王重陽(yáng) 馬兆俊 霍思慧 帥艷民

（1．沈陽(yáng)燃?xì)庥邢薰?，遼寧 沈陽(yáng) 110000；2．遼寧工程技術(shù)大學(xué)測(cè)繪與地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 阜新 123000）

0 引言

燃?xì)獍踩P(guān)系到千家萬(wàn)戶，還體現(xiàn)了燃?xì)馄髽I(yè)的管理水平。沈陽(yáng)的新城區(qū)是基于新理念規(guī)劃打造的，但是目前老城區(qū)仍然是人口密集居住區(qū)。隨著運(yùn)營(yíng)年限的増加，部分燃?xì)夤芫€出現(xiàn)了老化現(xiàn)象。提高老城區(qū)氣化水平、保障供氣安全成為燃?xì)夤?yīng)企業(yè)必須面對(duì)和解決的問題[1]。除了需要了解和提高管道系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、減少故障的發(fā)生以及延長(zhǎng)管道系統(tǒng)的使用壽命，還應(yīng)該逐步抽換老舊管線。為了保障安全，在管改及新設(shè)等燃?xì)夤こ淌┕で?，需要進(jìn)行停氣預(yù)測(cè)。由于公司以往的預(yù)測(cè)方式是在地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件中采用人眼識(shí)別、分析和判斷的方法對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的海量管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐條預(yù)測(cè)，因此難以避免出現(xiàn)漏看或誤判的情況，從而導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果存在誤差。且預(yù)測(cè)過于依賴預(yù)測(cè)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，出具的預(yù)測(cè)報(bào)告尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。改進(jìn)上述不足、降低工作強(qiáng)度以及提升效率和準(zhǔn)確性已經(jīng)成為亟待解決的問題。

鑒于GIS強(qiáng)大的空間分析和網(wǎng)絡(luò)分析功能，通過梳理停氣預(yù)測(cè)工作所涉及的空間和屬性數(shù)據(jù)特點(diǎn)，構(gòu)建停氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)現(xiàn)有的ARCGIS平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，通過程序自動(dòng)進(jìn)行停氣預(yù)測(cè)分析，并生成停氣預(yù)測(cè)圖及報(bào)告的新工作模式，為施工提供了重要的生產(chǎn)依據(jù)。使該工作更規(guī)范，避免了出現(xiàn)理解偏差。新預(yù)測(cè)模式有助于維護(hù)燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，便于統(tǒng)計(jì)和溯源；減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了工作效率和科學(xué)性，可以取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，在行業(yè)中具有很大的推廣價(jià)值。

1 研究范圍

沈陽(yáng)市是遼寧省的省會(huì)，位于中國(guó)東北地區(qū)南部，是東北地區(qū)最大的中心城市。以沈陽(yáng)燃?xì)夤緸槔芯繀^(qū)涵蓋了由沈陽(yáng)市和平區(qū)、沈河區(qū)、皇姑區(qū)、大東區(qū)、鐵西區(qū)、于洪區(qū)、沈北新區(qū)、渾南區(qū)、新民、法庫(kù)以及蘇家屯區(qū)構(gòu)成的城區(qū)。燃?xì)釭IS數(shù)據(jù)庫(kù)中包括多級(jí)別管網(wǎng)及附屬設(shè)施數(shù)據(jù)，例如高壓A/B、次高壓A/B、中壓A/B、低壓管網(wǎng)、門站、調(diào)壓站以及進(jìn)戶等[2-3]。其中低壓管網(wǎng)分布密集，且直達(dá)終端用戶，是服務(wù)廣大市民的重要供氣管道，因此管網(wǎng)的安全運(yùn)行極其重要。

2 研究方法

停氣預(yù)測(cè)工作是燃?xì)馄髽I(yè)安全生產(chǎn)的重要組成部分，考慮到GIS強(qiáng)大的空間分析和網(wǎng)絡(luò)分析能力，對(duì)停氣預(yù)測(cè)的傳統(tǒng)工作模式進(jìn)行重新梳理與改進(jìn)優(yōu)化，提取關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并結(jié)合燃?xì)夤芫W(wǎng)現(xiàn)狀，構(gòu)建停氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。該文提出了基于幾何網(wǎng)絡(luò)分析及爆管分析的原理和接口，對(duì)現(xiàn)有的ARCGIS DESKTOP進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)停氣預(yù)測(cè)智能分析的創(chuàng)新工作模式，新模式的技術(shù)實(shí)現(xiàn)如圖1所示。經(jīng)過功能測(cè)試，該模式投入了企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)了分析過程的“自動(dòng)化”和輸出成果的規(guī)范化。

2.1 幾何網(wǎng)絡(luò)

