GIS在天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)中的應(yīng)用

趙征遠(yuǎn) 何 冷

（陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司，陜西 楊凌 712100）

GIS在天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)中的應(yīng)用

趙征遠(yuǎn) 何 冷

（陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司，陜西 楊凌 712100）

論文首先闡述了建立天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)的必要性和緊迫性，對(duì)系統(tǒng)的用戶需求進(jìn)行了分析，論述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、目標(biāo)。研究了天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)。并針對(duì)目前我國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)的設(shè)計(jì)、竣工等資料，以及設(shè)備信息和數(shù)字化管網(wǎng)運(yùn)行階段的信息特點(diǎn)，論述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容和組織，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行完整性管理。 最后論文以具體項(xiàng)目為研究對(duì)象，構(gòu)建了天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)信息系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了管道地理信息管理、日常生產(chǎn)管理，管道巡檢，以及安全決策等相關(guān)功能，為各級(jí)天然氣管理部門提供了實(shí)用的管理決策依據(jù)。

天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)；地理信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)字化管網(wǎng)

引言

長(zhǎng)距離油氣輸送管道是石油和天然氣行業(yè)的主要運(yùn)輸工具。由于長(zhǎng)輸管道運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)是易燃、易爆物質(zhì)，加之管道途經(jīng)地區(qū)地域廣闊、地質(zhì)條件與社會(huì)條件復(fù)雜多變，因此對(duì)長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)營(yíng)進(jìn)行規(guī)范合理的管理是非常必要的。

GIS 依其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理和分析功能，為管道完整性管理提供科學(xué)依據(jù)[1]，極大地促進(jìn)了管道完整性的管理，在該領(lǐng)域中逐漸顯示出巨大的生命力。 目前，該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)地理信息、數(shù)據(jù)采集、傳輸、儲(chǔ)存和繪圖統(tǒng)一作業(yè)，可為管道的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)運(yùn)行、管理監(jiān)測(cè)、防腐等各階段提供資料。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)的論述，以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)為基礎(chǔ)，以管道建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期的業(yè)務(wù)流程為主線，利用地理信息技術(shù)，將長(zhǎng)輸管線及周邊環(huán)境進(jìn)行矢量化的電子地圖處理，形成集管線屬性信息和空間信息于一體的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過空間查詢、搜索、定位和分析等功能實(shí)現(xiàn)可研、勘察、設(shè)計(jì)和建設(shè)等各階段數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化采集和存儲(chǔ)，在管道的整個(gè)生命周期內(nèi)，通過對(duì)這些信息的有機(jī)整合，構(gòu)筑管道信息模型，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、規(guī)范的管道管理和輔助決策，從而為 管 道 運(yùn) 營(yíng) 安 全 提 供 強(qiáng) 有 力 的 保 證[2]。

系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

（1）實(shí)現(xiàn)天然氣長(zhǎng)輸數(shù)字管道信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，包括業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)、信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范的統(tǒng)一等。

（2）實(shí)現(xiàn)管道生命周期各階段數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和分類管理，對(duì)入庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和審核，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過對(duì)各階段數(shù)據(jù)的綜合分析、匯總和統(tǒng)計(jì)，輔助工程建設(shè)過程管理，為管道運(yùn)營(yíng)維護(hù)和完整性管理提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。

（3）利用先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道的空間數(shù)據(jù)與專業(yè)屬性一體化查詢、檢索、定位和分析，充分體現(xiàn)管道信息的空間特征，為管道的規(guī)劃、管理、安全、決策提供直觀明了的科學(xué)依據(jù)。

（4）為管道生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理部門提供數(shù)字化系統(tǒng)信息，包括地形圖資料、數(shù)字影像圖資料、數(shù)字高程模型，各階段測(cè)量成果，工程地質(zhì)勘察資料，管道及附屬設(shè)施基礎(chǔ)信息，沿線交通、水系、地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)信息等多種地理信息服務(wù)，為不同層次、不同專業(yè)的用戶提供方便的信息轉(zhuǎn)入、加載、收集和統(tǒng)計(jì)功能。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

天然氣輸氣管道數(shù)字化管網(wǎng)系統(tǒng)可分為四個(gè)層次，基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)中心層、應(yīng)用系統(tǒng)層和信息門戶層，具體結(jié)構(gòu)見圖 1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層是系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行分析的基礎(chǔ)，包括軟硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、通訊、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)是“數(shù)字化管網(wǎng)系統(tǒng)”運(yùn)行的基礎(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)中心層是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與輸入輸出交換中心。包括地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)和管道專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)兩大類，存儲(chǔ)了基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、管道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工過程數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)、管道運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心依托成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件和 GIS 平臺(tái)，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建立管道完整性數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)與管理，為應(yīng)用系 統(tǒng) 提 供 數(shù) 據(jù) 支 撐[3]。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)層是系統(tǒng)建設(shè)的核心，包括六個(gè)相對(duì)獨(dú)立的專業(yè)應(yīng)用子系統(tǒng)，該層是一個(gè)開放式的結(jié)構(gòu)，對(duì)于運(yùn)營(yíng)期的其他應(yīng)用系統(tǒng)可以不斷添加構(gòu)建，共同組成應(yīng)用系統(tǒng)層。

