淺談GIS 技術(shù)在燃氣管道檢驗中的應(yīng)用

計藝帆 王少軍 左延田 宋 盼

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

工業(yè)管道

淺談GIS 技術(shù)在燃氣管道檢驗中的應(yīng)用

計藝帆*王少軍 左延田 宋 盼

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

近年來地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)廣泛應(yīng)用于城市燃氣管道的管理、檢驗和評估中。闡述了GIS技術(shù)的現(xiàn)狀以及在實際檢驗過程中的應(yīng)用，并針對實際操作中遇到的問題，提出了行之有效的應(yīng)對措施。

地理信息系統(tǒng) 燃氣管道 檢驗 數(shù)據(jù)整合 風(fēng)險評估

0 前言

隨著城市化進程的不斷加快，大中城市的人口不斷增加，燃氣管網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)也在不斷增長。城市燃氣管道大多分布在人口較為密集的居住生活區(qū)或商業(yè)區(qū)，這些區(qū)域建筑施工頻繁、車流密集、軌道交通交織，對其附近的埋地燃氣管道影響較大。施工破壞、雜散電流、土壤腐蝕等一系列因素使得燃氣管道極易發(fā)生泄漏和腐蝕，從而也使附近居民的安全受到極大的威脅。由于天然氣的易燃易爆特性，若其在人口高密度區(qū)域發(fā)生爆炸，會造成極大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計，2015年我國共發(fā)生燃氣爆炸事故658次，造成1 000余人受傷，116人死亡。近年來管道事故頻發(fā)，因此進一步提高燃氣管道的安全性有著十分重要的意義。

為了確保燃氣管道的安全運行，按照周期及時進行定期檢驗是燃氣管道管理中特別重要的一個環(huán)節(jié)。對于一個龐大的城市燃氣管道網(wǎng)，如何了解和掌握城市燃氣管道的位置分布，如何精確高效合理地進行檢驗工作，如何正確地評估管網(wǎng)的風(fēng)險等級，所有這些問題只有有效地運用地理信息系統(tǒng)（GIS）這一平臺，才能順利地獲得解決。

1 GIS簡介與現(xiàn)狀

GIS是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)，是由計算機硬件、軟件、地理數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理人員組成的、可對任一形式的地理信息進行高效獲取、存儲、更新、操作、分析及顯示的集成平臺[1-2]。GIS是一種基于計算機的工具，可以對空間信息進行分析和處理，把地圖獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。

通過GIS，可將現(xiàn)場采集到的各種管道的相關(guān)數(shù)據(jù)整合到一起，將管道特征對應(yīng)到真實地理坐標(biāo)上，將管道的各種信息體現(xiàn)到地圖中（例如管道長度、直徑、壓力、材質(zhì)等），還可將管網(wǎng)的竣工資料存檔并進行管理。通過GIS，可將數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成更容易理解的圖像數(shù)據(jù)。整合后的數(shù)據(jù)便于運營者查看發(fā)生事件的管道位置，分析管道的潛在威脅，評價管道的完整性，提高決策制定過程中數(shù)據(jù)的價值，節(jié)省人力物力。

隨著科技的飛速發(fā)展，GIS不但在測繪、制圖、資源和環(huán)境等領(lǐng)域被成功地應(yīng)用，而且已經(jīng)在城市規(guī)劃、商業(yè)策劃、文化教育乃至人們的日常生活領(lǐng)域中發(fā)揮著獨特的作用。在地下管道方面，GIS也愈來愈多地被各種管道相應(yīng)行業(yè)的相關(guān)部門所采用，并在地下管道的管理和檢驗方面起到越來越重要的作用。

GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲主要包括兩部分：（1）圖形庫，主要包括背景地圖、管線圖、管道附件圖等；（2）數(shù)據(jù)庫，主要包括管道信息數(shù)據(jù)的描述和管道附屬設(shè)施的數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫管理員還可以對其中的數(shù)據(jù)和圖形進行輸入和編輯，通過不斷維護來確保數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場情況保持一致。普通訪問者可以對數(shù)據(jù)庫進行查詢統(tǒng)計，如對圖形進行拖動、放大、縮小，對故障進行分析等。數(shù)據(jù)庫架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫整體架構(gòu)

