基于GIS的金陵石化廠際管網(wǎng)管理系統(tǒng)

金陵石化信息中心 劉致遠(yuǎn)

1.研制背景

金陵石化公司成立于20世紀(jì)80年代初，是隸屬于中國石化股份公司的國家特大型石化企業(yè)，所屬5家工廠分布在方圓20公里的區(qū)域內(nèi)。區(qū)域內(nèi)管線種類繁多、空間分布縱橫交錯(cuò)。由于時(shí)間跨度長(zhǎng)、人員變換更迭、改建擴(kuò)建、管理不善等原因，管線資料散失不全，在各類改、擴(kuò)建施工中容易造成挖斷地下管線的安全事故，對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)造成威脅，有時(shí)甚至造成人員的傷亡。例如2010年7月28日，原南京塑料四廠拆遷工地，因野蠻施工挖斷地下丙烯管線造成重大人員傷亡的惡性事故。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，金陵石化公司積累了大量的管線數(shù)據(jù)。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)又分散在不同部門的專業(yè)人員手里。在使用過程中，這些數(shù)據(jù)還存在如下問題：(1)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。有些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在excel表中，有些存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，有些是CAD文件，有些空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)采用南煉坐標(biāo)，有些采用南京58坐標(biāo)，這就造成了在使用過程中的諸多不便；(2)存儲(chǔ)方式多樣。有些是紙質(zhì)的，有些是電子的；(3)由于文件眾多，已經(jīng)更新的數(shù)據(jù)，在文件中未能同步更新，導(dǎo)致時(shí)效性差，準(zhǔn)確度較低[1]。

因此企業(yè)亟需把這些分散的、多種數(shù)據(jù)格式的大量數(shù)據(jù)管理起來。利用GIS技術(shù)能夠很好地解決這個(gè)難題，管理、利用好這些數(shù)據(jù)來為企業(yè)的生產(chǎn)服務(wù)。它不僅能夠很好地管理數(shù)據(jù)，進(jìn)行直觀的可視化表達(dá)，還可以為管理者提供決策支持。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新興技術(shù)，在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，它可以對(duì)空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行各種處理、對(duì)數(shù)據(jù)的有效管理、研究各種空間實(shí)體及相互關(guān)系。通過對(duì)多因素的綜合分析，它可以迅速地獲取滿足應(yīng)用需要的信息，并能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果[2]。

2.1 需求分析

石化企業(yè)管道的特殊性要求管道操作員以更加有效可靠的方式來操作，能全面準(zhǔn)確地掌握管道的地理分布，以便在發(fā)生緊急情況時(shí)具備很好的應(yīng)變能力。GIS技術(shù)組織和管理這些管道數(shù)據(jù)。并利用獨(dú)有的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)分析功能，進(jìn)行管道網(wǎng)絡(luò)分析、追蹤分析、迅速制定關(guān)閥門方案等，提高管理能力[3]。

石化企業(yè)的管道與市政管線或其他行業(yè)廠區(qū)管線相比，具有其特有的性質(zhì)：

1）管線種類繁多，特性各異。石化的物料管道按照用途可分為蒸汽、氦氣、氨氣、汽油、重油、火炬氣、乙烯等70余種，有的還有伴熱管和覆蓋層。系統(tǒng)必須將各類型的管道放置在不同的數(shù)據(jù)層，并且針對(duì)不同數(shù)據(jù)層的特點(diǎn)和要求提供不同處理和分析模式；

2）管線多在地面以上的周邊架設(shè)了各類支撐結(jié)構(gòu)。石化企業(yè)的物料管道一般都在空中架設(shè)，離地面5m以上，沿線必須由管架、弦、橫梁、斜撐等共同伴隨支撐。管道支撐結(jié)構(gòu)是石化企業(yè)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也是進(jìn)行管道設(shè)計(jì)施工時(shí)要重點(diǎn)考慮的因素，所以要準(zhǔn)確完整地管理管網(wǎng)，必須將復(fù)雜的支撐結(jié)構(gòu)作為重要的數(shù)據(jù)加以管理；

