平臺及海底管纜電子信息系統研發與應用

劉 巍

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300461）①

平臺及海底管纜電子信息系統研發與應用

劉 巍

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300461）①

平臺及海底管纜電子信息系統具有數據兼容性及擴展性，是海洋工程施工方案的輔助設計與海上油田設施完整性管理方面的重要工具。介紹了該信息系統研發的原理和技術路線，描述了電子信息系統中實時監控子系統、三維子系統及數據管理子系統的主要功能及其在海洋工程中的應用效果。

海底管纜；地理信息；數據管理；實時監控；三維可視化

綏中36-1海區海上鉆采設施、海底管道電纜網羅密布，在此類海區進行施工及相關設計時，會給保護、避讓已建海管、海纜等設施帶來極大困難和挑戰，這就要求船舶施工及相關設計人員清晰明確這一海區的水上水下平臺、管纜分布情況。

目前，海底管纜的紙質存檔資料分散，沒有統一集中管理，不能有效地輔助油田調整研究、設計和建改作業，客觀上需要研發功能強大的電子信息系統，使其能夠完整管理、查詢海區內信息。通過各種信息的匯總，加強對海底管道電纜的監控，讓相關人員在開始作業之前就能熟悉整個作業區海洋設施環境狀態，采用安全有效的生產方案，最大限度地減少由于海洋設施信息模糊而造成意外事故，進而增強應對海洋石油天然氣作業事故的能力。同時，結合這一系統的建立，形成一個企業內部海底管纜數據信息標準，對今后海管海纜的安全管理具有十分重要的意義。

1 電子信息系統研發

1.1 原理

電子信息系統是運用地理信息技術、數據庫技術和三維建模技術研發的一項綜合性油田生產設施管理平臺。利用完工資料和海區現場調查提供的資料，構建平臺及管纜電子信息系統的數據庫，為系統的運行提供可靠的數據支撐。

1.2 技術路線

系統采用C／S結構布局，包括3層結構：應用層（桌面客戶端）、表示層（系統程序）和數據層（部署好的數據庫服務器）。如圖1。

圖1 電子信息系統結構

采用常規的關系型數據庫來存貯系統的業務和空間數據。針對目前的應用，采用性價比高的SQL Server數據庫。對于以后的擴充，可以方便地移植到其他數據庫。

使用中間件訪問數據庫，采用Super Map SDX＋引擎對空間數據庫進行訪問。

基于實際應用中的需求，電子信息系統包含3大子系統：

1） 三維子系統 展示三維場景，包括海底地形環境、平臺、海管和海纜。

2） 數據管理子系統 對數據進行維護，導入導出數據，制作海圖。

3） 實時監控子系統 用于船舶單機使用，為船舶的運行導航，同時有避碰報警功能。

2 電子信息系統功能

2.1 數據管理系統功能

數據管理子系統共計完成52項功能，主要是為數據管理員或操作員提供強大的桌面數據加工處理、編輯成圖、查詢統計、空間分析和海量數據管理的功能。

具體包括數據管理、查詢統計分析、標繪、系統工具、權限管理。

1） 數據管理 工作空間管理、地圖操作、數據集管理、圖層管理。

2） 查詢統計分析 圖形查詢屬性、屬性查詢圖形、管線電纜統計、SQL查詢。

3） 標繪 添加標注、刪除標注、修改標注、設置屬性。

4） 系統工具 符號庫編輯、線型庫編輯、填充庫編輯、對象捕捉設置、系統設置。

5） 權限管理 部門設置、員工設置、角色設置、權限設置、日志記錄。

2.2 三維系統功能

三維子系統共計完成61項功能，憑借其集成的多源、海量和高清影像數據，模擬再現作業海區真實的三維場景，使作業人員直觀、全面地了解作業區域內的海底地形地貌信息、海管海纜設施分布和其他海洋環境信息，實現水上水、下工程設施的可視化，為勘探、工程設計、施工作業等提供安全保障作用。

