基于大數據分析的油氣生產集團安全管控平臺建設研究

龔孝平，王春華

(1.貴州烏江能源集團有限責任公司安全環保部，貴州 貴陽 550025；2.貴州省煤礦設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550025；3.貴州省礦山安全科學研究院有限公司，貴州 貴陽 550025)

0 引言

安全是企業長期穩定發展的生命線[1]。能源企業具有生產要素雜、工藝程序多、勞動強度大等特點，安全防控責任重、難度大，是安全領域的重點防范對象。企業是落實生產安全的主體責任人[2]。近年來，隨著能源企業信息化的發展和信息技術的廣泛應用，能源企業的科技含量和生產效率得到進一步提高，以煤炭為代表的傳統能源安全生產局面得到了一定改善，多數新能源產業安全生產水平相對穩定，但仍有相當一部分綜合性能源企業由于業務類型繁多、業務場地分散、系統扁平林立，監管手段單一且落后，不能全面實施綜合安全管控，存在著較高的安全風險隱患。例如，從國家應急管理部獲悉，僅2022年4月，全國安全事故共發生1 425起，死亡1 241人[3]，其中涉及能源領域的安全事故占據相當比重，安全生產形勢依然嚴峻。總體來看，國內能源企業事故總數量、較大型事故、重大事故和死亡人員總數等仍高于發達國家，尤其是業務復合型能源企業的綜合安全管控效能堪憂，亟待開展針對性研究并提出解決措施。因此，本文重點圍繞大型能源集團安全管控場景需求，基于物聯網、AR、云計算及大數據分析技術，采用B/S架構設計了大型能源集團安全管控平臺，旨在全面高效整合業務復合型能源企業生產場景各類數據資源，為能源集團及其下屬生產企業在安全管控方面提供監控預警、遠程指揮等應用服務，進而提升能源行業安全管理水平。

1 集團安全管控平臺應用需求分析

1.1 企業簡介

貴州烏江能源集團有限責任公司是貴州省省管大(一)型國有企業，肩負著全省能源戰略實施主體、清潔能源開發主體、能源技術創新主體和國家重要能源基地建設“四個主體”作用，主要開展電、氣、管、網一體化投資、開發、研發、運用、服務等業務?，F有全資、控股公司13家，參股公司24家，代持股公司1家，已形成能源(火電、光伏、水電、頁巖氣、煤層氣)和裝備制造、進出口貿易、技術服務的“1+3”產業體系[4]。

1.2 問題分析

(1)子企業層面。貴州烏江能源集團有限責任公司旗下子企業多、地點分散，尤其是安全信息化基礎薄弱，部分子公司雖然根據自身需求自行建立了SCADA等，但基本上都是獨立建設，涉及到的生產管理數據、現場監控視頻數據等都分散到各個生產現場，沒有集中到二級單位，導致二級單位不能及時掌握生產情況、安全管控等信息，進而導致集團公司不能獲取相關數據。(2)集團公司層面。整個集團公司還未建立總體層面的安全信息化管控平臺，用于支撐二級單位的數據接入，特別是安全監管視頻從基層單位接入到集團公司問題尤為突出，將直接影響到“電”“氣”“管”“網”安全監管調度。此外，在安全監控與應急救援方面缺乏專業化集成信息系統，無法快速響應現場應急救援和調度指揮，實現集團本部和二級單位之間的應急可視指揮、視頻會議/監控、工作督查、實時交流、遠程培訓等功能。

1.3 需求分析

大型能源集團安全管控平臺建設需求如下：

(1)視頻監控與遠程指揮需求。通過對二級子公司、基層單位的部分無聯網條件的區域，安裝視頻采集設備或傳感器，對集團進行視頻監控與遠程指揮系統的大屏建設，實現視頻聯網共享、實時傳輸，滿足集團對重大、突發事件進行視頻監控和遠程指揮需求，實現跨層級、跨地區視頻接入、可視化指揮調度及高效協同辦公等應用。

(2)安全管控與應急救援需求。安全管控與應急救援系統滿足集團公司高效完成安全監管、應急救援和事故處置的需求，實現集團本部和二級單位之間的應急可視指揮、視頻會議/監控、工作督查、實時交流、遠程培訓等功能。集團通過該系統全面掌握下屬子公司的安全監控和應急調度情況，能夠實現和下屬子公司之間的視頻調度和語音對講，實現安全監控與應急救援的集中管理和應急指揮調度。

(3)生產調度與運營監管需求。主要滿足企業生產調度工作的日常聯絡與突發事件應急處置時，確保部門內部以及跨部門、跨地域的機構和人員之間應急處置時通信聯絡的安全、可靠、通暢，通過系統能夠讓集團公司及時掌握生產企業的工作流程和生產狀態。同時支撐子企業廠區的調度終端、視頻監控、視頻會議、生產數據等子系統進行深度整合的功能，滿足生產企業對日常生產調度、安全事件監控和應急處置的需求，形成應急預案、視頻監控、指揮調度、生產數據的深度融合聯動，實現相關責任到人，指揮調度到事，可視化調度操作[5]。

(4)性能需求。建設的平臺性能指標應達到以下要求：平臺控制操作響應時間≤3 s；數據瀏覽響應時間≤2 s；一般數據查詢響應時間≤3 s；大數據分析處理時間≤1 min；雙機負載均衡/熱備用切換時間≤25 s；當平臺處理能力不足時，可通過增加相應的節點和處理能力來實現平臺處理能力的動態增長。