（4） 信息門戶層通過建立統(tǒng)一的管理服務(wù)平臺(tái)，為各業(yè)務(wù)模塊提供數(shù)據(jù)操作、用戶管理、安全認(rèn)證管理、工作流引擎、數(shù)據(jù)交換、Web 信息發(fā)布等標(biāo)準(zhǔn)模塊， 實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)模塊的快速搭建和集成，同時(shí)為未來系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級(jí)打下良好的基礎(chǔ)。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

3.1 管道地理信息模塊

利用地理信息技術(shù)，將長(zhǎng)輸管線及周邊環(huán)境進(jìn)行矢量化的電子地圖處理，形成集管線屬性信息和空間信息與一體的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)， 通過空間查詢、搜索、定位和分析，與運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)其他子系統(tǒng)連接，從 而 形 成 可 視 化 的 業(yè) 務(wù) 處 理 能 力[4]。

管道地理信息模塊包括了空間數(shù)據(jù)管理、圖形顯示、圖形管理、圖形分析以及系統(tǒng)配置等模塊，功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 管道地理信息功能結(jié)構(gòu)圖

空間數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)所采集的各種比例尺的矢量地形圖、 正射影像圖、DEM 數(shù)據(jù)以及遙感影像等數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換建庫(kù)。

圖形管理是對(duì)空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析、統(tǒng)計(jì)、輸出的應(yīng)用系統(tǒng)，基礎(chǔ)功能上以基本地形圖為背景，直觀地表現(xiàn)油氣生產(chǎn)要素在地面的分布情況，輔助用戶快速、準(zhǔn)確定位地下管線，最終以滿足相關(guān)管理人員對(duì)管線的新建、改造設(shè)計(jì)，輔助分析，以及對(duì)管線的維修管理為目標(biāo)。

綜合信息展示發(fā)布功能采用 WEBGIS 技術(shù)，以1：10000、1：50000 等不同比例尺地形圖及影像圖為背景，疊加管道數(shù)據(jù)進(jìn)行分類顯示，通過查詢定位等圖屬互查功能輔助用戶快速獲取業(yè)務(wù)信息，提供標(biāo)注信息等個(gè)性設(shè)置工具方便用戶操作和使用，橫斷面、縱斷面等空間分析功能。

系統(tǒng)配置功能為用戶提供一種調(diào)整地圖顯示效果，進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)管理的工具。 用戶通過系統(tǒng)配置，可實(shí)現(xiàn)地圖的更新與維護(hù)，可添加新的圖層，編輯或替換舊圖層，調(diào)整各要素類的顯示順序、視野范圍，顯示符號(hào)等，使最終發(fā)布的地圖符合用戶使用習(xí)慣。

3.2 生產(chǎn)管理模塊

天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)生產(chǎn)管理的對(duì)象主要是基礎(chǔ)資料、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)綜合統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)綜合 報(bào) 表 等[5]。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要實(shí)現(xiàn)各站場(chǎng)對(duì)管段、氣源、用戶小時(shí)、日數(shù)據(jù)的上報(bào)，對(duì)管段、氣源、用戶的分鐘數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過與站場(chǎng)組態(tài)軟件的接口來實(shí)現(xiàn)，不需要人員手工錄入。

生產(chǎn)綜合統(tǒng)計(jì)主要有管線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（按管線或管段統(tǒng)計(jì)出任意時(shí)間段內(nèi)儲(chǔ)存氣量和管存變化量，并以圖表形式展現(xiàn)）和用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（根據(jù)用戶的用氣性質(zhì)、壓力等級(jí)、所屬地區(qū)進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)在任意段時(shí)間的用氣情況，并生成相應(yīng)的柱狀圖）。

生產(chǎn)綜合報(bào)表主要實(shí)現(xiàn)管輸處對(duì)生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表的審核，并在日?qǐng)?bào)表審核過后（其他相關(guān)單位才能瀏覽）， 生成各種生產(chǎn)所需報(bào)表， 包括生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表、對(duì)外報(bào)表、日采購(gòu)報(bào)表、日銷售報(bào)表等。

