基于APDM的管道完整性數據管理研究

徐 杰 曾 晟 劉 亮 郭 磊 高海康 歐新偉

1.中國石油管道科技研究中心中國石油天然氣集團公司油氣儲運重點實驗室, 河北 廊坊 065000；2.中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司, 北京 100085

基于APDM的管道完整性數據管理研究

徐 杰1曾 晟2劉 亮1郭 磊1高海康1歐新偉1

1.中國石油管道科技研究中心中國石油天然氣集團公司油氣儲運重點實驗室, 河北 廊坊 065000；2.中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司, 北京 100085

目前越來越多的管道公司引入了基于GIS的管道完整性管理系統,如何管理數據并滿足管道完整性管理系統的需求成為當務之急。針對現有的管道數據模型,結合目前管道完整性管理的理論及中國石油管道完整性管理的特點,利用GIS技術及APDM模型對長輸油氣管道完整性數據的管理方式進行研究,設計了管道完整性數據庫,開發了管道完整性數據管理系統。實踐證明,基于APDM的管道數據模型通過定制后應用于管道完整性管理中,基本滿足管道完整性數據管理的要求。

APDM；管道完整性；地理信息系統；數據管理；數據庫設計

0 前言

隨著管道運輸業的快速發展,長輸油氣管道建設規模不斷擴大,基本形成了覆蓋全國的長輸油氣管道網絡。管道完整性管理是以預防為主的管理模式,可以有效地減少管道事故并經濟合理地確保管道安全[1]。而數據管理是管道完整性管理的基礎[2],如何對數據進行有效的提取和組織,建立合理的數據模型和數據庫，對開展管道完整性管理至關重要[3-5]。由于管道完整性管理的海量數據及空間可視化的需求,地理信息系統GIS(Geographic Information System)技術在管道完整性管理中的作用越來越大[6-7]。APDM(ArcGIS Pipeline Data Model)數據模型是ESRI公司開發的地理數據庫,支持模型自定義擴展,擁有強大的GIS能力[8],借助APDM數據模型能對管線數據的邏輯關系進行有效處理,并能存儲管線要素的空間信息[9-10]。根據APDM數據模型定制出專門針對管道完整性管理的數據模型PIDM(Pipeline Integrity Data Model),同時結合管道管理的實際需求增加自定義內容,如工程圖、風險源等,對管道完整性數據庫進行研究,開發了數據管理系統,取得了良好的應用效果。

1 APDM管道數據模型

當前用于油氣管道的數據模型主要有三種:PODS(Pipeline Open Data Standard),ISAT(Integrated Spatial Analysis Techniques)以及APDM數據模型。PODS是一套標準的數據庫表結構,包括地理要素、管道設施、陰極保護等百余張表,提供完全開放的數據庫建模平臺；ISAT是歐洲天然氣研究院根據工業標準的關系型數據庫管理系統發布的數據模型；APDM是用ArcGIS和SDE設計形成的用于存儲管線相關要素信息的數據模型[11],以Geodatabase空間數據庫為設計基礎,將地理數據作為關系型數據庫中的要素進行存儲的對象關系型框架[12-13],而它的要素類主要來自ISAT和PODS模型中包含的表,它的優勢在于能更好地支持與GIS相關的空間分析功能,銜接管道空間數據和屬性數據,該模型是管道行業較為公認的數據模型。

APDM是一個模板,可以根據實際情況在模板中添加或刪除要素,APDM包含的管道要素大致分為核心要素、在線要素和離線要素。核心要素是中心線維護和里程定位所必需的,它的屬性是不變的,核心要素包含控制點、站列、站場、站場邊界、管網、子系統、活動及度量參考等。根據管道要素與管道中心線在線和離線的位置關系,管道要素按不同的類型大致可分為在線點要素、在線線要素、離線點要素、離線線要素及離線多邊形要素。管道要素與管道中心線的位置關系見圖1。

圖1 管道要素與管道中心線的位置關系

根據中國石油管道完整性管理的特點,通過添加要素或提煉現有要素,提出專門針對管道完整性管理的數據模型PIDM,PIDM沿用了APDM的抽象類的行為和關系,分為邏輯模型和物理模型,邏輯模型描述了完整性數據庫結構,說明數據庫的結構關系,物理模型將數據庫中的特征定義為COM對象,通過建模工具導出XML文件創建空間數據庫。PIDM模型共包含十二部分內容:抽象和概念類、管道中心線、設施、檢測、侵占、運行、陰極保護、管道風險、事件支持、歷史記錄、基礎地理和工程圖,根據這十二部分內容生成的數據庫為管道完整性數據管理提供基礎底層服務。

2 管道完整性數據管理

2.1 數據準備

目前中國石油管道普遍存在數據不完整、不精確的問題[14],同時管道完整性數據主要來源于管道歷史數據恢復、建設期數據及運行期數據,數據種類繁多,數量龐大,從管道完整性角度分析,數據質量難以保證[15-16]。由于采集的數據源不同,數據格式多樣,因此需要根據管道完整性數據模型的要求,詳細規劃數據準備流程,包括數據的收集分類、數據整合等完整性管理的各個環節,按照管道數據的格式多源性要求對數據進行分析整合[17]。將收集的原數據格式數據進行數據格式轉換,最終成果數據為符合完整性管理數據庫數據結構的Geodatabase格式,對數據庫所需的字段制定Excel或Mdb數據模板,將數據模板添加到相應的數據庫模板中,確保數據采集流程的規范化。

