第一章：从智慧地球到智慧油田V1.1

从企业架构到智慧油田的理论与实践----油气勘探开发从业务到IT的一体化解决方案

林道寿

油田信息化：通往智慧之路

----从企业架构到智慧油田的理论与实践

林道远编著

致谢与声明：

资料来源：

1、笔者自己的工作资料和经验总结；

2、石油石化信息技术交流大会材料；

2、互联网百科与搜索（百度、搜狗、360等）

文中有些文字或资料来源于网络，但由于时间久了忘记引自何处，无法标记引用出处，在此一并表示感谢和致歉；

如果读者发现有引用读者原著的文章或具体引用出处，请我笔者联系，笔者将在下一版补上标注。

文中有些描述的事件与总结的观点并不一定准确，仅供参考；如有原则性的错误，欢迎批评指正。

自序：

序一：

序二：

前言：

第一章：从智慧地球到智慧油田

一、智慧地球概念的提出

1、数据地球概念的提出

数字地球（DigitalEarth）作为一个完整的名词，最初于1997年下半年出现在科技界。1998年1月31日，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心作了题为“数字地球----认识二十一世纪我们这个星球”的讲话，率先在公开场合喊出了“数字地球”这一名词，他说：“我相信我们需要一个‘数字地球’，一种关于地球的可以嵌入海量数据的、多分辨率和三维的表示。”此后，戈尔又多次在公开场合提到“数字地球”。

自从戈尔在98年提出数字地球（DigitalEarth）之后，全球掀起了数字地球热，而随着戈尔竞选总统的失利和当时科学技术和软硬件水平的限制，数字地球随之也一直处于缓慢发展状态。其中它涉及到很多学科包括地理对象的描述、存储、建模、显示、传输等等，而且地球是个庞然大物，想要建立一个地球信息数据库需要极大的人力和物力，不是靠一两个公司就可以完成。

2、数据地球的诞生--GoogleEarth

就在所有人以为不会有奇Array迹发生的时候，Google推出了

GoogleEarth（2004年google买

下EarthViewer，2005年改名为

googleearth后推出，如右图所

示），所有人为之震惊。不仅是

因为其完成了这么一个宏伟目

标，而且其浏览速度之快、效率之大、精度之高都是让人称赞不已，整个的地球在Google手中变成了一个玩具球，可以任意旋转，缩放。更像是一个智能地球仪，只需一秒钟便可以到达大洋彼岸去看真实的世界，前人的幻想终成现实。Google每天有上万台服务器在为GoogleEarth客户端的每一次更新服务，而且由于数据量大数据分布存储，且保证至少有一台备份服务器随时待命以防出现故障。据介绍Google使用自己的文件操作系统使得数据的存储读取与处理效率更高，Google可是全球最大的搜索服务提供商。

与Google相对应的是MicrosoftVituralEarth，此外还有Nasa

的nasaworldwind及国内的图盛公司的Searth等等。

3、智慧地球概念的提出

2009年1月，美国奥巴马总统公开肯定了IBM“智慧地球”思路，随后IBM在世界各国展开“智慧地球”发展布局，IBM“智慧地球”战略已经得到了各国的普遍认可。数字化、网络化和智能化，被公认为是未来社会发展的大趋势，而与“智慧地球”密切相关的物联网、云计算等，更成为科技发达国家制定本国发展战略的重点。自2009年以来，美国、欧盟、日本和韩国等纷纷推出本国的物联网、云计算相关发展战略。

与以往提出的商业和技术层面的理念不同，“智慧的地球”是IBM 长期跟踪世界经济的发展趋势、分析全球市场变化而发现并制定出来的。“智慧的地球”概念直接面对为当今世界面临的重大问题，比如：资本和信用危机，经济低迷和未来的不确定性，不稳定的石油价格和能源短缺，因为信息爆炸而激增的风险与机会，全球化和新兴经济，新的客户需求和新的商业模式等等。这些问题带来的机遇和挑战，是需要生活在地球上的各个国家、各个阶层的人们共同去面对的；而如何通过更加“智慧”的方式让我们的生活更美好，是全人类共同关注的发展之道。

