長輸管線管理信息系統(tǒng)的功能與特點*

潘寶玉，劉 嘉，馮 堯

(山東省地質(zhì)測繪院，山東濟南 250002)

長輸管線管理信息系統(tǒng)的功能與特點*

潘寶玉，劉 嘉，馮 堯

(山東省地質(zhì)測繪院，山東濟南 250002)

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展和計算機技術(shù)的不斷進步，石化行業(yè)的信息化水平已經(jīng)成為衡量其現(xiàn)代化程度乃至投資環(huán)境的重要標(biāo)準(zhǔn)，油氣長輸管線作為油田油氣輸送的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其數(shù)字化管理是石化行業(yè)信息化建設(shè)的重要標(biāo)志之一。結(jié)合工程實例，介紹長輸管線管理信息系統(tǒng)的設(shè)計原則、主要功能及系統(tǒng)特點，對石化行業(yè)長輸管線及其他行業(yè)地下管線的設(shè)計、建設(shè)、運行及管理，具有重要的參考意義。

油田油氣;長輸管線;輸油管道;地下管線;信息系統(tǒng)

0 引言

輸油管線是國家基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是現(xiàn)代化城市高質(zhì)量、高效率運轉(zhuǎn)的基本保證，被稱為城市的“生命線”。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和計算機技術(shù)的不斷進步，石化行業(yè)的信息化水平已經(jīng)成為衡量其現(xiàn)代化程度乃至投資環(huán)境的重要標(biāo)準(zhǔn)，油氣長輸管線作為油田油氣輸送的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其數(shù)字化管理是石化行業(yè)信息化建設(shè)的重要標(biāo)志之一。為滿足長輸管線日常管理的需要，準(zhǔn)確掌握既有管線和新增、改建輸油管線的變化情況，建立科學(xué)、準(zhǔn)確、完整、動態(tài)的長輸管線管理信息系統(tǒng)勢在必行。近年來，筆者結(jié)合中石化管道儲運分公司部分工程，在長輸管線管理信息系統(tǒng)建設(shè)方面進行了有益的探索。本文結(jié)合工程實例，介紹長輸管線管理信息系統(tǒng)的設(shè)計原則、主要功能及系統(tǒng)特點，希望能對長輸管線設(shè)計、建設(shè)、運行及管理有所裨益。

1 系統(tǒng)設(shè)計原則

為了保證長輸管線管理信息系統(tǒng)的安全、可靠運行，便于系統(tǒng)操作、升級和數(shù)據(jù)的維護、更新，系統(tǒng)設(shè)計遵循以下原則:

1)可靠性。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們對信息技術(shù)的依賴程度越來越高，然而系統(tǒng)一旦失效所造成的危害和影響也就越大[1]。因此，為了保證系統(tǒng)長期安全運行，系統(tǒng)中的硬件、軟件及信息資源必須滿足可靠性設(shè)計要求。

2)先進性。系統(tǒng)遵循最佳性價比的原則，盡可能采用國內(nèi)外先進的計算機技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使系統(tǒng)性能達(dá)到國際先進水平，既要滿足當(dāng)前應(yīng)用需求，也要使整個系統(tǒng)在一定時期內(nèi)保持技術(shù)上的先進性，以適應(yīng)未來應(yīng)用的發(fā)展和技術(shù)升級的需要。

3)實用性。系統(tǒng)設(shè)計面向最終用戶，充分考慮政府及社會的現(xiàn)實需要以及企業(yè)管理的體制、模式、業(yè)務(wù)流程及人員結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，保證易操作、易理解、易控制[2];人機交互界面統(tǒng)一、友好，指令簡單、準(zhǔn)確、無異議;系統(tǒng)所出現(xiàn)的問題能夠及時預(yù)報并迅速解決。

4)安全性。系統(tǒng)具有切實可行的安全保護和保密措施。對計算機犯罪和病毒具有強有力的防范能力，保證數(shù)據(jù)傳輸可靠，防止數(shù)據(jù)丟失和被破壞，確保數(shù)據(jù)永久安全。

