GIS技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策中的應(yīng)用

劉瑞凱，吳 明

（ 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

GIS技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策中的應(yīng)用

劉瑞凱，吳 明

（ 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

介紹了GIS技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析中的優(yōu)勢(shì)，分析了長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策系統(tǒng)的構(gòu)架以及數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，介紹了GIS技術(shù)目前在長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策中的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出GIS技術(shù)在油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用前景。

風(fēng)險(xiǎn)決策；GIS；長(zhǎng)輸管道；模塊

由于長(zhǎng)輸油氣管道所經(jīng)過(guò)地區(qū)多，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，因而油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題始終是油氣管道公司和社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。一旦油氣管道運(yùn)行期間存在第三方破壞、腐蝕穿孔、自然災(zāi)害、誤操作等任何一種影響因素都可能引發(fā)嚴(yán)重的管道泄露或者爆炸事故，不但將會(huì)污染環(huán)境，造成財(cái)產(chǎn)損失，還將增加企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本[1]。基于GIS技術(shù)的油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析是解決油氣管道風(fēng)險(xiǎn)決策問(wèn)題的有效方式。基于GIS技術(shù)的油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策系統(tǒng)可以對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析并且能夠預(yù)警長(zhǎng)輸管道各區(qū)域的危險(xiǎn)程度和事故類型，為長(zhǎng)輸管道下一步的檢修計(jì)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(fēng)險(xiǎn)分析中的優(yōu)勢(shì)

GIS技術(shù)作為一種可視化、交互式的決策支持平臺(tái)，應(yīng)用于長(zhǎng)距離油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

首先，GIS軟件所構(gòu)建的三維數(shù)字立體管道模型適合長(zhǎng)輸管道。長(zhǎng)距離油氣管道具有覆蓋面較廣，地形較為復(fù)雜，所涉及到安全運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)信息量巨大的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)能充分發(fā)揮GIS空間分析和空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能在處理具有空間屬性問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì)。在長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程中，應(yīng)用GIS技術(shù)可以將海量資料存儲(chǔ)到 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)[2]，提高管理效率和精度，方便管道風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)快速更新。

其次，在長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)營(yíng)階段，管理人員可以通過(guò)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)所提供的動(dòng)態(tài)更新的管道信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的運(yùn)行檢修、安全情況的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，掌握管道運(yùn)營(yíng)的瞬時(shí)狀況。一旦長(zhǎng)輸油氣管道出現(xiàn)異常情況，可實(shí)現(xiàn)精確快速的局部定位，調(diào)用相關(guān)信息進(jìn)行分析，及時(shí)為決策者提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，以便制定維修方案，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

2 GIS風(fēng)險(xiǎn)分析與決策支持系統(tǒng)構(gòu)架

用C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)基于GIS技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)分析與決策系統(tǒng)，通過(guò)長(zhǎng)輸管道空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)和模型分析數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)鏈接實(shí)現(xiàn)對(duì)管道數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢索和查詢。為滿足當(dāng)前需求系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化的推廣，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和交換性加強(qiáng)，這樣提高了數(shù)據(jù)的可用性，增加了數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。GIS風(fēng)險(xiǎn)分析與決策系統(tǒng)可以從已建成的長(zhǎng)輸管道信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)來(lái)源眾多，因而設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)要考慮各種因素，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的性能[3]。其構(gòu)架結(jié)構(gòu)如圖2。

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

其中專題數(shù)據(jù)庫(kù)就是對(duì)空間數(shù)據(jù)信息分析之后得到的各種符號(hào)圖形集合[2]，例如基于GIS技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃，我們可以得到各種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的符號(hào)，風(fēng)險(xiǎn)概率范圍專題圖形。模型數(shù)據(jù)庫(kù)存放包括風(fēng)險(xiǎn)概率模型，基于GIS技術(shù)和模糊綜合評(píng)價(jià)的管道風(fēng)險(xiǎn)分析層次模型，三維管道空間數(shù)據(jù)分析模型等。

