数据可视化在石油新能源行业的应用

董佳丽 杨建文 经秋霞 刘中平

中国石化集团新星石油有限责任公司 北京 100083

随着新能源产业[1]的蓬勃发展，中国石化集团新星石油有限责任公司地热[2]业务辐射全国10余个省。在地热企业向数字化、智能化、信息化转型的过程中，公司积累了大量生产数据，这些数据普遍存在多源、分散、孤立等问题。同时，固定的报表设计无法满足用户复杂多变的业务场景，因此需要更加直观、低代码、灵活敏捷的可视化报表，实现敏捷准确的生产数据监测、控制和多源交互的数据整合、分析，为新星公司实现以“地热”为引领的新能源产业体系目标打下坚实基础，推动国家地热产业的数字化、智能化发展[3]。

1 系统架构与业务框架

1.1 系统架构

按照“平台+数据+应用”的架构分层，系统架构由基础设施层、网络层、数据层、应用层组成[4]。基础设施层主要由分布在新星公司自然站的数采设备、PLC等组成，通过网络层（以SD-WAN为主）将生产数据发送至石化智云，在数据层之上建立相应的应用层，实现数据的互联互通和直观展示。系统用户通过内网，或者互联网通过VPN方式，通过浏览器可以访问本系统。内网部署和SD-WAN数据远传方案，也有效的解决了数据安全问题。

1.2 业务框架

新星公司生产数据来自于实时数据与现场数据的整合，整体架构为两次提交、两级审批，即自然站填报提交、基层站审批和提交、分子公司审批、新星公司自动收到数据。

2 功能设计

在新星公司“热氢风光”新能源产业布局下，必须打破数据孤岛，充分整合实时数据、日报数据等，实现生产部和各单位新的生产运营分析需求。地热可视化系统，以大数据、云计算[4]为背景，部署于石化智云平台上，具备账户权限控制功能，具备新星公司总公司和各分子公司生产数据的可视化[5]管理功能。通过数据治理，建立标准的数据模型和数据管理体系，从多源且庞杂的数据中提取出所需要的数据，再引入商业智能分析[6]技术捕获和深度分析数据，建立了能耗分析、回灌分析、地热井运行分析等模块。该系统一方面实现了数据自下而向上逐级汇总的可视化展示，另一方面也完成了自上而下的数据钻取和数据驱动作用[7]。无论是新星公司到分子公司的整体数据，还是基层站、自然站甚至具体井的数据，都可进行下钻展示。支持电脑端图表浏览、下载，以及明细数据下载，可视化界面可每十分钟更新一次，基本满足地热运营的实时动态分析。

（1）角色设置

根据新星公司组织架构和业务需要需要，本系统设置角色共有五类：

1）基层站人员账号：可以查看和下载所属基层站数据可视化分析看板。

2）分子公司管理账号：可以查看和下载本公司数据可视化分析看板。

3）总公司管理账号：可以查看和下载新星公司数据可视化看板，并可通过筛选等功能浏览分子公司可视化看板。

4）管理员账号：负责数据可视化看板的开发、维护；

5）普通用户账号：仅支持数据的查看，不支持下载。

通过角色来授予不同用户不同权限，实现对可视化系统的权限分配和账户控制，从而满足各级单位的业务需求。

（2）数据下钻

对于新星公司而言，其下包含了各个分公司，每个分公司又包含众多基层站，每个基层站下面又包含众多自然站，自然站下包含多个二次侧，以及不同类型的井。新星公司既希望看到整个公司整体的数据，也希望看到分公司各项指标明细，甚至是下钻到井上的数据。同时，分公司也希望能够全面且细致的把控生产，这就需要逐层对数据的颗粒度进行细化，既有对数据的整体把握，又无对基础数据的缺失。综上，公司领导层才能把握地热生产进度，对下属机构进行指导。

数据下钻满足了管理人员根据业务需求有概括到具体的查看数据，把握业务特点，也方便了运维人员按图索骥，发现问题，从而及时调整生产、运营策略。在数据明细表中，我们可以通过点击表中的“+”实现下钻功能。依次点击表中的“+”可由公司数据下钻至基层站再至自然站，最后下钻到井，数据颗粒度逐渐细化。当一直单击向上箭头，则可返回上一层级的数据，从而实现数据的下钻和分层级预览。

（3）数据联动

用户在使用切片器时，数据联动功能有效保证了数据的统一，能够更加直观的看到某一维度的各项指标。例如，当在选择采暖季筛选器中，变动不同的采暖季，所有与筛选器关联的图表将进行数据联动；当改变时间筛选器的起始日期，所有与筛选器关联的图表将进行数据联动；当选中某一公司后，整个界面会进行联动，将数据筛选为该公司，其他公司的数据界面将显示空白，且界面透明度降低，再次单击恢复原状。

该系统不仅有效解决了数据孤岛、数据安全等问题，而且显著提升企业管理水平和运营决策效率。在可视化系统的支撑下，基层生产、运维人员逐渐以在生产指挥中心监控数据为主，以检维修、巡视为辅，工作方式由“专人值守”转变为“少人甚至无人值守”，保证了生产数据在线监控、生产负荷预测提前、生产运维策略优化，大大降低了基层工作人员的劳动强度，生产、运维、检修实现小时级别的响应。

