郭道新

西寧中油城市燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)咨詢有限公司，青海省西寧市 810001

城市天然氣管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案

郭道新

西寧中油城市燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)咨詢有限公司，青海省西寧市 810001

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市地下管網(wǎng)正在逐年增加，而且作為天然氣管道的安全性復(fù)雜性也日益突出。現(xiàn)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合發(fā)展，人們已經(jīng)進(jìn)入了信息化社會(huì)，通過對(duì)地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)集GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地下燃?xì)夤芫€的科學(xué)化、精細(xì)化管理，同時(shí)能及時(shí)對(duì)地下燃?xì)夤芫€數(shù)據(jù)進(jìn)行更新維護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下燃?xì)夤芫€的動(dòng)態(tài)更新管理。本文重點(diǎn)介紹城市燃?xì)夤芫W(wǎng)信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案。

信息管理；地理信息系統(tǒng)GIS；數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用系統(tǒng)；方案

引言

城市燃?xì)獾叵鹿芫W(wǎng)信息管理系統(tǒng)在開發(fā)中，充分考慮到系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)先進(jìn)性及對(duì)地理空間綜合應(yīng)用，該系統(tǒng)的二維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫平臺(tái)以及三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)是將反映城市現(xiàn)狀、規(guī)劃、變遷的燃?xì)夤芫€數(shù)據(jù)以及描述這些特性數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸入、存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、輸出的一門綜合性空間信息系統(tǒng)，它是在GIS技術(shù)高度發(fā)展的前提下產(chǎn)生的。城市地下燃?xì)夤芫W(wǎng)信息管理系統(tǒng)在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理有著極其重要的意義。

1 GIS系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過城市現(xiàn)有基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)及設(shè)備屬性數(shù)據(jù)建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)總圖及相關(guān)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行三維數(shù)據(jù)建模，實(shí)現(xiàn)城市管網(wǎng)地理信息管理，即以地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺(tái)為基礎(chǔ)，建立城市管網(wǎng)二維管理功能與三維管理功能，并將城市已有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的綜合展示與管理。通過最新技術(shù)手段最大限度地利用信息資源，建成數(shù)字化、智能化、可視化、一體化的園區(qū)管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，最大可能地支持安全、自動(dòng)化生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)。按照管網(wǎng)管理系統(tǒng)層次式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的總體架構(gòu)如下圖所示：

圖1 管網(wǎng)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要提供了系統(tǒng)運(yùn)行所使用的各個(gè)數(shù)據(jù)庫，對(duì)海量影像、地形、矢量、模型數(shù)據(jù)的一體化管理，同時(shí)也支持三維模型的數(shù)據(jù)庫管理，包括模型數(shù)據(jù)集和模型緩存導(dǎo)入導(dǎo)出，模型數(shù)據(jù)集的管理（增刪、查詢），包括下面幾類數(shù)據(jù)庫：管理數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫、三維模型數(shù)據(jù)庫等。

1.2 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層主要為城市管網(wǎng)管理系統(tǒng)開發(fā)的業(yè)務(wù)功能，本系統(tǒng)主要的包括二維管理功能與三維管理功能，實(shí)現(xiàn)二維地圖的基礎(chǔ)操作、數(shù)據(jù)維護(hù)、查詢統(tǒng)計(jì)及動(dòng)態(tài)標(biāo)等功能；三維管理功能實(shí)現(xiàn)三維地圖的基礎(chǔ)操作、三維信息查詢、三維模型的動(dòng)態(tài)加載及三維料子效果的展示等功能；在將城市已有的SCADA系統(tǒng)、光纖預(yù)警及GPS定位數(shù)據(jù)接入本系統(tǒng)，高效利用已有信息資源，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)管理系統(tǒng)的綜合展示及管理。

1.3 展示層

在系統(tǒng)的最上層是展示層，該系統(tǒng)可通過大屏幕設(shè)備進(jìn)行終端展示，大屏幕設(shè)備能夠提供了一個(gè)全方位的信息顯示環(huán)境，綜合顯示管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)各種圖、文的相關(guān)信息向指揮決策者快速準(zhǔn)確地提供大量的各種多元化的綜合信息，為管理員用戶提供系統(tǒng)里的管理，包括權(quán)限分配及權(quán)限管理。終端用戶通過系統(tǒng)展示層對(duì)城市內(nèi)燃?xì)夤芫W(wǎng)信息進(jìn)行監(jiān)控管理，保證生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的安全，滿足各級(jí)指揮調(diào)度的需要。