3 GIS風(fēng)險(xiǎn)分析與決策中的應(yīng)用現(xiàn)狀

利用GIS技術(shù)可以得到長(zhǎng)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(kù)[4]。利用專業(yè)GIS軟件二次開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)分析與決策支持系統(tǒng)做出各個(gè)因素引起的管道的風(fēng)險(xiǎn)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(gè)危險(xiǎn)因素可以得到直觀的風(fēng)險(xiǎn)概率模型，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)概率模型生成相應(yīng)的決策。目前，基于GIS技術(shù)的軟件開(kāi)發(fā)并不成熟，因而在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用比較少，我國(guó)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(yīng)用GIS進(jìn)行選線工作[5,6]，部分城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中也應(yīng)用了GIS技術(shù)。

目前，美國(guó)、加拿大等國(guó)家在該項(xiàng)技術(shù)上較為成熟，加拿大的油氣管道公司將故障樹(shù)分析軟件NOLAN與GIS結(jié)合對(duì)所有管段進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，反復(fù)查找潛在的管道風(fēng)險(xiǎn)因素，提高了故障樹(shù)分析預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性[7-9]。美國(guó)科洛尼爾管道公司將風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)模型與GIS系統(tǒng)相結(jié)合對(duì)其所運(yùn)營(yíng)管理的成品油管道系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，使數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，從而確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性,幫助操作人員確認(rèn)管道的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和管道事故對(duì)環(huán)境及公眾安全造成的風(fēng)險(xiǎn)。Enron Transportation Services公司也利用GIS技術(shù)建立了管道應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)降低風(fēng)險(xiǎn)的程度與成本效益制定經(jīng)濟(jì)有效的管道系統(tǒng)維護(hù)方案。

4 GIS在管道風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用前景

隨著GIS技術(shù)的完善，在長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析方面的應(yīng)用方向可以表現(xiàn)在以下幾個(gè)方向：

4.1 網(wǎng)絡(luò)GIS

網(wǎng)絡(luò)可以使各區(qū)域點(diǎn)狀分布的空間管道信息數(shù)據(jù)庫(kù)之間相互鏈接實(shí)現(xiàn)共享。網(wǎng)絡(luò)GIS與傳統(tǒng)GIS相比具有適應(yīng)性強(qiáng)、信息共享、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、使用簡(jiǎn)單、易維護(hù)等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)對(duì)點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的長(zhǎng)輸油氣管道尤為重要[10]。

4.2 開(kāi)放式GIS

開(kāi)放式GIS不僅使數(shù)據(jù)能在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)，還能在系統(tǒng)間流動(dòng)。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(kù)中實(shí)現(xiàn)信息共享，具有互操作性、可擴(kuò)展性、技術(shù)公開(kāi)性、可移植性及協(xié)同性等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于處理具有不同隸屬關(guān)系的長(zhǎng)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(zhǎng)輸管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，將起到重要作用，由GIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(fēng)險(xiǎn)分析模型的重要改進(jìn)方向，它可以為決策支持系統(tǒng)提供動(dòng)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(huì)隨之改變，但重新構(gòu)建模型時(shí)又需要專家的輔助。因而基于智能化GIS所建立的管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策支持系統(tǒng)可以弱化決策者對(duì)于專業(yè)知識(shí)和模型構(gòu)造知識(shí)的依賴性，很大程度上提高了決策支持系統(tǒng)的智能水準(zhǔn)。

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(shí)、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(zhǎng)輸油氣管道中應(yīng)用3S技術(shù)，可以加強(qiáng)管道的日常風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)了以往管道監(jiān)控系統(tǒng)的漏洞，將有效地預(yù)防第三方對(duì)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(yīng)用軟件越來(lái)越成熟。長(zhǎng)輸油氣管道的運(yùn)營(yíng)及其風(fēng)險(xiǎn)狀況也將得到實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，基于GIS的長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策系統(tǒng)的完善將會(huì)給我國(guó)油氣管網(wǎng)預(yù)知性維護(hù)，科學(xué)化管理提供依據(jù)和支持。網(wǎng)絡(luò)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(dāng)前GIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)將會(huì)提高管道風(fēng)險(xiǎn)分析能力進(jìn)而有助于提高我國(guó)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(xué)石油與天然氣工程學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向：長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)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(cè)技術(shù)研究；管道地理信息技術(shù)研究。

E-mail：wuming0413@163.com。