1、三維空間信息系統在石油石化行業的應用綜述隨著現代科學技術在石油工業各應用領域的不斷發展，以及油田勘探開發管理等領域現代化、一體化 管理進程的不斷推進，無論是科技開發人員還是生產經營管理人員，都必須面對大量冗雜的帶有地理屬性 的信息數據。傳統的二維GIS雖然實現了對空間數據的管理，卻不能解決對空間數據可視化管理的問題。 與傳統二維GIS相比，三維空間信息系統集地理信息圖形、數據查詢、數據分析、可視管理等功能于一身。 利用三維空間信息系統可將石油石化的海量空間組成要素，如油井、管線、儲油罐等進行空間地理分析， 并進行可視化展示。三維空間信息系統在石油石化行業信息化建設中將發揮越來越重要的作用。一、

2、三維空間信息系統在石油石化行業應用的必要性與緊迫性（1）石油石化企業生產事故災難嚴重2010年1月7日，中石油蘭州石化分公司316號罐區發生一起爆炸火災事故，事故造成企業員工6人 當場死亡、6人受傷，316罐區8個立式儲罐、2個球罐損毀，內部管廊系統損壞嚴重，經濟損失超過5000 萬元。2010年4月20日位于美國墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺發生爆炸并引發大火，隨后沉入墨西 哥灣，造成11名工作人員死亡，鉆井平臺底部油井漏油不止。浮油向美國沿海及周邊擴散，嚴重威脅墨西 哥灣的生態環境，危及鳥類、魚類等野生動物生存。此次事故將給受災地區帶來巨大的環境和經濟損失， 使得這些地區受經濟危機的影響

3、雪上加霜。油氣開采和石油化學工業生產，本身是高危險性的行業。產品易燃易爆，有毒有害，又多以氣體和液 體狀態存在，極易泄漏和揮發。稍有不慎，就可能發生事故。一旦發生事故，不僅給生態環境帶來災難， 而且也會給經濟發展帶來重大損失。由于多數事故是毀滅性的，尤其爆炸事故。事故發生后就很難再對事 故發生前的設施設備運行情況進行還原，因此，給事故發生原因追查、經濟損失評估等工作帶來很大的困 難。（2）“場景再現”助力石油石化企業生產事故分析與調查三維空間信息系統的最大特點在于它能夠實現全息現實場景再現，以三維真實的場景關聯相關信息， 最大程度的做到人性化和可視化。三維空間信息系統通過建立設施設備的三維模型

4、，對設施設備運行情況 進行實時監控，動態模擬生產工藝流程，實現對生產設施設備的可視化管理。生產事故發生后，三維空間 信息系統通過對生產事故發前的“場景再現”，便于分析事故發生在哪一個環節，追查事故發生原因。同 時，還可對事故造成的經濟損失情況進行有效評估。（3）三維空間信息系統筑起石油石化企業生產事故安全防范的屏障由于石油石化的行業特點，企業安全防范系統建設顯得更為重要。三維空間信息系統可將石油石化企 業地理分布信息、各石油石化企業廠區設施設備分布信息與企業周圍人文地理信息以及相映的基礎數據相 結合，與石油石化企業生產調度、應急管理等系統相融合，實現信息資源共享，為石油石化企業安全防范 管理現

5、代化打下良好基礎。二、三維空間信息系統在石油石化行業應用研究的技術熱點與難點石油石化行業的應用特點對三維空間信息平臺提出了更高的技術要求，未來三維空間信息系統在石油 石化行業的應用研究的技術熱點與難點體現在以下幾個方面。（1）高密度、高精度三維模型快速批量加載石油石化企業的儲油罐、管線、閥門等設施設備種類繁多、連接復雜，例如一平方公里范圍內石化場 站的三維模型數量可以達到2000個以上，而相同面積的城市三維中，模型數量只有幾十或幾百個。尤其是 利用LIDAR點云數據提取的石油石化設施設備的三維模型，其中單個模型的數據量就可達到十幾個GB。批 量加載這么高密度、高精度的三維模型數據對三維空間信息

6、系統平臺提出了更高的技術要求。三維空間信息系統平臺在批量加載高密度、高精度的三維模型時，需要耗費大量的計算機資源，三維 模型的加載數量和實時顯示速度都受到了限制。因此，如何優化模型加載算法，包括計算分解、計算重用 和對批量三維模型數據組織結構的優化和管理，從而降低計算機CPU和總線開銷、提高三維模型批量加載 規模和顯示速度都將成為三維空間信息系統在石油石化行業應用研究的熱點與難點。（2）工藝流程動態管理石油石化企業的生產工藝流程是動態的，每一道工序之間是互相關聯的，任何一道工序的變化都可能 導致整個生產工藝流程的改變。因此，在生產過程中需要時刻關注每道工序的運行變化情況。目前，二維 GIS或三

7、維GIS系統在對生產工藝流程的展示與管理方面都是靜態的。工藝流程中任一道工序的變化情況、 以及對整個工藝流程的影響情況，系統都無法實時、直觀的展示出來，這也給企業的生產管理帶來諸多不 便。因此，石油石化企業在生產工藝流程的管理過程中對三維空間信息系統提出了以下兩個層面的需求：首先，工藝流程的三維動態展示。包括如何將管線、閥門、彎頭、三通等各類設備之間的連通邏輯關 系置入場景，并根據實際工藝流程在三維場景中制作動態仿真流程表現，動態顯示整個工藝流程的路線、 流經設備及變化情況。其次，工藝流程拓撲分析。當生產工藝流程某一道工序發生事故時，如何分析得到與事發設備相關聯 的設備、管線、閥門等，如何判斷

8、那些工序受到影響，那些工序應該關閉等。這些都是工藝流程動態管理 應用技術研究的熱點與難點。SCADA數據與三維場景一體化目前，傳統的SCADA數據顯示與管理方式有兩種。第一種方式是通過一張張的表格將SCADA數據與儀 器設備聯系起來，這種數據管理方式無法直觀展示監控儀器設備數據變動情況，不便于對儀器設備的實時 化操作。第二種方式是在二維GIS系統中將儀器設備進行圖形化，然后在儀器設備圖形化符號屬性中建立 與SCADA數據的關聯。當用戶需要查看儀器設備SCADA數據時，需要點擊儀器設備圖形化符號。同樣，這 種方式也不便于SCADA數據的直觀展示，尤其需要同時查看多個儀器設備監控數據時，會給用戶的

9、操作帶 來了諸多不便。目前，大部分三維空間信息系統在與SCADA數據集成過程中與二維GIS系統的處理方式相同，需要點 擊三維模型，打開另外開一個窗口來顯示SCADA數據。這種方式也是沒有完全實現SCADA數據與三維場景 的一體化。而有一些三維空間信息系統平臺通過構建儀表盤功能，將SCADA數據與三維場景進行一體化顯 示。儀表盤功能使得用戶在三維場景中無需任何操作就可以直觀地查看SCADA監控數據、設備運行工況參 數，如油罐的實時液壓、溫度等。因此，儀表盤功能解決了部分SCADA數據與三維場景的一體化。SCADA數據與三維場景一體化不僅可以解決數據直觀可視化顯示管理問題，而且還可為工藝流程展示、

10、 重大危險源巡檢和事故預警提供數據支持。便于工作人員從全局出發對廠區設備進行有效的監測管理，同 時，通過預設的報警功能，可以迅速定位危險源，結合廠區的三維場景管理系統，及時做好應急措施。因 此，如何將SCADA數據與三維場景一體化顯示，將成為未來三維空間信息系統在石油石化行業應用研究的 技術難點和熱點。三維空間信息系統平臺與CAD工程設計一體化目前，三維空間信息系統平臺三維建模方式是，首先進行現場拍照；然后利用三維建模軟件進行模型 搭建、貼圖；最后再將建好的三維模型導入到三維空間信息系統平臺。這種三維建模方式一般會耗費大量 的人力和物力，并且建模的精度不高，同時，造成了設施設備三維建模成本居高

11、不下，使得三維建模成為 石油石化企業三維空間信息系統建設中費用支出最大的一塊。與此同時，企業擁有大量的設施設備二維、三維CAD設計數據資料。但是，由于目前大部分三維空間 信息系統軟件在導入CAD三維模型數據過程中，會造成大量信息的損失。從而，導致這些已有的CAD數據 資料無法得到充分應用。在三維空間信息系統建設中，如果能夠直接應用已有的CAD三維模型數據，不僅會大大加快三維空間 信息系統建模速度，還會大大提高三維建模精度。因此，三維空間信息系統平臺與CAD工程設計一體化的 技術，將成為未來三維空間信息系統在石油石化行業應用研究的難點與熱點。三、三維空間信息系統在石油石化行業中的應用領域（1）油

12、氣勘探利用三維空間信息技術可建立石油勘探綜合管理信息系統、制作區域油氣勘探綜合部署圖、勘探工程 進度圖和勘探成果圖，并對成果進行直觀可視化展示。管理人員可以及時、準確、形象、直觀地了解有關 情況，并進行綜合分析對比，從而準確、合理、迅速地進行勘探工作部署。（2）油氣開發管理利用三維空間信息技術不僅可以及時、準確、直觀地了解油氣資源的空間分布及其特征、油氣開發的 進展情況以及油井和油氣管線的維護狀況及其維修進度，從而正確地部署開發工作。還可以精確的確定油 氣井的位置，直觀形象的了解到所有有關生產井的產量及其變化趨勢、工作狀況以及在油井管理、維護狀 況等方面的信息。（3）生產營運監控管理利用三維空

13、間信息系統平臺，將生產營運過程中的設備設施情況，實時監測數據等資料直觀，準確的 表現出來。通過反映成品油資源分布動態、計劃執行情況和油庫庫存變化趨勢，為優化資源調配提供依據; 方便領導及時掌握管理生產營運情況，為科學的進行資料調配提供輔助分析。（4）場站設施設備管理石油石化設施設備是企業生產的基礎，是整個企業安全運營的核心。三維GIS平臺提供將石油石化設 施設備進行高精度建模仿真，并對監控設備和生產數據統一在三維平臺上進行管理，達到設施設備、數據 的高度集成。（5）石油管道管理利用三維空間信息技術可對于輸油管線的空間分布、輸油能力、工作狀況等方面內容進行管理，從而 合理的布線，充分地利用現有的輸油管線，以便更好的控制成本。在管線出現故障時，通過分析地理位置 和故障類型以及管線結構等因素，維修人員能夠迅速找出故障點并加以解決。（6）應急救援決策指揮三維空