“智慧的地球”指出人类历史上第一次出现了几乎任何东西都可

以实现数字化和互联的现实，通过越来越多的低成本新技术和网络服务，在未来所有的物品都有可能安装并应用智能技术，进而向整个社会提供更加智能化的服务，从而为社会发展和经济进步提出了一条全新的发展思路。人们将会了解到摆在餐桌上的食物来自哪块土地、运输过程中经过了哪些环节；试衣间里的数字购物助手会自动通知导购人员送来合适尺码和颜色的衣物；去医院看病时，再也不用排大队、一个个窗口跑来跑去；厨房里的自来水也可以放心饮用，因为水在整个输送过程都在被严密监控着……这一切都像科幻电影的内容，而实际上，强大的科技和社会发展动力正在将这一切带入现实。

4、智慧地球三个推动力

谈到智慧之道，首先应该注意到三个重要的趋势（即3I特征：感知化-Instrumented,互联化-Interconnected,智能化-Intellignet）。这

就是人类历史上第一次出现了几乎任何系统都可以实现数字量化和

互联的事实，并且在此基础上我们能够做出更加智慧的判断和处理。

1)更透彻的感应和度量

全球移动电话用户数量2007年突破33亿大关，也就是说，全球平均每两个人就拥有一部移动电话。更重要的是，据预测2008年移动互联网用户的数量将会达到10亿之多。到2010年，全球生产的射频标识(RFID)数量可望达到300亿个，产品、护照、建筑物甚至动物身上都将带有射频标识。盘旋在绕地轨道上的数百个卫星每天产生数百万兆字节(TB)的数据量。到2010年，全球每人将平均占有10亿个晶体管，每个成本约耗资十万分之一美分，而各种各样的感应科技也开始被嵌入在像汽车、家电等设备，以及公路，水利电力等设施当中。这些晶体管和感应器帮助我们更好地了解世界的运转，让我们能真切地看到究竟发生了什么，并能够准确量化所产生的变化。

2)更全面的互联互通

还有，到2011年互联网用户将达到20亿人，联网对象——车辆、设备、摄像头、车道、管道——的数量正在迈向1万亿大关，并且以史无前例的方式与各种设备物件链接起来。未来互联网将会变成物联网，国际贸易壁垒逐渐消除，企业内外的整合日趋紧密，跨行业的联系和合作也不断加强。而且虚拟技术的大行其道，加速了互联互通的趋势。这些都大力推进了协作和创新的广度和深度。

3)更深入的智能洞察

同时，我们也看到，随着信息技术的成熟和不断发展，人们可以负担得起使用大规模计算机集群以及云计算去加工、建模、预测和分析海量的数据。

2008年，IBM的走鹃超级计算机（Roadrunner）突破了每秒一千万亿次(petaflop/s)的运算速度屏障。走鹃超级计算机使用的芯片与消费者游戏控制台所用的芯片并无二致，并且采用免费的Linux操作系统。

作为一种连接和提供具有强大、大规模可扩展后端系统的庞大最终用户设备、传感器和致动器阵列的方法，“云计算”开始进入人们的视野。利用云计算技术可以快速开发新型应用并将其部署为网络服务。

基本计算模式在过去二十年中已经发生了变化。上世纪80年代出现的个人电脑模式已被目前基于开放性、网络、高新技术以及数字智能与工作和生活相融合的新模式所取代。人类将最大化地利用信息资源，并从中获得前所未有的洞察力，并因此更快，更好地做出决策。

