劉瑞凱，吳 明

（ 遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

GIS技術(shù)在長輸油氣管道風險分析與決策中的應用

劉瑞凱，吳 明

（ 遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

介紹了GIS技術(shù)在長輸油氣管道風險分析中的優(yōu)勢，分析了長輸油氣管道風險分析與決策系統(tǒng)的構(gòu)架以及數(shù)據(jù)庫的應用，介紹了GIS技術(shù)目前在長輸管道風險分析與決策中的應用現(xiàn)狀，指出GIS技術(shù)在油氣管道風險分析中的應用前景。

風險決策；GIS；長輸管道；模塊

由于長輸油氣管道所經(jīng)過地區(qū)多，地質(zhì)條件復雜多變，因而油氣管道的風險問題始終是油氣管道公司和社會關(guān)注的焦點。一旦油氣管道運行期間存在第三方破壞、腐蝕穿孔、自然災害、誤操作等任何一種影響因素都可能引發(fā)嚴重的管道泄露或者爆炸事故，不但將會污染環(huán)境，造成財產(chǎn)損失，還將增加企業(yè)運營成本[1]?；贕IS技術(shù)的油氣管道風險分析是解決油氣管道風險決策問題的有效方式?；贕IS技術(shù)的油氣管道風險分析與決策系統(tǒng)可以對長輸油氣管道風險狀況進行動態(tài)分析并且能夠預警長輸管道各區(qū)域的危險程度和事故類型，為長輸管道下一步的檢修計劃安排以及管道的安全管理提供了依據(jù)。

1 GIS在油氣管道風險分析中的優(yōu)勢

GIS技術(shù)作為一種可視化、交互式的決策支持平臺，應用于長距離油氣管道風險分析與決策中有其獨特的優(yōu)勢。

首先，GIS軟件所構(gòu)建的三維數(shù)字立體管道模型適合長輸管道。長距離油氣管道具有覆蓋面較廣，地形較為復雜，所涉及到安全運營數(shù)據(jù)信息量巨大的特點，這些特點能充分發(fā)揮GIS空間分析和空間數(shù)據(jù)庫管理功能在處理具有空間屬性問題上的優(yōu)勢。在長輸油氣管道風險管理過程中，應用GIS技術(shù)可以將海量資料存儲到 GIS數(shù)據(jù)庫[2]，提高管理效率和精度，方便管道風險數(shù)據(jù)快速更新。

其次，在長輸油氣管道運營階段，管理人員可以通過GIS數(shù)據(jù)庫所提供的動態(tài)更新的管道信息，實現(xiàn)對管道的運行檢修、安全情況的動態(tài)觀測，掌握管道運營的瞬時狀況。一旦長輸油氣管道出現(xiàn)異常情況，可實現(xiàn)精確快速的局部定位，調(diào)用相關(guān)信息進行分析，及時為決策者提供準確可靠的數(shù)據(jù)，以便制定維修方案，保證設(shè)備正常運行。

2 GIS風險分析與決策支持系統(tǒng)構(gòu)架

用C++語言開發(fā)基于GIS技術(shù)的風險分析與決策系統(tǒng)，通過長輸管道空間信息數(shù)據(jù)庫和模型分析數(shù)據(jù)庫的動態(tài)鏈接實現(xiàn)對管道數(shù)據(jù)的實時檢索和查詢。為滿足當前需求系統(tǒng)設(shè)計模塊可以分為圖1中幾部分。

圖1 GIS系統(tǒng)整體構(gòu)架圖Fig.1 The whole framework diagram of GIS system

由于規(guī)范化和標準化的推廣，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和交換性加強，這樣提高了數(shù)據(jù)的可用性，增加了數(shù)據(jù)的潛在價值。GIS風險分析與決策系統(tǒng)可以從已建成的長輸管道信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲得相應的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)來源眾多，因而設(shè)計數(shù)據(jù)庫時要考慮各種因素，保證數(shù)據(jù)庫的性能[3]。其構(gòu)架結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 數(shù)據(jù)庫的整體構(gòu)架Fig.2 The overall framework of the database

其中專題數(shù)據(jù)庫就是對空間數(shù)據(jù)信息分析之后得到的各種符號圖形集合[2]，例如基于GIS技術(shù)的風險等級區(qū)劃，我們可以得到各種風險等級的符號，風險概率范圍專題圖形。模型數(shù)據(jù)庫存放包括風險概率模型，基于GIS技術(shù)和模糊綜合評價的管道風險分析層次模型，三維管道空間數(shù)據(jù)分析模型等。

3 GIS風險分析與決策中的應用現(xiàn)狀

利用GIS技術(shù)可以得到長輸油氣管道在不同區(qū)域的柵格圖像,經(jīng)轉(zhuǎn)換變成矢量數(shù)據(jù)后存入GIS數(shù)據(jù)庫[4]。利用專業(yè)GIS軟件二次開發(fā)的風險分析與決策支持系統(tǒng)做出各個因素引起的管道的風險概率圖像并輸出,再利用GIS系統(tǒng)的疊加分析和空間分析功能,疊加各個危險因素可以得到直觀的風險概率模型，結(jié)合風險概率模型生成相應的決策。目前，基于GIS技術(shù)的軟件開發(fā)并不成熟，因而在國內(nèi)的應用比較少，我國在西氣東輸管道工程、蘭成渝管道工程、忠武管道工程及陜京輸氣管道上均應用GIS進行選線工作[5,6]，部分城市的燃氣管網(wǎng)風險評價中也應用了GIS技術(shù)。

