南三油庫可視化信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張寶良，孫建剛，聶 凱

(1.大慶油田有限責(zé)任公司油田建設(shè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江大慶 163712;2.大連民族學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，遼寧大連 116605)

隨著中國石油化工工業(yè)的發(fā)展，石油儲運(yùn)工業(yè)發(fā)展也很快。早在2003年，我國就啟動了石油儲備體系建設(shè)，各地正在加緊構(gòu)建石油戰(zhàn)略和商業(yè)儲備網(wǎng)絡(luò)。油料具有易燃易爆、易揮發(fā)和流動性等特點(diǎn)，油庫在正常運(yùn)行過程中，一般不會存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，但是，如果管理不善，泄漏的大量油品在一定條件下會造成溢油、燃燒、爆炸等重大事故，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失，同時(shí)也可能給周圍的環(huán)境造成重大影響，并帶來不可估量的損失［1］。

由于油庫事故的特殊性主要是事故的危害面大、產(chǎn)生的災(zāi)害嚴(yán)重、政治及社會負(fù)面影響大，因此該系統(tǒng)的目的在于形成一套完善的基于GIS的石油儲庫信息系統(tǒng)，在事故發(fā)生初期對其進(jìn)行有效控制，根據(jù)火災(zāi)的嚴(yán)重情況進(jìn)行應(yīng)急決策，以達(dá)到快速地控制火災(zāi)，減少損失的目的。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對油庫火災(zāi)事故的可視化，通過ArcGIS的分析，生成相應(yīng)的預(yù)案，減少火災(zāi)對設(shè)施、環(huán)境、人員生命以及財(cái)產(chǎn)安全造成的危害，確保國家的能源安全。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維石油儲庫系統(tǒng)的顯示和空間數(shù)據(jù)分析功能等。三維儲庫信息系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)采用的是三層架構(gòu)［2］，如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 三維儲庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括了儲庫的相關(guān)信息、相對獨(dú)立的三維模型數(shù)據(jù)、儲庫的二維平面數(shù)據(jù)，如何存儲管理這些數(shù)據(jù)，這是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

屬性與空間數(shù)據(jù)分別存儲不同地方。在空間數(shù)據(jù)庫中，存儲包含空間地理對象的地理關(guān)鍵信息，物體位置，物體形狀等的相關(guān)信息，這些信息存儲于Arc GIS提供的數(shù)據(jù)庫中;在屬性數(shù)據(jù)中，主要存儲包含與空間數(shù)據(jù)庫中地理對象相關(guān)聯(lián)的屬性信息，以數(shù)據(jù)表形式保存在 SQL Server數(shù)據(jù)庫上。通過OID建立實(shí)時(shí)的關(guān)聯(lián)［3］，在三維儲庫系統(tǒng)中，系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候會自動的建立關(guān)聯(lián)，同樣在系統(tǒng)退出的時(shí)候會自動的斷開聯(lián)系［4］。

本系統(tǒng)采用空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分別存儲的數(shù)據(jù)庫組織形式。在SQL Server中建立對應(yīng)的屬性信息表，能充分的利用其關(guān)系數(shù)據(jù)庫對于數(shù)據(jù)組織的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)多種需要的對應(yīng)方式。屬性數(shù)據(jù)庫中包括儲罐相關(guān)信息，火災(zāi)火焰分析等相關(guān)的表。

三維儲庫系統(tǒng)將采用這種數(shù)據(jù)實(shí)體的模式，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行包裝存儲到數(shù)據(jù)表中，在表之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再通過業(yè)務(wù)邏輯層來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)庫中三維數(shù)據(jù)的不同性質(zhì)數(shù)據(jù)的物理存儲都是分開的，存儲在不同的位置，采用OID關(guān)聯(lián)的方式。

3 油庫信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

南三油庫信息系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)展示、系統(tǒng)查詢、三維場景控制、火災(zāi)數(shù)值與蒸氣云爆炸模型分析等功能模塊。

3.1 系統(tǒng)展示模塊的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)展示模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是二、三維模型的展示，以及三維模型相關(guān)屬性與信息的展示，如圖2，在這個(gè)模塊可以查詢南三油庫的場景模型，關(guān)于南三油庫的其他相關(guān)文字、圖片資料介紹，還可以通過右上角區(qū)域的鷹眼，根據(jù)三維場景的視角和位置變化，用矩形框迅速定位到所看到的三維區(qū)域在整個(gè)三維場景中的位置。

圖2 三維模型相關(guān)屬性與信息查詢界面

3.2 系統(tǒng)查詢模塊實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)查詢模塊主要包含按圖形和圖示要素查詢、按緩沖區(qū)查詢等查詢方法。①按圖形要素查詢:直接點(diǎn)擊圖層中圖形要素，顯示該要素的基本信息;②按屬性查詢:輸入要查詢的屬性信息，得到滿足該屬性的相關(guān)內(nèi)容，并顯示相應(yīng)圖形要素;③按條件查詢:包括單和多條件的查詢、復(fù)合條件的等查詢，根據(jù)用戶給定的條件給出結(jié)果;④按圖示查詢:包括圖示點(diǎn)查詢、圖示多邊形查詢等相關(guān)的內(nèi)容;⑤按緩沖區(qū)查詢:對點(diǎn)、線、區(qū)域緩沖范圍內(nèi)的信息進(jìn)行查詢。

