基于物联网大数据的EPS 作业信息采集系统

张雪梅 李 斌 严海源 刘 阳 郭玉树 王 伟

（1.天津市海洋石油环境和储层低伤害钻完井液企业重点实验室，天津 300450；2.中海油田服务股份有限公司，河北廊坊 065201）

环境保护是我国的一项基本国策，保持社会、经济和环境的可持续协调发展己经成为我国的一项战略性任务和目标。在海洋石油勘探开发领域，已有《海洋环境保护法》《固体废物污染环境防治法》《海洋石油勘探开发环境保护条例》等多项环保法律法规约束，随着国家环保政策对海洋钻井废弃物排放要求日益严格，海上油田环保（Environment Protection Solution，EPS）业务的业务量逐年增加，作业流程日渐成熟。传统的现场采集方式无法实现EPS 业务链的数据资源整合，且已影响到现场作业效率，在当前智能化改革的大趋势下，互联网技术在发展过程中也推动着物联网技术的发展，基于物联网大数据技术的支持，改变现场采集信息的现状迫在眉睫。现场作业工程师作为EPS 作业信息采集规划的重要操控者，根据EPS 业务流程现状进行一系列的综合分析，作出对现场采集数据的构想和改变方案，整合现有作业人员、物料、设备及作业等信息资源，使信息采集系统一体化，建立新的EPS 作业信息采集模式，有效提升生产效率和管理效率。

1.物联网大数据概念分析

1.1 物联网的概念

物联网(Internet of Things，IOT)，本质上是无线网络的一种类型，其依托于互联网和通信这两大模块作为技术支持的“跳板”，进而实现人、事、物之间的有机结合，三者相互串联，完成控制层面的统一性。借助于物联网，人们的各类生活和工作需求得以满足，例如，全面涵盖了感知技术、移动网络技术、数字化技术和虚拟技术的智能家居便是物联网具象化的实现。在物联网的整个框架体系中，多种类的技术相互之间协同合作，信息传输的及时性和高效性得以保障。这当中，无线网络和有线网络是帮助物联网完成信息传递的载体，这一点上同互联网可谓异曲同工。不过，因为物联网中所传递的信息量是极为庞大的，要想完成对应的数据处理就必须要引进对应的先进技术，同时，整个信息传输的过程是在虚拟环境中运行的，要想确保信息的私密性和安全性，就务必需要相关监督单位和对应管理机制的介入。

1.2 大数据处理的概念

区别于传统人脑对于信息接收和处理的方式，大数据处理是指通过采取同物联网挂钩的先进技术，进行并完成信息采集、整理、处理和共享这一系列的流程。海量的数据内容中，夹杂着各种各样的信息种类，不同的数据又对应着不同的领域，不同的载体，而为了提高数据信息的使用价值，就必须保证相应的技术能够实现对于各项信息进行随时提取的功能，依托于互联网，大数据能够得到极高速度的处理，进而，人们对于数据层面的需求得以满足[1]。

2.物联网大数据的EPS 作业信息采集系统架构

2.1 物联网EPS 作业信息采集概述

物联网是由传感器、网络传输等多种设备实现的。其中，该系统中的传感器应用于物联网技术。传感器是一种能够感知被测信息的探测设备，它能够根据具体的需求，将所感知到的信息，通过特定的数据格式进行输出，从而达到信息的传输、处理、存储和显示的目的。传感器具有数字化、通用性、网络化、小型化等特点，传感器具有数据参数化的特征，按数据的功能可划分为光敏元件、气敏元件、湿敏元件、热敏元件等。

物联网是一个物与物的连接网络，可以从某些收集数据的装置中提取、测量、捕获、传递数据，而这些数据的收集范围很广，只要是需要感知的对象，都可以收集数据，然后发送给服务器，进行监测。通过信息处理技术，云计算，数据挖掘技术和分析技术，通过智能计算技术对所收集的数据进行智能分析、计算和汇总。物联网技术主要包括传感器技术、嵌入式系统技术、智能技术等。

