何 芳，吳文成，胥曉晴，山鎮(zhèn)銘

（1.紅有軟件股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國海洋石油服務股份有限公司船舶事業(yè)部，河北 廊坊 065201）

隨著信息技術的不斷普及，中海油服鉆井平臺及船舶作業(yè)管理向網絡化、數字化、智能化方向發(fā)展。必須建立一個與之相適應的“鉆井平臺及船舶作業(yè)管控系統(tǒng)”，實現(xiàn)海上油田作業(yè)管理的標準化、智能化。鉆井平臺及船舶作業(yè)管控系統(tǒng)以中海油服2艘新建的LNG船、1個鉆井平臺為示范場景，借助工業(yè)互聯(lián)網應用環(huán)境，實時采集鉆井平臺作業(yè)動態(tài)信息、船舶作業(yè)動態(tài)信息，實現(xiàn)對鉆井作業(yè)與船舶作業(yè)的遠程可視化科學管控，滿足鉆井和船舶日常生產組織、計劃、監(jiān)控及生產保障管理需要。更高效率、更加精準地優(yōu)化現(xiàn)有生產和服務資源。

本系統(tǒng)基于云計算、微服務架構進行系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，遵循中國海油集團公司信息化建設統(tǒng)一標準，遵循集團公司及中海油服鉆井作業(yè)管理、船舶作業(yè)管理體系文件各項要求，在海油云環(huán)境上集成部署。系統(tǒng)打破以往管理部門各自為政、業(yè)務部門缺乏協(xié)同、生產信息不能共享的局面，實現(xiàn)生產運營數據實時采集、高度共享，實現(xiàn)船端數據與岸基系統(tǒng)的互聯(lián)，實現(xiàn)生產數據、作業(yè)動態(tài)、經營數據多專業(yè)多角度集成分析決策，有效提升了中海油服鉆井、船舶作業(yè)管理的智能化水平。

1 解決方案研究

1.1 系統(tǒng)總體架構設計

系統(tǒng)采用云計算、微服務總體技術架構?？傮w技術架構采用云計算架構，改變以往煙囪化、孤島化、功能高度耦合的傳統(tǒng)設計理念，對復雜系統(tǒng)進行分層解耦[1]。其中基礎設施分為船端和岸基2部分，船端獨立部署，岸基依托海油云集中管理，傳輸網借助海油海陸天地一體化的工業(yè)互聯(lián)網環(huán)境；數據資源層集中匯聚中海油服生產、管理、經營數據，從自動化采集、傳輸，到數據處理、治理、數據組織、數據服務，實現(xiàn)對中海油服數據資源的集中管理和綜合應用；應用服務層采用微服務架構，由業(yè)務中臺、數據中臺、技術中臺、應用中臺、安全中臺等各類微服務網關聯(lián)結的綜合服務平臺構成；門戶層以油服公司、事業(yè)部及船舶用戶等不同用戶角色，以及PC端、移動端等不同終端場景定義統(tǒng)一的工作平臺入口與服務入口。保障體系包括相對較成熟的運維管理、安全管理、標準規(guī)范、保障制度4方面內容。

應用服務層采用微服務架構進行設計開發(fā)，其中作業(yè)管控應用服務按照鉆井、船舶作業(yè)管控業(yè)務功能進行細粒度的微服務化（組件化）設計，依據平臺的業(yè)務服務需求和微服務標準，對服務進行細粒度拆分[1]，改變以往煙囪化、孤島化、功能高度耦合的傳統(tǒng)設計理念，體現(xiàn)中海油服公司及作業(yè)管控應用服務層的高內聚、低耦合、高伸縮性、高擴展性、靈活配置、快速部署等特點[2]。

數據層包含組織和數據管理資源的邏輯與物理數據資產，顯示了如何管理和共享鉆井、船舶信息資源，用以決策支持，最大限度地發(fā)揮數據的價值。數據組織分為數據采集管理平面（OLTP）與大數據分析平面（OLAP），數據層為業(yè)務分析應用提供可靠的數據源，構建應用系統(tǒng)協(xié)同，為處理和輔助決策提供高效支撐。系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能架構設計

1．2．1 系統(tǒng)功能

鉆井平臺及船舶作業(yè)管控系統(tǒng)功能包括鉆井平臺作業(yè)管控、船舶作業(yè)管控、岸基支持、統(tǒng)計分析、運行監(jiān)控5個功能模塊，實現(xiàn)作業(yè)動態(tài)可視化監(jiān)控、異常報警、統(tǒng)計分析、船岸交互等功能，滿足鉆井和船舶日常生產組織、計劃、監(jiān)控及生產保障的管理需要。系統(tǒng)功能架構如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構圖