2 GIS在燃氣管道檢驗中的應(yīng)用和拓展

2.1 現(xiàn)場檢驗

GIS的數(shù)據(jù)庫是以圖形為基礎(chǔ)的，根據(jù)不同的要求使用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對管道來說，除了地理圖和地形圖所需的數(shù)據(jù)外，還包括管道性質(zhì)、材質(zhì)類型以及道路、山丘、鐵路、水文和電纜等數(shù)字化的數(shù)據(jù)。通過GIS，可以根據(jù)使用要求生成不同比例的地圖。在GIS中，每一個覆蓋地域的數(shù)據(jù)都可以綜合起來，通過對這些數(shù)據(jù)的處理，可以得到各種數(shù)據(jù)的影響結(jié)果[3]。以某市埋地燃氣管道為例，首先得到該市燃氣管道的柵格圖像，經(jīng)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)并作適當(dāng)處理后存入數(shù)據(jù)庫，然后用應(yīng)用軟件作疊加分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 GIS管道評估圖

由于城市燃氣管道分布比較復(fù)雜，分支相對較多，如果事先不對管線數(shù)據(jù)進行整理，直接進行現(xiàn)場檢驗，肯定會出現(xiàn)漏檢、錯檢的現(xiàn)象。所以事先將檢驗區(qū)段的管線數(shù)據(jù)做成列表清單是十分必要的。通過查詢GIS系統(tǒng)，結(jié)合地圖搜尋需要檢驗的管段，就可將管段表一一列出，最后將GIS圖打印出來。有了GIS圖和管線清單，將極大提高現(xiàn)場檢驗檢測的效率，在現(xiàn)場不必花費大量時間去尋找管位、閥井和測試樁。

在現(xiàn)場檢驗的過程中，如果需要管線的數(shù)據(jù)，也可以及時登錄GIS系統(tǒng)進行查詢，不必再去檔案室翻閱厚重的資料。過去查資料往往一查就是一整天，現(xiàn)在運用GIS系統(tǒng)，幾分鐘就能查到想要的數(shù)據(jù)。數(shù)字化管理極大地提高了工作效率，也可更方便地獲取自己所需要的資料。

2.2 數(shù)據(jù)整合

現(xiàn)場檢驗獲取的資料需要及時整理并且輸入GIS數(shù)據(jù)庫中，比如現(xiàn)場檢測的閥井泄漏數(shù)值、防腐層的破損位置、管道的占壓情況等，都可以輸入GIS系統(tǒng)中。及時的數(shù)據(jù)整理以及反饋可以讓管理者更加快速地對管道的安全狀況進行評估，并對管道的損壞或者缺陷進行及時的處理。

以往的檢驗結(jié)果匯報只有檢測數(shù)據(jù)，使用單位往往只能通過口頭交流才能了解大概情況，對檢測的詳細情況并不能完全掌握。檢測報告也只是一個存檔的文件，對實際管理起不到很大的作用。而現(xiàn)在結(jié)合了GIS系統(tǒng)和手持式北斗全球定位系統(tǒng)（GPS），檢驗中存在的問題都能通過GPS進行準(zhǔn)確的定位，并結(jié)合現(xiàn)場的照片和數(shù)據(jù)的輸入，將現(xiàn)場情況及時準(zhǔn)確地反映到GIS系統(tǒng)中。通過GIS系統(tǒng)的資料匯總做出的工作報告能夠讓管道使用單位管理者更加直觀地了解管道的現(xiàn)狀，比以往的數(shù)據(jù)式分析報告更加清晰。

結(jié)合GIS系統(tǒng)將檢驗后得到的信息（如閥井狀況、數(shù)值、井蓋狀況、現(xiàn)場照片、防腐層破損位置等）整合在一起，如圖3所示，在向使用單位匯報結(jié)果時，能更加清晰明確地將現(xiàn)場檢驗的情況告知用戶。同時能夠使用戶省去大量的時間尋找現(xiàn)場問題管道的位置，更及時地處理存在的隱患。

圖3 結(jié)合GIS制作的現(xiàn)場檢驗匯總圖

2.3 風(fēng)險評估

風(fēng)險評估是指在風(fēng)險事件發(fā)生之前或之后（但還沒有結(jié)束），對該事件給人們的生活、生命、財產(chǎn)等各個方面造成的影響和損失的可能性進行量化評估的工作?；蛘哒f，風(fēng)險評估就是量化測評某一事件或事物帶來的影響或損失的可能程度。