Geodatabase是面向?qū)ο蟮牡谌乩頂?shù)據(jù)模型，通過賦予其自然行為及拓?fù)湟?guī)則，可以使GIS數(shù)據(jù)集中的特征更加智能化，其實(shí)質(zhì)是建立在DBMS基礎(chǔ)上統(tǒng)一的智能化的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。Geodatabase 使用線性網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述城市管網(wǎng)等地理網(wǎng)絡(luò)模型，以幾何網(wǎng)絡(luò)和邏輯網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示1個(gè)線性系統(tǒng)，幾何網(wǎng)絡(luò)將地理空間抽象成幾何對(duì)象的集合[4]。幾何網(wǎng)絡(luò)分析建立在點(diǎn)、線元素的基礎(chǔ)上，以有向的拓?fù)浞绞较嗷ミB接，通過交匯點(diǎn)實(shí)現(xiàn)邊與邊的傳遞，可以進(jìn)行連通、追溯等分析[5]。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以由多個(gè)要素組成，例如在燃?xì)庀到y(tǒng)中，可以由中高壓管線、低壓管線以及調(diào)壓站等構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在GIS中表現(xiàn)為由一系列相互連通的點(diǎn)和線組成，用來(lái)表達(dá)水、電和氣等空間幾何特征和資源的流動(dòng)特性，因此這種包括線要素和點(diǎn)要素的網(wǎng)絡(luò)被稱為幾何網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用ArcGIS強(qiáng)大的幾何網(wǎng)絡(luò)分析功能，調(diào)取相應(yīng)接口，可以滿足燃?xì)庑袠I(yè)停氣預(yù)測(cè)智能分析的需求。

2.2 模糊查詢

在自動(dòng)預(yù)測(cè)分析的過程中，工程名稱和工程編號(hào)非常重要，其中，工程編號(hào)是空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的紐帶。當(dāng)輸入工程編號(hào)后，相關(guān)掐頭點(diǎn)和接頭點(diǎn)就可以被自動(dòng)檢索出來(lái)。算法主要通過模糊查詢實(shí)現(xiàn)，需要調(diào)用ARCGIS的IQueryFilter、IFeatureCursor、IFeature以及IFeatureClass等接口及專門用于屬性查詢的查詢過濾器QueryFilterClass。通過WhereClause屬性設(shè)置查詢條件的Sql語(yǔ)句，這里要使用通配符LIKE，符號(hào)%可以代表0個(gè)或多個(gè)字符，例如：” DNAME LIKE ‘%” + this. DName.Text + “%’”，即查找含有輸入信息相關(guān)的工程。

圖1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖

2.3 流向判斷

在燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)中，由于氣體的流動(dòng)具有流向，因此需要從掐頭點(diǎn)開始沿著低壓管網(wǎng)追溯到運(yùn)行的調(diào)壓站，要知道網(wǎng)絡(luò)中的源頭以及能追溯到的調(diào)壓站的開關(guān)狀態(tài)，從而判斷氣源的來(lái)向，進(jìn)而得出正確的預(yù)測(cè)及建筑物的影響區(qū)域。根據(jù)掐頭點(diǎn)和接頭點(diǎn)所在低壓管線的位置，判斷其氣源的來(lái)向。首先，獲取該管線起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，再計(jì)算出與X軸正方向的夾角值[6]，可以通過自定義函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；其次，需要判斷起點(diǎn)和終點(diǎn)是否為同一點(diǎn)，通過設(shè)定容差值dataTolerance，利用X、Y坐標(biāo)差與容差值進(jìn)行判斷，例如（Math.Abs（pt1.X - pt2.X） ＜= dataTolerance && Math.Abs（pt2.Y - pt2.Y） ＜= dataTolerance）；再次，排除相同點(diǎn)，再通過角度計(jì)算判斷流向。角度計(jì)算需要用到反正切函數(shù) Math.atan()，具體實(shí)現(xiàn)可用（180 * Math.Atan（f）） / π得到角度，其中f值可以通過低壓管線兩端點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)求得，例如f=Math.Abs（（pt2.Y - pt1.Y） / （pt2.X - pt1.X））；最后，將角度與設(shè)定好的角度規(guī)則進(jìn)行判斷，確定氣源的來(lái)向。

