趙欣梅

（石化盈科信息技術有限責任公司，北京 100007）

國家在《“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中提出，“構建生態(tài)文明體系，推動經濟社會發(fā)展全面綠色轉型”“以數(shù)字化轉型整體驅動生產方式、生活方式和治理方式變革”[1]?！丁笆奈濉惫?jié)能減排綜合工作方案》發(fā)布，進一步標志著我國生態(tài)文明建設進入以降碳為重點戰(zhàn)略方向、促進經濟社會發(fā)展全面綠色轉型的關鍵時期[2]。我國石化企業(yè)近年已提升環(huán)保數(shù)字化水平，打造了環(huán)保管理新模式。高效環(huán)保管理核心驅動力是海量環(huán)保數(shù)據(jù)，而85%以上環(huán)保數(shù)據(jù)與空間位置有關[3]，因此地理信息技術（GIS）能滿足更深層次環(huán)保應用，助力數(shù)字化轉型。

1 石化行業(yè)GIS應用概況

1.1 GIS技術

GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機硬件支持下，對空間相關數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析和模擬演示，并采用地理模型分析方法提供動態(tài)的地理信息，服務于地理研究和決策的計算機技術系統(tǒng)，可應用于日常管理和決策。近年信息通信技術（ICT）產業(yè)加速創(chuàng)新，為深度挖掘行業(yè)應用、探索更高效的行業(yè)數(shù)字化轉型進行積極的技術儲備[4]。ICT的發(fā)展促使作為地圖和信息技術有機結合體的GIS與云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、AI和VR等技術加速融合創(chuàng)新[5]。

GIS與環(huán)境科學在研究對象和研究方法上有一定的相似性和互補性，二者結合可應用于環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評價、環(huán)境模擬預測、環(huán)境應急預警預報、環(huán)境工程和環(huán)境地球化學等多個領域，GIS強大的專題制圖功能和空間分析能力能夠有效處理具體環(huán)境問題。

1.2 石化行業(yè)GIS技術應用

GIS技術已成功應用在我國農業(yè)、林業(yè)、能源、礦業(yè)、氣象、軍事、城市管理、土地管理、社會調查、環(huán)境保護、災害預報與災后評估等諸多領域，支持各領域快速發(fā)展。GIS技術具有整合海量空間信息的優(yōu)勢，在石化行業(yè)也取得了快速的發(fā)展應用，大致涵蓋了勘探、開發(fā)、煉油、銷售等4個方向。

1）油氣勘探領域：實現(xiàn)了石油勘探綜合可視化管理，基于GIS技術建立空間圖形數(shù)據(jù)庫，制作專題分析圖，支持區(qū)域油氣勘探部署，輔助評估潛在的石油資源，精準定位油氣資源空間分布，監(jiān)控勘探工程進度。在地質勘探方面可通過在GIS地圖上建立區(qū)域地質模型，對調查地區(qū)地質內容取得綜合掌握，提高地質勘探工作效率與成功率；物探、鉆探方面可基于GIS建立地震解釋資料等的綜合空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對地質地層、區(qū)域構造及油藏儲層的三維空間模擬。

2）油氣開發(fā)領域：借助GIS技術支持開發(fā)管理部門的開發(fā)部署工作，實現(xiàn)油氣資源空間分布及特征分析，掌握油氣開發(fā)進展和開發(fā)設施維護維修狀況，支撐油氣開發(fā)產量預測。在輸油管線利用與維護方面，能夠支持相關工作人員合理地進行輸油布線、快速定位故障點進行高效維修，控制開發(fā)成本。在油氣開發(fā)服務方面，可支持修井、固井、井下作業(yè)等相關生產管理工作。

3）煉油化工領域：實現(xiàn)石化裝置各種設備、管線的有效管理，應用在裝置安全環(huán)保管理、工廠設計施工、控制、規(guī)劃、生產預測、檢修等各方面，為企業(yè)生產運行和快速處理各種突發(fā)事件提供決策依據(jù)。