主要功能包括地圖基本操作、圖層管理、查詢功能、地標管理、平臺船舶及管纜模型管理、系統工具。

1） 地圖基本操作 三維瀏覽操作、距離量算、面積量算、地圖信息顯示。

2） 圖層管理 重命名圖層、設置圖層是否可見、設置圖層可見高度、保存當前圖層。

3） 查詢功能 地名模糊查詢與定位、經緯度坐標查詢與定位、空間查詢、SQL查詢。

4） 地標管理 點地標管理、線地標管理、面地標管理。

5） 平臺船舶及管纜模型管理 添加三維模型、修改模型信息、修改模型縮放比例尺、設置模型高度。

6） 系統工具 投影設計、權限設置、其他設置。

2.3 實時監控系統功能

實時監控子系統共計完成70項功能，主要是為輔助船上工作人員全面了解海區水上、水下情況，提供船舶實時監控、避碰報警、便捷標繪、船位走錨監測等功能，輔助船舶安全作業，杜絕危險。

主要功能包括海圖基本操作、海圖標繪與管理、航線管理、船舶實時監控、船舶定位與導航等。

1） 海圖基本操作 海圖瀏覽、海圖量算、海圖打印、海圖要素管理、海圖顯示設置。

2） 海圖標繪與管理 標繪層管理、標繪對象編輯、海圖標繪。

3） 航線管理 航線編輯、航線查找、避碰報警設置。

4） 船舶實時監控 走錨報警、拋錨監控、避碰報警。

5） 船舶定位與導航 GPS連接設置、GPS操作控制、羅經儀連接、船舶導航、航跡管理。

3 系統特色

1） 基于先進的、自主知識產權的地理信息系統平臺（Super Map），結合數據庫技術（Database）、三維建模技術（LOD），構建了一套科學的、高效的平臺及海管海纜電子信息系統，為海上石油鉆采設施的勘測、規劃設計、運行管理和維護提供了有力的工具支持。

2） 首次將“三維數字地球”技術應用于海洋石油領域，真實再現了海區作業環境，為使用者提供準確直觀的信息，輔助管理者科學高效決策，并為將來系統擴展打下基礎。

3） 在電子海圖基礎上，首創性地將人性語音導航、智能動態預警等先進技術應用于海上船舶，為作業船只提供更加科學、全面、細致的作業服務，最大范圍降低海上施工因信息缺失造成的事故。

4） 基于先進的“一張圖”的信息資源共享與應用模式搭建了系統的數據庫，將海圖、海上鉆采設施、海底管線及電纜等數據展現在地理空間上，實現了空間地理信息資源的有效整合與集成，為生產提供了可視化的決策分析和數據共享服務。

5） 利用GIS、三維可視化技術，成功地探索了將作業海區前期勘測數據融入后期相關管理系統的技術方法，實現作業海區勘測數據的共享，使其在作業海區的全生命周期管理中發揮重要的作用，有助于實現海油行業從勘測設計到運行維護的全程信息化，具有較強的應用推廣性。

4 電子信息系統應用

目前，系統已經在綏中36-1海區進行了應用，主要包括：已建平臺及管線電纜的完工資料和調查資料等數據的存儲、管理和維護；數據查詢統計用于輔助平臺、管纜膨脹灣等工程設計；在三維系統中直觀、真實地展示出海區內平臺及管線電纜分布情況；船舶海上現場作業拋錨實時監控、走錨報警和避碰預警；一期調整后新建平臺、管線設計完工資料存儲和管理。

4.1 輔助新建平臺及管線電纜膨脹灣位置設計

利用系統中存儲的平臺及海底管線電纜屬性數據，輔助膨脹灣設計。由于平臺附近管線電纜比較多，給后期新建管線電纜帶來了很大的困難，數據管理系統將完工資料以及物探調查的管線電纜數據存入數據庫后，可以很方便地實現各種查詢，從而了解平臺周邊管線電纜分布情況，優化膨脹灣的設計。

