LG氣田三維應急地理信息系統(tǒng)的建設

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)域內人口密度大，生產場站遠離公司機關。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，科學利用周邊應急資源，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)域內人口密度大，生產場站遠離公司機關。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，科學利用周邊應急資源，對保障油氣田安全平穩(wěn)生產意義十分重大。為此，開展了LG氣田試采工程三維應急地理信息系統(tǒng)建設。2009年11月利用該系統(tǒng)在LG氣田開展了大型多方應急演練。演練結果表明，該系統(tǒng)按建設方案實現(xiàn)了現(xiàn)場應急監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、應急方案制訂、疏散線路規(guī)劃、應急力量整合以及應急資源調配等功能。該系統(tǒng)是LG氣田應急體系的重要組成部分，主要針對氣田突發(fā)事件應急反應和日常應急事務管理而開發(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、應急救援力量數(shù)據(jù)庫和事故后果模擬模型庫等，具有預測突發(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。
關鍵詞：氣田；數(shù)字化；三維；應急；地理信息系統(tǒng)；應用集成；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，由于生產區(qū)域分散，區(qū)域內人口密度大，生產場站遠離公司機關，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，合理利用周邊應急資源開展應急行動，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急地理信息系統(tǒng)建設，并于2009年11月利用該系統(tǒng)在LG氣田開展了大型多方應急演練。演練結果表明，該系統(tǒng)按建設方案實現(xiàn)了現(xiàn)場應急監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、應急方案制訂、疏散線路規(guī)劃、應急力量整合以及應急資源調配等功能。目前該系統(tǒng)已正式投入使用。
1 三維應急地理信息系統(tǒng)簡介
    三維應急地理信息系統(tǒng)是數(shù)字化應急預案的衍生和發(fā)展，是利用信息技術、模擬技術、數(shù)據(jù)庫技術以及三維地理圖形技術而形成的可顯示區(qū)域內地形、地貌，集成數(shù)字化預案、敏感點信息和應急資源信息的數(shù)字化應急平臺。與靜態(tài)預案相比具有科學、實用、直觀和維護方便等特點[1]。
2 LG氣田三維應急地理信息系統(tǒng)建設前的準備工作
2.1 風險識別
    應急體系的針對性和可操作性，必須建立在對風險充分識別的基礎上。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評價工作；初步設計階段開展了危險和可操作性分析(HAZOP)，通過風險識別確定了應急預案編制方案和應急工作流程的設置。
2.2 確定應急計劃區(qū)
    應急計劃區(qū)的確定是三維應急地理信息系統(tǒng)的核心內容之一，關系到敏感點外業(yè)調查的范圍、衛(wèi)星圖片精度獲取要求等工作。目前國內僅國家安全生產監(jiān)督管理總局發(fā)布了《含硫氣井公眾防護距離規(guī)定》(AQ2018—2008)，該標準對含硫正鉆井的公眾防護距離進行了規(guī)定，但未規(guī)定集輸管道、場站的公眾防護距離。在LG三維應急地理信息系統(tǒng)建設初期，項目組開展了該工程的定量風險計算(QRA)，確定了LG三維地理信息系統(tǒng)應急疏散區(qū)、擴大應急區(qū)和考察區(qū)，并按照不同區(qū)域進行GIS(Global Information System)數(shù)據(jù)處理和外環(huán)境調查。
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 敏感點及社會應急資源調繪
    根據(jù)確定的應急計劃區(qū)，對工程周邊50余個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的應急救援資源進行了詳細調繪勘查，調繪醫(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戶應急計劃區(qū)居民的詳細信息調查，調查內容包括戶主姓名、位置、電話、家庭人口數(shù)量等，將這些信息集成在LG數(shù)字化應急預案平臺中。
3 LG氣田三維應急地理信息系統(tǒng)的基本特點
3.1 系統(tǒng)框架
    LG氣田數(shù)字化應急系統(tǒng)采用北京睿呈時代信息科技有限公司專有技術的DEEP EYE引擎平臺。該平臺是空間GIS技術與VR(Virtual Reality)引擎技術的融合，系統(tǒng)采用N-TIER架構進行分層設計，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)風險關注程度和應急計劃區(qū)的劃定成果，系統(tǒng)將目標區(qū)域分為應急疏散區(qū)、擴大應急區(qū)和考察區(qū)。其中應急疏散區(qū)采用0.61m精度的快鳥真彩色DOM和2m網格精度DEM生成三維地景；擴大應急區(qū)采用2.5m精度的SPOT真彩色DOM和20m網格精度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網格精度DEM生成三維地景。
3.3 系統(tǒng)組成
    LG氣田三維應急系統(tǒng)分為以下3個部分。
3.3.1三維應急GIS平臺
    通過衛(wèi)星遙感技術對生產區(qū)域、集輸管道區(qū)域、外輸管道區(qū)域等重點區(qū)域進行地理信息數(shù)字化，并對主要場站、凈化廠等的設備裝置以及管道和管道周邊居民區(qū)進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。對應急疏散區(qū)及周邊關注區(qū)域內的人口數(shù)量、居民分布、應急資源、救援機構、醫(yī)療機構等主要信息進行詳細的調查，將調繪信息整理后錄入系統(tǒng)。
3.3.2全息化安全生產管理系統(tǒng)
    將生產過程各環(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)測量進行常規(guī)輪檢和自動報警，并可以通過分析對比進行危險預測和預警；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行排查，及時督促隱患治理工作。
3.3.3應急救援指揮與管理系統(tǒng)
    對應急預案進行數(shù)字化管理，通過全息數(shù)字化氣田平臺進行應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演練功能。系統(tǒng)具有應急值守功能，突發(fā)事故災難發(fā)生后，應急指揮人員可以快速對事故地點進行定位，掌握事發(fā)物質和設施裝置的相關信息，同時查詢周邊道路信息、應急資源信息、應急救援力量信息以及物資儲備情況，為應急資源調度提供信息支持。系統(tǒng)集成了氣體擴散模型、火災模型、爆炸模型等多種數(shù)學模型以及定量風險計算(QRA)成果，可進行災情推演，對事故后果進行預測分析，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；通過歷史災情數(shù)據(jù)庫、應急預案數(shù)據(jù)庫的匹配查詢，找出歷史數(shù)據(jù)庫中類似災情或相關應急預案，提供相關災情應急處理的全息展示或應急預案行動方案的三維展示，為救援指揮提供參考。借助該平臺，各級應急救援指揮部門可同步部署應急救援方案、反饋信息等，并進行實時災情上報，實施應急救援協(xié)同指揮。同時考慮到應急疏散的需要，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)等不同濃度范圍內的人居詳細分布情況，并統(tǒng)計出各范圍內的住戶數(shù)量和常住人口數(shù)量(如圖2所示)，以便于緊急情況下應急疏散方案的制訂。
 