5)擴展性。系統(tǒng)的軟硬件具有擴充升級的余地，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)及計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和需求的不斷變化，使系統(tǒng)中的信息資源具有長期維護和使用能力[3]。同時提供二次開發(fā)接口，系統(tǒng)管理員能及時改善系統(tǒng)的功能。

6)開放性。系統(tǒng)可能要涉及多種數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)處理能力、數(shù)據(jù)存儲容量等方面具有良好的互操作性，對于今后其他專業(yè)系統(tǒng)提供雙向數(shù)據(jù)接口支持。

7)標(biāo)準(zhǔn)性。系統(tǒng)采用的信息分類編碼、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)等，嚴(yán)格執(zhí)行國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 地圖管理

為了滿足輸油管線管理需要，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不但包含中石化管道儲運分公司所屬的天津、滄州、聊城、魯寧、南京、武漢等輸油處近7 000 km的1∶10 000比例尺輸油線路帶狀地形圖、1∶500比例尺全程管線縱斷面圖及輸油管線經(jīng)過城區(qū)的1∶500、1∶1 000、1∶2 000比例尺帶狀地形圖、1∶500比例尺輸油站場地形圖，并且錄入了所制作的山東省政區(qū)圖、地形圖、水系圖、地震圖、土壤圖及輸油線路正射影像圖等各類專用地圖。因此，地圖管理功能為用戶提供了多種視圖瀏覽方式，主要包括窗口更新、復(fù)位、放大、縮小、移動、全屏顯示等，同時具備地圖輸入、編輯、修改、存儲、查詢、輸出及距離、面積量算等功能。系統(tǒng)地圖管理界面，見圖1。

圖1 系統(tǒng)地圖管理界面Fig.1 System's map management interface

2.2 屬性管理

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不僅存放了海量的圖形數(shù)據(jù)，而且錄入了大量的多年來各輸油處日常管理所積累的輸油管線屬性數(shù)據(jù)，包括輸油站/場、閥室、穿/跨越、彎頭、絕緣法蘭、陰極保護站等相關(guān)的屬性。在系統(tǒng)建設(shè)時，已將管道圖形和屬性進行了聯(lián)動設(shè)置，以方便管道屬性的查詢和統(tǒng)計分析等。

2.2.1 圖數(shù)、屬性查詢

通過查詢圖形或者屬性可以雙向查詢到與之對應(yīng)的屬性或者圖形、數(shù)據(jù)信息，并且對查詢到的結(jié)果進行定位和高亮顯示。

2.2.2 統(tǒng)計分析

用戶可以按照指定的任意條件對輸油站/場、管道(材質(zhì)、管徑等)、閥室、穿/跨越、固定裝置等屬性進行統(tǒng)計，其統(tǒng)計結(jié)果可以直方圖、餅圖及表格等形式保存或輸出。

2.2.3 報表輸出

系統(tǒng)可以按照輸油管道日常管理的需要，以文字、表格、統(tǒng)計圖等多種方式生成管線數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，支持將查詢結(jié)果、統(tǒng)計報表、分析結(jié)果導(dǎo)出為Excel表格和TXT文本。

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)的輸入輸出交換接口提供將AutoCAD的DXF文件、ArcInfo文件的公開格式、標(biāo)準(zhǔn)格式、E00格式及DLG文件轉(zhuǎn)換成本系統(tǒng)內(nèi)部矢量文件格式的能力，以及反向轉(zhuǎn)換的能力，可實現(xiàn)不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)文件的交換，從而達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。

2.4 三維展示

為了讓用戶更加清晰、全面地了解地下管線分布情況，方便管道維護管理，系統(tǒng)支持地表、地下同時三維可視化顯示，用戶可以在任意范圍內(nèi)選擇管道來生成管道的三維立體圖，能夠在該視圖中從不同的角度瀏覽、查詢管道及地上建筑之間的空間關(guān)系。

2.5 專業(yè)分析

2.5.1 縱橫剖面分析

調(diào)用系統(tǒng)縱(橫)剖面分析功能，選擇連續(xù)的管線段(或橫剖面點)，系統(tǒng)將根據(jù)管道相關(guān)的地理信息以及地形圖數(shù)據(jù)，自動生成這些管線段的縱(橫)斷面圖。圖中標(biāo)示的主要信息有:各管道的標(biāo)高、管徑、坡度、埋深以及地面標(biāo)高、平面距離、與之相交的管線等。用戶可根據(jù)自己的需要選擇觀察和分析任意位置和任意方向的管道縱(橫)斷面。

