淺談基于GIS的燃氣立管管理的思路與方法

上海大眾燃氣有限公司 黃一帆

立管同調壓器、閥門、水井一樣都是燃氣管網(wǎng)的重要設施，它處于管網(wǎng)的最末端，是與用戶最為接近的燃氣設施。通過引入管到立管，燃氣輸送至千家萬戶，立管腐爛、漏氣、占壓等情況都會影響客戶的用氣安全，甚者威脅生命。燃氣輸配站點每年都要對管轄范圍內的立管進行巡檢，查找漏氣等事故隱患，及時解決，保障設施完好，確保客戶安全用氣。但相比其它設施，立管具有數(shù)量龐大、分布范圍廣、基礎數(shù)據(jù)不統(tǒng)一等問題，對進一步的科學管理造成了一定的困擾。

隨著輸配信息化管理的推進，對于燃氣管網(wǎng)的管理提出了更高的要求，在此過程中 1:500 GIS、1:10 000 GIS、工程管理系統(tǒng)、閥門、調壓器、水井設施管理系統(tǒng)相繼開發(fā)應用，取得了良好的效果。信息化的推進、技術的進步，使得立管信息化的管理成為了可能。

1 現(xiàn)狀和存在的問題

立管管理雖然是設施管理的一部分，但它又有其特殊性，相比其它設施而言，立管的數(shù)據(jù)極其龐大，在市南管轄范圍就有 18萬根。一直以來圖檔根據(jù)測繪數(shù)據(jù)繪制圖形，輸配站點根據(jù)新建工程自行劃分樣板進行巡檢，兩者數(shù)據(jù)相對獨立，基本沒有溝通，使得兩套數(shù)據(jù)無法避免地存在著一定的差異性，而且隨著時間的推移，差異性就越來越大。同時由于缺乏“橋梁”，圖檔的圖形數(shù)據(jù)與輸配站點的屬性數(shù)據(jù)無法有機的結合起來，無法從任何一方獲取最完整的立管數(shù)據(jù)。不僅圖檔與輸配站點數(shù)據(jù)存在差異，輸配站點之間也存在著數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的問題。由于缺乏統(tǒng)一的標準和輸入的平臺，各輸配站點根據(jù)自身的管理需求建立立管臺帳記錄巡檢維護信息，隨意性較大，臺帳內容不同，記錄的含義也各不相同。海量數(shù)據(jù)、圖形屬性割裂、數(shù)據(jù)差異，這些都使得立管的情況比較復雜，管理上存在著一定難度。

2000年GIS圖檔的應用，使得原有的圖檔數(shù)據(jù)電子化，可以同時記錄圖形和屬性信息，也使得對管線和設施的可視化統(tǒng)計成為了可能，但并未解決立管管理的問題。1:500 GIS中的立管雖然有部分屬性信息，但只是簡單的工程信息，并沒有站點的詳細數(shù)據(jù)，兩者之間仍然是相互獨立的。雖然可以統(tǒng)計設施個數(shù)，但只能在單塊圖板內，無法跨圖幅進行統(tǒng)計分析，也很難在此基礎上獲得真實的立管總數(shù)。1:10 000 GIS中的搶修決策功能在對中高壓管網(wǎng)進行拓撲分析時取得了成功，能夠制定出較完善的搶修預案，但是進一步細化到受影響用戶數(shù)的問題上卻遇到了瓶頸，無法動態(tài)的分析出受影響的用戶數(shù)。這些問題都阻礙了對立管進一步的科學化，信息化的管理，因此我們需要通過設計一種有效的運行機制，從立管安裝開始，便利用數(shù)字化的便捷性和統(tǒng)一性進行管理，使整個過程在可控、可視化的環(huán)境下運作和管理。

2 解決的思路

面對數(shù)量龐大的立管數(shù)據(jù)，要實現(xiàn)信息化管理，首先就是要想辦法理清立管的基礎數(shù)據(jù)，解決各部分數(shù)據(jù)之間的存在的差異性，使其統(tǒng)一化，規(guī)范化。立管基礎數(shù)據(jù)的差異性主要分為兩部分，一部分是圖檔和輸配站點數(shù)據(jù)的差異，另一部分是站點之間數(shù)據(jù)的差異。面對這兩種情況，要分別采用不同的方法加以解決。

圖檔與輸配站點立管數(shù)據(jù)存在差異，立管的圖形和屬性數(shù)據(jù)無法鏈接，都源于兩者相對獨立，無法互通，解決問題的關鍵是在兩者之間建立一個“橋梁”，將兩套數(shù)據(jù)有機的結合起來，以解決存在的差異問題，同時通過圖形和屬性的結合，獲取最完整的立管數(shù)據(jù)，實現(xiàn)第一個層次的數(shù)據(jù)結合。