2.4 影響區(qū)域分析

影響區(qū)域建筑物的提取分為掐頭影響區(qū)域提取和接頭影響區(qū)域提取，需要對(duì)斷管后的低壓管網(wǎng)的連通性進(jìn)行判斷，確定每條低壓管線所帶的進(jìn)戶，通過進(jìn)戶點(diǎn)在一定緩沖區(qū)范圍確定受影響的建筑物。代碼實(shí)現(xiàn)需要先設(shè)定緩沖區(qū)大小常量，例如double Dist= 4，根據(jù)選中的要素wGeometry和設(shè)定好的Dist常量，調(diào)用ARCGIS接口構(gòu)建緩沖區(qū)，代碼如下：pTopologicalOperator = wGeometry as ITopologicalOperator; wGeometry = pTopologicalOperator.Buffer（Dist）。判斷空間關(guān)系，用ISpatialFilter接口進(jìn)行空間關(guān)系查詢時(shí)，需要使用esriSpatialRelEnum枚舉類型。esriSpatialRelContains（包括）、esriSpatialRelWithin（包括于）等9個(gè)關(guān)系是分別從幾何體的內(nèi)部、邊界和外部來(lái)區(qū)分的，所有的幾何體之間的拓?fù)潢P(guān)系都是由這9個(gè)關(guān)系組成的。通過IFeatureSelection接口構(gòu)建選擇集對(duì)象，并使用SelectionColor方法指定影響建筑物的顏色，最終顯示出受影響的建筑物。

2.5 預(yù)測(cè)報(bào)告生成

停氣預(yù)測(cè)報(bào)告的生成，主要包括掐頭預(yù)測(cè)報(bào)告和接頭預(yù)測(cè)報(bào)告，關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于提取管網(wǎng)信息和輸出格式，輸出文件主要以Microsoft Excel （*.xls）格式導(dǎo)出。主要屬性信息提取自數(shù)據(jù)面狀圖層中錄入環(huán)節(jié)的“停氣預(yù)測(cè)”面。輸出預(yù)測(cè)圖需要用到布局視圖，開發(fā)中需要用到ArcGIS 的IPageLayout、IGxMapPageLayout、IMxDocument和IElement等接口。圖面顯示過程的關(guān)鍵在于按照編號(hào)對(duì)同一區(qū)域不同預(yù)測(cè)點(diǎn)影響范圍的顯示狀態(tài)進(jìn)行控制?？梢岳肈eleteElement和Reset方法清空上一次輸出留下的圖形，避免出現(xiàn)同一張圖上預(yù)測(cè)區(qū)域顯示的堆疊和交錯(cuò)，從而造成理解上的混淆。

3 應(yīng)用與分析

在應(yīng)用過程中，首先由規(guī)劃設(shè)計(jì)部門出具施工圖/竣工圖，按地址和編號(hào)錄入停氣預(yù)測(cè)面。對(duì)照?qǐng)D紙中的“大樣圖”添加掐頭點(diǎn)和接頭點(diǎn)，問題點(diǎn)用于標(biāo)明需要現(xiàn)場(chǎng)試氣和反饋的管線。根據(jù)圖紙編號(hào)完善各要素的屬性信息。預(yù)測(cè)過程根據(jù)該圖紙編號(hào)鎖定預(yù)測(cè)涉及的掐頭和接頭點(diǎn)，結(jié)合線狀低壓管網(wǎng)和調(diào)壓站的供氣情況，自動(dòng)分析提取管線掐接過程中供氣受到影響的建筑物，并標(biāo)識(shí)出低壓管線的改造方式，最終生成預(yù)測(cè)圖（如圖2所示）。導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的掐頭和接頭報(bào)告，報(bào)告中詳細(xì)體現(xiàn)了施工單位需求的掐接點(diǎn)氣源來(lái)向以及低壓管線的長(zhǎng)度、管徑和影像區(qū)域的建筑物編號(hào)等信息；以掐頭報(bào)告為例（見表1），該報(bào)告是施工中的必要環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)“人工模式”相比，采用GIS程序預(yù)測(cè)的新模式可以自動(dòng)完成分析過程，大大降低了工作強(qiáng)度，避免出現(xiàn)理解上的偏差，為安全施工提供了重要保障。

4 結(jié)語(yǔ)

通過GIS強(qiáng)大的管網(wǎng)分析功能，結(jié)合日益完善的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，采用程序自動(dòng)分析，克服了人眼搜索識(shí)別難度大及對(duì)海量數(shù)據(jù)的頻繁操作的問題，在提高效率的同時(shí)，還提升了分析的準(zhǔn)確性。在預(yù)測(cè)分析過程中，雖然程序不能自動(dòng)處理錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，但是程序可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)停氣預(yù)測(cè)區(qū)管網(wǎng)數(shù)據(jù)中不易被肉眼識(shí)別的“問題”數(shù)據(jù)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，將問題快速反饋到公司測(cè)繪部門進(jìn)行修正，增強(qiáng)了公司管網(wǎng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，從而提升了管網(wǎng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。新模式減少了重復(fù)工作，分析過程更加客觀，還實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)分析的“自動(dòng)化”和處理過程及預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和規(guī)范化，對(duì)公司安全生產(chǎn)和行業(yè)應(yīng)用的推廣都有十分重要的意義。

圖2 停氣預(yù)測(cè)自動(dòng)分析及結(jié)果示意圖

表1 低壓管線改造、并網(wǎng)停氣范圍預(yù)測(cè)廢線報(bào)告表