天然氣管道GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)集成方案對比研究

摘 要：隨著管道數(shù)字化的發(fā)展和應(yīng)用，GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于天然氣管道監(jiān)控系統(tǒng)中，如何將兩種系統(tǒng)高效集成成為一個重要研究課題。本文主要介紹了GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)兩種系統(tǒng)集成方式以及各自的優(yōu)缺點分析，同時結(jié)合目前天然氣管道公司實際情況對兩種集成方式進行了分析。

關(guān)鍵詞：GIS系統(tǒng)；SCADA系統(tǒng)；集成

中圖分類號：TM764

地理信息系統(tǒng)（簡稱GIS）是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計算機系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)是管道數(shù)字化的基礎(chǔ)，其強大的數(shù)據(jù)管理和分析能力能夠為數(shù)字管道提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)入庫、管理、顯示、更新等功能，更是巡檢與線路管理、設(shè)備搶維修、應(yīng)急、完整性管理等應(yīng)用的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（簡稱SCADA）是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。在天然氣管道行業(yè)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最廣，技術(shù)也最成熟。SCADA系統(tǒng)能夠進行數(shù)據(jù)分析、掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、快速顯示出運行故障，已經(jīng)成為管道運營中非常重要的工具。

1 系統(tǒng)集成意義

GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的集成進一步提高了GIS系統(tǒng)的應(yīng)用，將GIS系統(tǒng)提升成為了一個實時系統(tǒng)。各類數(shù)據(jù)可以在GIS系統(tǒng)上集中整合展現(xiàn)，同時為SCADA系統(tǒng)提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在GIS系統(tǒng)上，還可以用圖形、圖標等形式來多方式更為直觀地表達管道的實時數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息、實際運行狀態(tài)等。

在天然氣管道數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)中，GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的接口建設(shè)是非常關(guān)鍵的，接口的優(yōu)劣將直接影響系統(tǒng)的整體性能。

2 集成技術(shù)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外還沒有一套完整的GIS與SCADA的接口標準規(guī)范，也沒有形成國際范圍內(nèi)的行業(yè)標準。目前GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的集成有兩種基本方式：一體化方式和接口方式。

2.1 一體化方式

一體化方式是指GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)兩者的底層數(shù)據(jù)、功能分布和界面全部一體化，主要是SCADA系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)服務(wù)器端相對獨立運行，但實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫保持唯一性，GIS平臺負責(zé)客戶端的圖形定義和管理。一體化的集成方式直接實現(xiàn)GIS系統(tǒng)的地理信息和SCADA系統(tǒng)的實時信息的無縫接入，充分發(fā)揮兩者的性能。

2.2 接口方式

接口方式是指GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)依舊是兩個相對獨立的系統(tǒng)，各自獨立維護數(shù)據(jù)，繪制圖形，通過數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)共享讓兩系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)進行交互。接口的集成方式具有一體化設(shè)計思想，一致的界面風(fēng)格，不同的應(yīng)用運行于不同的節(jié)點，不同的功能分布配置等特點。

3 兩種集成方案對比分析

3.1 一體化集成方案

GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)一體化集成方案最重要的就是數(shù)據(jù)的共享，突破原有GIS數(shù)據(jù)格式和SCADA數(shù)據(jù)格式不一致所帶來的屏障。一體化的優(yōu)勢是兩個系統(tǒng)在同一個數(shù)據(jù)源里提取自身需要的信息，用戶只需維護同一個數(shù)據(jù)，就可得到充分的數(shù)據(jù)共享。這樣既能保證數(shù)據(jù)的一致性，又可極大降低用戶工作量，不必重復(fù)錄入和維護數(shù)據(jù)。

3.1.1 主要優(yōu)點

（1）GIS與SCADA集成。保證這兩個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠和高效的運行。GIS系統(tǒng)預(yù)留功能接口，將GIS中具體應(yīng)用功能模塊整合成應(yīng)用功能接口函數(shù)，供SCADA直接調(diào)用，從而保證SCADA系統(tǒng)通過功能函數(shù)接口，直接調(diào)用GIS系統(tǒng)應(yīng)用模塊，實現(xiàn)GIS功能。