輸配站點之間的數(shù)據(jù)差異是因為缺乏一個統(tǒng)一的管理平臺，因此必須建立一個立管管理平臺，使輸配站點對立管的管理統(tǒng)一化、標準化、規(guī)范化。這個平臺不僅是提供一個統(tǒng)一的口徑讓輸配站點輸入和查詢信息，更為重要的是要記錄下更為詳細的維護巡檢信息，對每根立管的從產(chǎn)生到消亡的整個生命周期進行監(jiān)控和記錄，起到提醒、監(jiān)督等各項功能，細化原有的管理。

在解決了基礎數(shù)據(jù)差異性的問題，實現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的初步結合后，要做的就是結合已有的GIS系統(tǒng)，對立管數(shù)據(jù)進行第二個層次的整合，并在此基礎上設計出對立管數(shù)據(jù)的綜合應用方案，如：立管可視化分析，搶修決策中受影響用戶數(shù)的統(tǒng)計，以進一步提高輸配在實際工作中對管網(wǎng)數(shù)據(jù)的綜合應用。

3 研制過程及功能實現(xiàn)

3.1 立管編碼

針對立管數(shù)量龐大，圖檔數(shù)據(jù)無法與輸配站點數(shù)據(jù)相關聯(lián)的問題，決定從測繪繪制立管開始對立管進行編碼，讓每根立管都有自己唯一的身份證號，使這唯一性的編號成為圖檔和輸配站點數(shù)據(jù)互通的“橋梁”。然而立管編號不同于其它設施，其它設施由于數(shù)量少一般采用傳統(tǒng)的手工編號的方式，而立管數(shù)量是極其龐大的，無法進行手工操作，必須借助程序自動化生成。如何使立管編碼不重復方便實際操作？現(xiàn)有的立管和新產(chǎn)生的立管如何編碼？不同途徑產(chǎn)生的新立管又如何編碼？面對錯綜復雜的情況，如何制定完善的編碼規(guī)則進行編碼成為我們重點考慮和研究的問題。經(jīng)過多次討論和嘗試，在確保編碼的唯一性、標準性、可行性的前提下，經(jīng)過幾次修改，最終確定了以下的 12位立管編碼規(guī)則。

立管編碼規(guī)則如下：

例如：R070034G0002、R080026C0001、R000236D0005等。

對立管的編碼處理分為兩個部分，一部分是已存在GIS圖檔中的18萬根立管，對于這部分海量數(shù)據(jù)我們采取了一次性統(tǒng)一編碼的方式，通過此次編碼，解決了原本一直存在的GIS立管數(shù)據(jù)和圖形不對應的問題，清空了無用的立管屬性數(shù)據(jù)，修正了有問題的立管數(shù)據(jù)，使得GIS中的立管的屬性數(shù)據(jù)更為真實。這些編好碼的數(shù)據(jù)將會通過后期的人工匹配將其和站點的立管數(shù)據(jù)一一勾連起來。另一部分則是新繪制的數(shù)據(jù)，針對這一需求對原有的1:500 GIS及CAD繪制程序增加了立管編碼及打印功能，使得立管繪制完畢后就能產(chǎn)生唯一性的編碼，這樣工程圖紙撥交給站點后，站點就可以將以后要填寫的立管信息填寫到對應的立管編號中。通過編碼，圖檔的立管數(shù)據(jù)和站點的立管數(shù)據(jù)有了連接的橋梁，為下一步的立管管理打下了基礎。

3.2 作業(yè)樣板數(shù)字化

一直以來，輸配站點根據(jù)巡檢的路線和工作量自行劃分樣板，然后按照傳統(tǒng)方式繪制樣板卡，并在卡上記錄樣板的空間位置及樣板內的內容，如里弄、立管個數(shù)等，樣板內具體的立管數(shù)據(jù)記錄則記錄在基礎臺帳中。如果樣板進行了調整或樣板的內容有了增減，就必須對樣板卡進行手工修改。由于是單純的圖形數(shù)據(jù)，因此無法便捷的統(tǒng)計和提取樣板內的數(shù)據(jù)，修改和調整樣板范圍也不方便。同時獨立的樣板卡無法反映樣板劃分的整體情況，不便于宏觀的管理。

