數(shù)據可視化在石油新能源行業(yè)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(yè)[1]的蓬勃發(fā)展，中國石化集團新星石油有限責任公司地熱[2]業(yè)務輻射全國10余個省。在地熱企業(yè)向數(shù)字化、智能化、信息化轉型的過程中，公司積累了大量生產數(shù)據，這些數(shù)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(yè)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(xiàn)敏捷準確的生產數(shù)據監(jiān)測、控制和多源交互的數(shù)據整合、分析，為新星公司實現(xiàn)以“地熱”為引領的新能源產業(yè)體系目標打下堅實基礎，推動國家地熱產業(yè)的數(shù)字化、智能化發(fā)展[3]。

1 系統(tǒng)架構與業(yè)務框架

1.1 系統(tǒng)架構

按照“平臺+數(shù)據+應用”的架構分層，系統(tǒng)架構由基礎設施層、網絡層、數(shù)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(shù)采設備、PLC等組成，通過網絡層（以SD-WAN為主）將生產數(shù)據發(fā)送至石化智云，在數(shù)據層之上建立相應的應用層，實現(xiàn)數(shù)據的互聯(lián)互通和直觀展示。系統(tǒng)用戶通過內網，或者互聯(lián)網通過VPN方式，通過瀏覽器可以訪問本系統(tǒng)。內網部署和SD-WAN數(shù)據遠傳方案，也有效的解決了數(shù)據安全問題。

1.2 業(yè)務框架

新星公司生產數(shù)據來自于實時數(shù)據與現(xiàn)場數(shù)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(shù)據。

2 功能設計

在新星公司“熱氫風光”新能源產業(yè)布局下，必須打破數(shù)據孤島，充分整合實時數(shù)據、日報數(shù)據等，實現(xiàn)生產部和各單位新的生產運營分析需求。地熱可視化系統(tǒng)，以大數(shù)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(shù)據的可視化[5]管理功能。通過數(shù)據治理，建立標準的數(shù)據模型和數(shù)據管理體系，從多源且龐雜的數(shù)據中提取出所需要的數(shù)據，再引入商業(yè)智能分析[6]技術捕獲和深度分析數(shù)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(tǒng)一方面實現(xiàn)了數(shù)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(shù)據鉆取和數(shù)據驅動作用[7]。無論是新星公司到分子公司的整體數(shù)據，還是基層站、自然站甚至具體井的數(shù)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(shù)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(tài)分析。

（1）角色設置

根據新星公司組織架構和業(yè)務需要需要，本系統(tǒng)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)據可視化看板的開發(fā)、維護；

5）普通用戶賬號：僅支持數(shù)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(xiàn)對可視化系統(tǒng)的權限分配和賬戶控制，從而滿足各級單位的業(yè)務需求。

（2）數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)據的顆粒度進行細化，既有對數(shù)據的整體把握，又無對基礎數(shù)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(shù)據下鉆滿足了管理人員根據業(yè)務需求有概括到具體的查看數(shù)據，把握業(yè)務特點，也方便了運維人員按圖索驥，發(fā)現(xiàn)問題，從而及時調整生產、運營策略。在數(shù)據明細表中，我們可以通過點擊表中的“+”實現(xiàn)下鉆功能。依次點擊表中的“+”可由公司數(shù)據下鉆至基層站再至自然站，最后下鉆到井，數(shù)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(shù)據，從而實現(xiàn)數(shù)據的下鉆和分層級預覽。

（3）數(shù)據聯(lián)動

用戶在使用切片器時，數(shù)據聯(lián)動功能有效保證了數(shù)據的統(tǒng)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(lián)的圖表將進行數(shù)據聯(lián)動；當改變時間篩選器的起始日期，所有與篩選器關聯(lián)的圖表將進行數(shù)據聯(lián)動；當選中某一公司后，整個界面會進行聯(lián)動，將數(shù)據篩選為該公司，其他公司的數(shù)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(tǒng)不僅有效解決了數(shù)據孤島、數(shù)據安全等問題，而且顯著提升企業(yè)管理水平和運營決策效率。在可視化系統(tǒng)的支撐下，基層生產、運維人員逐漸以在生產指揮中心監(jiān)控數(shù)據為主，以檢維修、巡視為輔，工作方式由“專人值守”轉變?yōu)椤吧偃松踔翢o人值守”，保證了生產數(shù)據在線監(jiān)控、生產負荷預測提前、生產運維策略優(yōu)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(xiàn)小時級別的響應。

3 數(shù)據可視化分析

（1）數(shù)據獲取

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

用戶需要具備一定的數(shù)據庫基礎知識才能進行數(shù)據查詢、提取工作，對大多數(shù)用戶有一定的技術門檻。而且，已經建成的數(shù)據中心的數(shù)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(shù)據變得困難。通過POWER BI[8]直接關聯(lián)數(shù)據源，進行數(shù)據可視化分析，可以讓用戶更加直觀的查看數(shù)據趨勢，進行生產管理。

（2）多維數(shù)據分析

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

Power BI是微軟公司的商業(yè)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(shù)據庫的連接，具有低代碼、敏捷開發(fā)特點。根據業(yè)務需求，通過POWER BI連接多源數(shù)據，對基層站和自然站、井、二次側、公司等的數(shù)據進行整合與再開發(fā)，進行數(shù)據清洗和數(shù)據建模，建立不同數(shù)據的關聯(lián)，實現(xiàn)維度表與事實表的有效連接，滿足用戶多維瀏覽數(shù)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(shù)據關系，并與各個日報數(shù)據等事實表相關聯(lián)，形成星座模型的數(shù)據結構，實現(xiàn)對生產數(shù)據的多維數(shù)據分析。將數(shù)據進行分權限展示，模塊化分析、自動化更新、持續(xù)性優(yōu)化與維護。通過可視化系統(tǒng)，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(xiàn)多維數(shù)據分析。

4 數(shù)據可視化界面

地熱業(yè)務數(shù)據可視化分析區(qū)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(jiān)測、熱源供回水監(jiān)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(shù)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(shù)據的概括，也能查看數(shù)據明細，在看分類數(shù)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(shù)據。通過在線實時監(jiān)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(jiān)測

井及地下熱儲監(jiān)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(shù)據的統(tǒng)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(jiān)測?？蒲腥藛T可以針對水溫水量的預測和地下熱儲動態(tài)監(jiān)測，并將科研成果運用到熱藏開發(fā)、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(shù)模，監(jiān)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(xiàn)。

（3）熱源供回水監(jiān)測

熱源供回水監(jiān)測從二次側出發(fā)，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(jiān)測。生產端可通過溫度、室外溫度趨勢、流量的動態(tài)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(yè)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(yōu)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(shù)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(shù)據，較為綜合全面的展示了每天的生產運營數(shù)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(tǒng)借助數(shù)據可視化技術進行建模分析，將數(shù)據以交互性良好、高效直觀豐富的形式展示，發(fā)揮新星公司的數(shù)據資源作用。生產管理人員更加直觀的把控生產節(jié)奏，以數(shù)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。