2.2 物联网数据通信技术

在进行物联网EPS 作业信息采集后，利用网络方式和传统的方法进行数据的交换，其中网络模式是通过网线或者Wi-Fi 进行的，它的数据传送是按照特定的网络协议进行的，通常是以点到点的形式进行。传统的发送模式是以模拟信号的形式来实现的信号传输。物联网的数据通信技术主要包括LoRa、NB-IoT、5G、ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi 等。

（1）LoRa 技术具有高容量、高渗透、广覆盖、低功耗、低成本等特点。（2）NB-IoT 技术具有频谱窄、广覆盖、低功耗、低成本、无需重新建网等特点。（3）5G 技术具有高速度、低延时、泛在网、低功耗、万物互联、重构安全等特点。（4）ZigBee 技术具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等特点。（5）Bluetooth 是一种无线通讯技术，它的通讯范围通常不超过10m，主要应用于移动设备间的数据传送。（6）Wi-Fi 通信品质不佳，但资料传送速率高，其显著优点是网路配线，可将物联网装置连结起来[2]。

2.3 EPS 作业信息采集和传输设计

物联网EPS 作业信息采集和传输的起点是监控现场的传感器，将各种数据传输到数据中心，实现整个EPS 作业信息采集和传输过程。首先，通过无线传感器网络，根据数据监控参数的要求进行EPS 作业信息采集，再通过数据传输协议进行数据的编码，通过局域网与数据库的连接，通过数据库获取数据的参数和要求，并通过网络进行数据的存储，通过数据的分析、处理，将采集的数据保存到结构数据库中。通常，在物联网监控中，要对不同类型的数据进行采集，并对相同的数据进行多次采集，以求其稳定性。

3.物联网大数据的EPS 作业信息采集系统应用现状

3.1 EPS 作业信息采集量大，来源单一

现阶段多数作业信息采集系统主要采用8 位单片机的硬件资源+条形码识别+基于上下位机的通信方式等模式，存在资源较少、数据可靠性比较差等问题。现代数据化的种类繁多，类型复杂，并且整体数据量大，各种结构的数据产生速度快，而传统的EPS 作业信息采集方式无法完全适应现代工作效率，所以，现场采集的技术方式面临着极大的挑战，在数据收集过程中，还需要避免重复数据的采集，人工筛查和对大数据进行分类，是现场信息采集最影响效率的环节。大数据在收集过程中来源比较单一，相对数据库内的数据分析量也比较少，大多数据是根据数据库内的数据进行对比，来确定准确性和减少误差率。所以，我们需要针对采集过程中的影响因素进行分析，大数据的对比需要依靠互联网数据处理速度，传统的数据库，对比数据相对单一，准确性和容错性尚且有待提高。

3.2 采集数据性的安全性、准确性难以保证

随着工业企业生产模式的不断改变，跨越系统、跨越生产模式和互联网转变，工业化数据现场采集也面临着较大的安全风险，如敏感数据泄露，数据盗取等。如何确保工业化现场采集数据的机密性、安全性得到保障，在数据得到安全保障的前提下怎样进行有效的EPS 作业信息采集、使用共享，都是需要考虑的问题。互联网带来数据分析的便捷，也导致数据来源分散，处理环节粗糙，由于互联网和工业化数据的深度融合，导致互联网在工业数据的研发、收集、流向跟踪上有着较深的关联，同时也加大了数据外泄的风险和管理难度。因此确保EPS 作业信息采集的安全性是促进工业化生产的首要条件，需要联合技术工具，人员技术能力等方面进行系统维护，来提高数据的质量安全，促进跨行业、跨系统间的安全系数是当前首要任务。

采取建立安全相关治理部门，确定数据安全负责人，明确岗位职责和重要性，接触敏感数据的相关工作人员签定保密安全协议等措施是非常有必要的。安全负责人定期进行安全平台监测，并制定数据管理岗位职责，严格规范执行，落实数据安全维护的管控，对平台漏洞定期进行监管和维护。现场采集信息传导到数据库之后，团队人员在使用分析之前，必须遵循数据提前筛查、整理、验证、报告的原则对数据进行审查，可以很大程度上对数据起到有效的修复作用，确保为研发团队提供准确的高质量数据，才能高效率、高准确性地分析数据。