在三維場景中選擇相應(yīng)的油罐，就可以得到選擇的油罐的具體信息，包括儲罐的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、使用年限、生產(chǎn)廠家等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由生產(chǎn)廠商提供。

按緩沖區(qū)分析，用鼠標(biāo)點(diǎn)選或是用已選好的要素，在輸入緩沖區(qū)距離，點(diǎn)擊生成緩沖區(qū)，然后可以分析出影響的油罐個(gè)數(shù)，并在此過程中可以對緩沖區(qū)的顏色進(jìn)行手工修改，其效果如圖3，同時(shí)可以設(shè)置緩沖區(qū)符號和邊框顏色。

圖3 緩沖區(qū)查詢

3.3 系統(tǒng)三維場景控制模塊實(shí)現(xiàn)

在本模塊中，包含對三維模型的所有基本操作，包括對場景的放大、縮小、平移等，還有對場景實(shí)現(xiàn)動畫創(chuàng)建、輸出等相關(guān)操作，還可以進(jìn)行其他高程操作。

3.4 火災(zāi)數(shù)值與蒸氣云爆炸模型分析模塊實(shí)現(xiàn)

圖4 火焰分析界面

(1)石油儲罐池火災(zāi)數(shù)值分析。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集到的風(fēng)速，通過專家給出的算法，計(jì)算得到火焰高度、風(fēng)向上直徑、火焰傾角、總輻射通量、火焰燃燒時(shí)間、火焰內(nèi)穩(wěn)定區(qū)域溫度、人員物體安全臨界距離，如果在界面中人員安全距離和物體安全距離是勾選的，則在三維儲庫中會動態(tài)展示其距離的緩沖區(qū)，如圖4。

(2)分析石油儲罐蒸氣云爆炸事故，它包括:火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級分析;人員和物體在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)安全距離動態(tài)顯示;石油儲罐池火災(zāi)數(shù)值分析;石油儲罐蒸氣云爆炸的模型研究與分析［5］，如圖5。

圖5 儲油罐蒸氣云爆炸傷害分析

根據(jù)石油油罐型號框中的油罐大小，系統(tǒng)會自動發(fā)送請求到數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同石油儲庫型號，在系統(tǒng)中可以看到根據(jù)燃燒值算法計(jì)算出的儲罐蒸氣云爆炸火球模型結(jié)果，包括火球直徑和火球持續(xù)時(shí)間;儲罐蒸氣云沖擊波對建筑物、人員造成的傷害;儲罐蒸氣云爆炸傷害——破壞半徑以及儲罐蒸氣云沖擊波，熱輻射對人員造成的傷害情況和財(cái)產(chǎn)損失對比。通過現(xiàn)場得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算得出的分析數(shù)值，在三維GIS圖中可以根據(jù)不同范圍將區(qū)域顯示出來，為事故信息管理者和決策者提供一種可視化的決策參考。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)以南三油庫為研究對象，利用ArcGIS的二次開發(fā)功能，在平臺下實(shí)現(xiàn)三維可視化，能夠直觀掌握油庫全方面的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，并在災(zāi)害發(fā)生時(shí)應(yīng)急方案的查詢等。

基于GIS的三維儲庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，雖然運(yùn)用了當(dāng)前先進(jìn)的AO組件技術(shù)，利用了目前最實(shí)用的GIS二次開發(fā)方法，但是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其其它相關(guān)三維可視化技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時(shí)需要在現(xiàn)有的研究成果上進(jìn)一步研究與相關(guān)領(lǐng)域的拓展。三維信息系統(tǒng)伴隨著技術(shù)的發(fā)展，需逐漸的網(wǎng)絡(luò)化，這樣就要對模型數(shù)據(jù)的管理，模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)有更高的要求，新的建模與開發(fā)技術(shù)也要進(jìn)一步研究發(fā)展，使之能夠處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

［1］范繼義.油庫1050例安全事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析［J］.石油庫與加油站，2003，12(6):19－21.

［2］高揚(yáng).基于.NET平臺的三層架構(gòu)軟件框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011，21(2):78 －80.

［3］吳東亞.對象標(biāo)示符(OID)技術(shù)和應(yīng)用分析［J］.標(biāo)準(zhǔn)化研究，2010(8):66－68.

［4］俞志堅(jiān).地理信息關(guān)聯(lián)性研究(下)［J］.地球信息.1997(2):29－32.

［5］苑靜，宋文華，張茹，等.原油儲罐池火災(zāi)狀態(tài)下消防救援安全距離的研究［J］.2009，28(2):124 －126.

(責(zé)任編輯 劉敏)