2.5.2 區(qū)域碰撞檢測

系統(tǒng)根據(jù)國家和地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對管道間水平凈距、埋深等數(shù)據(jù)自定義規(guī)則庫。系統(tǒng)根據(jù)管道的管徑、三維數(shù)據(jù)對照規(guī)則庫中標(biāo)準(zhǔn)自動對管線間的距離進行檢查，檢測其是否發(fā)生碰撞，并對碰撞結(jié)果定位輸出;同時也可檢測管道的埋深(覆土深度)是否符合規(guī)范要求，以便提交各專業(yè)單位進行現(xiàn)場核實維護。

2.5.3 爆管分析

突發(fā)爆管或發(fā)生其他事故時，系統(tǒng)能夠根據(jù)管道分布情況以及閥室位置，進行多級關(guān)閥處理，找到相應(yīng)的用戶和需要關(guān)閉的閥室，同時能夠搜索出其它相關(guān)管線設(shè)備并打印輸出[4]。發(fā)生火警時，系統(tǒng)能夠根據(jù)火警的具體地點尋找最近的消防栓，方便消防人員進行事故處理。

2.5.4 管道老化檢測及預(yù)警

在系統(tǒng)啟動時，同時開啟管道老化檢測功能，根據(jù)管線的使用年限和維修次數(shù)，檢查出老化的管道，并將其輸出到數(shù)據(jù)列表窗口中。當(dāng)發(fā)現(xiàn)超過年限使用的管道或者維修次數(shù)過多的管道時，系統(tǒng)將進行預(yù)警，并將其超警戒的管道列表顯示。

2.5.5 拆遷分析

系統(tǒng)支持點緩沖、線緩沖、區(qū)緩沖分析功能。用戶通過選定道路或具體地物(包括管線、管點設(shè)施)，設(shè)置緩沖半徑及級別，可以對選定區(qū)域建立多級緩沖分析。根據(jù)規(guī)劃紅線可得出需要拆遷的建筑物，并可以根據(jù)設(shè)定參數(shù)計算出拆遷補償價格等。

2.6 數(shù)據(jù)離線更新

為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，系統(tǒng)提供多用戶離線更新功能。為確保數(shù)據(jù)安全可靠，系統(tǒng)通過創(chuàng)建角色來賦予不同角色的操作權(quán)限。數(shù)據(jù)錄入人員對數(shù)據(jù)的操作基本上都是基于本地完成的，其數(shù)據(jù)修改并不直接作用于數(shù)據(jù)庫;當(dāng)更新數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)審核人員檢查無誤后，再將數(shù)據(jù)回帖到數(shù)據(jù)庫中，以確保數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。

2.7 歷史數(shù)據(jù)管理

為了防止對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的非法操作，除了數(shù)據(jù)備份以外，系統(tǒng)對所有登錄者進行的任何對管道的修改都將產(chǎn)生日志記錄，該記錄包含修改內(nèi)容、操作人、操作時間、修改的實體號等信息，并提供便利的操作日志查詢工具，以便監(jiān)控和修復(fù)數(shù)據(jù)[5]。

2.8 權(quán)限控制

為了防止對數(shù)據(jù)的非法訪問，系統(tǒng)除了利用操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫自身的權(quán)限控制之外，自身也提供了對使用者操作權(quán)限的控制機制。系統(tǒng)管理員可以從用戶名和用戶密碼增加與刪除、角色分配與角色操作權(quán)限設(shè)置、部門登錄權(quán)限分配、在實際工作中承擔(dān)的工作內(nèi)容分配、所負(fù)責(zé)的工作區(qū)域劃分等方面來控制使用者權(quán)限。

2.9 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

系統(tǒng)可以對客戶端登錄人員進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，實時顯示在線人員的操作板塊，如發(fā)現(xiàn)非法操作，可以對其進行刪除操作，以此來避免數(shù)據(jù)的損壞和丟失。同樣，對于擁有操作權(quán)限用戶的誤操作，系統(tǒng)也進行記錄，據(jù)此可及時找到相關(guān)責(zé)任人進行數(shù)據(jù)修正。

