胡敏+呂艷紅

摘 要：石油天然氣管道有效的科學(xué)的管理和監(jiān)督對(duì)城市安全有著重要的意義。該文介紹基于天地圖的基礎(chǔ)公共地理信息平臺(tái)，搭建的石油天然氣管道信息系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容。先闡述二、三維數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)，再詳細(xì)地介紹具體的5個(gè)系統(tǒng)重要功能模塊，最后闡述了系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：GIS 信息系統(tǒng) 石油天然氣管道 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（b）-0009-03

石油天然氣是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。上海市石油天然氣供應(yīng)幾乎全部依靠長(zhǎng)輸管道輸送，作為能源供應(yīng)“生命線(xiàn)”管道一旦發(fā)生事故或中斷，將直接影響該市能源安全和公共安全，甚至對(duì)城市運(yùn)行和管道沿線(xiàn)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成難以估量的后果。

考慮到相關(guān)數(shù)據(jù)的保密性，基于天地圖上海建設(shè)天然氣管道信息系統(tǒng)充分利用石油管道數(shù)據(jù)的空間和屬性特點(diǎn)，是智慧城市建設(shè)的必然趨勢(shì)，該系統(tǒng)可以使管道保護(hù)主管部門(mén)、相關(guān)管理部門(mén)和管道企業(yè)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的掌握管道自身與沿線(xiàn)地區(qū)特別是高后果區(qū)域的地下管網(wǎng)分布和周邊情況，提升管道隱患防范和事故應(yīng)急處置能力，更好的保障城市安全運(yùn)行。

1 建設(shè)目標(biāo)

1.1 石油天然氣管道數(shù)據(jù)庫(kù)

石油天然氣管道資料分散在各個(gè)部門(mén)，且數(shù)據(jù)來(lái)源不同標(biāo)準(zhǔn)和精度也各不相同，缺乏規(guī)范、統(tǒng)一、綜合的油氣管道數(shù)據(jù)資料，給建設(shè)管理帶來(lái)很大困難。

根據(jù)數(shù)據(jù)融合的有效性機(jī)理，基于多源異構(gòu)空間信息融合的集成模式，建設(shè)建立全市統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的、準(zhǔn)確的、現(xiàn)勢(shì)的石油天然氣管道數(shù)據(jù)庫(kù)，利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息等技術(shù)對(duì)油氣管道信息進(jìn)行科學(xué)管理。這是是智慧城市建設(shè)和城市精細(xì)化管理的要求，也是建設(shè)海綿城市的重要基礎(chǔ)。

1.2 石油天然氣管道三維建庫(kù)

二維平臺(tái)在油氣管道查詢(xún)、分析等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，而三維平臺(tái)能夠以逼真的方式模擬真實(shí)的地下管道情況，顯示油氣管道的分布、走向、連接，管點(diǎn)的特征以及相應(yīng)的附屬設(shè)施，并能結(jié)合地面模型以及地面建筑物模型，使人有身臨其境之感。因此，油氣管道三維模型的建設(shè)在信息系統(tǒng)的形象化展示方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1.3 石油天然氣管道信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（ GIS）是以采集、存儲(chǔ)、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面與地理分布有關(guān)的空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。石油天然氣管道地理信息系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示，從基礎(chǔ)底層到應(yīng)用分為五層：運(yùn)維支持層主要包括服務(wù)器集群、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)備份、機(jī)房環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理方法等；數(shù)據(jù)層指系統(tǒng)涉及的多種數(shù)據(jù)；服務(wù)層分為兩個(gè)方面即石油管道地理信息系統(tǒng)和天地圖上海（基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)）；應(yīng)用層包括地圖瀏覽、信息查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析、應(yīng)急預(yù)警和其他服務(wù)等內(nèi)容；用戶(hù)層根據(jù)需求分三級(jí)權(quán)限用戶(hù)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

石油天然氣管道信息系統(tǒng)功能分為五大模塊：基礎(chǔ)功能、查詢(xún)功能、安全監(jiān)測(cè)、應(yīng)急功能和用戶(hù)管理，如圖2所示。