2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)方案

2.1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中空間數(shù)據(jù)以城市現(xiàn)有基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)來源，數(shù)據(jù)獲取后對(duì)數(shù)據(jù)采集處理的作業(yè)流程包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、投影變換、數(shù)據(jù)接邊、圖層分類、數(shù)據(jù)檢查等幾個(gè)主要階段，在各階段生產(chǎn)中將產(chǎn)生滿足管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用需要的數(shù)據(jù)成果，其數(shù)據(jù)作業(yè)流程圖如下圖所示：

圖2 數(shù)據(jù)采集作業(yè)流程

數(shù)據(jù)獲?。簲?shù)據(jù)來源于城市現(xiàn)有基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：將獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為shp格式，在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的分層檢查，處理，分層方式以管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用需要為準(zhǔn)。

投影轉(zhuǎn)換：在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，形成了shp格式的矢量數(shù)據(jù)文件，為保證所有文件均在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下，需進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)系統(tǒng)一為管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用的要求。

接邊處理：圖幅接邊的目的是要保持圖面數(shù)據(jù)連續(xù)性。若工作區(qū)由多幅圖構(gòu)成，直接獲取的數(shù)據(jù)存在較嚴(yán)重的不接邊現(xiàn)象，為便于其它子系統(tǒng)的分析處理，要對(duì)各相鄰圖幅分層進(jìn)行拼接，圖幅的接邊精度要滿足相應(yīng)比例尺的國家精度要求。

數(shù)據(jù)檢查：數(shù)據(jù)采集作業(yè)中及完成后，都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，數(shù)據(jù)檢查可分為以下兩類：

程序化檢查：對(duì)數(shù)據(jù)可使用程序進(jìn)行層、色的檢查，可自動(dòng)找出那些與層、色表不能匹配的要素，作業(yè)人員進(jìn)行改正。改正后再運(yùn)行程序逐層、色檢查，最終消除“串層”、“串色”現(xiàn)象。

針對(duì)性檢查：主要是檢查容易出錯(cuò)和程序無法檢查到的地方，這是對(duì)程序檢查的必要補(bǔ)充。

2.2 業(yè)務(wù)屬性庫

業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)主要包括各類裝置、閥室、閥井?dāng)?shù)據(jù)、輸氣管線數(shù)據(jù)、調(diào)壓站數(shù)據(jù)、加氣站數(shù)據(jù)、加油站數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)建筑數(shù)據(jù)、其他管線數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。

業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)庫通過關(guān)系表來存儲(chǔ)業(yè)務(wù)相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。

2.3 三維模型庫

管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)三維模型庫的建設(shè)根據(jù)總圖及相關(guān)設(shè)計(jì)圖，利用3DMAX及RealSpace技術(shù)制作管線三維線型、符號(hào)庫，以及建筑、裝置輪廓、管架等三維模型，形成三維模型庫，三維模型數(shù)據(jù)庫中還包含輸氣管線、調(diào)壓站、加氣站、加油站、其他管線、基礎(chǔ)建筑部分等內(nèi)容。

3 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 二維功能模塊

針對(duì)二維地圖的基本應(yīng)用功能，包含：地圖的基本操作、地圖測(cè)距、全屏顯示、定位顯示操作等功能。通過豐富的功能操作讓用戶全面了解相關(guān)地區(qū)的地理信息。

2）數(shù)據(jù)維護(hù)

數(shù)據(jù)維護(hù)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的編輯、添加、修改和刪除，包括地面上的地形、地物的圖形與屬性數(shù)據(jù)和地面下的地下管線及其附屬物的圖形與屬性數(shù)據(jù)。

3）查詢統(tǒng)計(jì)

提供針對(duì)二維地圖的查詢功能，包括屬性查詢、模糊查詢、條件查找以及管線的長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)。

4）標(biāo)注管理

標(biāo)注管理包括動(dòng)態(tài)標(biāo)注和手工標(biāo)注兩種操作方式。

動(dòng)態(tài)標(biāo)注根據(jù)數(shù)據(jù)字段的值來控制標(biāo)注的顯示樣式，當(dāng)設(shè)備信息值發(fā)生改變時(shí)，標(biāo)注自動(dòng)更新樣式。