2.10 數(shù)據(jù)庫配置管理

系統(tǒng)可以通過ODBC數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)庫進行高速直接連接，方便用戶對系統(tǒng)配置管理。同時，為了避免災(zāi)難事故的發(fā)生，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫進行定期備份。在數(shù)據(jù)恢復(fù)時只需恢復(fù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)即可把系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)恢復(fù)。

2.11 Web信息發(fā)布

用戶在任何地點任一臺電腦上，不需要安裝系統(tǒng)客戶端，通過IE瀏覽器就可以根據(jù)不同的權(quán)限登錄系統(tǒng)進行操作，非常方便用戶異地管理。長輸管線管理信息系統(tǒng)的主要功能，見圖2。

圖2 長輸管線管理信息系統(tǒng)的主要功能Fig.2 Main functions of long transport pipeline information system

3 系統(tǒng)特點

3.1 高度可定制的系統(tǒng)功能集成

用戶可根據(jù)實際工作需要，在系統(tǒng)的功能倉庫中任意選擇幾個功能項進行組合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、功能的集成設(shè)計與管理。同時，能夠?qū)⑵渌脩糸_發(fā)的工具條、菜單、數(shù)據(jù)管理目錄樹等資源通過簡單的導(dǎo)入操作移植到該系統(tǒng)中來。

3.2 海量空間數(shù)據(jù)管理

采用分布式跨平臺的多層體系機構(gòu)，使用版本與增量相結(jié)合的時空數(shù)據(jù)管理模型，通過GDB企業(yè)管理器、MapGIS編輯器、數(shù)據(jù)分析與處理系統(tǒng)、遙感處理平臺系統(tǒng)、MapGIS－IMS系統(tǒng)等實現(xiàn)矢量、柵格、影像、三維四位一體的海量數(shù)據(jù)存儲、編輯

與管理。

3.3 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成管理

系統(tǒng)以統(tǒng)一的方式集成管理二、三維空間信息、文檔信息、元數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)三庫(高程庫、影像庫和矢量庫)的統(tǒng)一顯示[5]，并提供3種數(shù)據(jù)配置模式(直接驅(qū)動式、定態(tài)配置式、擴展驅(qū)動式);能夠?qū)崿F(xiàn)包括照片、遙感影像、DEM數(shù)據(jù)、DOM數(shù)據(jù)、DRG數(shù)據(jù)等的集成管理;可實現(xiàn)由DRG數(shù)據(jù)提取矢量數(shù)據(jù)，并能方便地實現(xiàn)不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的相互轉(zhuǎn)換。

3.4 強大的二次開發(fā)能力

系統(tǒng)以MapGIS K9為開發(fā)平臺，在傳統(tǒng)的C/C++API開發(fā)庫的基礎(chǔ)上，提供了數(shù)據(jù)中心集成二次開發(fā)、基于數(shù)據(jù)中心的組件式開發(fā)、WebGIS開發(fā)能力等，采用功能強大的編程語言，結(jié)合靈活多變的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，全面支持SOA(面向服務(wù)架構(gòu))開發(fā)模式。這樣，在整個二次開發(fā)過程中，用戶只需掌握平臺的接口、客戶端功能腳本以及Web開發(fā)的基本知識，而不需涉及平臺底層的具體實現(xiàn)，就可以化繁為簡、化難為易，快速搭建所需的應(yīng)用系統(tǒng)。

3.5 面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的三維可視化

在MapGIS內(nèi)核模塊基礎(chǔ)上，采用先進的三維空間數(shù)據(jù)模型、三維可視化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及框架加插件的軟件體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)了多通道虛擬仿真顯示驅(qū)動，滿足虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中多通道立體投影場景同步顯示的需要。同時，通過三維空間數(shù)據(jù)引擎G3D SDE，支持基于文件的本地化存儲和基于大型數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)化存儲，支持OPENGL和DIRECT 3D三維渲染引擎，有效地增強了輸油管道及相關(guān)地物的三維可視化效果，實現(xiàn)了三維空間數(shù)據(jù)的高效管理。

