數據可視化在石油新能源行業的應用

董佳麗 楊建文 經秋霞 劉中平

中國石化集團新星石油有限責任公司 北京 100083

隨著新能源產業[1]的蓬勃發展，中國石化集團新星石油有限責任公司地熱[2]業務輻射全國10余個省。在地熱企業向數字化、智能化、信息化轉型的過程中，公司積累了大量生產數據，這些數據普遍存在多源、分散、孤立等問題。同時，固定的報表設計無法滿足用戶復雜多變的業務場景，因此需要更加直觀、低代碼、靈活敏捷的可視化報表，實現敏捷準確的生產數據監測、控制和多源交互的數據整合、分析，為新星公司實現以“地熱”為引領的新能源產業體系目標打下堅實基礎，推動國家地熱產業的數字化、智能化發展[3]。

1 系統架構與業務框架

1.1 系統架構

按照“平臺+數據+應用”的架構分層，系統架構由基礎設施層、網絡層、數據層、應用層組成[4]。基礎設施層主要由分布在新星公司自然站的數采設備、PLC等組成，通過網絡層（以SD-WAN為主）將生產數據發送至石化智云，在數據層之上建立相應的應用層，實現數據的互聯互通和直觀展示。系統用戶通過內網，或者互聯網通過VPN方式，通過瀏覽器可以訪問本系統。內網部署和SD-WAN數據遠傳方案，也有效的解決了數據安全問題。

1.2 業務框架

新星公司生產數據來自于實時數據與現場數據的整合，整體架構為兩次提交、兩級審批，即自然站填報提交、基層站審批和提交、分子公司審批、新星公司自動收到數據。

2 功能設計

在新星公司“熱氫風光”新能源產業布局下，必須打破數據孤島，充分整合實時數據、日報數據等，實現生產部和各單位新的生產運營分析需求。地熱可視化系統，以大數據、云計算[4]為背景，部署于石化智云平臺上，具備賬戶權限控制功能，具備新星公司總公司和各分子公司生產數據的可視化[5]管理功能。通過數據治理，建立標準的數據模型和數據管理體系，從多源且龐雜的數據中提取出所需要的數據，再引入商業智能分析[6]技術捕獲和深度分析數據，建立了能耗分析、回灌分析、地熱井運行分析等模塊。該系統一方面實現了數據自下而向上逐級匯總的可視化展示，另一方面也完成了自上而下的數據鉆取和數據驅動作用[7]。無論是新星公司到分子公司的整體數據，還是基層站、自然站甚至具體井的數據，都可進行下鉆展示。支持電腦端圖表瀏覽、下載，以及明細數據下載，可視化界面可每十分鐘更新一次，基本滿足地熱運營的實時動態分析。

（1）角色設置

根據新星公司組織架構和業務需要需要，本系統設置角色共有五類：

1）基層站人員賬號：可以查看和下載所屬基層站數據可視化分析看板。

2）分子公司管理賬號：可以查看和下載本公司數據可視化分析看板。

3）總公司管理賬號：可以查看和下載新星公司數據可視化看板，并可通過篩選等功能瀏覽分子公司可視化看板。

4）管理員賬號：負責數據可視化看板的開發、維護；

5）普通用戶賬號：僅支持數據的查看，不支持下載。

通過角色來授予不同用戶不同權限，實現對可視化系統的權限分配和賬戶控制，從而滿足各級單位的業務需求。

（2）數據下鉆

對于新星公司而言，其下包含了各個分公司，每個分公司又包含眾多基層站，每個基層站下面又包含眾多自然站，自然站下包含多個二次側，以及不同類型的井。新星公司既希望看到整個公司整體的數據，也希望看到分公司各項指標明細，甚至是下鉆到井上的數據。同時，分公司也希望能夠全面且細致的把控生產，這就需要逐層對數據的顆粒度進行細化，既有對數據的整體把握，又無對基礎數據的缺失。綜上，公司領導層才能把握地熱生產進度，對下屬機構進行指導。

數據下鉆滿足了管理人員根據業務需求有概括到具體的查看數據，把握業務特點，也方便了運維人員按圖索驥，發現問題，從而及時調整生產、運營策略。在數據明細表中，我們可以通過點擊表中的“+”實現下鉆功能。依次點擊表中的“+”可由公司數據下鉆至基層站再至自然站，最后下鉆到井，數據顆粒度逐漸細化。當一直單擊向上箭頭，則可返回上一層級的數據，從而實現數據的下鉆和分層級預覽。

（3）數據聯動

用戶在使用切片器時，數據聯動功能有效保證了數據的統一，能夠更加直觀的看到某一維度的各項指標。例如，當在選擇采暖季篩選器中，變動不同的采暖季，所有與篩選器關聯的圖表將進行數據聯動；當改變時間篩選器的起始日期，所有與篩選器關聯的圖表將進行數據聯動；當選中某一公司后，整個界面會進行聯動，將數據篩選為該公司，其他公司的數據界面將顯示空白，且界面透明度降低，再次單擊恢復原狀。

該系統不僅有效解決了數據孤島、數據安全等問題，而且顯著提升企業管理水平和運營決策效率。在可視化系統的支撐下，基層生產、運維人員逐漸以在生產指揮中心監控數據為主，以檢維修、巡視為輔，工作方式由“專人值守”轉變為“少人甚至無人值守”，保證了生產數據在線監控、生產負荷預測提前、生產運維策略優化，大大降低了基層工作人員的勞動強度，生產、運維、檢修實現小時級別的響應。

