G IS在油氣長(zhǎng)輸管道完整性管理中的應(yīng)用

盧茂林

（福建中海油應(yīng)急搶維修有限責(zé)任公司，福建莆田351100）

1 系統(tǒng)總體方案

基于GIS的油氣長(zhǎng)輸管道完整性管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理層、技術(shù)服務(wù)層及業(yè)務(wù)層組成，采用三層體系架構(gòu)。應(yīng)用地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)（3S）和GPRS移動(dòng)通信技術(shù)、MIS管理信息系統(tǒng)等多項(xiàng)技術(shù)，以GIS為載體，運(yùn)用甲骨文公司Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及微軟銀光Web呈現(xiàn)技術(shù)（Microsoft SilverLight）開(kāi)發(fā)用于分析油管完整性管理的應(yīng)用系統(tǒng)。其總體架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

油管完整性管理系統(tǒng)以主服務(wù)器和微處理器及信息存儲(chǔ)系統(tǒng)作為硬件載體，結(jié)合Web和2.5G通訊基礎(chǔ)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)構(gòu)成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支撐；在此基礎(chǔ)上自下而上分別為數(shù)據(jù)管理層、技術(shù)支持層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層，其中數(shù)據(jù)管理層收集了GIS地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)空間結(jié)構(gòu)信息及POI數(shù)據(jù)，還集成了環(huán)境經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)估指標(biāo)庫(kù)內(nèi)信息。油氣長(zhǎng)輸管道完整性管理系統(tǒng)以管道中心線及配套設(shè)施作為主體，評(píng)估各類第三方因素指標(biāo)，集成GIS空間信息整合能力，為技術(shù)支持層分析管道完整性后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)保障。

技術(shù)支持層按職能分工分為兩部分：信息系統(tǒng)及完整性評(píng)價(jià)系統(tǒng)。信息技術(shù)層囊括了工作流管理、權(quán)限管理、全球定位系統(tǒng)及2.5G移動(dòng)通信系統(tǒng)空間定位管理系統(tǒng)、接口模塊、數(shù)據(jù)語(yǔ)音分析等維持系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)保障系統(tǒng)；完整性評(píng)價(jià)系統(tǒng)包含地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控、效能評(píng)估、第三方破壞評(píng)估、腐蝕度評(píng)價(jià)等風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及完整性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)長(zhǎng)輸管道服役過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估，動(dòng)態(tài)監(jiān)控整體管道環(huán)境。這些單元依照面向服務(wù)架構(gòu)組件模型，經(jīng)反復(fù)調(diào)試集成至中央管理層，以達(dá)到獨(dú)立分析、協(xié)同工作的目的，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供技術(shù)支持。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層共開(kāi)發(fā)13個(gè)功能模塊，未來(lái)可依據(jù)需求增加至17個(gè)以上。目前，業(yè)務(wù)應(yīng)用層功能已包括效能評(píng)估、數(shù)據(jù)維護(hù)、系統(tǒng)管理等多重管理模塊，使用時(shí)工作人員依據(jù)權(quán)限訪問(wèn)應(yīng)用區(qū)，可對(duì)數(shù)據(jù)采集管理、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、管道完整性進(jìn)行評(píng)估。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到Web應(yīng)用，因此工作人員可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用及在線辦公，將后勤管理與在線操作相結(jié)合，運(yùn)用GIS、GPS、GPRS的空間定位與移動(dòng)通訊管理功能實(shí)時(shí)獲取管線信息與風(fēng)險(xiǎn)線段識(shí)別，提升管道應(yīng)急響應(yīng)速度，降低維護(hù)成本[1]。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析管理的技術(shù)支撐，是調(diào)研空間信息及管線識(shí)別的數(shù)據(jù)保障，油氣長(zhǎng)輸管道完整性管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中心包括POI及地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)境及人文數(shù)據(jù)庫(kù)、管線數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)估指標(biāo)庫(kù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息分支廣泛，設(shè)計(jì)領(lǐng)域較多，其中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)收集了管道沿線地區(qū)的航拍及衛(wèi)星影像、POI信息點(diǎn)、地名庫(kù)、行政規(guī)劃信息等內(nèi)容。目前，俄羅斯—哈薩克斯坦至我國(guó)的管線數(shù)據(jù)已基本收錄完畢，未來(lái)中亞地區(qū)與我國(guó)的能源合作將不斷加深，延伸至烏茲別克斯坦和土庫(kù)曼斯坦的數(shù)據(jù)將隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在亞太地區(qū)的覆蓋而逐漸精確，而西氣東輸管道沿線的地理信息數(shù)據(jù)就接近15TB。

