★北京力控元通科技有限公司

1　背景

石油工業(yè)是全球最重要的產(chǎn)業(yè)之一，涉及到石油的開(kāi)采、生產(chǎn)、存儲、運輸和銷(xiāo)售等方面，對我們的現代社會(huì )和經(jīng)濟產(chǎn)生了巨大的影響。石油是全球最重要的能源之一，被廣泛應用于交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)、電力生產(chǎn)、家庭供暖等領(lǐng)域。石油工業(yè)還具有地緣政治的重要意義，是世界各國重要的戰略資源之一，對現代社會(huì )的發(fā)展和經(jīng)濟繁榮也具有很大的作用。隨著(zhù)技術(shù)和管理的不斷創(chuàng )新，石油工業(yè)將發(fā)揮重要作用，為人類(lèi)社會(huì )的持續發(fā)展做出貢獻。

國內某油氣田公司隸屬于中國石油天然氣集團有限公司，擁有礦權面積約10萬(wàn)平方千米，累計探明天然氣地質(zhì)儲量超4萬(wàn)億立方米，探明率約16%；歷年累產(chǎn)天然氣約5700億立方米，現具備年產(chǎn)能力400億立方米以上；擁有集輸和燃氣管道近7萬(wàn)千米，年綜合輸配能力440億立方米。

該油氣田公司長(cháng)久以來(lái)原生產(chǎn)數據平臺采用國外數據庫產(chǎn)品，技術(shù)受制于人，存在較大的產(chǎn)業(yè)安全隱患。隨著(zhù)公司管網(wǎng)規模不斷擴大，井口、場(chǎng)站數量更多，分布范圍更廣，公司與二級單位、場(chǎng)站之間的實(shí)時(shí)通訊與調度面臨更大的數據接入挑戰，舊有的數據應用方式、管理手段和管理模式已無(wú)法滿(mǎn)足新的管控需求，實(shí)時(shí)數據庫迭代升級工作迫在眉睫。

2　項目應用

為響應國家及集團內部的號召，敢于自我突破，實(shí)現生產(chǎn)核心數字資產(chǎn)自主可控。在不影響原有業(yè)務(wù)應用的前提下，該油氣田公司和相關(guān)服務(wù)單位及力控科技合力打造生產(chǎn)數據平臺升級改造的方案。力控科技實(shí)時(shí)數據庫解決方案幫助油氣田公司實(shí)現了數據庫的升級改造，從而保證油氣田生產(chǎn)數據自主可控、安全可靠。力控科技實(shí)時(shí)數據庫解決方案幫助企業(yè)實(shí)現以下功能：

（1）實(shí)現一線(xiàn)生產(chǎn)單元各類(lèi)生產(chǎn)、物聯(lián)數據和管理數據的采集、傳輸、存儲、轉換以及分析。

（2）采用國產(chǎn)實(shí)時(shí)數據庫pSpace軟件平臺升級擴容，新數據庫容量從原數據庫的20萬(wàn)點(diǎn)提升到50萬(wàn)點(diǎn)。

（3）數據質(zhì)量管理平臺有效解決二級單位、基層單位數據重復錄入問(wèn)題，位號不合規問(wèn)題和通訊監控不及時(shí)問(wèn)題。

（4）發(fā)布油氣田公司上千張工藝流程圖，為上層40多個(gè)應用系統提供各類(lèi)生產(chǎn)數據。

力控科技實(shí)時(shí)數據庫解決方案通過(guò)調研油氣田公司現有國外數據庫應用情況，為油氣田公司量身打造了基于國產(chǎn)數據庫pSpace并配套數據質(zhì)量管理和設備資產(chǎn)管理的解決方案。針對該油氣田公司替代國外知名數據庫的需求，力控科技把主要著(zhù)力點(diǎn)放在了原有系統評估、新數據庫評估以及如何實(shí)現平穩替代上面。項目具體實(shí)施情況如下：

