三維天然氣管道安全巡查系統(tǒng)研究與應(yīng)用

任世霞 侯岳

摘 要：本研究充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和地理信息技術(shù)，將地下天然氣管道通過三維精細(xì)建模在三維平臺中展現(xiàn)出來。同時(shí)，對管道按照一定的數(shù)學(xué)模型建立空間網(wǎng)格，結(jié)合GIS發(fā)揮其管理分析功能?；贏ndroid系統(tǒng)開發(fā)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，使管線檢測人員發(fā)現(xiàn)問題后能及時(shí)上傳位置信息，使管網(wǎng)安全得到有效檢測，也對目前城市地下管網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和管理具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；天然氣管道；空間分析；動(dòng)態(tài)定位

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）04-0138-02

Research and Application of Three Dimensional Natural Gas

Pipeline Safety Inspection System

REN Shixia HOU Yue

（Surveying & Mapping Engineering Institute of Henan Province，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： In this study， full use of virtual reality technology and geographic information technology， the underground natural gas pipeline through three-dimensional fine modeling， displayed in the three-dimensional platform.At the same time， a spatial grid is established according to a certain mathematical model， and the management and analysis function is realized with GIS. Based on the development of Android system and the real-time dynamic positioning， the pipeline inspection officers found the problem timely upload location information， the network security effectively detection， also for the planning， construction and management of city underground pipeline is of great significance.

Keywords： virtual reality technology；natural gas pipeline；spatial analysis；dynamic positioning

1 研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，建筑形態(tài)日趨多元化。城市地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是現(xiàn)代化城市高效率、高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。地下管線現(xiàn)狀資料是城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的基礎(chǔ)資料，也是地下管線安全運(yùn)行的保證。在傳統(tǒng)的三維城市建設(shè)中，管理者過于注重地面建筑物的三維重建，而忽略了數(shù)量龐大的各種管線。隨著城市的不斷發(fā)展，地上、地下地物的三維重建的重要性逐漸顯現(xiàn)。如何在三維空間下對地下管網(wǎng)進(jìn)行爆管分析、監(jiān)測點(diǎn)及時(shí)定位成為亟待解決的技術(shù)難題[1]。

隨著地理信息技術(shù)、三維技術(shù)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，本研究充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和地理信息技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)中的建筑物通過三維精細(xì)建模在三維平臺中展現(xiàn)出來。同時(shí)，對地下管網(wǎng)按照一定的數(shù)學(xué)模型建立空間網(wǎng)格，結(jié)合GIS的空間分析功能，實(shí)現(xiàn)其爆管分析功能。為實(shí)現(xiàn)重要工業(yè)管線監(jiān)測點(diǎn)的動(dòng)態(tài)檢測，利用自發(fā)地理信息定位技術(shù)，基于Android系統(tǒng)開發(fā)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，使管線檢測人員發(fā)現(xiàn)問題后能及時(shí)上傳位置信息，使管網(wǎng)安全得到有效檢測，也對目前城市地下管網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和管理具有借鑒意義。

2 研究內(nèi)容

本研究以天然氣公司天然氣管道巡查管理實(shí)際工作為研究對象，在對公司所需地下管線進(jìn)行全面數(shù)據(jù)收集、分析的基礎(chǔ)上，確定了以地下管線三維可視化為主線。使用數(shù)據(jù)裁剪技術(shù)、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)裝載技術(shù)及LOD模型，采用面向服務(wù)的分布式體系架構(gòu)、組件式開發(fā)技術(shù)，采用具有穩(wěn)定、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)勢的Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，以VS2010為開發(fā)平臺，借助Java面向?qū)ο蟮目缙脚_設(shè)計(jì)語言，構(gòu)建中間應(yīng)用服務(wù)，兩層與多層應(yīng)用框架相結(jié)合[2]；定義和設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換對象的屬性和實(shí)體，封裝隱藏對象，公開接口，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)的異構(gòu)；展開三維地下管線安全巡查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

