基于天地圖的石油天然氣管道信息系統(tǒng)研究

胡敏+呂艷紅

摘 要：石油天然氣管道有效的科學的管理和監(jiān)督對城市安全有著重要的意義。該文介紹基于天地圖的基礎公共地理信息平臺，搭建的石油天然氣管道信息系統(tǒng)的建設內(nèi)容。先闡述二、三維數(shù)據(jù)庫建設和系統(tǒng)總體框架設計，再詳細地介紹具體的5個系統(tǒng)重要功能模塊，最后闡述了系統(tǒng)建設中的關鍵技術。

關鍵詞：GIS 信息系統(tǒng) 石油天然氣管道 研究

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0009-03

石油天然氣是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。上海市石油天然氣供應幾乎全部依靠長輸管道輸送，作為能源供應“生命線”管道一旦發(fā)生事故或中斷，將直接影響該市能源安全和公共安全，甚至對城市運行和管道沿線人民群眾的生命財產(chǎn)造成難以估量的后果。

考慮到相關數(shù)據(jù)的保密性，基于天地圖上海建設天然氣管道信息系統(tǒng)充分利用石油管道數(shù)據(jù)的空間和屬性特點，是智慧城市建設的必然趨勢，該系統(tǒng)可以使管道保護主管部門、相關管理部門和管道企業(yè)準確、實時的掌握管道自身與沿線地區(qū)特別是高后果區(qū)域的地下管網(wǎng)分布和周邊情況，提升管道隱患防范和事故應急處置能力，更好的保障城市安全運行。

1 建設目標

1.1 石油天然氣管道數(shù)據(jù)庫

石油天然氣管道資料分散在各個部門，且數(shù)據(jù)來源不同標準和精度也各不相同，缺乏規(guī)范、統(tǒng)一、綜合的油氣管道數(shù)據(jù)資料，給建設管理帶來很大困難。

根據(jù)數(shù)據(jù)融合的有效性機理，基于多源異構(gòu)空間信息融合的集成模式，建設建立全市統(tǒng)一標準的、準確的、現(xiàn)勢的石油天然氣管道數(shù)據(jù)庫，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息等技術對油氣管道信息進行科學管理。這是是智慧城市建設和城市精細化管理的要求，也是建設海綿城市的重要基礎。

1.2 石油天然氣管道三維建庫

二維平臺在油氣管道查詢、分析等方面具有較大的優(yōu)勢，而三維平臺能夠以逼真的方式模擬真實的地下管道情況，顯示油氣管道的分布、走向、連接，管點的特征以及相應的附屬設施，并能結(jié)合地面模型以及地面建筑物模型，使人有身臨其境之感。因此，油氣管道三維模型的建設在信息系統(tǒng)的形象化展示方面有著獨特的優(yōu)勢。

1.3 石油天然氣管道信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（ GIS）是以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面與地理分布有關的空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。石油天然氣管道地理信息系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示，從基礎底層到應用分為五層：運維支持層主要包括服務器集群、網(wǎng)絡、存儲備份、機房環(huán)境、標準規(guī)范和管理方法等；數(shù)據(jù)層指系統(tǒng)涉及的多種數(shù)據(jù)；服務層分為兩個方面即石油管道地理信息系統(tǒng)和天地圖上海（基礎地理信息公共服務平臺）；應用層包括地圖瀏覽、信息查詢、統(tǒng)計分析、應急預警和其他服務等內(nèi)容；用戶層根據(jù)需求分三級權限用戶。

2 系統(tǒng)功能設計

石油天然氣管道信息系統(tǒng)功能分為五大模塊：基礎功能、查詢功能、安全監(jiān)測、應急功能和用戶管理，如圖2所示。

2.1 基礎功能

（1）地圖瀏覽?；谏虾Ｊ械乩硇畔⒐卜掌脚_（政務版）發(fā)布的綜合地圖和影像地圖在上海市全市范圍的多個比例尺的瀏覽，同時疊加石油天然氣管道專題矢量數(shù)據(jù)，并由圖層開關控制多個專題數(shù)據(jù)的顯示。此外，提供基本的地圖放大縮小、距離量算、面積量算、顯示圖例等功能。

（2）二、三維顯示及標注。二、三維管道以及附屬設施多比例尺的顯示和無縫切換，并且在地圖上可根據(jù)需求插點標注屬性等信息。

2.2 查詢功能

（1）綜合搜索。根據(jù)關鍵字（或拼音）查詢上海市的專題點位、道路、道路交叉口、門牌地址等信息，將查詢結(jié)果在地圖上高亮顯示。

（2）屬性查詢。在地圖上點擊任意的管道專題數(shù)據(jù)可查看其具體的屬性，同時根據(jù)屬性的關鍵詞可以搜索某個具體專題數(shù)據(jù)的屬性信息，同時地圖上高亮顯示其位置。另外還可以查詢管道橫截面信息。

（3）屬性分析。對管道的基本屬性如管道使用年限、跟測時間、維護時間、維護次數(shù)、巡查時間等，進行分析和統(tǒng)計，為管道的相關單位和管理部門明確地顯示統(tǒng)計結(jié)果，以便于石油天然氣管道的管理和維護等工作。

2.3 安全監(jiān)測

（1）重點區(qū)域監(jiān)測。對于管道管齡超過特定的年限、管道位于區(qū)縣交界區(qū)，以及管道周邊已有占壓的這些區(qū)域作為監(jiān)測的重點區(qū)域。這些區(qū)域由于管道老化或者管理交接存在漏洞往往存在一定的安全隱患，因此系統(tǒng)將重點監(jiān)測此類區(qū)域。