4）油品銷售領域：應用GIS技術分析人口統(tǒng)計和交通等信息，有效選擇和建立銷售點，通過分析歷史數(shù)據(jù)來決定銷售點的倉儲及發(fā)展規(guī)模，并實現(xiàn)基于地理信息的加油站銷售網(wǎng)綜合運營管控。

2 石化環(huán)保領域GIS技術應用

石化行業(yè)的環(huán)保業(yè)務領域涵蓋了油氣勘探、油氣開發(fā)、煉油化工、油品銷售全產業(yè)鏈，從管理維度上覆蓋石化企業(yè)集團層面、四大專業(yè)板塊層面和直屬企業(yè)層面的環(huán)保過程監(jiān)督管控。

2.1 應用需求

石化企業(yè)環(huán)保工作按業(yè)務鏈梳理，有計劃、監(jiān)控、統(tǒng)計檢查、評價和對標考核的閉環(huán)管理特點[6]。其中，環(huán)境監(jiān)測控制體系分布于廠界及生產過程各個環(huán)節(jié)，源頭與過程排污管控、海量環(huán)保數(shù)據(jù)指標均呈地理分布的特點，環(huán)保決策支持一定程度上也依托污染排放底數(shù)與污染排放分布。由于企業(yè)環(huán)保業(yè)務信息與空間位置相關性程度高，GIS可作為石化企業(yè)環(huán)境保護工作的有力工具。

1）通過掛接空間數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫，將靜態(tài)環(huán)保數(shù)據(jù)記錄轉換為動態(tài)地圖，以實現(xiàn)快速推送預報警信息、快捷調度環(huán)保資源、提高環(huán)境風險預報警處置效率等功能。

2）通過查詢地圖要素，獲得環(huán)境監(jiān)測點位、污染源和環(huán)境敏感區(qū)等空間分布，輔助環(huán)保管控。

3）通過對環(huán)保數(shù)據(jù)進行綜合統(tǒng)計分析，以豐富直觀的表現(xiàn)方式為環(huán)保決策提供快捷支持。

2.2 應用目標

應用GIS技術建設石化企業(yè)環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖，基于全集團環(huán)保“一張圖”，可實現(xiàn)環(huán)保核心業(yè)務的可視化管理。通過環(huán)保業(yè)務場景的三維動態(tài)實時實景可視化，可實現(xiàn)環(huán)?？臻g大數(shù)據(jù)分析和智能決策，提升企業(yè)環(huán)保數(shù)字化水平，促進企業(yè)綠色轉型升級。

1）在企業(yè)層面，通過對GIS技術的應用，對污染物進行“源頭—過程—末端”的環(huán)保全過程管理，與環(huán)保過程管控應用進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、污染源產排管理、“三廢”管控治理、風險管理等環(huán)保核心業(yè)務可視化，支持基層單位、二級單位與企業(yè)三層級環(huán)保組織的環(huán)保管控。

2）在集團層面，統(tǒng)籌監(jiān)管所轄直屬企業(yè)的環(huán)保管理工作，關注環(huán)保關鍵指標、建設項目、重點外排污染源、土壤與地下水、環(huán)境敏感區(qū)域、環(huán)境風險應急和事故下污水管網(wǎng)動態(tài)等，以GIS為核心融合多維可視化展示方式，支撐集團、專業(yè)板塊監(jiān)管環(huán)保主要業(yè)務，為決策提供科學支持。