(5)網絡性能需求。平臺通過建立集團公司-二級子公司-三級基層單位骨干網鏈路，根據長期網絡演進計劃，前期以單鏈路實現功能需求為主，后期根據業務需求進行網絡冗余備份，以實現當其中一條鏈路出現故障，流量能自動切換到另外一條鏈路上。

2 大型能源集團安全管控平臺總體架構

依托烏江能源集團現有軟件、硬件基礎設施，構建包括基礎設施層、數據層、應用支撐層、應用服務層和可視化層的混合云資源服務體系，打造覆蓋主要單位各版塊的網絡體系、視頻會議體系，建設涵蓋視頻監控與遠程指揮系統、安全管控與應急救援系統、生產調度與運營監管系統等于一體的安全管控平臺。平臺整體架構如圖1所示。

基礎設施層由數據采集設備、網絡設施、調度大廳和云資源基礎設施組成；數據層由安全環保監控數據、工業物聯網數據、綜合辦公管理數據構成；應用支撐層主要由統一數據接入平臺、視頻監控與遠程指揮系統、數據資源體系、數據融合分析系統、數據調度系統構成；應用服務層主要由安全管控與應急救援系統、生產調度系統、運營監管系統、安環大數據主題等構成；可視化層由可視化服務總線、調度中心等組成。

圖1 總體架構圖

大型能源集團安全管控平臺建設采用JDBC、SQL、Web Service、SOAP、服務總線、API等技術構建，總體技術架構如圖2所示。

圖2 技術架構圖

3 集團安全管控平臺功能設計及效果

3.1 視頻監控與遠程指揮系統

視頻監控與遠程指揮系統總體按照集團公司、二級公司、基層單位三級架構進行構建，分級逐步實現互聯。系統采用分布式架構設計，以綜合接入、互聯互通為目的，充分運用現代監控先進技術，構建一套功能完善、擴展性強、實時性高的綜合音視頻交互指揮調度系統。包括GIS地理信息模塊、可視對講模塊、視頻會議模塊、應急廣播模塊、信息發布模塊、視頻監控對接模塊、集群對講模塊、S接口模塊等，具有視頻監控、報警聯動、指揮調度、視頻會議、信息發布、智能分析等功能。

3.2 安全管控與應急救援系統

安全監控與應急救援系統總體按照集團公司、二級公司、基層單位三級架構進行構建，分級逐步實現互聯。以現場安全監管和應急救援為目標，提供目標職責管理、制度管理、教育培訓管理、現場管理、安全風險管控及隱患排查等基本功能，同時滿足現場應急管理要求，實現集團對生產現場的全方位安全管控和全天候應急救援。

3.3 移動應用系統

在移動應用系統中運用5G技術，建設涵蓋首頁門戶、系統公告通知、工作臺、安全統計報表、安全生產監管等功能模塊。

3.4 網絡系統

(1)根據集團-二級-生產公司等架構，建立數據采集上傳通道，可以使用公司原來建設的內網或者互聯網+VPN的方式建立數據連接通道。

(2)集團建設數據承載中心，可以租賃物理機房或者新建數據中心機房方式將數據匯聚集團，同時部署部分分布式計算節點，對二級公司或者基層單位的機房作為分布式計算的節點，對數據進行處理分析。同時可以作為集團企業的數據中臺，促進集團的應用系統在數據上融合，減少系統間的數據不共享，軟件間的功能重復，系統間的割裂應用。

(3)以5G網絡為承載的應用建立，可以作為內網的應急通信備份，也可以在緊急情況下現場調度指揮的承載。

(4)建設集團的應急指揮平臺，包括信息化平臺建設(涉及到功能包括數據的融合應用，子公司、生產企業數據采集應用，安全生產監控視頻采集，安全生產AI識別控制預警，應急視頻會議調度系統等)，同時新建物理指揮調度室，建設專業的生產安全調度中心。

3.5 應用效果

目前，已建設了涵蓋火電、水電、頁巖氣、煤層氣、光伏、管網、技術服務等業務于一體的視頻監控與遠程指揮系統、安全管控與應急救援系統、移動應用系統及調度大廳，通過應用物聯網、AR、云計算及大數據等技術手段，將分散的下屬企業生產現場監控視頻及設備運行數據等實時上傳至集中管控平臺，依托算法中臺、技術中臺實現了在線行為分析報警和遠程視頻指揮調度，通過建立應急管理預案庫，實現了特定場景下應急預案響應、應急資源調度、應急機構定位及應急模擬演練等。建設的安全管控調度大廳及平臺如圖3、圖4所示。

圖3 安全管控調度大廳實景圖

圖4 安全管控平臺應用功能界面圖

4 結語

本文聚焦大型能源集團安全管控需求，以貴州烏江能源集團有限責任公司為研究對象，通過深入剖析其安全管控信息化存在的問題，梳理形成大型能源集團安全管控平臺建設需求。構建了包括基礎設施層、數據層、應用支撐層、應用服務層和可視化層的總體架構，設計了具備視頻監控與遠程指揮系統、安全管控與應急救援系統、生產調度與運營監管系統等多功能的安全管控平臺。通過在貴州烏江能源集團有限責任公司實際應用，效果良好。對同類型大型能源集團基于大數據安全管控具有借鑒意義。