2.1 基礎(chǔ)功能

（1）地圖瀏覽?；谏虾Ｊ械乩硇畔⒐卜?wù)平臺(tái)（政務(wù)版）發(fā)布的綜合地圖和影像地圖在上海市全市范圍的多個(gè)比例尺的瀏覽，同時(shí)疊加石油天然氣管道專(zhuān)題矢量數(shù)據(jù)，并由圖層開(kāi)關(guān)控制多個(gè)專(zhuān)題數(shù)據(jù)的顯示。此外，提供基本的地圖放大縮小、距離量算、面積量算、顯示圖例等功能。

（2）二、三維顯示及標(biāo)注。二、三維管道以及附屬設(shè)施多比例尺的顯示和無(wú)縫切換，并且在地圖上可根據(jù)需求插點(diǎn)標(biāo)注屬性等信息。

2.2 查詢(xún)功能

（1）綜合搜索。根據(jù)關(guān)鍵字（或拼音）查詢(xún)上海市的專(zhuān)題點(diǎn)位、道路、道路交叉口、門(mén)牌地址等信息，將查詢(xún)結(jié)果在地圖上高亮顯示。

（2）屬性查詢(xún)。在地圖上點(diǎn)擊任意的管道專(zhuān)題數(shù)據(jù)可查看其具體的屬性，同時(shí)根據(jù)屬性的關(guān)鍵詞可以搜索某個(gè)具體專(zhuān)題數(shù)據(jù)的屬性信息，同時(shí)地圖上高亮顯示其位置。另外還可以查詢(xún)管道橫截面信息。

（3）屬性分析。對(duì)管道的基本屬性如管道使用年限、跟測(cè)時(shí)間、維護(hù)時(shí)間、維護(hù)次數(shù)、巡查時(shí)間等，進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，為管道的相關(guān)單位和管理部門(mén)明確地顯示統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以便于石油天然氣管道的管理和維護(hù)等工作。

2.3 安全監(jiān)測(cè)

（1）重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)。對(duì)于管道管齡超過(guò)特定的年限、管道位于區(qū)縣交界區(qū)，以及管道周邊已有占?jí)旱倪@些區(qū)域作為監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域。這些區(qū)域由于管道老化或者管理交接存在漏洞往往存在一定的安全隱患，因此系統(tǒng)將重點(diǎn)監(jiān)測(cè)此類(lèi)區(qū)域。

（2）管道周邊建筑物監(jiān)測(cè)。在管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側(cè)或管道附屬設(shè)施周邊修建下列建筑物、構(gòu)筑物的，建筑物、構(gòu)筑物與管道線(xiàn)路和管道附屬設(shè)施的距離應(yīng)當(dāng)符合國(guó)家技術(shù)規(guī)范的強(qiáng)制性要求。

（3）中心線(xiàn)兩側(cè)危害管道安全行為分析?！吨腥A人民共和國(guó)石油天然氣管道保護(hù)法》規(guī)定對(duì)管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側(cè)一定范圍內(nèi)的違禁物品進(jìn)行監(jiān)測(cè)和綜合統(tǒng)計(jì)分析。如在管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側(cè)各五米地域范圍內(nèi)，禁止采石、用火、堆放重物、排放腐蝕性物質(zhì)、建房等行為。根據(jù)規(guī)定，為了方便管道日常維護(hù)和管理，可對(duì)管道障礙物和周邊地形地物進(jìn)行提取，從而監(jiān)測(cè)管道的維護(hù)狀態(tài)，可及時(shí)排除安全隱患。同時(shí)根據(jù)管道系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還可模擬管道整治改道和管道開(kāi)挖。

2.4 應(yīng)急功能模塊

（1）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。統(tǒng)計(jì)管道及其附屬設(shè)施的屬性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，比如使用年限、維護(hù)時(shí)間和管道監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)等，根據(jù)管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，計(jì)算管道和附屬設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，科學(xué)全面的評(píng)估管道的現(xiàn)狀[5]。

（2）管道預(yù)警。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，對(duì)高危險(xiǎn)的地區(qū)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，并通知相關(guān)責(zé)任單位對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的管道或者附近的地物進(jìn)行及時(shí)處理，安全疏導(dǎo)，從而排除隱患。