本研究詳細(xì)分析天然氣公司對天然氣管道安全巡查的業(yè)務(wù)需求，使得產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，將三維地理信息技術(shù)融入到天然氣管線安全巡查中，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，為巡檢人員提供精準(zhǔn)的位置信息，也為管道管理人員提供了詳細(xì)的系統(tǒng)應(yīng)用指導(dǎo)藍(lán)圖。

3 技術(shù)思路

系統(tǒng)擬采用Visual Studio 2010平臺進(jìn)行開發(fā)，操作系統(tǒng)為Windows XP。圖形數(shù)據(jù)庫使用ArcGIS的個(gè)人級別地理數(shù)據(jù)庫（Personal Geo Database），使用Access數(shù)據(jù)庫作為存儲(chǔ)介質(zhì)。

Visual Studio 2010是微軟公司基于.NET4.0框架的一系列產(chǎn)品，其同時(shí)也能開發(fā)跨平臺的應(yīng)用程序，如開發(fā)使用微軟操作系統(tǒng)的手機(jī)程序等[3]。總體來說，其是一個(gè)功能非常龐大的軟件，甚至包含代碼測試功能。

開發(fā)過程中，首先確定系統(tǒng)框架，然后具體分塊完成各個(gè)模塊。點(diǎn)擊查詢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)擬采用索引定位，然后訪問數(shù)據(jù)庫內(nèi)其他表的方式來實(shí)現(xiàn)。

考慮到數(shù)據(jù)的安全性和擴(kuò)展性，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫采用Oracle Database，其是甲骨文公司的一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位?？梢哉f，Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是目前世界上最流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)，適用于各類大、中、小、微機(jī)環(huán)境，是一種高效率、可靠性好的適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫解決途徑[4]。

為方便查詢，采用SQL語句實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的修改、查詢、刪除等功能。

4 功能設(shè)計(jì)

4.1 管道的爆管分析功能

通過考慮管道載體流向，在地下管道的有向圖的基礎(chǔ)上改進(jìn)了廣度優(yōu)先算法。此外，特別分析了危害性較大的天燃?xì)夤艿辣?，根?jù)天燃?xì)獾男孤┠Ｐ秃透咚箶U(kuò)散模型，提出對易燃易爆的高危管道爆管的關(guān)閥搜索，充分考慮管道載體的流向、閥門點(diǎn)與爆管點(diǎn)的位置信息等因素，從而明確爆管后的影響范圍，關(guān)閉最近點(diǎn)閥門[5]。

4.2 開挖分析功能

基于地下管道數(shù)據(jù)組織，通過設(shè)定地面開挖窗口形狀與開挖深度的前提下，進(jìn)行開挖窗口及開挖深度范圍以內(nèi)的管道埋設(shè)情況三維動(dòng)態(tài)展示、管道展示和查詢，具體包括對管道段和管道點(diǎn)的點(diǎn)擊查詢[6]。

4.3 監(jiān)測點(diǎn)位置信息采集

基于Android系統(tǒng)平臺，采用Java開發(fā)語言，使用Android SDK開發(fā)工具包和高德地圖API接口進(jìn)行自發(fā)地理信息系統(tǒng)開發(fā)，將普通大眾與智能手機(jī)作為日常生活及周圍環(huán)境的傳感器，實(shí)現(xiàn)與地理位置有關(guān)信息實(shí)時(shí)、實(shí)地的采集[7]。

5 應(yīng)用前景

通過研究發(fā)現(xiàn)，天然氣管道安全巡查系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地上地下一體化表達(dá)，系統(tǒng)通過疊加DOM、DEM、地表建筑物三維模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了坡度分析、斷面分析和緩沖分析等，具有強(qiáng)大的空間分析功能；補(bǔ)充了以往管道管理系統(tǒng)中缺少的三維管道分析功能，實(shí)現(xiàn)了地下管道的開挖分析與查詢，地下管道的爆管分析與監(jiān)測；通過將地理信息技術(shù)融入到該系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)信息及位置的實(shí)時(shí)上傳，極大地提高了管道巡查檢測人員的工作效率。

總之，該系統(tǒng)將以實(shí)際需求為向?qū)?，以科學(xué)技術(shù)為引領(lǐng)，有利于地下管道的健康、持續(xù)、長久發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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