利用手工標(biāo)注用戶可根據(jù)實(shí)際需要，在對(duì)應(yīng)位置加入點(diǎn)、線或者面標(biāo)注。以輔助用戶對(duì)地圖的瀏覽查詢，例如管線流向的標(biāo)繪。

心理學(xué)家認(rèn)為：人與人第一次交往中給人留下的印象，在對(duì)方的頭腦中形成并占據(jù)著主導(dǎo)地位，這種效應(yīng)即為第一印象效應(yīng)。中途接一個(gè)班級(jí)，班主任應(yīng)該在第一次見面就贏得學(xué)生的信任與認(rèn)可，需要提前認(rèn)真讀好這本“陌生學(xué)生”的書，通過與家長(zhǎng)微信、電話聯(lián)系了解學(xué)生的基本情況；借助前任班主任提供的班級(jí)學(xué)生學(xué)籍、照片反復(fù)識(shí)記學(xué)生的模樣與有關(guān)信息；與任課老師取得聯(lián)系，對(duì)班級(jí)的每個(gè)孩子有一些感性、整體的認(rèn)識(shí)，盡最大努力了解每一位學(xué)生的性格、特長(zhǎng)、學(xué)習(xí)、行為習(xí)慣等，熟悉班級(jí)每一位學(xué)生，叫出每一個(gè)學(xué)生的姓名。

5）權(quán)限管理

用戶權(quán)限管理主要是對(duì)一些基礎(chǔ)信息的維護(hù)，如對(duì)角色和用戶的新增、修改、刪除和查詢，以及用戶權(quán)限的定制。

3.2 三維功能模塊

1）地圖瀏覽操作

三維全景中展示了全區(qū)的影像全圖，同時(shí)顯示了地面起伏情況，可為初步規(guī)劃提供參考依據(jù)。在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，可以顯示高精度的衛(wèi)星影像和詳細(xì)的地面起伏情況；同時(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立的地上和地下模型為測(cè)區(qū)提供了全景三維立體景觀，為企業(yè)總圖三維信息系統(tǒng)建立了堅(jiān)實(shí)可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

瀏覽中提供自由縮放、漫游、定位以及攝像機(jī)角度調(diào)節(jié)等功能。

2）地下瀏覽模式

地下瀏覽分為地下模式、地面開窗、半透明觀察模式。

地下模式提供了另一種地下觀察方式。利用此方式，可以進(jìn)行地下漫游，也可以進(jìn)行信息查詢。

地面開窗為根據(jù)輸入多邊形將地面掀開，顯現(xiàn)此區(qū)域的地下管線。地面開窗后，可以對(duì)地下物體進(jìn)行各個(gè)角度的三維觀察，也可以對(duì)地下地物進(jìn)行信息查詢。

半透明觀察模式中可調(diào)節(jié)地面透明度，使地下管線顯現(xiàn)，為地下管線查看提供了方便直觀的觀察方式。

3）信息查詢

系統(tǒng)提供對(duì)載入系統(tǒng)的多種三維模型進(jìn)行綜合查詢的功能，使模型屬性描述信息和在三維場(chǎng)景中的空間位置信息有機(jī)統(tǒng)一起來。

三維地球數(shù)字可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型的空間信息和表面屬性信息結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了兩者之間的互通互查，增強(qiáng)了對(duì)三維模型在真實(shí)場(chǎng)景中認(rèn)識(shí)和管理。

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，將把所有載入系統(tǒng)的模型以結(jié)果樹的方式表現(xiàn)在功能列表中，通過輸入模型標(biāo)識(shí)或關(guān)鍵字查詢到結(jié)果列表中，點(diǎn)擊可查詢其屬性信息，雙擊還可定位到三維地球上。

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中將在地圖操作工具欄中以點(diǎn)選工具、框選工具、多邊形工具和矩形區(qū)域在內(nèi)的選擇工具，快速方便進(jìn)行空間搜索。對(duì)選定的模型結(jié)果實(shí)現(xiàn)高亮顯示，并實(shí)現(xiàn)三維展示。