3）管線重疊覆蓋、纏繞交錯(cuò)，空間關(guān)系復(fù)雜。支撐管道的管架一般分成2-5層，在管架上架設(shè)的管道也是分層的，在某一個(gè)層次上，不同類型的管道并列排布，從俯視的角度來看，管道的平面圖是重疊的，很多管道并不是始終處在一層，而是上下轉(zhuǎn)折.在層間起伏，有的管道中途轉(zhuǎn)向，從而形成管道復(fù)雜的纏繞。這種狀況要求管線管理系統(tǒng)有很強(qiáng)的三維處理能力，能有效地區(qū)分平面上重疊、高程不同的管道，能在任意地點(diǎn)自動(dòng)生成斷面圖，以體現(xiàn)管道在管架上的實(shí)際情況，能以虛擬現(xiàn)實(shí)的方法生成三維虛擬漫游場(chǎng)景；

4）管道相關(guān)資料紛繁復(fù)雜。管線的資料庫包括管線卡片、價(jià)值增減記錄、焊接施工記錄、管線運(yùn)行檢修數(shù)據(jù)庫、檢測(cè)記錄、事故記錄、缺陷登記、竣工資料數(shù)據(jù)庫等。一條管線與這些資料庫中記錄的對(duì)應(yīng)關(guān)系有時(shí)是一對(duì)一，但大多時(shí)候是一對(duì)多。例如，一條管線只有一張卡片，但可能會(huì)有多個(gè)事故記錄、多個(gè)檢測(cè)記錄等。管線管理系統(tǒng)必須有效地建立管線和各類資料庫間的聯(lián)系，可以自由查詢檢索某一管線在各個(gè)資料庫中的記錄數(shù)據(jù)，并能添加資料庫記錄。另外，管線還有相關(guān)的圖片、聲像、文字資料需要管理，例如，管線事故處理預(yù)案就是以word文檔的形式存放的；

5）管道實(shí)時(shí)性、安全性要求高。如果管道的運(yùn)行狀態(tài)不正常，會(huì)直接影響石化企業(yè)的生產(chǎn)而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失；另外，不少管道內(nèi)容物是易燃、易爆或劇毒物品，一旦發(fā)生爆管或泄露，將造成嚴(yán)重的后果。因此石化企業(yè)普遍重視管道安全，建立了實(shí)時(shí)的測(cè)壓、測(cè)溫、測(cè)流系統(tǒng)及管道安全評(píng)估體系，并針對(duì)不同的管道訂立了事故處理預(yù)案。管線管理系統(tǒng)必須提供與實(shí)時(shí)系統(tǒng)和安全評(píng)估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。接收處理相關(guān)數(shù)據(jù)，提供預(yù)警機(jī)制，并且在事故發(fā)生時(shí)能迅速提供準(zhǔn)確的處理預(yù)案，便于應(yīng)急事故處理。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須充分研究這些特點(diǎn)并提供相應(yīng)的方案[4]，才能使系統(tǒng)真正滿足企業(yè)需求，為企業(yè)提供快速、可靠的信息服務(wù)。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)的架構(gòu)

地理信息系統(tǒng)中的關(guān)鍵是總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括地圖數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的界面、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理設(shè)計(jì)，以及數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)等。金陵石化廠際管網(wǎng)GIS采用的是美國ESRI公司的GIS產(chǎn)品ArcGIS作為基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，采用Oracle作為數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)。系統(tǒng)在功能上主要包括系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能、業(yè)務(wù)應(yīng)用擴(kuò)展功能和與其他系統(tǒng)的接口功能三大功能。系統(tǒng)在邏輯上分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層四個(gè)層次。

2.2.1 系統(tǒng)使用環(huán)境

系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境：Microsoft Visual Studio 2010中的C#.NET，DELPHI 7.0，VC6.0，ArcGIS Engine；地圖訪問采用軟件：ArcSDE服務(wù)軟件；數(shù)據(jù)庫采用平臺(tái)：ORACLE 11g；圖形數(shù)據(jù)采集使用軟件：ArcGIS，AutoCAD。