2.3 技術要點

環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖解決方案基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，采用“數(shù)據(jù)＋平臺＋應用”建設理念，開發(fā)環(huán)保領域地理信息應用，其技術架構如圖1所示。充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺資源，應用層調用業(yè)務組件和技術組件服務，支持通用業(yè)務和計算，實現(xiàn)環(huán)保管理與GIS應用，即環(huán)保過程管控與動態(tài)監(jiān)控地圖，并支持兩類應用的數(shù)據(jù)交互。服務層新增環(huán)保指標計算、監(jiān)測計劃編制等各項業(yè)務組件，并以組件組合方式滿足各應用的業(yè)務需求。以組件調用方式能夠快速響應個性化的環(huán)保需求，支持用戶訂閱多種環(huán)保應用，可大幅提高信息化實施效率，降低部署成本和難度。

圖1 石化企業(yè)環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖的技術架構

環(huán)保GIS應用通過整合海量環(huán)保數(shù)據(jù)，集成相關地圖服務，與環(huán)保管理應用互聯(lián)互通，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并支持其他相關業(yè)務應用，進行GIS應用服務共享交換。在采集環(huán)境監(jiān)測與環(huán)保業(yè)務數(shù)據(jù)基礎上，整合實驗室管理系統(tǒng)（LIMS）、生產過程執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDB）、視頻監(jiān)控等環(huán)保關聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，各類數(shù)據(jù)基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，通過開放地理空間信息聯(lián)盟（OGC）進行發(fā)布。服務涉及地理信息系統(tǒng)ArcGIS、天地圖等地圖數(shù)據(jù)，通過服務聚合器集成整合，按照地圖公共標準空間數(shù)據(jù)供給環(huán)保及相關業(yè)務系統(tǒng)使用，實現(xiàn)企業(yè)公共數(shù)據(jù)資產的最大化利用。同時，GIS動態(tài)聚合服務可根據(jù)人體視覺要求，按比例逐級進行海量數(shù)據(jù)點的快速動態(tài)加載，實現(xiàn)環(huán)保地圖的快速展示。

2.4 主要功能

環(huán)保GIS應用涵蓋了污染源監(jiān)控、“三廢”管控、環(huán)境質量監(jiān)測、環(huán)境風險與敏感目標等，可支撐集團和直屬企業(yè)兩級環(huán)?？梢暬瘧?，主要分為5類、18項功能，總體功能框架如圖2所示。

圖2 石化企業(yè)環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖的總體功能框架

1）污染源監(jiān)控功能可展示企業(yè)生產裝置、罐區(qū)、污染治理設施等地理信息分布，標識設施運行和停運狀態(tài)，動態(tài)加載污染源“三廢”排放信息，實時監(jiān)控污染源相關監(jiān)測數(shù)據(jù)與現(xiàn)場動態(tài)。

2）“三廢”管控功能實現(xiàn)企業(yè)污染源產排與外排監(jiān)測、揮發(fā)性有機物（VOCs）網(wǎng)格監(jiān)測、固廢管控等功能。污染源產排與外排監(jiān)測功能包括企業(yè)廢水外環(huán)境排放、裝置廢水分級控制排污、廢氣排放地理信息監(jiān)控，VOCs網(wǎng)格監(jiān)測實現(xiàn)VOCs排放源網(wǎng)格化監(jiān)測展示、VOCs泄漏與檢測（LDAR）管控等。固廢管控實現(xiàn)企業(yè)固廢暫存場地理信息分布、存儲動態(tài)、視頻監(jiān)控、運輸路線跟蹤及應急處置措施查詢等。

3）環(huán)境質量監(jiān)測功能實現(xiàn)環(huán)境大氣、廠界噪聲與土壤地下水的監(jiān)控展示。包括企業(yè)環(huán)境大氣監(jiān)測站地理信息分布、環(huán)境大氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測、廠界晝/夜噪聲布點及監(jiān)測、土壤及地下水布點監(jiān)控。