3.6 智能高效的遙感影像處理

系統(tǒng)提供海量影像數(shù)據(jù)的鑲嵌融合、柵矢轉(zhuǎn)換、幾何校正、快速瀏覽、查詢和裁剪等影像處理輔助工具以及多種遙感影像分析功能，可對航空影像以及IKONOS、QuickBird等高分辨率衛(wèi)星影像在內(nèi)的多種遙感數(shù)據(jù)進行全數(shù)字化處理，支持立體觀測并配有多種比例尺標(biāo)準(zhǔn)符號庫，能直接從數(shù)字影像中獲取測繪信息，可快速實現(xiàn)基于遙感影像信息的空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

3.7 兼容/支持多種數(shù)據(jù)格式和操作系統(tǒng)

系統(tǒng)采用面向服務(wù)體系架構(gòu)(SOA)，支持B/S結(jié)構(gòu)的 GIS應(yīng)用系統(tǒng)和服務(wù)器端的二次開發(fā)及功能擴展;支持 IBM AIX、HP －UX、IBM AIX、SUN Sloaris、SGI IRIX、Linux、MS Windows 等操作系統(tǒng)及Oracle、Sybase、DB2、SQL Server等關(guān)系數(shù)據(jù)庫。同時，具有多源空間數(shù)據(jù)無縫集成能力，可直接讀入或轉(zhuǎn)出 SDB、DWG、DGN、Tab、E00、MIF、VCT 等格式數(shù)據(jù)，并支持多種數(shù)據(jù)庫格式，包括:MapInfo 文件(* .mif)、ArcInfo 文件(* .e00)、Arc-View Shape文件(*.shp)、MapGIS文件(*.WT;*.WL;*.WP;* .WN)、SuperMap SML 文件(* .sml)等。

4 結(jié)束語

在中石化長輸管線管理信息系統(tǒng)的建立過程中，不但實地測繪了管線沿線1∶10 000比例尺帶狀地形圖、1∶500比例尺管道縱斷面圖及輸油站場地形圖等，而且施測了沿線的中線、三樁、公里樁、標(biāo)志樁、檢測樁、穿/跨越、閥室等附屬設(shè)施，還錄入了大量的輸油管線屬性數(shù)據(jù)。同時結(jié)合長輸管線管理工作實際，在通用GIS平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)了輸油管道管理的功能模塊，兼容/支持多種數(shù)據(jù)格式和操作系統(tǒng)，能夠快速、真實、準(zhǔn)確地查詢、統(tǒng)計地下管線信息，可方便地實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)維護與更新、專業(yè)分析及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管，為長輸管線的日常管理、規(guī)劃設(shè)計、事故搶修等提供了全面、準(zhǔn)確、現(xiàn)勢性強的基礎(chǔ)資料。該系統(tǒng)自2011年投入使用以來，在中石化管道儲運分公司輸油管線日常管理工作中發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟和社會效益。該系統(tǒng)建設(shè)的成功經(jīng)驗，對于石化行業(yè)長輸管線及其他行業(yè)地下管線的設(shè)計、建設(shè)、運行及管理，也具有重要的參考和推廣意義。

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Function and Characters of Long Transport Pipeline Information Management System

PAN Bao-yu，LIU Jia，F(xiàn)ENG Yao
(Shandong Institute of Surveying and Mapping of Geology，Jinan Shandong 250002，China)

Along with the instant development of the domestic economy and without intermission progress of computer technology，information-based level of the petrifaction industry has become to measure the important standard of the uptodateness and or even investment environment，long transport of oil-gas is an important base device，its digitalization management is one of the important signs of the petrifaction.This paper introduces the system's design principle，the main functions and characters.There is reference sense for the design，construction，running and management of the petrifaction industry long transport pipeline and other braches of trade of underground pipeline.

oil and gas of oilfield;long transport pipeline;pipe laying;underground pipeline;information system

P 208

A

1007－9394(2012)03－0001－03

2012－06－29

潘寶玉(1957～)，男，山東曹縣人，正高級工程師，國家注冊測繪師，現(xiàn)主要從事3S技術(shù)應(yīng)用研究及測繪技術(shù)管理方面的工作。