（1）采用力控科技企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace作為數據庫核心。力控科技企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace具有高性能、高吞吐、跨平臺、分布式應用、冗余容錯機制、安全機制、驅動(dòng)豐富、數據服務(wù)接口齊全、級聯(lián)交互等特征，可提供數據計算、生產(chǎn)流程展示、高級報警分析、數據質(zhì)量管理及資產(chǎn)模型管理等應用擴展，實(shí)現生產(chǎn)監控到調度管理的完美整合，可與工業(yè)云平臺無(wú)縫對接，極大地提高企業(yè)信息化決策的準確性。油氣田公司為驗證力控科技的能力，通過(guò)多次測評驗證，最后一致認可了力控科技企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace替代國外產(chǎn)品數據庫的能力。

圖1 力控科技實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace架構圖

（2）評估原有采集系統實(shí)現采集遷移。該油氣田公司在使用國外數據庫這幾年，部分子公司做了多次升級改造，采集測點(diǎn)、設備、礦區都有所調整，同時(shí)因為業(yè)務(wù)需要，在辦公網(wǎng)的數據庫要匯聚多家兄弟單位的生產(chǎn)數據，這些都是當前數據庫已經(jīng)不能滿(mǎn)足的采集需求。力控實(shí)時(shí)歷史數據庫采用國外數據庫原有采集方式交接了采集系統，并完成了原數據庫沒(méi)有匯聚的測點(diǎn)。將數據庫原來(lái)20萬(wàn)數據容量擴充到pSpace的50萬(wàn)數據容量。

（3）為保證新庫歷史數據完整，解決原有歷史數據遷移問(wèn)題。為滿(mǎn)足數據完整性要求，在部署力控實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace后，需要把原有國外數據庫中歷史數據通過(guò)遷移方式移至力控實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace中。在進(jìn)行數據遷移過(guò)程中確保遷移數據的完整性及準確性。本方案采用了力控科技自主研發(fā)的遷移方法，最終完成了原國外數據庫從2013年到2022年9年歷史數據的遷移工作。遷移效果佳，原國外數據庫一年的歷史數據存儲空間約為4T，經(jīng)過(guò)3天時(shí)間遷移到力控實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace中，且存儲空間大大降低到約1.2T，并且通過(guò)了客戶(hù)完整性和準確性的驗證。

（4）通過(guò)對原有流程畫(huà)面解析，避免重復工作量。為減少流程畫(huà)面工具切換后導致的工程量問(wèn)題，力控科技針對原國外數據庫流程畫(huà)面進(jìn)行解析。針對線(xiàn)、多折線(xiàn)、多邊形、圓、文本、矩形等基本圖元以及閥門(mén)、電機、儀器儀表等系統圖元和圖元的條件動(dòng)畫(huà)、數據綁定進(jìn)行逐項分析，通過(guò)統一流程圖格式的方式實(shí)現流程畫(huà)面的遷移工作，遷移過(guò)程簡(jiǎn)單快捷，遷移后的流程圖畫(huà)面實(shí)現高保真性，并可進(jìn)行二次編輯和修改操作，滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化應用需求。

（5）提供多種接口，解決原有第三方系統集成遷移問(wèn)題。該油氣田公司原有數據庫集成的第三方系統統計約有30多個(gè)，主要應用的接口方式為OPC、OPC HDA、OLEDB、JDBC；力控科技提供應用接口為OPC、OPC UA、OPC HDA、ODBC、OLEDB、WebAPI、JDBC等多種方式，實(shí)現測點(diǎn)屬性、用戶(hù)、實(shí)時(shí)數據、歷史數據、報警、事件等信息的多維度查詢(xún)和訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現了原有第三方系統的全部接入并對部分接口進(jìn)行了升級，且并入其他原來(lái)數據庫未接入的第三方系統，共計40個(gè)業(yè)務(wù)系統。

（6）配套設備資產(chǎn)管理平臺。設備資產(chǎn)管理平臺可實(shí)現設備管理人員更便捷地查看設備基礎信息、使用記錄、設備相關(guān)的實(shí)時(shí)數據以及報警信息，相關(guān)人員能更好地管理設備，了解設備全生命周期，掌控資產(chǎn)動(dòng)態(tài)，從而使得與設備資產(chǎn)相關(guān)的各種記錄實(shí)現計算機化、無(wú)紙化、數據化，讓設備相關(guān)人員與設備緊緊相連，更加高效地進(jìn)行設備資產(chǎn)管理。

