趙 晨 云曉燕 由江岫 武傳勝 馬詩晴

（遼寧科技大學大學 遼寧鞍山 114000）

物聯(lián)網(wǎng)防溺水手表GPS定位系統(tǒng)的研究*

趙 晨 云曉燕 由江岫 武傳勝 馬詩晴

（遼寧科技大學大學 遼寧鞍山 114000）

介紹了 GIS防真系統(tǒng)及其在油氣管道泄漏災害事故模擬中的應用，應用該系統(tǒng)可以實現(xiàn)科學、高效地對管道泄漏事故進行應急救援，減少事故對人的傷害和對環(huán)境的破壞，把經(jīng)濟損失降到最小。

石油天然氣 長輸管道 泄漏 GIS

油氣輸送管道具有重疊覆蓋、空間關(guān)系復雜以及安全性要求高等特點，因此，油氣輸送管道的管理必須緊密結(jié)合管道生產(chǎn)經(jīng)營實際，及時獲取所需要的管理信息并進行處理。運用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)可以動態(tài)跟蹤管道運行的整個過程，獲得反映管道運行動態(tài)的參數(shù)，為此，筆者在油氣管道信息管理中引入GIS相關(guān)技術(shù)，探討了將 GIS技術(shù)應用到油氣管道泄漏事故的模擬中，以便科學、高效地應對油氣管道泄漏事故，降低其對人們的傷害并減少經(jīng)濟損失為目標，開發(fā)研制了基于 GIS的防溺水手表災害仿真系統(tǒng)，分析了管線泄漏檢測與定位方法，結(jié)合邊界條件，確定了輸油管道發(fā)生泄漏后果的模擬算法。[1]

一、GIS簡介

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機軟、硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析和顯示的計算機系統(tǒng)。它采用地理模型分析方法，適時提供多種空間地理信息，輔助相關(guān)的地理研究和地理決策 。由于GIS可將地理空間模型化并存儲在計算機中，因此它還具有對研究對象進行描述、模擬和預測的功能。相對于常規(guī)意義上的信息系統(tǒng)，GIS具有空間分析能力強、數(shù)據(jù)來源廣泛、工作方式直觀形象等特點，在對空間數(shù)據(jù)的查詢和分析功能要求較高的領(lǐng)域得到了廣泛的應用。[2]

二、油氣輸送管道泄漏的檢測與定位

1. 泄漏檢測方法

目前，已有的管道泄漏檢測方法大體上可分為基于硬件和基于軟件兩大類?；谟布臋z測方法主要依靠人工分段巡視或者使用各種輔助硬件儀器，對管壁和管道周圍環(huán)境進行監(jiān)測以實現(xiàn)泄漏檢測。基于軟件的方法主要是通過采集實時數(shù)據(jù)，利用流量和壓力變化、動態(tài)模型等，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的計算和分析確認泄漏情況，包括流量平衡法、壓力差法、模型法以及基于信號處理的方法等。一個高效可靠的管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)的性能指標主要有：靈敏性、定位精度、響應時間、誤報率、評估能力、適應能力、有效性、維護要求、費用等。[3]

2. 檢測及定位原理

管道發(fā)生泄漏時，泄漏點處壓力下降，泄漏點兩側(cè)的流體因壓差向泄漏點處補充，這一過程依次向上、下游傳遞，相當于泄漏點處產(chǎn)生了以一定速度傳播的負壓力波。根據(jù)泄漏所產(chǎn)生的瞬態(tài)壓力波傳播到上、下游的時間差和管內(nèi)壓力波的速度以及首末站的距離可以通過計算出泄漏點的位置。

三、仿真系統(tǒng)設計

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

防溺水手表災害仿真系統(tǒng)作為原有地理信息系統(tǒng)平臺的功能擴充，系統(tǒng)的Con fi g、代碼實現(xiàn)方法和界面風格都沿襲了原有系統(tǒng)的集成，對本系統(tǒng)的功能目標、工作流程、組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)等分析確定后，按照總體設計組織結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)采用Dreamweaver設計用戶瀏覽界面，為用戶提供直觀和簡潔的操作，以Microsoft.NET Framework SDK為開發(fā)框架，以ArcServer9.2+Microsoft Visual Studio 2005構(gòu)成開發(fā)平臺，采用C＃、JavaScript、ASP.NET等多種開發(fā)語言作為開發(fā)工具進行各個模塊的編寫。用ArcMAP準備圖形資料，將ArcSEVER作為地圖應用服務器，將管道地圖圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分別存儲，為系統(tǒng)提供調(diào)用、處理輸油管線及泄漏區(qū)域等圖形資料。系統(tǒng)采用三層（B/S）結(jié)構(gòu)，其中大部分功能在服務器端運行并由服務器端完成與數(shù)據(jù)庫服務器之間的通信，客戶端通過瀏覽器收集用戶請求信息、傳送請求信息到服務器端以及負責顯示從服務器端返回的結(jié)果。系統(tǒng)的其他功能服務都是通過 服務器實現(xiàn)與后端數(shù)據(jù)庫服務器之間的數(shù)據(jù)交互。

2. 系統(tǒng)工作流程

在管道發(fā)生泄漏后，通過負壓波的計算得到泄漏點后，通過匹配數(shù)據(jù)庫中管道長度的網(wǎng)格，確定管道泄漏點在地圖中的坐標值，在地圖中用鼠標點擊該坐標點，然后在彈出的頁面中輸入管道內(nèi)、外的各個參數(shù)，進行數(shù)值模擬計算，快速顯示典型土壤泄漏點的地形狀況，模擬發(fā)生泄漏后的油流面積，顯示隨著時間變化泄漏區(qū)域所影響的范圍、管道全線的壓力變化、管道泄漏點的壓力變化以及管道全線的流量變化等各個曲線值，為管理人員制定應急救援預案提供參考。根據(jù)一定時間后的泄漏區(qū)域變化，管理人員可及時修改救援方案。

結(jié)語

長距離輸油管道為油氣產(chǎn)品的輸送和經(jīng)濟的發(fā)展帶來了便利，但其輸送的介質(zhì)大多具有易燃，易爆及易泄漏的性質(zhì)，導致長輸管道在使用一段時間以后經(jīng)常會發(fā)生泄漏事故，造成環(huán)境污染和經(jīng)濟損失。針對長輸管道易發(fā)生泄漏事故，應用本介紹的基于GIS的防溺水手表災害仿真系統(tǒng)模擬油氣管道泄漏災害事故，可以提高管線安全管理的信息化水平和事故發(fā)生后的模擬能力，為應急預案的制定提供決策支持，使油氣管道泄漏事故發(fā)生后的應急救援更加科學、高效，減少人身傷害、環(huán)境破壞和經(jīng)濟損失。[4]

[1] 馮耀榮.當前國際油氣管道工業(yè)的發(fā)展動向[J]．油氣儲運，2001，20(7) :1-4.

[2] 俞樹榮.楊慧來.長輸管道的模糊可靠度研究[J].石油化工設備，2009，38（1）：30-33.

[3] 譚磊.樊建春. 油氣管道導波檢測儀激勵信號源研制[J].石油化工設備，2009，38（2）：12-14.

[4]俞樹榮.楊慧來.基于貝葉斯網(wǎng)絡的長輸管道故障樹分析[J].石油化工設備，2009，38（2）：47-50.

*遼寧科技大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目:201710146000023