3 數據可視化分析

（1）數據獲取

新星公司的地熱井、地熱站、余熱站等生產運營數據采用企業云存儲的方案，通過專用網絡，直接存入企業云存儲服務器系統（集團公司數據中心）；集團公司數據中心由兩套服務器組成數據服務系統，形成鏡像備份異地容災；數據中心存儲數據類型，包括實時數據、歷史數據、應用模型及處理成果數據、氣候及環境數據、視頻監控數據。

用戶需要具備一定的數據庫基礎知識才能進行數據查詢、提取工作，對大多數用戶有一定的技術門檻。而且，已經建成的數據中心的數據局限于固定格式，無法滿足用戶復雜多變的需求，使得多維度瀏覽、提取、分析數據變得困難。通過POWER BI[8]直接關聯數據源，進行數據可視化分析，可以讓用戶更加直觀的查看數據趨勢，進行生產管理。

（2）多維數據分析

多源交互的跨業務數據整合和分析是指面向新星各類生產業務場景數據整合和分析，基于統一的數據接口實現多種數據源、跨業務數據整合，隨時隨地透視經營，輔助企業科學決策。這一功能是形成新星公司“數據資產”的關鍵環節。

Power BI是微軟公司的商業智能工具，圖表豐富，功能齊全，界面美觀，操作簡單，支持主流數據庫的連接，具有低代碼、敏捷開發特點。根據業務需求，通過POWER BI連接多源數據，對基層站和自然站、井、二次側、公司等的數據進行整合與再開發，進行數據清洗和數據建模，建立不同數據的關聯，實現維度表與事實表的有效連接，滿足用戶多維瀏覽數據的需求。通過將分子公司、基層站、自然站、井和二次側等維度表進行管理，建立雪花模型的層級數據關系，并與各個日報數據等事實表相關聯，形成星座模型的數據結構，實現對生產數據的多維數據分析。將數據進行分權限展示，模塊化分析、自動化更新、持續性優化與維護。通過可視化系統，可以直觀掌握日、月、年的生產完成情況、設備運行情況、能源消耗情況，實現多維數據分析。

4 數據可視化界面

地熱業務數據可視化分析區分新星公司和各分公司可視化分析看板，設計了回灌分析、井及地下熱儲監測、熱源供回水監測、能耗分析和分公司日報界面，從地熱井的采水回灌情況，地熱井和供暖二次側的水溫、液位、流量、壓力情況，地熱站的耗電、耗新鮮水、耗天然氣情況，以及分公司日報對地熱相關數據和指標進行展示。

（1）回灌分析

回灌分析界面主要包含了時間篩選器、采水量與回灌量的關鍵指標卡、餅狀圖、柱狀圖、趨勢圖、井的相關指標以及回灌的明細表等，滿足整體數據的概括，也能查看數據明細，在看分類數據指標的同時，也能看時間趨勢。界面設置了采暖季的篩選器、公司名稱的切片器，支持對日期、基層站、自然站以及井的篩選，滿足查看不同顆粒度的數據。通過在線實時監測采水井和回灌井的水量、水溫、壓力、液位等指標，及時掌握回灌效果，避免因回灌而引起的水資源問題。

（2）井及地下熱儲監測

井及地下熱儲監測主要為采水井、回灌井以及其他熱源的水溫、液位、流量、壓力趨勢圖，通過切片器和篩選器的設置，保證了數據的統一性和完整性。用戶可以直觀的查看各項指標的趨勢，并借助切片器、篩選器以及下鉆功能，全面的進行井及地下熱儲監測。科研人員可以針對水溫水量的預測和地下熱儲動態監測，并將科研成果運用到熱藏開發、井位布置、井身結構設計等方面，通過地質建模和歷史擬合和數模，監測目前的水溫水量變化情況，并預測未來井運行狀況，防止熱突破等情況的出現。

（3）熱源供回水監測

熱源供回水監測從二次側出發，來展示采水井、回灌井以及其他熱源的水溫、液位、流量、壓力趨勢圖，整體功能類似井及地下熱儲監測。生產端可通過溫度、室外溫度趨勢、流量的動態變化，及時調整供熱端熱量供應，在保證熱量充足的前提下，避免熱量浪費，確保供需平衡。

（4）能耗分析

能耗分析是企業運營關注的重要指標，供熱站的主要能耗包含耗電量、耗水量，以及耗天然氣量。一方面，生產運營方可根據能耗情況判斷設備是否有跑冒滴漏，另一方面，生產管理者也可將可行性研究分析與實際做對比，調整結構、優化投資。

（5）分公司日報

分公司日報界面主要展示了各分子公司每天的生產數據，包括供暖面積情況、設備運行情況、采水回灌指標以及能耗數據，較為綜合全面的展示了每天的生產運營數據。管理人員可整體把握各公司的生產經營狀況，做出生產調度、投資策略等。

5 結束語

地熱可視化系統借助數據可視化技術進行建模分析，將數據以交互性良好、高效直觀豐富的形式展示，發揮新星公司的數據資源作用。生產管理人員更加直觀的把控生產節奏，以數據為導向，科學高效生產，從而進一步促進公司生產高效運營和科學管理。