3.4 系統(tǒng)功能擴展
    LG氣田三維應急地理信息系統(tǒng)預留了同其他系統(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急地理信息系統(tǒng)，供決策和應急計算使用；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)場應急的需要；應急廣播系統(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)應急管理層次結構的特點，在系統(tǒng)設計中，縱向結構上將用戶分為地區(qū)公司和二級單位兩個不同的群體。同時橫向結構上地區(qū)公司和二級單位分別預留與之相對應的地方應急部門指揮通信終端接口，在應對大型突發(fā)事件時可以迅速實現(xiàn)與政府相關部門的協(xié)同指揮和應急聯(lián)動[2]。
4 結束語
    三維應急地理信息系統(tǒng)的主要目的在于加快信息傳播、提高行動速度，從而改進決策的合理性、科學性。從實質上講，三維應急地理信息系統(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、并迅速傳達指令、獲得及時準確的反饋信息。這個目的僅僅依靠單獨的三維應急地理信息系統(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
[1] 翟丹妮.應急平臺中數(shù)字化預案系統(tǒng)建設的研究[J].中國公共安全：學術版，2008(1).
[2] 蒲鵬先，王勇.應急地理信息整合平臺系統(tǒng)架構初探[J].地理信息世界，2008(6).
 
(本文作者：龔建華1 朱進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量安全環(huán)保處；2.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦)