毛愛梅

【摘 要】隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展，為了更好地完成生產(chǎn)指揮、工藝改造和職工培訓(xùn)等工作，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)三維站場系統(tǒng)，使天然氣集輸站場流程三維立體化、地下管網(wǎng)可視化，賦予站場設(shè)備實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)現(xiàn)場流程的模擬改造，讓使用者如同身歷其境一般觀察三維空間內(nèi)的事物及生產(chǎn)運行情況。通過系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，從技術(shù)改造、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)指揮、培訓(xùn)等多個方面，提高了生產(chǎn)管理水平。

【關(guān)鍵詞】三維站場；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；模擬改造；實時數(shù)據(jù)；生產(chǎn)管理

【中圖分類號】 F224-39【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0008-01

1 引言

目前，天然氣集輸站場工藝流程主要以二維圖紙的形式進行展示，無論是現(xiàn)場工藝改造，還是站內(nèi)流程學(xué)習(xí)，均是通過查看二維流程圖紙來掌握站內(nèi)各流程的情況，由于生產(chǎn)現(xiàn)場的多次改造和人員流動，造成現(xiàn)場部分流程圖與現(xiàn)場實際走向不符，在生產(chǎn)指揮和工藝改造時，需要經(jīng)驗豐富、熟悉現(xiàn)場人員才能很好地完成工作；在職工培訓(xùn)方面，主要采用師帶徒和現(xiàn)場指導(dǎo)等方式進行，由于部分埋地流程不能直觀的展示，造成部分流程難以理解、學(xué)習(xí)周期長等現(xiàn)象的發(fā)生。為了更好地完成生產(chǎn)指揮、工藝改造和職工培訓(xùn)等工作，提高生產(chǎn)管理水平，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，采用Autodesk 3dsmax、VRP、ORACLE等軟件進行三維站場系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)緊密結(jié)合油氣生產(chǎn)需要，優(yōu)選了圖形引擎、建模環(huán)境等相關(guān)軟件，以網(wǎng)站形式發(fā)布系統(tǒng)，實現(xiàn)了站場的三維成像、漫游、數(shù)據(jù)庫交互顯示、人機交互和虛擬改造流程模塊以及動態(tài)流程等功能，便于操作人員的使用。

2 軟件系統(tǒng)開發(fā)情況

為解決二維圖紙流程存在的局限性，更好地服務(wù)于生產(chǎn)，將站場流程與生產(chǎn)業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)站場的三維虛擬化和交互性，對網(wǎng)頁三維平臺搭建、設(shè)備管道建模、漫游形式、數(shù)據(jù)庫連接、人機交互、虛擬改造流程、動態(tài)流程展示等方面內(nèi)容進行研究。

2.1站場場景的三維建模

為便于三維站場系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，在圖形引擎和建模環(huán)境選擇上，主要從功能、易用性、后期維護以及投入成本等多個方面進行比對，采用中視典VRP虛擬現(xiàn)實平臺，利用Autodesk 3ds Max軟件實現(xiàn)站內(nèi)設(shè)施的建模，通過收集各站場CAD圖紙，對站場流程進行分析處理，根據(jù)站場的實際情況，對站內(nèi)建筑物進行模型等級分類，根據(jù)分類進行多次實地考察和拍攝照片。利用現(xiàn)場照片更好的認(rèn)識建筑物結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境，以及建模紋理和貼圖素材的收集，完成各站場大小模型7萬多個，模型面數(shù)1500多萬面，主要包括基礎(chǔ)建筑、閥門、分離器、水套爐、分液包、消防棚、匯管、節(jié)流裝置、壓縮機、脫水撬等設(shè)備以及相關(guān)零配件。

2.2 站場場景的漫游交互

三維站場系統(tǒng)完成的首要功能就是漫游，一個良好的漫游系統(tǒng)應(yīng)該具備實時的漫游性能和逼真的漫游效果。為滿足用戶的不同需求，設(shè)計了用戶自主漫游和飛行漫游兩種漫游方式。

2.3 動態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)顯示

通過對VRP軟件的研究，發(fā)現(xiàn)VRP不支持ORACLE數(shù)據(jù)庫，為了能共享現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源和解決VRP軟件自身軟件的缺陷問題，利用VRP中網(wǎng)頁觸發(fā)功能，以網(wǎng)頁傳遞參數(shù)的方式實現(xiàn)虛擬設(shè)備與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。為滿足三維站場各類設(shè)備信息的統(tǒng)計查詢，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，給站場每個設(shè)備按要求進行編號，編寫帶有參數(shù)傳遞的VRP腳本，將參數(shù)傳遞到網(wǎng)頁，用ASP腳本語言編寫參數(shù)分析處理和ORACLE數(shù)據(jù)庫交互程序，實現(xiàn)三維站場中相關(guān)設(shè)備信息顯示、設(shè)備到期檢驗預(yù)警提示統(tǒng)計、站場簡介、操作規(guī)程等功能。設(shè)備信息主要包括：閥門、壓力容器、匯管、管線和壓縮機等，這種方法靈活性高，與原有的信息系統(tǒng)結(jié)合更緊密。

在實時數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)顯示方面，通過網(wǎng)絡(luò)將計量數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器中，對上傳的數(shù)據(jù)進行解密處理，通過VRP+ASP的方式調(diào)用現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，以網(wǎng)頁的形式進行顯示，同時在三維站場流程內(nèi)標(biāo)注投用自動計量設(shè)備的具體位置，便于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析處理。

2.4 動態(tài)流程展示

根據(jù)站內(nèi)關(guān)鍵流程走向和氣體變化情況，制定氣體流程路徑，通過路徑動畫，模擬顯示氣體流動的效果，在氣體流動到關(guān)鍵點時，通過VRP腳本代碼編寫實現(xiàn)帶有文字提示的動態(tài)流程演示效果，通過演示讓使用者快速了解站場流程的運行情況。

2.5 設(shè)備模型控制

（1）模擬流程改造

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，將常用的管線、閥門、分離器、水套爐等設(shè)備模型進行組合隱藏，在對流程進行模擬改造的時候，通過VRP腳本編輯器編寫模型控制腳本，完成模型的復(fù)制、隱藏、刪除、移動、旋轉(zhuǎn)、放大縮小及顏色等功能，使用人員利用該功能可以對改造方案進行反復(fù)驗證和方案的討論，確保設(shè)計方案的可靠性和有效性。

（2）系統(tǒng)流程分類顯示

根據(jù)站場特點和需求進行流程分類，分離出排污系統(tǒng)、放空系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、單井流程系統(tǒng)等各類流程進行分類顯示。通過VRP隱藏模型的功能，將系統(tǒng)外的模型進行隱藏，實現(xiàn)分類顯示的效果。

3 軟件系統(tǒng)的推廣應(yīng)用

三維站場系統(tǒng)以HTM為擴展名的網(wǎng)頁式文件進行發(fā)布，目前已完成天然氣產(chǎn)銷廠各集配氣站三維站場系統(tǒng)的開發(fā)，并且在流程改造、數(shù)據(jù)分析和生產(chǎn)培訓(xùn)等方面進行應(yīng)用，為領(lǐng)導(dǎo)決策層和生產(chǎn)相關(guān)業(yè)務(wù)部門提供了直觀的站場流程和實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，輔助相關(guān)部門在下步生產(chǎn)指揮和調(diào)度方面做出正確的決策；在方案設(shè)計方面，技術(shù)部門研究工藝流程、流程改造方面，加快了方案設(shè)計的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計和修正的效率，節(jié)省了大量的資金和人力物力；在培訓(xùn)方面，崗位職工在任何時間、任何聯(lián)網(wǎng)計算機登錄該系統(tǒng)進行全面的學(xué)習(xí)，形象直觀的界面和強大交互性，增強職工學(xué)習(xí)的積極性，使崗位職工快速掌握各站場流程、工藝、設(shè)備參數(shù)等信息，提高學(xué)習(xí)效率，縮短生產(chǎn)培訓(xùn)周期。

4 結(jié)論

通過開發(fā)應(yīng)用三維虛擬技術(shù)，采用Autodesk 3dsmax、VRP、Photoshop、AutoCAD、ORACLE等軟件完成了天然氣產(chǎn)銷廠35個站場的開發(fā)，系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)緊密結(jié)合，具有交互性強、形象直觀、模型操作靈活性大，廣泛應(yīng)用于技術(shù)改造、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)指揮、生產(chǎn)培訓(xùn)等多個方面，為實現(xiàn)數(shù)字化氣田打下堅實的基礎(chǔ)，進一步提高了生產(chǎn)管理水平。