二、智慧城市的全球发展

2009年底，IBM公司公布了“智慧的城市”的概念及其软件解

决方案。“智慧的城市”是IBM“智慧地球”策略中的一个重要方面。

“智慧地球”提出以更智慧的方法，通过新一代信息技术改变人们交互的方式，提高实时信息处理能力及感应与响应速度，增强业务

弹性和连续性，促进社会各项事业的全面和谐发展。而IBM“智慧的城市”的行动正成为IBM“智慧地球”从理念到实际的现实举措。1.现代城市面临的挑战

1)交通

按时间(42亿小时)和燃油(29亿加仑)浪费计算，美国的交通阻塞每年造成的损失高达780亿美元。据一个公共交通倡议组织最近进行的一项研究，纽约市一些街道上45%的交通量来自在街区间往返的人流。另一项研究则发现，在一年当中，仅在洛杉矶市一个小商业区内，轿车在寻找停车位时的车程加起来就相当于38次环球旅行的路程，同时消耗47,000加仑汽油，排放730吨二氧化碳。

而中国（特别是北京）每年在这方面的浪费更是天文数据。

相比之下，斯德哥尔摩的新智能收费系统使交通量减少了22%，排放物减少了12-40%，而且每天搭乘公交系统的人数增加了4万人。

2)金融

即使是十年前设计和部署的最先进系统也已不能适应目前的现实。当年美国次贷危机的部分原因就在于，银行的现有系统无法处理随着抵押债权证券化、融资和交易而形成的错综复杂的相互联系，致使银行无法得知和管理其风险敞口。他们对市场上正在发生的事情失去了洞察力，因为这些事情是实时发生的而且复杂性过于巨大。

幸运的是，“智慧金融系统”有可能成为现实——例如近期每天交易额达10万亿美元的全球货币市场系统。

3)能源

电力：据美国能源部的研究结果，由于电网效率低下而造成的电能损失高达总电能的67%。为此，美国得克萨斯州、丹麦、澳大利亚和意大利的公共事业公司正在建设新型数字式电网，以便对能源系统进行实时监测。这不仅有助于他们更迅速地修复供电故障，而且有助于他们更“智慧”地获取和分配电力。消费者也能够加强他们对能源消耗的掌控——每户最多可减少25%的能源花费——而且“智慧能源”管理还能够改善可靠性、服务、效率乃至法令透明度。另外还有可能合并传统能源和新能源——风能、插电式混合动力车、太阳能等——以提供对一个社区、一个国家乃至全世界的涉及所有能源形式的端到端洞察力。

石油和天然气：目前世界上现有油井的产量仅占可采储量的

20-30%。钻一口新井花费巨大，但其实如果我们能够适当提升已有油井的生产力，其增加的总和也会给生产商带来巨大利润并使消费者获得油价降低的好处。但这是一项信息密集型的任务，仅一个油田或天然气田每天产生的数据量即在1百万兆字节(TB)左右。

4)食品

据联合国统计，单是在美国，食品商和消费者每年浪费的食品价值就高达400亿美元。另外，还有被环保主义者用“食物里

程”(foodmiles)来表示的供应链效率低下。在艾奥瓦州，普通胡萝卜来自1600英里之外的加利福利亚州，土豆来自1200英里之外的爱

达荷州，而牛肩胛肉则来自600英里之外的科罗拉多州。而且困难不只是食品供应，还包括保鲜。美国2007年共报告了17,883例食物源性感染病例，而医疗保健专家认为这只不过是实际感染病例数量的1%。而在中国，食品浪费现象触目惊心，食品安全问题更是严峻的挑战。

在北欧地区率先使用的一种食品跟踪解决方案采用射频标识(RFID)技术对肉禽产品从农场到供应链、再到超级市场货架进行全程跟踪，德国现在更是大范围推广这种技术。

5)气候

据劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)2004年的一份报告，从1980年到2003年，由于气候相关灾难造成的全球经济损失总计达1万亿美元。而同一时期新兴市场上的相关保险业务仅覆盖气候相关灾难总损失的4%。高收入国家的情况相对好一些，达到40%。但仍有5000亿美元以上的损失不在保险范围之内。

