据库连接池,提供集中和统一的数据服务,保证整个系统数据的一致性和共享性。数据采集内容主要包括已入库和未入库的行政审批数据、企业生产管理数据、基础地理数据、海洋基础资料数据和遥感影像数据等;通过对采集的数据进行分类,建设5类数据库,包括基础地理数据库、遥感影像数据库、海底电缆管道数据库、海上油气平台数据库和三维模型数据库等。

(2)中间层是逻辑应用层,提供整个系统逻辑应用的全部功能,通过应用组件和中间件的重用和扩展,实现灵活且强大的功能应用。采用兼容的构建对象程序,支持大用户量访问,传输协议采用XM L、XSL T和SOAP标准的数据交换规范。形成5个应用平台,包括数据整理、行政审批、统计分析、综合展示和系统管理。

(3)顶层是应用表现层,可根据不同权限,通过浏览器调用各项系统功能,实现客户端的B/S模式应用,为国家和地方海洋管理部门、海上执法部门和其他涉海单位服务。

1. 2 功能模块

根据业务需求,系统划分为5个功能模块,分别是数据整理、行政审批、统计分析、综合展示和系统管理。

(1)数据整理模块收集我国管辖海域的海上油气平台和海底电缆管道的信息,其中海上油气平台信息包括基本信息、空间信息和信息调查表,海底电缆管道信息包括路由调查、铺设施工、注册备案、维修改造、废弃拆除和企业管理等信息以及信息调查表。

(2)行政审批模块整合海底电缆管道的主要行政审批业务并实现全过程管理,包括对路由调查、铺设施工、注册备案、维修改造和废弃拆除等的审批,同时通过建立接口实现该模块与海域权属管理子系统之间的数据交换和共享,使海底电缆管道审批与海域使用审批有效衔接,并对每个审批环节产生的大量申请资料、调查资料和批复文件等进行标准化和规范化的统一管理。

(3)统计分析模块实现对海上油气平台和海底电缆管道信息的汇总和统计。

(4)综合展示模块实现图层叠加展示和二/三维可视化展示。

(5)系统管理模块实现用户管理和权限管理。

2 关键技术

2. 1 面向服务的软件架构(SOA)

作为组件模型,SOA通过在应用程序功能单元(即服务)之间定义完善的接口和契约,从而联系应用程序中的不同服务[8]

在系统设计过程中,应尽可能地将提供对外服务的应用程序封装和发布为Web服务(Web Service),通过SOA架构系统的目录服务和注册,向各种组件或其他应用系统(服务消费者)提供Web服务,使系统功能以松耦合的方式实现集成,并使服务功能具有可扩展性(图1)。

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图1 SOA模型

2. 2 模型驱动的系统设计和开发

基于对象管理组织(O MG)的模型驱动体系结构(MDA),采用面向对象的分析和设计方法(OOAD),基于U ML统一建模语言对所设计的系统建模,该语言已成为系统建模的标准语言和MDA的基础[9]

借助建模工具Power Designer和MS Visio,采用正向工程的方法基于U ML模型生成应用程序模板和数据库结构,采用逆向工程的方法从程序源代码和数据库中提取UM L模型,实现软件与模型之间的全向工程和一致性,从而实现二者的持续改进。基于U M L模型生成规范的系统分析和设计文档,以实现模型驱动的系统设计和开发(图2)。

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图2 模型驱动的系统设计和开发

2. 3 MVC技术框架

M VC技术框架具有设计清晰、易于扩展和可分布运用等特点,可满足本系统多用户、可扩展、可维护和高交互的设计需求[10]

系统服务端采用多层架构设计。①表现层采用M VC框架,遵循H T M L5+ CSS3 W3C规范,引入BootStrap Web前端面CSS框架,支持响应式布局;②业务逻辑封装在服务层,服务可互相调用,将文件服务和数据同步服务从现有系统设计中独立出来,通过简单的封装,将系统中的服务发布成接口服务,供扩展系统和个性系统调用,完成数据交互和共享;③数据层的数据库映射采用Nhibernate,以数据知识库模式供服务层调用,以Redis作为Nhibernate数据的二级缓存,提升数据的读写性能(图3)。

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图3 MVC技术框架

3 系统应用

目前系统已完成设计开发并正式上线运行,对相关管理部门和企业开展了业务培训。系统自上线以来运行状况良好,获取了大量海上油气平台和海底电缆管道信息(图4)。

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图4 海上油气平台和海底电缆管道信息

系统已初步实现二/三维可视化展示功能,根据业务管理需求,该功能仍需完善。如,登陆点、井口和交叉管道等区域在海流和海浪等因素的影响下,接触和摩擦损坏风险较大,对油气开采、运输以及海洋生态环境形成安全隐患[3- 5];在事故易发区域,可通过三维建模展示海底电缆管道的水下状态,定期更新维修信息,设立高风险识别区,通过维修记录高亮显示风险级别,为海底电缆管道的维护和管理提供准确的数据支撑。

4 结语

本研究设计并应用的海上油气平台和海底电缆管道信息化系统通过数据整理、行政审批、统计分析、综合展示和系统管理5个功能模块,实现数据标准化和共享化、审批全过程管理以及二/三维可视化等功能,为海洋管理部门提供信息平台,为包括海上油气平台和海底电缆管道建设在内的各类海洋开发利用活动的空间协调提供全面的技术支撑,为相关企业的安全生产提供决策服务。(以下内容转至第94页)

参考文献

[1] 张震,唐伟,段康泓,等.海洋石油天然气管道保护条例立法问题探究[J].海洋开发与管理,2015,32(9):40- 44.

[2] 詹燕民,李毅,朱友生.海底管道电缆管理及预警系统研究与应用[J].工程勘察,2015(8):68- 73.

[3] 严天赦,孟宪阔,孟祥勇.交叉海底管道探测方法研究[J].港工技术,2017,54(3):108- 112.

[4] 卢燕,潘婷.电缆探测技术在平台周边海底管道的研究[J].科技创新导报,2017(15):58- 59.

[5] 马平,刘晓建.海底管道交越光电缆软体排铺设后的工程测量[J].施工技术,2012,41(增刊):369- 371.

[6] 谭萌,王金磊,杨丽芬,等.基于World Wind Java的海底电缆管道业务管理信息系统设计与实现[J].海岸工程,2015,34(2): 81- 88.

[7] 郑春生.胜利埕岛油田海底电力电缆故障类型与原因分析[J].事故分析与预防,2016,16(2):6- 10.

[8] 赵会群,孙晶.一种SOA软件系统可信性评价方法研究[J].计算机学报,2010,33(11):2202- 2210.

[9] PA NE E S,SARNO R.Capability maturity model integration (CM MI)for optimizing object-oriented analysis and design (OOAD)[J].Procedia Computer Science,2015,72:40- 48.

[10] 刘亮,霍剑青,郭玉刚,等.基于MVC的通用型模式的设计与实现[J].中国科学技术大学学报,2010,40(6):635- 639.

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