4）環(huán)境風險與敏感目標監(jiān)控實現(xiàn)企業(yè)環(huán)境風險源地理信息分布、分類分級展示，風險源周邊應急物資和人員分布管控。通過構建企業(yè)污水管網(wǎng)支持事故應急響應、污水超標溯源及事故水流向動態(tài)監(jiān)控。實現(xiàn)油田企業(yè)礦權區(qū)域涉及的環(huán)境敏感因素、生產設施環(huán)境風險的地理信息分布與更新，支持勘探開發(fā)環(huán)境敏感目標識別與評估。

5）環(huán)保輔助決策涵蓋了領導駕駛艙與GIS移動應用，基于海量環(huán)保數(shù)據(jù)、環(huán)保業(yè)務信息及知識庫，融合多維展示方式建設領導駕駛艙，支撐各級管理用戶隨時隨地監(jiān)管環(huán)保主要業(yè)務，輔助環(huán)保決策，包括在線監(jiān)測、風險管理、應急支持、環(huán)保統(tǒng)計、建設項目環(huán)保管理等多個主題。

2.5 應用成效

石化企業(yè)利用GIS技術強大的地理信息空間管理分析功能，管理具有空間內涵的環(huán)保數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)環(huán)保信息管理中空間信息展示不直觀、互動體驗不強等問題，有力支撐環(huán)保管理決策。

1）石化企業(yè)集團層面應用，環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖支持環(huán)保業(yè)務統(tǒng)籌管理，支撐重點污染源外排達標。某石化集團借助環(huán)?！耙粡垐D”，對直屬企業(yè)污染源產排、重點污染源監(jiān)測、土壤地下水監(jiān)測、環(huán)境風險分布與應急及環(huán)境敏感目標識別與避讓等進行監(jiān)控，并建設領導駕駛艙展現(xiàn)該集團的環(huán)保管理核心業(yè)務，為環(huán)保職能部門和油/煉/化/銷專業(yè)板塊各級環(huán)保管理者提供可視化的環(huán)保決策平臺，提高了用戶體驗和管理效率。如，通過實時實景掌控污染源外排超標情況，監(jiān)督企業(yè)污染物排放達標，大幅減少了超標排放與違規(guī)操作。近幾年重點污染源廢水、廢氣綜合達標率持續(xù)達到99.9%和99.8%以上，固體廢物妥善處理處置率達到100%。通過整合20多個省、市、自治區(qū)敏感因素目標等數(shù)據(jù)，輔助相關部門對礦權區(qū)塊的退出、置換和勘探開發(fā)投資進行決策。

2）在企業(yè)層面，環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖助力煉化企業(yè)環(huán)保精細化管控、油氣田企業(yè)識別風險與生態(tài)紅線。利用環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖，該石化集團某直屬煉化企業(yè)可實現(xiàn)廠區(qū)及周圍5 km范圍內環(huán)境狀況可視化；直觀監(jiān)控污染源產排、污水治理設施運行，重點污染源排污費及外排超標罰款大幅減少，并降低污水處理運行成本；廠區(qū)污水雨水管網(wǎng)實時監(jiān)控，支持雨污分離、應急截流處理；環(huán)境風險預報警信息和關鍵環(huán)保數(shù)據(jù)及時推送裝置、設備維護責任人及相關環(huán)保管理人員供處置與決策。自2017年部署以來，某直屬油氣田企業(yè)實現(xiàn)了所轄勘探開發(fā)礦權區(qū)域及周邊5 km的環(huán)境敏感目標數(shù)字化，油氣生產設施全部避讓生態(tài)紅線，在方案編制階段優(yōu)化環(huán)境敏感區(qū)域周邊的井口坐標，在未勘探開發(fā)區(qū)塊識別出礦權范圍與環(huán)境敏感區(qū)重疊情況，指導相關區(qū)塊置換或上交，規(guī)避了投資風險和環(huán)保風險。