3 数据可视化分析

（1）数据获取

新星公司的地热井、地热站、余热站等生产运营数据采用企业云存储的方案，通过专用网络，直接存入企业云存储服务器系统（集团公司数据中心）；集团公司数据中心由两套服务器组成数据服务系统，形成镜像备份异地容灾；数据中心存储数据类型，包括实时数据、历史数据、应用模型及处理成果数据、气候及环境数据、视频监控数据。

用户需要具备一定的数据库基础知识才能进行数据查询、提取工作，对大多数用户有一定的技术门槛。而且，已经建成的数据中心的数据局限于固定格式，无法满足用户复杂多变的需求，使得多维度浏览、提取、分析数据变得困难。通过POWER BI[8]直接关联数据源，进行数据可视化分析，可以让用户更加直观的查看数据趋势，进行生产管理。

（2）多维数据分析

多源交互的跨业务数据整合和分析是指面向新星各类生产业务场景数据整合和分析，基于统一的数据接口实现多种数据源、跨业务数据整合，随时随地透视经营，辅助企业科学决策。这一功能是形成新星公司“数据资产”的关键环节。

Power BI是微软公司的商业智能工具，图表丰富，功能齐全，界面美观，操作简单，支持主流数据库的连接，具有低代码、敏捷开发特点。根据业务需求，通过POWER BI连接多源数据，对基层站和自然站、井、二次侧、公司等的数据进行整合与再开发，进行数据清洗和数据建模，建立不同数据的关联，实现维度表与事实表的有效连接，满足用户多维浏览数据的需求。通过将分子公司、基层站、自然站、井和二次侧等维度表进行管理，建立雪花模型的层级数据关系，并与各个日报数据等事实表相关联，形成星座模型的数据结构，实现对生产数据的多维数据分析。将数据进行分权限展示，模块化分析、自动化更新、持续性优化与维护。通过可视化系统，可以直观掌握日、月、年的生产完成情况、设备运行情况、能源消耗情况，实现多维数据分析。

4 数据可视化界面

地热业务数据可视化分析区分新星公司和各分公司可视化分析看板，设计了回灌分析、井及地下热储监测、热源供回水监测、能耗分析和分公司日报界面，从地热井的采水回灌情况，地热井和供暖二次侧的水温、液位、流量、压力情况，地热站的耗电、耗新鲜水、耗天然气情况，以及分公司日报对地热相关数据和指标进行展示。

（1）回灌分析

回灌分析界面主要包含了时间筛选器、采水量与回灌量的关键指标卡、饼状图、柱状图、趋势图、井的相关指标以及回灌的明细表等，满足整体数据的概括，也能查看数据明细，在看分类数据指标的同时，也能看时间趋势。界面设置了采暖季的筛选器、公司名称的切片器，支持对日期、基层站、自然站以及井的筛选，满足查看不同颗粒度的数据。通过在线实时监测采水井和回灌井的水量、水温、压力、液位等指标，及时掌握回灌效果，避免因回灌而引起的水资源问题。

（2）井及地下热储监测

井及地下热储监测主要为采水井、回灌井以及其他热源的水温、液位、流量、压力趋势图，通过切片器和筛选器的设置，保证了数据的统一性和完整性。用户可以直观的查看各项指标的趋势，并借助切片器、筛选器以及下钻功能，全面的进行井及地下热储监测。科研人员可以针对水温水量的预测和地下热储动态监测，并将科研成果运用到热藏开发、井位布置、井身结构设计等方面，通过地质建模和历史拟合和数模，监测目前的水温水量变化情况，并预测未来井运行状况，防止热突破等情况的出现。

（3）热源供回水监测

热源供回水监测从二次侧出发，来展示采水井、回灌井以及其他热源的水温、液位、流量、压力趋势图，整体功能类似井及地下热储监测。生产端可通过温度、室外温度趋势、流量的动态变化，及时调整供热端热量供应，在保证热量充足的前提下，避免热量浪费，确保供需平衡。

（4）能耗分析

能耗分析是企业运营关注的重要指标，供热站的主要能耗包含耗电量、耗水量，以及耗天然气量。一方面，生产运营方可根据能耗情况判断设备是否有跑冒滴漏，另一方面，生产管理者也可将可行性研究分析与实际做对比，调整结构、优化投资。

（5）分公司日报

分公司日报界面主要展示了各分子公司每天的生产数据，包括供暖面积情况、设备运行情况、采水回灌指标以及能耗数据，较为综合全面的展示了每天的生产运营数据。管理人员可整体把握各公司的生产经营状况，做出生产调度、投资策略等。

5 结束语

地热可视化系统借助数据可视化技术进行建模分析，将数据以交互性良好、高效直观丰富的形式展示，发挥新星公司的数据资源作用。生产管理人员更加直观的把控生产节奏，以数据为导向，科学高效生产，从而进一步促进公司生产高效运营和科学管理。