圖3 生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)圖

3.3 管道巡檢模塊

輸油輸氣管線及其附屬設(shè)備置于野外，長(zhǎng)期暴露在大自然中，不僅要經(jīng)受正常機(jī)械載荷和電力負(fù)荷的作用，而且還受到各方面外來因素的干擾和大自然千變?nèi)f化的影響。這些因素將會(huì)使石油管線遭到破壞，從而影響輸油生產(chǎn)的正常運(yùn)營(yíng)。因而需要巡檢人員定期巡檢，管線巡檢工作在石油運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)運(yùn)營(yíng)和管線維護(hù)中具有十分重要的作 用[12]。

以地理空間信息為背景，建立管線巡檢功能，通過 3G（GIS、GPS、GSM/GPRS）技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握巡檢人員的行蹤并將巡線的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過系統(tǒng)查詢、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡線人員的遠(yuǎn)程管理，達(dá)到對(duì)管道設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)管道巡檢可視化、精確化、科學(xué)化的管理，保證天然氣輸氣管網(wǎng)安全運(yùn)行。管道巡檢功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 管道巡檢功能結(jié)構(gòu)圖

3.4 管道安全決策模塊

管道安全決策模塊通過數(shù)字化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，使企業(yè)管理者全面掌握管道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的總體情況，可以有效控制管目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并為問題解決提供決策支持。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)入庫(kù)功能的實(shí)現(xiàn)

對(duì)經(jīng)過檢查，確認(rèn)無(wú)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，通過矢量數(shù)據(jù)入庫(kù)和柵格數(shù)據(jù)入庫(kù)，將空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過設(shè)置最優(yōu)的空間格網(wǎng)、建立金字塔、數(shù)據(jù)壓縮等處理滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求。

4.2 管線規(guī)劃分析功能的實(shí)現(xiàn)

功能描述：在管線規(guī)劃分析中，繪制一條臨時(shí)管線。根據(jù)給定的緩沖區(qū)半徑生產(chǎn)一個(gè)覆蓋區(qū)域，用該區(qū)域?qū)ζ渌芫€進(jìn)行空間查詢，顯示出和該緩沖區(qū)相交的管線、站場(chǎng)、居民地、工礦建筑、道路分布情況，并高亮顯示。 緩沖區(qū)顯示如圖 5所示。

圖8 緩沖區(qū)顯示效果圖

4.3 管線巡檢功能應(yīng)用

功能描述：在系統(tǒng)的管線列表中，選擇一根管線，系統(tǒng)從管線起點(diǎn)開始動(dòng)態(tài)移動(dòng)地圖，用戶可看管線周圍的其他管線、地貌。

巡檢人員手持巡檢儀，沿管線現(xiàn)場(chǎng)巡視，檢查管線及其附屬設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)；將相關(guān)的巡檢屬性數(shù)據(jù)（如管線名稱、泄露情況、壓站情況、開挖情況、腐蝕情況和人為破壞情況等），錄入到巡檢儀內(nèi)，并可將現(xiàn)場(chǎng)圖片一起采集下來；點(diǎn)擊巡檢儀的“提交”按鈕， 將錄入的巡檢屬性數(shù)據(jù)連同巡檢員工號(hào)、當(dāng)時(shí)的時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)照片通過 GPRSCDMA 網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程的管理中心；管理中心接收數(shù)據(jù)并作相應(yīng)處理，將巡檢結(jié)果實(shí)時(shí)反映在電子地圖上，管理部門便可直觀、實(shí)時(shí)地掌握巡檢人員的工作情況和管線（或 附 屬 設(shè) 施 ）的 運(yùn) 行 情 況[7]。

[1]李 琦 .油 氣 管 道 完 整 性 管 理 與 評(píng) 價(jià) [J].金 卡 工 程 （ 經(jīng) 濟(jì) 與法），2010，（04）：14-18.

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（責(zé)任編輯 梁紅艷）

The GIS Application in Long Distance NaturalGas Pipeline Network

ZHAO Zheng-yuan HE Leng
（Shaanxi LNG Investmentand DevelopmentCo.,Ltd.,Shaanxi712100，China）

It firstly expounds the necessity and urgency of system construction,the paper analysis the demand of users of the system,discusses the system design principle,objective.Study the long distance network information system of natural gas of the overall design and functionmodule design.And in view of the presentChina's natural gas long-distance pipeline digitalization construction design,completion etcmaterial,and equipment information and digital network operation stage information characteristics,this paper introduced the content and comprehensive database APDM pipe by organizations,and datamodel design system comprehensive database of pipeline network,integrity management.Finally，the paper with a specific project as the research object,to construct the network information system of long distance gas application platform.System realizes the spatial data management,graphics management and comprehensive information display related function,released for variousgasmanagement department provides practicalmanagement decision-making basis.

Natural Gas Pipeline Network;Geographic Information System;Database;Digital Nnetwork

TU 996.7

：A

：1671-9123（2014）03-0121-04

2014－01－05

趙征遠(yuǎn)（1984-），男，陜西西安人，陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司助理工程師。