3 石化環(huán)保領域GIS應用前景

GIS技術在石化企業(yè)環(huán)保領域更深層次的應用，有賴于微機電傳感器（MEMS）、智能攝像頭、智能終端等感知設備將環(huán)保物理世界數(shù)字化，借助物聯(lián)網(wǎng)、5G通信傳輸技術進行環(huán)保數(shù)字化信息的高效采集與共享交互。隨著GIS與三維可視化技術、大數(shù)據(jù)、云計算、AI等新興技術的快速融合[7]，將賦予石化環(huán)保動態(tài)監(jiān)控地圖全新的體驗，釋放數(shù)據(jù)深層價值。

實景三維數(shù)據(jù)治理。二維、三維到實景三維的技術更迭，涉及多源異構數(shù)據(jù)融合能力、實景三維數(shù)據(jù)治理能力的提升。通過建立二維、三維一體化的石化環(huán)?？臻g三維實景數(shù)據(jù)庫，進行地面、地下環(huán)境信息查詢、運算、標識與分析，監(jiān)控視頻查詢、歷史對比等，實現(xiàn)石化企業(yè)環(huán)保三維動態(tài)實景可視化管理。

空間大數(shù)據(jù)在線分析建模。石化環(huán)保數(shù)據(jù)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)量大、種類多和結構復雜的特點，天然帶有空間位置信息，需提升空間分析與計算挖掘能力，實現(xiàn)空間大數(shù)據(jù)在分布式存儲和管理、分布式空間計算、實時大數(shù)據(jù)可視化展示等深入應用，為石化環(huán)保提供基于空間大數(shù)據(jù)的輔助決策。

空間深度學習。人工智能技術能夠對海量空間地理數(shù)據(jù)中的結構化和非結構化知識進行表達推理，預測未來發(fā)展趨勢，智能化解決復雜的現(xiàn)實問題。具有代表性的空間深度學習技術[8]，重點在計算機視覺領域實現(xiàn)衛(wèi)星遙感、航空航天、無人機圖像等的推理和識別任務，模型覆蓋了圖像分類、圖像翻譯、變化檢測、語義分割、影像翻譯等，可全方位賦能石化環(huán)保業(yè)務應用升級。

GIS技術對于石化企業(yè)環(huán)保工作，將不再停留于直觀、高效地支撐業(yè)務管理層面，而是力爭從本質上促進環(huán)保工作的智能化提升、數(shù)字化轉型。在時空維度上，可打造出數(shù)字孿生的三維可視、可追溯、可預測的企業(yè)環(huán)境。在業(yè)務界面上，通過縱深挖掘數(shù)據(jù)、空間分析機理，可打破業(yè)務邊界，實現(xiàn)減污降碳、生產優(yōu)化動態(tài)互動。在管控模式上，細微處可抓排污關鍵環(huán)節(jié)、重點環(huán)境要素，全局上可實現(xiàn)環(huán)?？臻g智能分析與決策，宏觀處兼顧人、企業(yè)與自然的和諧共處。

4 總結與展望

在石化企業(yè)綠色轉型的進程中，運用GIS技術，將環(huán)保業(yè)務和關注信息在環(huán)?！耙粡垐D”上進行監(jiān)控，可以提升用戶體驗，提升業(yè)務管理效率，支持企業(yè)環(huán)保過程管理與統(tǒng)籌決策，有效提升企業(yè)環(huán)保整體管理水平。隨著GIS與ICT新技術的融合創(chuàng)新，其極強的三維實景展示、空間綜合分析和動態(tài)預測能力，將產生高層次的地理信息，使企業(yè)得以進行更深層次的應用，包括石化企業(yè)周邊環(huán)境現(xiàn)狀評價與質量預測、環(huán)境影響評價[9]、環(huán)境污染事故區(qū)域預警、危險廢物運輸路徑優(yōu)化、環(huán)保風險應急、“三線一單”管控[10]（生態(tài)保護紅線、環(huán)境質量底線、資源利用上線及環(huán)境負面清單）及環(huán)保智能決策等，新技術的引入無疑將加速推動環(huán)保管理的數(shù)字化轉型。