2.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

基于對(duì)系統(tǒng)圖形表現(xiàn)能力以及數(shù)據(jù)處理速度方面的考慮，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，采用了客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server即C/S）模式的體系結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

系統(tǒng)的基本框架如圖2所示。

3.實(shí)現(xiàn)功能

根據(jù)業(yè)務(wù)需求，結(jié)合系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)劃分了多個(gè)功能模塊，各個(gè)功能模塊由數(shù)個(gè)子功能組成(見圖3)，下面分別敘述各個(gè)模塊的詳細(xì)功能：

1)基本地圖操作功能：圖形放大、縮小、全圖、刷新、定位等基本圖形功能，圖數(shù)結(jié)合的查詢功能；

2)檢索與查詢：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索和分析，包括空間查詢，屬性查詢，復(fù)合條件查詢和圖形與屬性信息的雙向互查；

3)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和專題圖：如管線卡片、管線路由、某種特殊地類或地物的專題圖、設(shè)施的分類統(tǒng)計(jì)、任意屬性組合的專題地圖制作等；

4)輸出：包括圖形輸出、文檔資料輸出、各類專題地圖輸出等；

5)系統(tǒng)管理：系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)系統(tǒng)管理員，由系統(tǒng)管理員對(duì)能使用本系統(tǒng)的用戶進(jìn)行管理控制。只有通過了系統(tǒng)驗(yàn)證的用戶才可以進(jìn)入系統(tǒng)，一般用戶沒有增加刪除文件和修改數(shù)據(jù)庫的權(quán)力，對(duì)于每一個(gè)用戶，系統(tǒng)細(xì)致化地規(guī)定其對(duì)數(shù)據(jù)庫的使用權(quán)力，系統(tǒng)管理員必須為使用人員規(guī)定使用權(quán)限；

6)數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理：系統(tǒng)能接收測(cè)繪數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙、屬性表格等基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，特別注意對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查和錯(cuò)漏的處理；

7)數(shù)據(jù)入庫：將接受到的數(shù)據(jù)，如測(cè)繪數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙、電子表格、其它格式的電子地圖、數(shù)據(jù)等經(jīng)接口軟件處理后進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中；

8)數(shù)據(jù)更新與維護(hù)：主要分為版本管理、圖形編輯、歷史數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)更新升級(jí)、數(shù)據(jù)添加等內(nèi)容；

9)影像、矢量數(shù)據(jù)的疊加顯示：對(duì)遙感影像、矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并在系統(tǒng)通過疊加（影像圖層在底部、矢量圖層在上部）的方式將兩者顯示；

10)三維展示：在三維中，反映真實(shí)的地形地貌，以及廠際管網(wǎng)及周邊附屬設(shè)備。對(duì)管線設(shè)備、道路等對(duì)象進(jìn)行屬性查詢及快速定位。查看管線卡片、橫斷面圖、縱斷面圖。按管架線路可設(shè)定自動(dòng)飛行路線，并可與二維進(jìn)行地圖的聯(lián)動(dòng)顯示；

11)專業(yè)分析功能：提供高級(jí)的分析功能，包括：橫斷面圖、縱斷面圖、巡檢管理、系統(tǒng)圖管理、視頻監(jiān)控、儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)工藝管網(wǎng)的專業(yè)化信息管理，為金陵石化的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)等部門提供快速、可靠的信息服務(wù)。在一定程度上提升了本系統(tǒng)的專業(yè)應(yīng)用檔次。

圖2 系統(tǒng)的基本框架

圖3 系統(tǒng)的功能模塊

圖4 圖形的分層管理

圖5 系統(tǒng)地圖數(shù)據(jù)處理流程

圖6 系統(tǒng)二維的圖層配準(zhǔn)

圖7 系統(tǒng)三維展示

4.技術(shù)特點(diǎn)

4.1 用戶界面友好

用戶界面是信息系統(tǒng)的門面，界面的友好對(duì)應(yīng)用程序的正確使用起著十分重要的作用。友好的用戶界面應(yīng)該清晰明了、在不同的應(yīng)用之間保持一致、充分利用桌面隱喻，才能將有效的操作提供給用戶。本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)潔、大方的界面，完成系統(tǒng)功能的集成，方便工作人員完成系統(tǒng)的各項(xiàng)操作。