為了讓作業(yè)樣板便于操作，實現(xiàn)空間范圍的運算，就要在原有GIS系統(tǒng)的基礎上對其數(shù)字化?？紤]到1:500 GIS系統(tǒng)是以圖幅為單位的，抽屜式的處理方式，而作業(yè)樣板是跨圖幅的，因此一開始將作業(yè)樣板的數(shù)字化工作做在1:10 000 GIS系統(tǒng)中，并以徐匯站的部分作業(yè)樣板進行了數(shù)字化嘗試。但由于1:10 000 GIS中側重的是1:10 000的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，1:500 GIS中的數(shù)據(jù)只是作為背景層查詢時使用，因此在實際操作過程中就出現(xiàn)了操作速度慢，比例不合適的問題，直接影響了樣板數(shù)字化的速度和精度。面對問題我們轉換思路決定將數(shù)字化的工作在1:500中進行，然后通過轉換將數(shù)字化的樣板數(shù)據(jù)再導入1:10 000 GIS中，以實現(xiàn)后續(xù)的作業(yè)樣板可視化分析功能。

根據(jù)這一思路，對1:500 GIS原有的區(qū)域查詢工具進行了改進，使其具備了對樣板進行繪制、修改、保存、導入、提取樣板內數(shù)據(jù)的功能，基本滿足了工作的需要。并運用此項工具對徐匯站已有的人工樣板進行了數(shù)字化操作和數(shù)據(jù)提取。

3.3 輸配站點設施管理系統(tǒng)

輸配站點對立管的管理主要是根據(jù)新建工程跑現(xiàn)場，采集立管基礎屬性；根據(jù)劃分的樣板塊定期進行巡檢，記錄和處理巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題；根據(jù)使用年限對到齡支管和立管進行更新。這些立管信息最終都會電子表格的形式記錄下來，但由于各站點相對獨立，各自都有自己的做法，使得立管數(shù)據(jù)存在著數(shù)據(jù)分散、不統(tǒng)一、含義不同、填寫不規(guī)范等問題。為了解決這些問題，就要建立一個信息平臺，使站點能夠有一個統(tǒng)一的輸入口，從而達到立管信息的規(guī)范化、完整化。除了數(shù)據(jù)的輸入和查詢統(tǒng)計外，更為重要的是要以對立管管理的實際工作出發(fā)，設計出對立管的各項工作進行有效管理和監(jiān)督的功能模塊。通過前期的下站點調研了解情況和反復的討論，最后針對站點的實際工作，開發(fā)了站點設施管理系統(tǒng)，設計了樣板管理、立管管理、巡檢管理這三大主要功能模塊。

3.3.1 樣板管理

通過樣板管理模塊可以建立新樣板記錄、對樣板的屬性進行編輯修改、廢除無用樣板，根據(jù)條件對樣板進行查詢等功能。每個樣板塊都會顯示當前所包含的立管總數(shù)及具體的立管信息。

3.3.2 立管管理

通過模塊可以新增立管、記錄立管的所屬樣板及其它基礎信息、根據(jù)條件進行查詢、對立管進行單個或批量的廢除、天然氣置換時記錄廢除和置換的信息、對立管的所屬樣板進行調整。

3.3.3 巡檢管理

在巡檢管理模塊內可以對根據(jù)樣板塊進行立管巡檢、記錄巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的事件、對事件進行處理等功能。同時系統(tǒng)會將當前未處理的事件以動態(tài)的方式顯示提醒用戶及時進行處理。

考慮到天然氣置換和大批量樣板調整的工作需要，另外設計了工具進行海量數(shù)據(jù)的操作，以提高工作效率。

4 數(shù)據(jù)整合

站點設施管理系統(tǒng)的建成使得站點對立管巡檢管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)一化，但系統(tǒng)中所記錄的立管數(shù)據(jù)還只是一條條的行記錄，不存在圖形信息，我們還是無法通過這個系統(tǒng)直接對應到立管的空間位置，而1:500 GIS中所記錄的立管空間位置也無法直接與管理系統(tǒng)中的立管維護信息關聯(lián)起來。為了進一步的完善立管數(shù)據(jù)，實現(xiàn)圖形和屬性的真正結合，就要建立通道，將兩套數(shù)據(jù)都整合在一個統(tǒng)一的平臺中。通過前期建立的立管編碼，使得這兩者數(shù)據(jù)有了可供關聯(lián)的要素，使數(shù)據(jù)整合成為可能。就目前而言，最適合數(shù)據(jù)整合的平臺就是1:10 000 GIS，因為數(shù)據(jù)是可以跨圖幅的，這樣數(shù)據(jù)整合后就可以為后續(xù)跨圖幅統(tǒng)計分析打下基礎。