圖2 系統(tǒng)功能架構示意圖

1．2．2 數據流程說明

數據獲取采用3種方式，分別是人工錄入、傳感端數據自動采集、系統(tǒng)數據對接。對數據進行準確性驗證和數據傳輸，保障數據的準確性和安全性，用過PaaS平臺接口，進行物理保存。根據不同的權限，對數據進行審核，審核通過后將狀態(tài)修改保存到數據庫。通過鉆井與船舶作業(yè)管控系統(tǒng)，對數據進行查詢統(tǒng)計和可視化展示。系統(tǒng)數據流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數據流程圖

2 系統(tǒng)功能開發(fā)

2.1 船舶作業(yè)管控

2．1．1 船舶作業(yè)與動態(tài)信息

集成所有相關船舶作業(yè)動態(tài)信息，并通過電視墻的綜合顯示，實現(xiàn)對船舶日常生產組織、監(jiān)控及應急保障的管理。

在海圖上點擊單船，可實時顯示包括AIS船舶動態(tài)信息資料、GPS信息、主機等動力設備運行狀況等信息，以及顯示船舶的作業(yè)動態(tài)，包括航行、巡航待命、靠泊碼頭、靠泊海上設施、航修、廠修、停航、停泊、錨泊等狀態(tài)[3]。

對于不同船舶動態(tài)，系統(tǒng)能夠智能查詢與其相對應的信息。主要包括：對在航運營船舶查詢作業(yè)任務、作業(yè)海域、即時作業(yè)狀態(tài)、航行或錨泊動態(tài)、船員信息、油水及散料信息以及航次計劃等；船舶避風或目的地的變更、ETA延誤2 h及超過其正常作業(yè)區(qū)域5 n mile以上時，系統(tǒng)自動報警；“航修和廠修”中可查詢船舶位置、修船方名稱、修船計劃、修理內容、預計完成時間等；對“停航”中的船舶可查詢停航原因、預計起租或其他計劃安排[3]。

自動抓取的船舶動態(tài)及載貨信息（載貨信息來自艙室感應探頭），包括航程、航時、航速、油水存量、甲板貨物量及散料貨物量，形成《船舶日報表》《船舶航次報表》，并通過郵件自動發(fā)送給船舶調度室、作業(yè)者及相關方。

船舶日報在船舶調度室自動匯總形成作業(yè)公司日報表、《HSE工作周報》并自動轉發(fā)給相關領導及管理人員或科室等。系統(tǒng)自動識別和搜集船舶航次報表中的相關作業(yè)信息及類別等，如靠泊海上設施、拋起錨、拖航、提油支持、破冰、ROV支持、酸化壓裂、拖輪固井等作業(yè)活動類型及作業(yè)量，并將數據信息與在船船員的作業(yè)服務履歷相關聯(lián)，形成船員作業(yè)履歷的記錄檔案。實現(xiàn)對船舶關鍵區(qū)域的監(jiān)控，并對視頻內容進行智能化人臉識別分析，及時發(fā)現(xiàn)人員違規(guī)操作并進行報警。

2．1．2 大型（特殊）作業(yè)

自動采集船舶作業(yè)類別信息，在海圖上可顯示正在進行大型（或特殊）作業(yè)的船舶，集中顯示所有從事大型作業(yè)船舶的名單，用鮮明的顏色予以標識。

系統(tǒng)具有語音識別功能，人員說出船名，系統(tǒng)可以自動顯示該從事大型（或特殊）作業(yè)船舶作業(yè)的詳細信息，主要包括作業(yè)動態(tài)、設備狀況、水文氣象、作業(yè)進度、問題與需求和項目預計完成時間等。

自動搜集航向、航速、拖航阻力、風向、風速、船舶搖擺、氣象預報，并自動識別作業(yè)狀態(tài)等，自動匯總形成《船舶大型作業(yè)情況統(tǒng)計表》、日報，自動發(fā)送給相關部門及人員，并自動及歸檔。

《特殊作業(yè)船舶定時動態(tài)報告》包括船舶名稱、起拖時間、報告時間、船位、風向、風速、浪高、拖纜長度、拖力、剩余航程及預計到達時間等。

2.2 鉆井作業(yè)管控

2．2．1 視頻智能分析

系統(tǒng)可實現(xiàn)對鉆井平臺關鍵區(qū)域、鉆井設備運行狀況、泥漿罐區(qū)、鉆機、海底的視頻監(jiān)控等，并對視頻內容進行智能化識別分析，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患事件并進行報警。

2．2．2 平臺操作安全監(jiān)測

系統(tǒng)可實現(xiàn)對鉆井平臺操作動態(tài)的實時監(jiān)測，包括壓載和卸載平衡管理、甲板負荷布置、液體艙室液位監(jiān)測及預測，關鍵閥門狀態(tài)及水密門狀態(tài)監(jiān)測，錨機張力和DP系統(tǒng)監(jiān)測，火氣系統(tǒng)和消防系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測，作業(yè)時水下設備及鉆井關鍵操作和關鍵參數監(jiān)測等。