燃氣管道的風(fēng)險評估主要包括第三方破壞、腐蝕、設(shè)備及其操作、本質(zhì)安全這幾大類，其中每個大類中又有多個小分類（如圖4所示）。結(jié)合所有分類的綜合性評估，即可判斷管道失效的可能性。

圖4 管道風(fēng)險評估失效因素

在管道風(fēng)險評估中，GIS技術(shù)不僅可以收集管理數(shù)據(jù)，而且可以構(gòu)建綜合性的模型來完成具體工作。因此，可以將風(fēng)險評估與GIS技術(shù)相結(jié)合。所有的管道信息都詳細地存儲在GIS系統(tǒng)中，通過系統(tǒng)分析可以把風(fēng)險數(shù)據(jù)顯示在管段上。利用GIS的風(fēng)險評估，能充分發(fā)揮GIS的圖形空間分析能力，高效地進行評價分析，提高評價的準(zhǔn)確性。

2.4 存在的問題

盡管GIS技術(shù)帶給我們許多便利，但是由于我國GIS技術(shù)發(fā)展較晚，相比國外較為落后，仍有許多問題需要改進和優(yōu)化。有相當(dāng)一部分城市燃氣管道因為其年代久遠，常常會有資料不齊全等情況，要再補齊資料較為困難，這部分空缺使得GIS系統(tǒng)資料不完整，部分老的管線往往顯示資料空缺，對于檢驗造成很大不便。

由于燃氣管網(wǎng)涉及的信息內(nèi)容較多，日常管理和檢驗所需資料不能完全輸入系統(tǒng)中，地理信息系統(tǒng)兼容性相對欠缺，現(xiàn)在大部分使用GIS系統(tǒng)的燃氣單位系統(tǒng)中往往只有管道位置、管道壓力、管道尺寸和閥門位置等基本信息。還有很多有價值的資料仍需要完善，比如管道深度、歷次檢維修資料、雜散電流數(shù)值、現(xiàn)場照片等。隨著技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)驗的積累，GIS系統(tǒng)將不斷地發(fā)展和完善，將會不斷地便利于管道的日常檢驗和管理工作。

3 結(jié)語

GIS技術(shù)的應(yīng)用表明，該技術(shù)具有較強的實用性，操作簡單，比傳統(tǒng)檢驗方式更加直觀可靠。GIS技術(shù)是科技不斷進步的產(chǎn)物，將數(shù)字化、自動化、智能化、一體化的數(shù)據(jù)管理方式應(yīng)用到燃氣長輸管道的檢驗和評估中，大大提高了工作效率與風(fēng)險評估的準(zhǔn)確度。使用GIS技術(shù)，實現(xiàn)了把管道經(jīng)過的地形地貌、地理條件、地面設(shè)施、檢驗巡線情況直觀地呈現(xiàn)在管理者面前，使管理者對管道所面臨的風(fēng)險能夠及時做出正確的判斷，確保管道的安全運行。目前，燃氣管道的數(shù)字化檢驗和管理已是大勢所趨。

[1]劉清泉，許繼鵬.基于GIS的城市燃氣管道可視化檢測與評估[C]//第四屆中國管道完整性管理技術(shù)大會論文集.2014：938-942.

[2]金龍.基于GIS技術(shù)的油氣管道安全管理方法 [J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（5）：171.

[3]郭章林，谷洪雁，劉海新，等.GIS在埋地燃氣管道風(fēng)險分析的應(yīng)用 [J].煤氣與熱力，2005，25（7）：33-35.

Discussion on Application of GIS Technology in Gas Pipeline Inspection

Ji Yifan Wang Shaojun Zuo Yantian Song Pan

In recent years,GIS technology has been widely used in the management,inspection and evaluation of city gas pipelines.The present situation of the geographic information technology and its application in the actual inspection process are expounded.In view of the problems encountered in practical operation,effective measures are put forward.

Geo-information system;Gas pipeline;Inspection;Data integration;Risk assessment

TQ 055.8+1

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.016

*計藝帆，男，1990年生，檢驗員。上海市，200062。

2016-12-11）