目前，美國、加拿大等國家在該項技術(shù)上較為成熟，加拿大的油氣管道公司將故障樹分析軟件NOLAN與GIS結(jié)合對所有管段進行動態(tài)分析，反復查找潛在的管道風險因素，提高了故障樹分析預測的準確性[7-9]。美國科洛尼爾管道公司將風險指標評價模型與GIS系統(tǒng)相結(jié)合對其所運營管理的成品油管道系統(tǒng)進行風險分析，使數(shù)據(jù)實時更新，從而確保評價結(jié)果的準確性,幫助操作人員確認管道的高風險區(qū)和管道事故對環(huán)境及公眾安全造成的風險。Enron Transportation Services公司也利用GIS技術(shù)建立了管道應急響應系統(tǒng)，根據(jù)降低風險的程度與成本效益制定經(jīng)濟有效的管道系統(tǒng)維護方案。

4 GIS在管道風險分析中的應用前景

隨著GIS技術(shù)的完善，在長輸油氣管道風險分析方面的應用方向可以表現(xiàn)在以下幾個方向：

4.1 網(wǎng)絡GIS

網(wǎng)絡可以使各區(qū)域點狀分布的空間管道信息數(shù)據(jù)庫之間相互鏈接實現(xiàn)共享。網(wǎng)絡GIS與傳統(tǒng)GIS相比具有適應性強、信息共享、實時性強、使用簡單、易維護等特點，這些特點對點多、線長、面廣的長輸油氣管道尤為重要[10]。

4.2 開放式GIS

開放式GIS不僅使數(shù)據(jù)能在應用系統(tǒng)內(nèi)流動，還能在系統(tǒng)間流動。Open GIS使不同的地理信息系統(tǒng)軟件之間具有良好的互操作性，在異構(gòu)分布數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)信息共享，具有互操作性、可擴展性、技術(shù)公開性、可移植性及協(xié)同性等優(yōu)點，這對于處理具有不同隸屬關(guān)系的長輸油氣管道數(shù)據(jù)是非常重要的。

4.3 人工智能化

與專家系統(tǒng)相結(jié)合的智能化GIS，在長輸管道的風險評價中，將起到重要作用，由GIS數(shù)據(jù)庫作為支持所建立的管道的三維空間分析模型，是油氣管道風險分析模型的重要改進方向，它可以為決策支持系統(tǒng)提供動態(tài)的空間模型數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)的決策支持系統(tǒng)模型也會隨之改變，但重新構(gòu)建模型時又需要專家的輔助。因而基于智能化GIS所建立的管道風險分析與決策支持系統(tǒng)可以弱化決策者對于專業(yè)知識和模型構(gòu)造知識的依賴性，很大程度上提高了決策支持系統(tǒng)的智能水準。

4.4 GIS與RS、GPS結(jié)合

GIS與RS(Remote Sensing，遙感技術(shù))、PS(Global Position System，全球定位系統(tǒng))統(tǒng)稱為3S。其中，遙感技術(shù)能夠?qū)崟r、快速、大范圍地獲得地面變化的各種地理信息；GPS能夠快速、高精度地獲得地面定位信息。在長輸油氣管道中應用3S技術(shù)，可以加強管道的日常風險管理和處理突發(fā)事件的能力，基于GIS與GPS定位系統(tǒng)相結(jié)合的智能管道監(jiān)控系統(tǒng)有效的改進了以往管道監(jiān)控系統(tǒng)的漏洞，將有效地預防第三方對管道的破壞。

5 結(jié) 論

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展完善，基于GIS應用軟件越來越成熟。長輸油氣管道的運營及其風險狀況也將得到實時的監(jiān)測，基于GIS的長輸油氣管道風險分析與決策系統(tǒng)的完善將會給我國油氣管網(wǎng)預知性維護，科學化管理提供依據(jù)和支持。網(wǎng)絡技術(shù)、人工智能與GIS技術(shù)的結(jié)合使決策支持更加靈活和智能化，當前GIS數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建還有待完善，基于GIS技術(shù)的管道空間數(shù)據(jù)庫將會提高管道風險分析能力進而有助于提高我國油氣管道管理水平。

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Application of GIS Technology in Risk Analysis and Decision-Making for Long-Distance Oil and Gas Pipeline

LIU Rui-kai，WU Ming
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Advantages of GIS technology applied in risk analysis of long-distance oil and gas pipeline were introduced. The framework of long-distance oil and gas pipeline risk analysis and decision-making system was analyzed as well as application of database. The present application situation of GIS technology in long-distance pipeline risk analysis and decision was discussed, and application prospect of GIS technology in oil gas pipeline risk analysis was put forward.

Risk decision-making; GIS; Pipeline; Module

TE 832

A

1671-0460（2011）09-0940-03

2011-06-16

劉瑞凱（1986-），男，山東濰坊人，遼寧石油化工大學石油與天然氣工程學院油氣儲運專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向：長輸管道風險決策優(yōu)化。E-mail：liuruikai_123@126.com。

吳明（1961-），男，教授，博士，研究方向：油氣管道輸送技術(shù)研究；油氣管線泄漏監(jiān)測技術(shù)研究；管道地理信息技術(shù)研究。

E-mail：wuming0413@163.com。