為了實現(xiàn)這一目標，需要進行兩個步驟。由于立管管理系統(tǒng)和1:500 GIS是兩套相對獨立的系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)輸入過程中一定會存在著差異，因此首先就要對這兩套系統(tǒng)的立管數(shù)據(jù)進行對比分析。然后第二步將分析完畢后有效的數(shù)據(jù)導入到1:10 000 GIS這個統(tǒng)一的平臺中，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合的功能。根據(jù)功能需求，我們增加了數(shù)據(jù)對比分析的工具，同時對原有GIS系統(tǒng)進行了相關的改進，在1:500 GIS中增加了設施空間坐標的導出功能，1:10 000 GIS中增加了立管屬性同步功能。

具體的實現(xiàn)過程是，首先將1:500 GIS立管數(shù)據(jù)連同其空間坐標一起導出形成ACCESS的表格，由于兩套數(shù)據(jù)中都有立管編碼這個唯一性的標志，用立管分析工具根據(jù)立管編碼字段將1:500 GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及立管管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行對比分析，得到分析結果。分析結果生成3張新表，1張是根據(jù)立管編號能匹配上的數(shù)據(jù)，這張表格的數(shù)據(jù)讀取的是立管管理系統(tǒng)中立管的屬性信息及對應的1:500 GIS中立管數(shù)據(jù)的空間坐標。另兩張是差異表，1張是立管系統(tǒng)中有但1:500 GIS系統(tǒng)中沒有的數(shù)據(jù)，另1張是1:500 GIS系統(tǒng)中有而立管系統(tǒng)中沒有的數(shù)據(jù)。根據(jù)差異表可以找出數(shù)據(jù)不同步的原因，進行后續(xù)的處理。最后通過立管同步工具將有效的立管數(shù)據(jù)導入到1:10 000 GIS中，系統(tǒng)根據(jù)立管的空間坐標自動生成設施點，這樣1:10 000 GIS中的立管就同時擁有了1:500 GIS系統(tǒng)中的空間位置和立管管理系統(tǒng)中的屬性信息，這樣就完成了我們整個數(shù)據(jù)整合的過程。

5 可視化分析

通過數(shù)據(jù)整合立管的屬性和圖形合二為一，這為可視化分析提供了前提條件。結合1:10 000 GIS已有的可視化分析功能，很方便地實現(xiàn)了最初的立管的可視化統(tǒng)計功能?？紤]到立管數(shù)據(jù)比較復雜，對其可能會進行多次統(tǒng)計分析，如果多次的分析結果能夠同時顯示在一個空間上的話，這樣就能方便地對數(shù)據(jù)進行對比，進一步加強了分析的功能，真正實現(xiàn)了可視化。

根據(jù)這一目標，1:10 000 GIS系統(tǒng)的查詢功能增加了繼續(xù)查詢的功能，這樣就實現(xiàn)了多次查詢結果同時顯示的功能，同時可以對不同的查詢結果設置不同的顏色，以示區(qū)分。

6 搶修決策中受影響用戶數(shù)的統(tǒng)計

搶修預案的制定在輸配管理中是非常重要的，只有制定出快速有效的搶修預案才能應對突發(fā)事件，盡快解決問題，減少對用戶的影響，因此GIS中的搶修決策功能一直是被重視和關注的一項功能。在1:10 000 GIS系統(tǒng)中，已經(jīng)實現(xiàn)了搶修決策的功能，通過氣源點算法和拓撲關系，系統(tǒng)能很快的根據(jù)發(fā)生爆管的位置分析出應關的閥門、受影響的管段和調壓器，為制定快速有效的急搶修預案起到了很大的作用。為了制定更完善的搶修預案，希望通過搶修決策統(tǒng)計出受影響的具體用戶數(shù)，為下一步制定更詳細的處理方案作準備，如：需要準備多少食物和水、人群如何疏散。要實現(xiàn)這一目標，就要涉及到營業(yè)所的用戶數(shù)據(jù)如何與立管數(shù)據(jù)結合，如何對低壓管網(wǎng)拓撲分析等諸多問題，由于數(shù)據(jù)量大、涉及面廣，使得搶修決策中受影響用戶的功能一度陷入瓶頸。為了切實的解決這一問題，先后設想了兩種思路，并進行了嘗試。