（7）配套數據資產(chǎn)管理平臺。數據質(zhì)量管理平臺可實(shí)現用戶(hù)的測點(diǎn)入庫前審核和入庫后管理，了解數據通訊是否正常，測點(diǎn)的增刪改是否合規，報警可以通過(guò)即時(shí)通通知相關(guān)人員。平臺可以定期形成操作日志供各級用戶(hù)查看。整個(gè)管理流程可以確保數據管理的合規性，同時(shí)形成閉環(huán)管理，提高數據質(zhì)量管理，數據鏈路各環(huán)節狀態(tài)監視，質(zhì)量異常提醒及管理。

3　項目三大核心成果

整體項目在經(jīng)過(guò)近一年的生產(chǎn)現場(chǎng)運行測試，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家鑒定，一致認為依托該項目形成以下三個(gè)核心成果。

（1）工業(yè)時(shí)序數據庫高效壓縮方法：組合應用物理壓縮+邏輯壓縮算法，平衡壓縮能力、失真度、所需計算資源等要素，對時(shí)序數據值、數值獲取時(shí)間、質(zhì)量戳各元素分類(lèi)壓縮，采用標識符代替法有效提升壓縮率，相較原始數據，降低磁盤(pán)空間占用90%。

（2）工業(yè)時(shí)序數據庫存儲與查詢(xún)優(yōu)化方法：業(yè)務(wù)系統多、查詢(xún)壓力大、多樣化數據查詢(xún)需求，存儲和查詢(xún)效率直接影響用戶(hù)的體驗。本項目采用B+Tree與LSM Tree組合索引結構、分段存儲、分段壓縮，解決海量歷史歸檔寫(xiě)放大問(wèn)題，提高數據匯聚排序量，提高時(shí)序數據讀寫(xiě)支撐能力。

（3）分布式實(shí)時(shí)數據庫級聯(lián)鏡像傳輸方法：為保證生產(chǎn)網(wǎng)數據與辦公網(wǎng)數據的隔離與安全防護，該方案在生產(chǎn)網(wǎng)進(jìn)行數據匯聚后數據庫所有信息通過(guò)單向網(wǎng)閘向辦公網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸，滿(mǎn)足數據庫的級聯(lián)鏡像需求。平衡安全防護與傳輸效率優(yōu)化，實(shí)現生產(chǎn)網(wǎng)數據庫存儲的實(shí)時(shí)數據、歷史數據、用戶(hù)、權限、位號等信息快速有效地傳輸到辦公網(wǎng)數據庫中。

4　項目意義

此次國產(chǎn)化替代的探索突破了長(cháng)久以來(lái)該油氣田公司生產(chǎn)數據平臺只能依賴(lài)國外數據庫產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)受制于人的桎梏。國產(chǎn)化替代完成后，新數據庫容量從原數據庫的20萬(wàn)點(diǎn)提升至50萬(wàn)點(diǎn)，同時(shí)配套定制了數據入庫檢查、數據校對等數據質(zhì)量管理功能，設備臺賬、設備維護等設備資產(chǎn)管理功能，以及組態(tài)圖在線(xiàn)管理、數據可視化查詢(xún)、應用服務(wù)發(fā)布等平臺資源管理功能。通過(guò)優(yōu)化實(shí)時(shí)數據傳輸架構，節省了二級單位實(shí)時(shí)數據庫軟件與服務(wù)器部署費用162萬(wàn)元；通過(guò)優(yōu)化實(shí)時(shí)數據傳輸架構減少運維節點(diǎn)，每年可以節省運維費220余萬(wàn)元。該項目為公司提質(zhì)增效、增儲上產(chǎn)提供強大的數據支撐，為集團公司打造“數字中國石油”開(kāi)辟了數據庫國產(chǎn)“試驗田”。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年7月刊