管線數(shù)據(jù)庫(kù)在系統(tǒng)中采用的是APDM管道數(shù)據(jù)模型，運(yùn)用線性參照系，結(jié)合基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息，使地理要素與管道數(shù)據(jù)相融為一體，工作人員可及時(shí)掌控出險(xiǎn)管道狀況，定位管線位置，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)因素，提升管道可控性。本文所研究的管道專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)在ArcGIS模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)，新增了地質(zhì)災(zāi)害和天氣變化等自然因素對(duì)管道影響程度的分析；針對(duì)社會(huì)治安狀況、人口密度、人類發(fā)展指數(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等第三方破壞因素對(duì)管道及配套裝置影響性的分析；依據(jù)土質(zhì)環(huán)境和大氣濕度增加了腐蝕因素對(duì)管線的影響分析。升級(jí)后的APDMV4數(shù)據(jù)庫(kù)信息更加全面，可對(duì)多種風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，提升管線運(yùn)營(yíng)完整度。

3 系統(tǒng)功能及應(yīng)用效果

3.1 HCA識(shí)別和管理

高后果區(qū)指管道泄漏后燃?xì)夂驮蛯?duì)社會(huì)影響的輻射范圍。高后果區(qū)的面積會(huì)隨著泄漏程度、環(huán)境狀況、人口密度等因素而變化。地理信息系統(tǒng)的空間信息處理功能和完整性管理系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)分析功能可對(duì)泄漏程度和管道沿線地帶水文、氣候環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，依據(jù)內(nèi)置函數(shù)計(jì)算判定HCA區(qū)域，并及時(shí)報(bào)警啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。例如，我國(guó)最大的能源管線西氣東輸管道主干線3000km的沿線高后果區(qū)已完成自動(dòng)識(shí)別并保存至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，自該系統(tǒng)2010年試用以來(lái)，共在累計(jì)近1000km的管線識(shí)別HCA，極大程度降低了風(fēng)險(xiǎn)排查響應(yīng)時(shí)間，提升了搶修效率。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別

地質(zhì)災(zāi)害是影響管道完整性的重要因素，本系統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)服務(wù)模塊分為應(yīng)力監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估兩部分。應(yīng)力監(jiān)測(cè)是通過(guò)傳感器收集管線附近土質(zhì)應(yīng)變趨勢(shì)，觀察地下應(yīng)力變化幅度，收錄常規(guī)情況下地質(zhì)波動(dòng)狀況，經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)分析計(jì)算該地域風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，用于風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告評(píng)估。如地質(zhì)波動(dòng)異常超出常規(guī)范圍，則會(huì)對(duì)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)并進(jìn)行效能分析。地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別系統(tǒng)收錄了我國(guó)長(zhǎng)油氣輸送管道主干線沿線地帶全部地質(zhì)信息，共出臺(tái)1500份風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，對(duì)近80萬(wàn)平方公里的水域進(jìn)行資料收集，設(shè)立1685個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，以保障對(duì)西氣東輸管道的全線覆蓋和識(shí)別精準(zhǔn)度，節(jié)約維護(hù)成本近億元。

3.3 管道抗腐蝕管理及巡線管理

土壤環(huán)境及人工污染都可能造成管道本體的腐蝕，為改善這一情況，地勤人員依據(jù)長(zhǎng)輸管道腐蝕評(píng)價(jià)方法及2005年出臺(tái)的《中華人民共和國(guó)油氣管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)》中管道完整性評(píng)價(jià)體系為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出信息化線路管理模式。對(duì)管道及配套設(shè)施參數(shù)、防腐層數(shù)據(jù)集、土壤環(huán)境數(shù)據(jù)集、管道腐蝕數(shù)據(jù)集等信息進(jìn)行分析，結(jié)合土壤環(huán)境，管道材質(zhì)出示外腐蝕評(píng)價(jià)報(bào)告。目前，西氣東輸主干線已完成管道抗腐蝕管理信息收集，基本掌握侵蝕性土壤分布狀況，為后續(xù)管道完善及維護(hù)提供了技術(shù)參考；管道巡線管理是針對(duì)第三方破壞及巡線不穩(wěn)定因素設(shè)立的服務(wù)模塊，包括對(duì)沿線地上管道的監(jiān)控存檔、不符合區(qū)域規(guī)劃的違章施工和陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況等內(nèi)容加以管理，安設(shè)巡檢人員和重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控，利用衛(wèi)星定位和GIS空間數(shù)據(jù)分析能力進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與追蹤，達(dá)到防范人工對(duì)管道的破壞及追責(zé)作用，自系統(tǒng)投入使用以來(lái)，預(yù)警響應(yīng)速度較往常提升78.5%。

4 結(jié)論

以GIS地理信息系統(tǒng)為核心開(kāi)發(fā)的油氣長(zhǎng)輸管道管理系統(tǒng)在維護(hù)油管完整性方面發(fā)揮了重要作用，該系統(tǒng)集成多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，可有效降低不穩(wěn)定因素帶來(lái)的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，提升油氣長(zhǎng)輸管道的可控性和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力，并逐步提升智能化水平。望本文所述理論能得到相關(guān)部門(mén)及企業(yè)關(guān)注，進(jìn)一步推動(dòng)GIS系統(tǒng)與ESB、ERP、EAM等多領(lǐng)域管理系統(tǒng)的集成優(yōu)化，保障油管完整性管理的可控性。