（2）信息的高度統(tǒng)一。管道模型、圖形數(shù)據(jù)和人機界面等數(shù)據(jù)全部由GIS系統(tǒng)生成和管理，SCADA的主要圖形由GIS生成，線路結(jié)構(gòu)的變動與GIS同步；實時數(shù)據(jù)全部來自SCADA系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫，GIS系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)刷新頻率與SCADA一致。

（3）數(shù)據(jù)保持一致和同步。GIS系統(tǒng)通過采用標準數(shù)據(jù)庫接口方式或TCP方式從SCADA系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫中讀取實時數(shù)據(jù)，通過ODBC從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中讀取配網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)庫。通過與SCADA系統(tǒng)進行通信，SCADA數(shù)據(jù)在GIS系統(tǒng)中顯示，從而對管道進行實時監(jiān)控和管理。

3.1.2 主要缺點

（1）技術(shù)要求高。在GIS系統(tǒng)建設(shè)之前，SCADA通常已經(jīng)建設(shè)完成投入使用，如果要將GIS與SCADA一體化，對GIS的開發(fā)有很高的要求，要求熟悉SCADA內(nèi)部結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。目前，該技術(shù)尚未被廣泛研究，因而成熟性差。

（2）開發(fā)周期較長。由于技術(shù)要求高，因此開發(fā)難度較大，建設(shè)周期會相對較長。

3.2 接口集成方案分析

接口集成方案是指GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用層上實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)的共享和交換。GIS和SCADA系統(tǒng)依舊是兩個相對獨立的系統(tǒng)，各自獨立維護數(shù)據(jù)、繪制圖形，只是通過數(shù)據(jù)的互相訪問和數(shù)據(jù)共享，讓兩個系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)的交互。

GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的接口方式最關(guān)鍵的是兩者之間不直接通信，而是通過中間接口，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

3.2.1 主要優(yōu)點

（1）兩個系統(tǒng)基本獨立，互不影響，安全性更高。GIS系統(tǒng)不直接讀取SCADA系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，通過中間數(shù)據(jù)接口獲取數(shù)據(jù)。

（2）技術(shù)難度低、成熟性較高。由于回避了SCADA、GIS復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，接口開發(fā)的技術(shù)難度較低，開發(fā)周期較短，因而成熟性相對較高。

（3）接口更容易維護。GIS通過接口獲取SCADA數(shù)據(jù)，當SCADA改變時，只需要修改接口程序，無需修改GIS中的功能。

3.2.2 主要缺點

（1）數(shù)據(jù)維護不同步。當出現(xiàn)設(shè)備屬性數(shù)據(jù)需要修改、管道變化等情況，則要在兩個系統(tǒng)中分別修改。

（2）無法實時展示數(shù)據(jù)。GIS是通過中間數(shù)據(jù)接口方式來獲取SCADA數(shù)據(jù)，因此無法獲取實時數(shù)據(jù)，一般會有幾秒的延遲時間，如5s、10s。

4 結(jié)束語

根據(jù)上述兩種GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)集成方式的優(yōu)缺點對比，天然氣管道運營單位在建設(shè)GIS系統(tǒng)之前已經(jīng)有成熟運行的SCADA系統(tǒng)，SCADA運行在生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)，而GIS普遍運行在辦公網(wǎng)，GIS需要跨越網(wǎng)絡(luò)才能獲取SCADA數(shù)據(jù)，GIS系統(tǒng)在建設(shè)時，很難與SCADA統(tǒng)一設(shè)計，采用SCADA設(shè)計工具和圖形界面。

鑒于目前天然氣管道公司實際情況，GIS與SCADA系統(tǒng)接口集成方式是最佳選擇，接口開發(fā)方式具有技術(shù)難度較小、開發(fā)周期較短的特點。一體化集成方式可以作為GIS與SCADA集成的遠期發(fā)展目標。

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作者簡介：仝曉雯，女，工程師，碩士研究生，2007年畢業(yè)于北京科技大學(xué)，現(xiàn)就職于管網(wǎng)信息監(jiān)控中心，從事管道及LNG接收站數(shù)字化及管網(wǎng)監(jiān)控工作。

作者單位：中海石油氣電集團有限責(zé)任公司，北京 100027