第一種思路：調壓器屬性中鏈接相關用戶表格

為了切實的解決這一問題，在保奧運期間與營業(yè)所合作進行了用戶數(shù)統(tǒng)計的初步嘗試。以八萬人體育場2 km為范圍，由營業(yè)所提供此范圍內調壓器后對應的用戶表格，然后通過整理分別將用戶表格鏈接到對應的調壓器的屬性中，這樣在進行爆管分析的時候就可以根據(jù)受影響的調壓器鏈接到相關聯(lián)的用戶表格，從而統(tǒng)計出受影響的用戶數(shù)，這個思路已經(jīng)在奧運反恐演習中進行了實際的操作和驗證。目前來看這種方式是比較可行的，因為它的影響比較小，只要獲取營業(yè)所提供的與調壓器相關的用戶表格就可以。但從長遠來看它存在著一定的局限性，因為調壓器會隨著管網(wǎng)的變化而改變自身的影響范圍，這樣鏈接的數(shù)據(jù)就要反復的重新收集、重新調整、重新鏈接，這將耗費大量的人力，而且調壓器具體的影響范圍的變化也很難動態(tài)的進行一一監(jiān)控，因此也就根本無法動態(tài)地獲取受影響的用戶數(shù)。

第二種思路：低壓拓撲分析受影響立管

基于前種思路的所存在的局限性，我們在這次對立管管理系統(tǒng)的研制中，進行了第二種思路的嘗試，即建立客戶數(shù)據(jù)庫，在1:10 000 GIS管網(wǎng)搶修決策基礎上進一步對背景圖層中相關的 1:500 GIS低壓管網(wǎng)進行拓撲分析，得到受影響的立管然后通過立管編號從客戶數(shù)據(jù)庫中獲取受影響的用戶數(shù)據(jù)。這種方式不再受制于調壓器自身影響范圍的影響，它可以根據(jù)低壓管網(wǎng)實際的連通情況，得出動態(tài)的數(shù)據(jù)。由于這種方式影響范圍較大，因此本次研制中采用了虹漕地塊作為試驗區(qū)域。

在這次研制過程中我們與營業(yè)所進行了第二次合作，將試驗區(qū)域的立管數(shù)據(jù)提供給營業(yè)所，由營業(yè)所提供每根立管所對應的用戶信息，如：地址、客戶編號，然后通過整理形成了我們分析時所需的客戶數(shù)據(jù)庫。

在具體的受影響用戶的分析中我們采用了立管調壓器對應分析法。選取調壓器后，尋找調壓器是否有對應立管，若有則記錄該對應立管。若沒有對應立管，則分析結束。否則，對記錄的立管進行連通分析，查找其能連通的管線和立管，形成一個區(qū)域，對連通到的區(qū)域內的立管，若有對應調壓器的，分析該調壓器是否是選取的受影響調壓器，分別記錄對應受影響調壓器的立管和對應其它調壓器的立管，由系統(tǒng)規(guī)定一個參數(shù)(配置文件可調)，比較受影響調壓器對應的立管和所有調壓器對應立管(包括受影響調壓器對應和其它調壓器對應立管)的比率，若該比率大于系統(tǒng)參數(shù)，則該區(qū)域供氣受影響，否則該區(qū)域供氣不受影響。將受影響區(qū)域的管線和立管返回。

7 小結

從對立管編碼開始到到實現(xiàn)對立管數(shù)據(jù)的綜合應用，為理清立管基礎數(shù)據(jù)，進行信息化管理提供了前提條件，后期需要做的就是把這套思路和實現(xiàn)的系統(tǒng)功能真正應用到對立管的管理上。針對今后系統(tǒng)的投入使用，在研發(fā)的過程我們也考慮了兩種管理模式。一種是“站點管理模式”，即由各站點根據(jù)各自管轄區(qū)域內的直接錄入系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，但面對立管的海量數(shù)據(jù)，以及對于數(shù)據(jù)要達到的及時性、準確性、完整性要求，這種模式顯然不能適應。另一種是數(shù)據(jù)中心處理模式，即由數(shù)據(jù)中心做為信息輸入的一個統(tǒng)一窗口，對新數(shù)據(jù)進行輸入和管理，而站點主要負責對已存在的數(shù)據(jù)進行基礎信息和巡檢信息的輸入。與站點管理模式相比，這種模式的管理重心在上面，由數(shù)據(jù)中心負責監(jiān)督和推動。這種模式的特點是及時完成雙向數(shù)據(jù)交流，并實現(xiàn)監(jiān)管與運行分離，但具體的實施還有待實證。相信在今后的實際應用中，將會不斷地完善整個立管管理的流程及系統(tǒng)功能，從而進一步推進輸配對管網(wǎng)設施的信息化管理，提高管網(wǎng)的安全性。