石油天然气勘探开发是一个高危行业，存在着大量复杂和不确定性因素，具有易燃易爆、高温高压、有毒有害、点多面广等特点，每一作业环节出于自然或人为原因均有可能导致不同程度、形式各异的事故。当事故不可避免时，有效的应急救援行动是唯一可以抵御事故蔓延并最大限度地减小危害后果的有力措施。特别是高含硫气田发生事故损失更严重，如中国石油西南油气田公司罗家16H“12.23”井喷事故造成大量人员伤亡，并造成很大的经济损失和社会影响。而中国石油川东北气矿罗家2井在“3.25”复杂井漏事故时成功的应急救援表明，应急救援行动对于处理突发事故是多么重要，特别是在应急指挥中，指挥者能方便快捷获取辅助决策的信息，及时决策和开展应急救援行动。
我国已探明的天然气气田中，含硫气田就有100多个。四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地和渤海湾盆地等主要油气产区都不同程度地富集H2S气体。据统计, 目前我国3大石油公司所属含硫油气田(井)中, 风险较高的含硫气田(井)占总数的11.97%。而据中国石油和中国石化的不完全统计, 目前高含硫气井周边500 m范围内平均有居民500多人, 500 m~3 000 m范围内平均有居民2 000多人[1-3]。作为国内天然气主产区域的四川盆地，盆地2/3气田含硫化氢，正在开发建设的罗家寨、渡口河、铁山坡等均为高含硫气田，而且高含硫气井多分布在交通不便地区。所以，高含硫气田现场监测预警平台技术的研究和应用具有重要的意义。
平台体系结构主要包括基础信息管理模块、风险分析模块、现场监测模块、预警通知模块、应急值班模块和决策支持模块六大部分[4-5]。平台体系总体结构如图 1所示。
该模块具备对电子地图的各种操作、编辑和分析等功能，对平台相关属性数据(属性数据是指不具有空间位置信息的数据)进行管理，包括对各类基础信息的录入、修改、删除和查询检索功能，同时通过特定的编号，可以与电子地图上的相关空间对象进行关联。基本信息主要包括：应用文档资料类、生产设施类、应急人员类、应急物资类、应急中间数据类、应急组织结构类等。
该模块主要是针对钻完井事故进行模拟和分析，分为危险源风险分析、区域风险分析和事故后果模拟风险分析。
危险源风险分析利用“井喷风险分级模型”计算分析方法，对一个或多个气井井喷风险进行计算并分级，同时在分级基础上加入统计和地图显示等功能，具体包括：井喷风险分级标准确定、井喷风险分级计算和分级结果地图显示三个主要功能。
区域风险分析利用“安全距离与应急计划区计算模型”，对气井安全防护距离和应急计划区进行计算，同时在计算结果基础上，运用GIS空间分析技术分析计算区域内的防护目标、人口总数、建筑物总数等，具体功能包括：气井安全防护距离计算与分析、气井应急计划区计算与分析。
事故后果模拟风险分析包括三个方面：
(1) 井喷事故快速模拟。根据“井喷事故快速模拟”模型，对井喷事故的影响区域(包括：死亡区、重伤区和轻伤区)进行快速计算和预测，并在电子地图上进行直观显示。
(2) 井喷事故后果数值模拟。将“井喷事故后果数值模拟”模型的计算结果导入系统，并在电子地图上显示，同时提供动态演示工具，用户可以使用该工具将不同时间点的模拟数值结果电子地图动态演示。具体功能包括：导入三维模拟计算、地图加载三维模拟计算、地图删除三维模拟计算、井喷事故后果三维模拟效果动态演示四个主要功能。
(3) 井喷事故人员疏散模拟。在GIS基础上，调用平台的“人员疏散模型”得出疏散人员的最佳疏散方案，并在地图上进行显示。具体功能包括：最佳疏散方案计算、疏散建筑物人口数量变化计算与显示、疏散路径人流变化计算与显示三个主要功能。
该模块可以实现日常监测、临时监测和应急监测。
预警通知是根据事故报警、接警信息，向相关人员发送事故通知信息的环节，目前包括三种通知方式，分别为：短信群发、语音群呼和应急广播。
该模块可实现事故报警响应并对工作记录进行记录。报警方式分为3种：人工报警、电话报警、传感器报警。
该模块包括基础信息快速检索、基础信息统计分析和基础信息打印输出。
基础信息的快速检索是决策支持功能的关键部分，主要包括对不同属性数据的快速检索和基于GIS的空间信息快速检索两部分。
基础信息统计分析为应急决策人员提供各种数据统计图表，能够直观地反映各类数据的不同属性值，主要包括：属性数据统计分析和空间对象统计分析两部分。