4.物联网大数据的EPS 作业信息采集系统应用策略

4.1 加强对现场采集信息人员操作知识培训，加强操作技术和专业知识

在EPS 业务快速发展过程中，离不开作业信息采集的运用，怎样去提高人员专业知识和操作技术的提升呢?在技术行业从事的工作人员，需要有一定的大数据的运用和实践能力。专业的信息采集人员，应该能够了解数据发展的趋势，熟悉数据生态圈，了解采集数据的运用和设计搭建方法，在数据工程、应用数据集成、性能优化等方面有良好的解决能力。并且能够熟练掌握大数据的治理框架，熟悉怎么去在利用专业知识在不同环境现场下进行数据的信息采集。在加强操作知识培训的同时，需要具备良好的沟通能力和团队协作能力。在专业知识上，要熟悉产品的架构、设计、设备的部署上线、数据的开发测试和软件系统的工作原理和运用。在技术技能上面，要了解各类大数据分析的工具，学会怎么去挖掘大数据，计算框架，了解各类型的数据库软件系统，熟悉专业方面的脚本语言。需要在主流大数据平台有一定的实践能力，具备一定的信息采集和数据治理经验。还要有较强的数据分析能力，可以灵活地根据数据业务需求来选择合适的大数据平台来进行综合分析[3]。

4.2 增强现场采集仪器的更新改造，加强工作效率

科学地对现场采集仪器进行改造是十分有必要的，可以最大限度地延长仪器的使用寿命，提高整体的利用率，并且减少新设备的购置。随着仪器逐渐趋于老化，各类问题不断涌出，仪器设备的精密直接影响到数据的准确性。时代的不断发展，旧的采集仪器已经不能满足现代科学的研究，需要定期对仪器进行更新改造，才能够使仪器保持最好的性能，发挥最强的利用率。首先，仪器的更新有利于现场采集技术的提升。其次，仪器的升级有利于在数据上更好的分析、测试新方法，对新技术进行研究和学习，充分利用到现场作业信息采集中，改善传统作业信息采集的方式。最后，仪器定时更新改造可以对大型设备定时维修、维护，保证仪器设备的完好和精准，也进一步提升了现场作业信息采集的质量，为后期数据库提供了优质可行的数据。

更新改造仪器的过程中应该本着科学客观为原则，不能在改造的工程中盲目地追求高、新、尖的目的，根据业务特点，选择最适宜的，最利于工作的开展，既能节省人力、时间成本，又可以降低更新改造的资金成本将有限的资金投入到最需要的采集仪器的改造中，真正地提高工作效率，减轻人员负担。随着技术迅速的发展，原有的仪器设备已经淘汰老化了，只有定期对仪器进行升级改造，发挥仪器本身的潜能，延长仪器的寿命，提高人员整体的效率，为整体发展提供更有效的数据。

4.3 加强对现场设备的监管，提高应急处理能力

现场EPS 作业信息采集的过程中，对现场设备的管控不定期的抽查，确保单位现场采集设备的维护工作落实到位，保持正常运行的工作状态。在系统出现故障时，及时去了解设备故障的根本原因，如果仪器出现了故障，要及时对仪器故障原因进行勘察，做好维修记录。在现场采集设备出现问题时，采集人员应该立即查明问题原因，对有相同隐患的设备进行排查，对数据服务器进行随时抽查，定期与设备厂家保持联系，记录设备出现的问题和可能存在的隐患，全面进行排查。对现场采集人员做好应急能力训练，确保特殊情况发生时保持专业状态，理性处理问题[4]。

5.结语

油田环保对油田企业勘探开发顺利开展有着很大的影响，不仅会对油田企业的经济效益造成影响，还能减少对生态环境的破坏。要想提升EPS 作业信息采集管理水平，就要全面认知技术应用的要求和规范，匹配技术方案开展相应的工作，及时处理信息更迭滞后等问题，打造更加规范的EPS 作业信息采集系统，为海上石油环保产业可持续健康发展奠定坚实的基础。