2.3 岸基支持

岸基支持通常包括船舶急需，設備故障異常維修及額外作業(yè)需求的提交、審核、批準等。

船舶客戶端需求支持包括配件、物料及航海圖書資料等的采辦，異常設備故障維修，體系內審、外審不符合項的糾正，安全、防污染管理需求，人員異常調整，船舶運營中需要與作業(yè)者進行針對性溝通等。提交《相關需求表》，自動識別相關需求的類別、涉及的職能部門和人員、智能推送[4]。

岸基各職能部門根據相關管理流程錄入、審核、批準并由系統(tǒng)智能推送，跟蹤整改進度及通報，完成后自動生成封閉記錄。

2.4 運行監(jiān)控

系統(tǒng)通過采集船上的GPS位置、計程儀的速度及電羅經的航向等信息來監(jiān)控船舶的動態(tài)信息數據，以此判別船舶的作業(yè)動態(tài)是否安全。

船舶動態(tài)數據信息鏈接集成包括GPS、計程儀、電羅經、風向風速儀、船舶3個維度搖擺數據等；進入安全區(qū)的航速超過4 kn時系統(tǒng)自動報警及語音提示；至海上設施靠泊處不少于1.5～2.5倍船長（取決于風流海況）為船舶試靠泊點。屆時系統(tǒng)將自動語音提示，船舶接近到海上設施10 m時，航速應降到0.5 kn以下，否則，系統(tǒng)自動報警及語音提示。

實現(xiàn)岸基對船舶動態(tài)信息數據采集。數據信息自動演算，形成模擬數據并在顯示系統(tǒng)實時顯示船舶動態(tài)。船舶動態(tài)自動監(jiān)控和警示包括實現(xiàn)對在海上設施500 m安全區(qū)內靠泊作業(yè)的船舶動態(tài)進行實時自動監(jiān)控，對違規(guī)船舶的船舶進行自動警示[4]，并提示岸基管理人員通過船上的視頻監(jiān)控進行現(xiàn)場驗證，及時發(fā)出人工提示。

2.5 統(tǒng)計分析

收集船舶作業(yè)數據，處理鉆井平臺作業(yè)與船舶作業(yè)過程中產生的各類資料及報表，支持數據統(tǒng)計及自動匯總、分項查詢、打印、導出等功能，為船舶作業(yè)遠程可視化管控，實現(xiàn)作業(yè)動態(tài)可視化監(jiān)控、趨勢預判、異常報警、統(tǒng)計分析等功能，滿足鉆井和船舶日常生產組織、計劃、監(jiān)控及生產保障的管理需要。更高效率、更加精準地優(yōu)化現(xiàn)有生產和服務資源，科學地進行生產作業(yè)管控，保證生產作業(yè)正常進行，滿足精益安全生產的要求。

系統(tǒng)操作對象主要是船上的數據管理員，他們對作業(yè)數據進行數據采集，主要包括作業(yè)、物料、安全、設備。作業(yè)對象包括拖航作業(yè)、DP作業(yè)、巡航作業(yè)、提油、計劃和實際航行航次、大型作業(yè)；物料對象包括自耗、外供、現(xiàn)存、加載（油氣水）、水泥等；安全對象包括人、操作、設備、預案；設備對象包括主機運行、船舶運行。船上數據采集管理員、船長和輪機長、作業(yè)公司、事業(yè)部等用戶通過作業(yè)采集的數據進行作業(yè)分析，提升作業(yè)效率和作業(yè)質量。作業(yè)公司在岸端接收船上數據能有效監(jiān)控船上作業(yè)動態(tài)，進行趨勢預判。船舶事業(yè)部用戶通過作業(yè)公司統(tǒng)計分析后的數據進行管理決策。

3 結語

隨著信息技術的快速發(fā)展，云計算、微服務架構成為當前業(yè)界流行的軟件架構設計方案。設計注重層間的松耦合與應用封裝的高內聚，通過對業(yè)務對象的抽象內聚，組件化服務模塊，統(tǒng)一服務調用，突出拓展性、穩(wěn)定性、復用性及可配置性，降低了維護成本和開發(fā)成本，使得系統(tǒng)變得更輕量化，能夠滿足業(yè)務不斷的變化帶來的架構挑戰(zhàn)。

鉆井平臺及船舶作業(yè)管控系統(tǒng)借助海油云船岸一體化智能平臺及智能船舶系統(tǒng)，自動采集船舶作業(yè)過程中的各類信息，多種維度分析統(tǒng)計、趨勢預判。根據工作狀況及時進行分析，變被動管理為主動管理，更高效率、更加精準地優(yōu)化現(xiàn)有生產和服務資源，科學地進行生產作業(yè)管控，保證生產作業(yè)正常進行，滿足精益安全生產的要求。