基础信息打印输出为应急决策的下达与执行提供直观的数据保障，以纸张形式打印输出的各类数据可以为应急决策执行人员提供准确的数据参考，主要包括：属性数据打印输出和电子地图打印输出两部分。
平台分为现场气体浓度监测系统、现场气象监测系统、单兵采集系统和移动指挥所四部分。平台功能设计见图 2所示[6]。
应急监测人员到达事故现场布置无线气体传感器和气象站，将现场的音视频、气体浓度、气象等相关数据通过无线传输设备发送到移动指挥所。移动指挥所可实时指挥监测人员。移动指挥所通过多卡CDMA视频传输服务器将音视频和相关数据传送到后方指挥中心；移动指挥所还可利用卫星电话或INTERNET传送相关数据文件到后方指挥中心。
现场气体浓度监测系统可以采集多种气体浓度和采集点的GPS位置信息和采集时间信息。多台气体浓度采集设备可在单兵部署完毕后，自动组成监测网络，通过内置电池供电，在无人值守的状态下自主工作。在单个设备失效的情况下，其他设备可自行进行网络修复，继续进行网络化监测和监测数据上传。事故现场监测人员可以通过手持GPS采集事故现场地形数据，通过激光测距仪采集事故现场位置信息。
现场气象监测系统集成了无线气象站，可以采集温度、湿度、风速、风向、气压、雨量等信息。
单兵系统由事故现场监测人员背负在身上的防爆背负设备和佩戴在头上的头盔组成数据采集系统，包括各种事故现场监测设备和短距离无线数据通信设备。通过单兵系统，事故现场监测人员可以采集事故现场音视频数据，并通过携带的短距离无线数据通信设备和2公里范围内的移动指挥所进行通信，上传各种监测数据。图 3是单兵采集系统背负设备和头盔设备等。
移动指挥所是整个平台的核心。移动指挥所接收从单兵采集系统发回的相关数据，将音视频信息实时显示和播放出来，可通过双向语音对讲指挥单兵作战。同时将收到的音视频通过多卡CDMA视频传输服务器传输到后方指挥中心或通过卫星电话传输数据信息。移动指挥所软件配有GIS地图，根据手持GPS回传的信息，在GIS地图上显示应急救援人员的地理位置。
移动指挥所的功能包括接收单兵系统的监测数据；存储和显示监测数据；根据现场监测数据、地理信息系统、各种专家库、知识库和预案库，以及应急指挥人员的指令进行应急辅助决策；通过卫星电话、CDMA通信系统和有线网络与后方指挥中心进行通信，接收指令，上传数据。
根据以上系统设计原理，设计开发出的现场监测预警平台具有以下特点: (1)集成度高，所有监测设备、通信设备、计算机集成为几个设备箱；(2)功能划分合理，单兵设备和指挥所设备单独装箱，使用方便灵活；(3)便于车载运输、快速部署；(4)包含丰富现场音视频数据、气体浓度数据、现场位置和地形数据、气象数据采集功能；(5)监测设备可由单兵携带或者通过无线传输监测数据，便于快速部署，进行多点网络化监测；(6)通过卫星电话、CDMA移动通信、有线网络方式进行远程实时数据传输；(7)对检测数据进行数据库存储，以变化曲线、统计图表方式多角度、全方位展示现场数据；(8)集成地理信息系统、专家库、知识库、预案库，提供丰富的应急指挥辅助决策功能[7]。
依托该平台，相关领导和专家可在电子地图上随时掌握应急救援人员目前的位置，实时了解单兵面临的环境，并通过双向语音对讲实现实时的指挥。该系统在川中油气矿龙岗气田进行了应用实验，现场实验结果表明, 该平台实现了现场数据监测、无线数据传输、应急方案制订、疏散线路规划以及应急资源调配等功能。
图 4是移动指挥所软件的监控界面。
现场监测预警平台针对重大事故应急救援的需要，将事故现场信息采集、事故现场应急通讯和长距离应急通信和应急指挥辅助决策进行设计和集成。该平台集成了事故现场监测功能和事故现场应急指挥辅助决策功能，集成度高，具有快速机动、独立通信、定位和指挥能力，可现场实时采集图像、声音和数据，使指挥调度和辅助决策更具响应性、可部署性、灵敏性、多功能性，便于快速部署，适用于重大事故现场信息采集和应急指挥决策的需要。
现场监测预警平台的投入使用，在重大事故处置中发挥现场指挥、应急通信保障、外围控制、视频、音频及实时监测数据的可靠传输等重要作用，从而可以大大地提高应急机构的快速反应能力和现场处置能力。
2011, Vol. 40 Issue (5): 527-530
2011, Vol. 40 Issue (5): 527-530