4.2 靈活、穩(wěn)定、安全的用戶管理系統(tǒng)

由于系統(tǒng)所涉及的對(duì)象較多，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定安全性，系統(tǒng)提供了較為方便的用戶管理功能，將所有的用戶按照一定的規(guī)律進(jìn)行分類，提供靈活的用戶權(quán)限設(shè)置功能，方便了系統(tǒng)管理員工作。

4.3 設(shè)備的綜合查詢

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，采用客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server即C/S）結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)體系，提供各類設(shè)備的綜合信息查詢功能。

4.4 圖層靈活控制

對(duì)所有的圖形進(jìn)行分專業(yè)和分層的管理，用戶可靈活控制各類設(shè)備圖形的可見與否，見圖4。

在此基礎(chǔ)上確定本系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)處理流程見圖5。

4.5 影像與矢量圖層的配準(zhǔn)

確定坐標(biāo)系統(tǒng)后，將金陵石化的遙感影像與矢量圖層進(jìn)行配準(zhǔn)后，在二維中進(jìn)行疊加顯示。如圖6所示。

4.6 三維地形、場(chǎng)景

在三維中反映了真實(shí)的金陵石化地形地貌，以及廠際管網(wǎng)、設(shè)備的地理位置。另外，通過疊加三維模型（建筑、儲(chǔ)罐），使得整個(gè)系統(tǒng)更加生動(dòng)形象。如圖7所示。

4.7 逐步完善了金陵石化GIS的數(shù)據(jù)庫

本系統(tǒng)采用分步實(shí)施的步驟進(jìn)行，完成了金陵石化的廠際管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，為最終使系統(tǒng)涵蓋金陵石化所有區(qū)域范圍的數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。

4.8 海量數(shù)據(jù)的有效管理

數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)規(guī)范化與數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)庫建設(shè)，以數(shù)據(jù)及信息的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化為核心，開發(fā)了基于GIS用戶數(shù)據(jù)流的專業(yè)數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)加載工具，為各子系統(tǒng)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)及信息的產(chǎn)生和存儲(chǔ)提供規(guī)范化的操作，確保數(shù)據(jù)及信息的可靠性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

通過共享式的數(shù)據(jù)管理模式，將二維系統(tǒng)、三維系統(tǒng)各專業(yè)或業(yè)務(wù)板塊方式組織的數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行集成和管理，可對(duì)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行擴(kuò)充、對(duì)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行集成，并按照各專業(yè)或業(yè)務(wù)板塊原有的數(shù)據(jù)應(yīng)用風(fēng)格組織數(shù)據(jù)應(yīng)用功能。采用應(yīng)用集成技術(shù)，利用系統(tǒng)提供的應(yīng)用程序集成接口，集成各子系統(tǒng)的應(yīng)用程序，為用戶提供統(tǒng)一的安全認(rèn)證接口，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)平臺(tái)上各個(gè)子系統(tǒng)的安全訪問應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源對(duì)用戶的透明化，大大提高了共享數(shù)據(jù)資源的能力。

5.結(jié)束語

《金陵石化廠際管網(wǎng)綜合信息管理系統(tǒng)》實(shí)施后，極大的提高了金陵石化廠際管網(wǎng)的管理水平。形成了完備的電子資料庫，同時(shí)，統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)庫，為各專業(yè)、各部門的管理提供了可靠的、唯一的、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隨著系統(tǒng)應(yīng)用層面的不斷擴(kuò)大，各專業(yè)部門的信息不能及時(shí)共享的問題得到了很大的改善。

[1]崔倫輝,張萬昌,徐士進(jìn).江蘇油田地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程,2008(20).

[2]楊斌.基于ArcGIS平臺(tái)的油田GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)學(xué)石油和化工,2007(3).

[3]陳子恒.企業(yè)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用[J].軟件世界,1996(8).

[4]賈文鋒.地下管線管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息,2004(4).