目前也有可能在方圆1-2公里范围内进行局部的高精度天气预报。这些技术经商业化后已应用于若干城市地区，其中包括纽约市、芝加哥、堪萨斯城、亚特兰大、巴尔的摩/华盛顿和迈阿密/劳德代尔堡。

6)医疗保健┅┅

有许多人因为我们医疗保健系统的现状而受到伤害和死亡。在美国，据估计电子医疗记录每年可帮助防止100,000人因为医疗失误而死亡。

丹麦国家电子医疗保健(DanishNationale-Health)门户网站向医生提供对其患者的健康历史和记录的即时访问。该新系统使相关行政管理成本下降到仅占总花费的1.3%(美国为31%)，使丹麦的医疗失误率保持世界最低水平(0.2%)，患者满意率94%，为欧洲最高水平。而且，通过使用超级计算能力来预测病毒的基因突变，还有望在疾病甚至流行病发生和蔓延之前就“看见”和预防之。

中国看病难问题一直是个困扰社会的大问题，实施“智慧医疗”将是个惠民工程，可以从技术上部分缓解看病难问题。

2.IBM智慧城市5大构想

2011年10月底，在最新一届的Web2.0大会上，IBM新兴技术部总监DavidBarnes就“如何才能拥有一个更智能的城市和智能的地球”发表了公司观点。IBM想建立一张网，这种网不是平常意义上的互联网，而是可以为政府，医疗机构，商人等提供大量“重要数据”的带有许多感应器的网。

而建立这些网所需要的“重要数据（bigdata）”不再仅仅是一个文字概念而已，而是一种可以在任何地方都可以测量这个生龙活虎，会

呼吸的星球的感应器。在未来五年，这些数据将如何改变世界？以下是IBM的构想：

1)城市将会有更强的免疫系统

如今，大量人潮涌向城市，其免疫系统遭到极大威胁，拥挤的城市感染了各种疾病，感应器将会帮助政府机构，学校，医疗机构等提前做好健康防范措施。

2)城市建筑将会像生物体那样具有感知能力及反应能力

建筑物也有系统，加热系统，散热系统，供电系统等等，但是他们都各施其职，没有被整合到一起协同工作。更好的系统应结合所有数据，更有效地为城市提供服务，节省能源，减少对气候环境的破坏。

3)将有更先进的供电网络

一个有效的电网应该能更有效地为所有有电交通工具输送电，但这样只能受益部分。如果能从动力学的角度，让交通工具自己发电来后又将电发送回电网，那就更好了，IBM现与丹麦的EDISONResearchConsortium合作，准备为交通工具提供更强大的供电网络。

4)智能的系统会解决城市缺水问题，还可节省能源

Barnes说：这些数据能帮助解决日益突出的全球缺水问题，IBM 欲建立一个下水道管理系统，帮助政府更好地检测水质是否被污染并减少污染风险。

5)应对紧急情况，反应更即时

感应器会探测到很小的问题，比如下水道被堵，将之与即将来临的降雨以及附近的交通堵塞联系在一起，告诉政府机构在事态恶化之前重视这些问题。IBM的数据将会为政府及第一救护者创造一个平台，以便在紧急情况发生之前提早发现问题。

3.智慧城市的国际实践

1) 全球智慧城市—发展概况

2009年9月爱荷华州迪比克市与IBM合作，建立美国第一个智慧城市。利用物联网技术，在一个有六万居民的社区里将各种城市公用资源（水、电、油、气、交通、公共服务等等）连接起来，监测、分析和整合各种数据以做出智能化的响应，更好的服务市民。迪比克市的第一步是向所有住户和商铺安装数控水电计量器，其中包含低流量传感器技术，防止水电泄漏造成的浪费。同时搭建综合监测平台，及时对数据进行分析、整合和展示，使整个城市对资源的使用情况一目了然。更重要的是，迪比克市向个人和企业公布这些信息，使他们对自己的耗能有更清晰认识，对可持续发展有更多的责任感。