根據數據的采集結果,管道完整性數據庫需要存儲管道中心線及管道設施數據、管道檢測數據、管道失效數據、管道運行數據、管道沿線數據、站場數據、基礎專題數據及遙感影像數據。同時為了準確存儲管道的各種數據,需要建立統一的參考坐標系來標記各種要素在管道上的相對位置,按照數據結構提取可用數據和有效數據,最大限度提高數據精度,為管道完整性數據庫的建立做好準備。

2.2 管道數據入庫

管道完整性數據庫建立在海量的管道沿線地理信息數據和管道數據的基礎上,如果直接在服務器數據庫操作管道數據入庫會造成不穩定性,可先建立一個本地數據庫,把數據分批導入到本地數據庫中,本地數據庫和服務器上的正式數據庫結構完全一致,最后才把數據完整無誤地導入到管道完整性數據庫中,最后導入的數據包括管線設施數據、基礎地理數據、HCA分析數據、風險評價數據及專題數據。管道完整性數據入庫流程見圖2。

圖2 數據入庫流程圖

建立管道完整性數據庫,不僅要存儲完整性管理所必需的數據,而且還要保證高效的數據查詢效率。在創建數據庫時使用建模工具Viso創建UML(Unified Mode-ling Language)邏輯模型,再建立物理模型,根據導出的數據庫模式文件生成管道完整性數據庫,其中空間數據庫采用RDBMS(Relational Database Management System)+SDE(Spatial Database Engine)的方式存儲組織數據。管道完整性數據庫架構分為數據層、中間件SDE層及應用層,這樣管道完整性數據庫管理所有的空間數據和屬性數據,有利于數據的一體化。

2.3 數據共享

為了解決管道完整性管理信息化中數據異構、數據關聯和重合、易形成信息孤島及缺乏集成平臺等問題,方便其他外部系統或第三方系統調用數據,減少采集成本和避免重復工作,需要實現數據的共享和資源信息的交流。實現數據共享應盡可能不改變現有數據庫的數據結構和應用模式,保持管道數據結構的一致性,統一對數據資源進行管理和發布。

管道完整性管理的業務復雜,系統的異構性及數據的多源性導致管道完整性管理系統缺乏統一平臺共享信息。為了實現管道完整性數據共享,開發基于SOA面向服務架構的專用數據管理平臺,使用數據接口技術開發數據接口,實現外部系統對管道完整性數據的訪問,完整性評價結果也可使用數據接口方式對外發布成服務,這樣保證了數據的同步更新,最大限度地實現數據共享。管道完整性數據管理系統可對外提供多種數據服務,如業務數據服務、基礎數據服務、地圖服務及氣象數據服務等。圖3所示為風險專題數據成果地圖服務。

圖3 風險專題數據成果地圖服務

3 完整性數據管理系統開發與應用

管道完整性數據管理系統是專門針對管道完整性數據采集維護的系統,系統以APDM模型為基礎,擴充APDM結構定制出數據模型PIDM,建立管道完整性數據庫,對管線要素中的線路、站列、控制點、子系統等進行數據維護和更新。同時利用GIS技術實現傳統管道資料和空間信息的結合,對管道完整性數據進行集中管理。系統建立在管道完整性數據庫的基礎上,將管道全生命周期內的各類數據按APDM數據模型進行組織,在系統建設初期,收集管道竣工、管道探測和沿線調繪等數據,在管道運營期完成轄區內管道數據的管理工作。

系統功能主要分為中心線管理、要素管理、規則管理、版本管理及權限管理等五個模塊。其中中心線管理主要是對APDM模型中的控制點、站列、管網等要素類進行維護,通過本工具可批量生成控制點、根據已有控制點生成站列,對站列進行合并、隔斷、聯通等操作,維護站列和管網、子系統的關系。要素管理模塊包括關聯管理、屬性編輯、在線要素管理及離線要素管理,提供工具實現管道空間位置和管道要素邏輯關系的管理。規則管理模塊是對數據庫的數據進行可配置化管理,對APDM對象增加、修改、廢棄及刪除要素規則配置。版本管理是維護多用戶編輯SDE空間數據庫的版本,對數據編輯版本進行管理、協調,解決版本沖突。權限管理是對系統登錄權限、數據加載權限及版本權限進行控制,對多用戶按角色授權的方式,在權限許可的范圍內對數據管理實現分布協作的管理方式。

系統采用面向對象體系結構SOA(Service Oriented Architecture)的技術方法,將不同功能單元通過服務之間定義的接口聯系起來,以數據服務的方式進行數據交互。從系統上線運營的應用情況來看,基本滿足完整性數據管理中數據錄入、維護、變更、查詢及分析等需求,落實了各個環節的數據管理流程,為管道安全運行提供強有力的保證。

4 結論

數據管理是管道完整性管理的基礎工作,涉及大量數據的處理和多個業務部門之間的協作,對管道數據進行管理并保證數據的有效性是管道完整性管理的關鍵技術。通過對管道數據模型的研究、建立管道完整性數據庫及開發管道完整性數據管理系統,基本滿足了管道完整性數據管理的需求,保證管道完整性數據的準確性、可靠性和完整性,但由于管道業務數據各個時期的側重點不同,需要不斷地完善管道完整性數據管理技術,才能更加有效地保障管道的安全。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.016

2016-04-22

中國石油集團公司投資項目“管道完整性管理系統”(計劃2010-12)

徐 杰(1989-),男,湖南邵陽人,工程師,碩士,主要從事管道完整性數據管理、系統建設等信息化技術的研究工作。