圖2為輔助SZ36-1WHPJ擴展平臺新建水管膨脹灣設計優化界面。

圖2 WHPJ平臺新建水管路由設計優化界面

將平臺及管纜數據從數據管理系統查詢出來后，發現預定設計的管線路由（虛線）與通往SZ36-1APP已建電纜相交，為了避免損壞現有的電纜，設計人員將水管膨脹灣路由設計向西北方向移動88 m，降低了海上現場作業時對已有電纜損壞的可能性，減少了事故的發生。

圖3為輔助SZ36-1WHPK新建平臺選址優化界面。

圖3 WHPK新建平臺選址優化界面

將預定平臺周邊管纜數據從數據管理系統查詢出來后，發現通往SZ36-1WHPJ電纜距離平臺最近樁腿約6.2 m，為了減少對電纜損壞的可能性，設計人員將平臺向西北方向移動，使其與電纜最近距離約21 m。

4.2 輔助管線電纜路由選擇

將數據管理系統與三維系統聯合起來，即實現二維與三維聯動，輔助管線路由設計。在數據管理系統中設計1條管線路由（如圖4），打開三維系統就可以即時查看剛剛設計的管線路由在海區的真實位置以及它與周邊環境的相對關系（如圖5）。

圖4 管線路由設計顯示界面

圖5 模擬顯示管線路由在海區的真實位置及周邊環境的相對關系界面

5.3 管線區拋錨就位實時監控

實時監控船舶在管線區拋錨作業。在管線電纜密集區進行海上拋錨作業時，容易造成對管線電纜的損壞，實時監控系統可以將數據庫中現有的信息調入海圖，實現現場拋錨的實時監控并且進行語音提示，大幅降低事故的發生。

在綏中36-1 APP平臺東南方向拋錨的實例界面如圖6。

圖6 綏中36-1APP平臺東南方向拋錨示例界面

由于SZ36-1 APP平臺管線電纜數量多，在此工區拋錨容易損壞管纜；實時監控系統可以利用數據管理系統提供的管線電纜數據，將其疊加在電子海圖上，啟動語言避碰系統，就可以實時監控拋錨的全部過程。

5 結語

通過平臺及海底管纜電子信息系統的建立，實現了海上工程設施數據管理的連續性和統一性，建立了海上設施信息“檔案館”，為項目設計提供了數據輔助，為工程施工提供了安全保障，為管纜的綜合管理提供了手段工具，為海上設施的電子信息化建立了基礎。

通過平臺及海底管纜電子信息系統的應用，油田水下設施勘察及綜合管理能力得到了極大提升，向未來日益擴大的油田生產管理市場邁出了堅實的一步。

［1］ 張秀林，謝麗婉，陳國明.海底管道完整性管理技術［J］.石油礦場機械，2011，40（12）：10-15.

［2］ 常澤琨.長慶油田網絡安全防范措施［J］.中小企業管理與科技，2010（31）：279-280.

［3］ 趙冬巖，余建星.海底管道完整性管理研究［J］.海洋技術，2008，27（12）：71-73.

［4］ 孫明，王柏林.數字化油田在海上平臺的建設及前景展望［J］.測控技術，2007，26（12）：4-8.

［5］ 劉小白，李琦.遼河油田地面建設地理信息系統總體設計方案［J］.石油礦場機械，2006，35（z1）：42-47.

Development and Application of Electronic information system of Platform and Subsea pipeline-cable

The electronic information system of platform and subsea pipeline-cable is a useful tool in offshore engineering and offshore installation management.The rules and technique route are described for developing electronic information system of the platform and subsea pipeline-cable.Its main functions of the three subsystems are further introduced，as well as the application to offshore engineering.

subsea pipeline-cable；geographic information；data management；real-time monitoring；3D-visualization

TE951

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.022

1001-3482（2014）11-0086-04①

2014-04-18

劉 巍（1968-），男，山東諸城人，高級工程師，主要從事海洋石油工程開發工作，E-mail：liuwei2＠cnooc.com.cn。