4）空間量算

主要包括三維模式下距離、面積、高度的空間測(cè)量。

5）三維粒子效果

三維粒子效果是運(yùn)用前沿的圖形學(xué)技術(shù)，可以支持各種豐富的場(chǎng)景特效，能夠?qū)崿F(xiàn)逼真模擬雨、雪、火焰、煙霧等效果。利用三維特效彌補(bǔ)了二維、準(zhǔn)三維在顯示效果的缺憾。GIS空間信息的展示提供了更豐富、逼真的平臺(tái)，將相對(duì)抽象、靜態(tài)的空間信息擴(kuò)展得更加動(dòng)態(tài)和直觀。毫無疑問，三維特效技術(shù)在表現(xiàn)GIS可視化方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，不僅可以進(jìn)一步滿足用戶對(duì)三維GIS可視化的要求，還可以感受到體驗(yàn)效果。

6）飛行管理

可以在各個(gè)方向和各個(gè)角度觀察三維模型；同時(shí)，可以圍繞視點(diǎn)進(jìn)行環(huán)繞飛行，如圓形軌道，橢圓形軌道、弧形軌道和線形軌道等；也可以按不同的介質(zhì)進(jìn)行路徑的巡視，如水、氣、電纜等。

3.3 SCADA系統(tǒng)

SCADA即監(jiān)測(cè)監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)管道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)的監(jiān)視，并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道運(yùn)行全自動(dòng)控制和調(diào)度作業(yè)。

管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與SCADA歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，應(yīng)用系統(tǒng)以一定的時(shí)間間隔到SCADA中心數(shù)據(jù)庫讀取相應(yīng)的流量、流速、壓力、溫度等信息，并在管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)中以可視化的形式，顯示在電子地圖上，并且可以投影到大屏幕上?？梢詫?duì)SCADA的流量、流速、壓力、溫度進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，為調(diào)度員指揮調(diào)度提供實(shí)時(shí)、可視化的管網(wǎng)運(yùn)行信息和歷史分析信息。

在管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)展示終端用GIS展現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)瀏覽SCADA系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)，并得到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)備裝置、生產(chǎn)工藝及環(huán)節(jié)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息，更好的實(shí)現(xiàn)在GIS平臺(tái)中，綜合多方信息進(jìn)行服務(wù)決策的功能。同時(shí)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的設(shè)備故障、報(bào)警及運(yùn)行操作事件對(duì)于相關(guān)部門管理者了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、故障檢索、事故分析及定位等優(yōu)化管理有著非常重要的作用?？筛鶕?jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)SCADA自動(dòng)化系統(tǒng)中捕捉到的來自于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的所有報(bào)警及事件信息的綜合展示。

GIS與SCADA系統(tǒng)集成應(yīng)用：

* 基礎(chǔ)地圖操作

對(duì)接入的光纖預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與地圖數(shù)據(jù)相疊加，同時(shí)具有GIS地圖基礎(chǔ)操作的相關(guān)功能，如放大、縮小、平移等。

* 調(diào)閱和疊加顯示

基于地圖的、與管網(wǎng)的展示圖，調(diào)閱和疊加顯示SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

* 定時(shí)刷新顯示

可根據(jù)用戶設(shè)置的時(shí)間隔參數(shù)，按要求做定時(shí)刷新顯示。

* 動(dòng)態(tài)標(biāo)注

將調(diào)閱的SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以多種展示方式疊加在GIS地圖數(shù)據(jù)上，如氣泡形式、標(biāo)簽形式等。

* 查詢定位

對(duì)疊加顯示的SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以做查詢，并對(duì)查詢結(jié)果做定位跟蹤顯示。

4 結(jié)語

天然氣管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)是城市建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的需要，也是完善城市功能、合理開發(fā)利用地下空間以及地下燃?xì)夤芫€安全防范和保障維護(hù)的需要，并對(duì)城市燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)企業(yè)減少運(yùn)營(yíng)成本、安全維護(hù)、信息管理有著重要的意義。

[1]陳琳,楊中華.城市地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)探討[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003(03)

[2]周濤 GIS軟件兩個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)淺析[J].測(cè)繪通報(bào),1999(03)

[3]美國SIXNET公司北京代表處. 天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)方案建議書[2006.06].http://wenku. baidu.com/view/4e4b6d1dc5da50e2524d7f25.html

TU996.6+2

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.20.101

郭道新（1974.5-），男（漢族），山東濟(jì)南，本科，電氣工程師，主要研究方向：城鎮(zhèn)燃?xì)怆姎庾詣?dòng)化。