（3）應(yīng)急指揮。對(duì)于突發(fā)的安全事故區(qū)域，可在該系統(tǒng)中進(jìn)行全面的信息查看和模擬，如管道泄漏穿越村鎮(zhèn)模擬、穿越道路模擬，并根據(jù)安全應(yīng)急模型，模擬出相應(yīng)的安全解決方案，如人員的疏導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)救援的支持安排和安全疏導(dǎo)路線(xiàn)等。

2.5 用戶(hù)管理模塊

（1）賬戶(hù)管理。對(duì)注冊(cè)用戶(hù)根據(jù)單位屬性，劃分不同的用戶(hù)角色，如管理員、管理層用戶(hù)、普通用戶(hù)等，管理員具有最高權(quán)限，賬戶(hù)管理一方面可以保護(hù)石油天然氣管道信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全；另一方面有利于管道的運(yùn)維和管理。

（2）權(quán)限設(shè)置。不同的用戶(hù)擁有不同的權(quán)限，管理員具有最高權(quán)限，根據(jù)需求對(duì)各個(gè)用戶(hù)分配不同的權(quán)限。市級(jí)單位作為全市油氣管道主管部門(mén)，可以瀏覽全市所有油氣管道，并使用系統(tǒng)所有功能。區(qū)縣管道保護(hù)主管部門(mén)可以瀏覽本區(qū)縣轄境內(nèi)的管道，并使用與該區(qū)縣范圍內(nèi)管道相關(guān)的系統(tǒng)功能。企業(yè)級(jí)單位可以瀏覽該企業(yè)的管道及其相關(guān)功能。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Web地圖技術(shù)

空間數(shù)據(jù)具有非結(jié)構(gòu)性和拓?fù)湫裕任淖趾蛨D片數(shù)據(jù)更加復(fù)雜。Web技術(shù)并不直接支持空間地圖數(shù)據(jù)，因此，需要使用Web地圖技術(shù)在Web環(huán)境下存儲(chǔ)、傳輸和顯示地理空間數(shù)據(jù)。Web地圖技術(shù)將矢量空間數(shù)據(jù)或航空正射影像數(shù)據(jù)加工存儲(chǔ)為金字塔瓦片格式，以按需訪(fǎng)問(wèn)的方式提供給終端用戶(hù)調(diào)用。基于Web地圖技術(shù)，用戶(hù)無(wú)需安裝插件就可以在Web瀏覽器中查看空間地理信息。

3.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)通常作為一種存儲(chǔ)中間件用于保存系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，解決存儲(chǔ)過(guò)程中常見(jiàn)的性能與可靠性問(wèn)題?？臻g數(shù)據(jù)是一種非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)提供對(duì)點(diǎn)、線(xiàn)、面等空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)，通常以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)坐標(biāo)信息，并可對(duì)空間數(shù)據(jù)建立空間索引。

3.3 空間運(yùn)算引擎

GIS（地理信息系統(tǒng)）的一項(xiàng)重要特性即空間查詢(xún)與分析能力?？臻g運(yùn)算是空間查詢(xún)與空間分析的基礎(chǔ)?？臻g運(yùn)算引擎基于空間關(guān)系算法，對(duì)輸入的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行多種運(yùn)算并返回運(yùn)算結(jié)果，如交叉運(yùn)算、包含運(yùn)算、量測(cè)運(yùn)算等等?？臻g運(yùn)算引擎的計(jì)算效率決定了GIS系統(tǒng)空間查詢(xún)與分析的功能可用性及用戶(hù)體驗(yàn)。

3.4 虛擬化技術(shù)

虛擬化是一種計(jì)算機(jī)資源管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存、存儲(chǔ)等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來(lái)，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可分割的障礙，使用戶(hù)可以比原本的組態(tài)更好的方式來(lái)應(yīng)用這些資源。這些資源的新虛擬部分是不受現(xiàn)有資源的物理組態(tài)所限制。虛擬化技術(shù)可以透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理硬件。同時(shí)利用虛擬化容器技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)總體架構(gòu)，提高系統(tǒng)遷移和部署的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

石油天然氣管道信息系統(tǒng)可極大地提高全市地石油天然氣管道保護(hù)和監(jiān)督的效率和質(zhì)量，同時(shí)使天然氣石油管道保護(hù)與管理的決策科學(xué)化、管理信息化和服務(wù)社會(huì)化水平，具有一定的社會(huì)效益。

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