（2）管道周邊建筑物監(jiān)測。在管道線路中心線兩側(cè)或管道附屬設施周邊修建下列建筑物、構(gòu)筑物的，建筑物、構(gòu)筑物與管道線路和管道附屬設施的距離應當符合國家技術規(guī)范的強制性要求。

（3）中心線兩側(cè)危害管道安全行為分析?！吨腥A人民共和國石油天然氣管道保護法》規(guī)定對管道線路中心線兩側(cè)一定范圍內(nèi)的違禁物品進行監(jiān)測和綜合統(tǒng)計分析。如在管道線路中心線兩側(cè)各五米地域范圍內(nèi)，禁止采石、用火、堆放重物、排放腐蝕性物質(zhì)、建房等行為。根據(jù)規(guī)定，為了方便管道日常維護和管理，可對管道障礙物和周邊地形地物進行提取，從而監(jiān)測管道的維護狀態(tài)，可及時排除安全隱患。同時根據(jù)管道系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可模擬管道整治改道和管道開挖。

2.4 應急功能模塊

（1）風險評估。統(tǒng)計管道及其附屬設施的屬性統(tǒng)計結(jié)果，比如使用年限、維護時間和管道監(jiān)測結(jié)構(gòu)等，根據(jù)管道的風險評估模型，計算管道和附屬設施的風險系數(shù)，科學全面的評估管道的現(xiàn)狀[5]。

（2）管道預警。根據(jù)風險評估結(jié)果，對高危險的地區(qū)進行及時預警，并通知相關責任單位對高風險的管道或者附近的地物進行及時處理，安全疏導，從而排除隱患。

（3）應急指揮。對于突發(fā)的安全事故區(qū)域，可在該系統(tǒng)中進行全面的信息查看和模擬，如管道泄漏穿越村鎮(zhèn)模擬、穿越道路模擬，并根據(jù)安全應急模型，模擬出相應的安全解決方案，如人員的疏導、現(xiàn)場救援的支持安排和安全疏導路線等。

2.5 用戶管理模塊

（1）賬戶管理。對注冊用戶根據(jù)單位屬性，劃分不同的用戶角色，如管理員、管理層用戶、普通用戶等，管理員具有最高權限，賬戶管理一方面可以保護石油天然氣管道信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全；另一方面有利于管道的運維和管理。

（2）權限設置。不同的用戶擁有不同的權限，管理員具有最高權限，根據(jù)需求對各個用戶分配不同的權限。市級單位作為全市油氣管道主管部門，可以瀏覽全市所有油氣管道，并使用系統(tǒng)所有功能。區(qū)縣管道保護主管部門可以瀏覽本區(qū)縣轄境內(nèi)的管道，并使用與該區(qū)縣范圍內(nèi)管道相關的系統(tǒng)功能。企業(yè)級單位可以瀏覽該企業(yè)的管道及其相關功能。

3 系統(tǒng)關鍵技術

3.1 Web地圖技術

空間數(shù)據(jù)具有非結(jié)構(gòu)性和拓撲性，比文字和圖片數(shù)據(jù)更加復雜。Web技術并不直接支持空間地圖數(shù)據(jù)，因此，需要使用Web地圖技術在Web環(huán)境下存儲、傳輸和顯示地理空間數(shù)據(jù)。Web地圖技術將矢量空間數(shù)據(jù)或航空正射影像數(shù)據(jù)加工存儲為金字塔瓦片格式，以按需訪問的方式提供給終端用戶調(diào)用。基于Web地圖技術，用戶無需安裝插件就可以在Web瀏覽器中查看空間地理信息。

3.2 空間數(shù)據(jù)庫存儲技術

數(shù)據(jù)庫通常作為一種存儲中間件用于保存系統(tǒng)運行的狀態(tài)，解決存儲過程中常見的性能與可靠性問題?？臻g數(shù)據(jù)是一種非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫無法存儲空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？臻g數(shù)據(jù)庫提供對點、線、面等空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲，通常以二進制格式存儲坐標信息，并可對空間數(shù)據(jù)建立空間索引。

3.3 空間運算引擎

GIS（地理信息系統(tǒng)）的一項重要特性即空間查詢與分析能力?？臻g運算是空間查詢與空間分析的基礎。空間運算引擎基于空間關系算法，對輸入的空間數(shù)據(jù)進行多種運算并返回運算結(jié)果，如交叉運算、包含運算、量測運算等等?？臻g運算引擎的計算效率決定了GIS系統(tǒng)空間查詢與分析的功能可用性及用戶體驗。

3.4 虛擬化技術

虛擬化是一種計算機資源管理技術，是將計算機的各種實體資源，如服務器、網(wǎng)絡、內(nèi)存、存儲等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，打破實體結(jié)構(gòu)間的不可分割的障礙，使用戶可以比原本的組態(tài)更好的方式來應用這些資源。這些資源的新虛擬部分是不受現(xiàn)有資源的物理組態(tài)所限制。虛擬化技術可以透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理硬件。同時利用虛擬化容器技術，優(yōu)化系統(tǒng)總體架構(gòu)，提高系統(tǒng)遷移和部署的效率。

4 結(jié)語

石油天然氣管道信息系統(tǒng)可極大地提高全市地石油天然氣管道保護和監(jiān)督的效率和質(zhì)量，同時使天然氣石油管道保護與管理的決策科學化、管理信息化和服務社會化水平，具有一定的社會效益。

參考文獻

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[5] 董文泉.基于WebGIS的輸油管道泄漏預警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].中國礦業(yè)大學，2014.