基于天地圖的石油天然氣管道信息系統研究

胡敏+呂艷紅

摘 要：石油天然氣管道有效的科學的管理和監督對城市安全有著重要的意義。該文介紹基于天地圖的基礎公共地理信息平臺，搭建的石油天然氣管道信息系統的建設內容。先闡述二、三維數據庫建設和系統總體框架設計，再詳細地介紹具體的5個系統重要功能模塊，最后闡述了系統建設中的關鍵技術。

關鍵詞：GIS 信息系統 石油天然氣管道 研究

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0009-03

石油天然氣是國民經濟和社會發展的重要戰略資源。上海市石油天然氣供應幾乎全部依靠長輸管道輸送，作為能源供應“生命線”管道一旦發生事故或中斷，將直接影響該市能源安全和公共安全，甚至對城市運行和管道沿線人民群眾的生命財產造成難以估量的后果。

考慮到相關數據的保密性，基于天地圖上海建設天然氣管道信息系統充分利用石油管道數據的空間和屬性特點，是智慧城市建設的必然趨勢，該系統可以使管道保護主管部門、相關管理部門和管道企業準確、實時的掌握管道自身與沿線地區特別是高后果區域的地下管網分布和周邊情況，提升管道隱患防范和事故應急處置能力，更好的保障城市安全運行。

1 建設目標

1.1 石油天然氣管道數據庫

石油天然氣管道資料分散在各個部門，且數據來源不同標準和精度也各不相同，缺乏規范、統一、綜合的油氣管道數據資料，給建設管理帶來很大困難。

根據數據融合的有效性機理，基于多源異構空間信息融合的集成模式，建設建立全市統一標準的、準確的、現勢的石油天然氣管道數據庫，利用云計算、物聯網、地理信息等技術對油氣管道信息進行科學管理。這是是智慧城市建設和城市精細化管理的要求，也是建設海綿城市的重要基礎。

1.2 石油天然氣管道三維建庫

二維平臺在油氣管道查詢、分析等方面具有較大的優勢，而三維平臺能夠以逼真的方式模擬真實的地下管道情況，顯示油氣管道的分布、走向、連接，管點的特征以及相應的附屬設施，并能結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在信息系統的形象化展示方面有著獨特的優勢。

1.3 石油天然氣管道信息系統

地理信息系統（ GIS）是以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面與地理分布有關的空間數據的信息系統。石油天然氣管道地理信息系統總體框架圖如圖1所示，從基礎底層到應用分為五層：運維支持層主要包括服務器集群、網絡、存儲備份、機房環境、標準規范和管理方法等；數據層指系統涉及的多種數據；服務層分為兩個方面即石油管道地理信息系統和天地圖上海（基礎地理信息公共服務平臺）；應用層包括地圖瀏覽、信息查詢、統計分析、應急預警和其他服務等內容；用戶層根據需求分三級權限用戶。

2 系統功能設計

石油天然氣管道信息系統功能分為五大模塊：基礎功能、查詢功能、安全監測、應急功能和用戶管理，如圖2所示。

2.1 基礎功能

（1）地圖瀏覽。基于上海市地理信息公共服務平臺（政務版）發布的綜合地圖和影像地圖在上海市全市范圍的多個比例尺的瀏覽，同時疊加石油天然氣管道專題矢量數據，并由圖層開關控制多個專題數據的顯示。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、三維顯示及標注。二、三維管道以及附屬設施多比例尺的顯示和無縫切換，并且在地圖上可根據需求插點標注屬性等信息。

2.2 查詢功能

（1）綜合搜索。根據關鍵字（或拼音）查詢上海市的專題點位、道路、道路交叉口、門牌地址等信息，將查詢結果在地圖上高亮顯示。

（2）屬性查詢。在地圖上點擊任意的管道專題數據可查看其具體的屬性，同時根據屬性的關鍵詞可以搜索某個具體專題數據的屬性信息，同時地圖上高亮顯示其位置。另外還可以查詢管道橫截面信息。

（3）屬性分析。對管道的基本屬性如管道使用年限、跟測時間、維護時間、維護次數、巡查時間等，進行分析和統計，為管道的相關單位和管理部門明確地顯示統計結果，以便于石油天然氣管道的管理和維護等工作。

2.3 安全監測

（1）重點區域監測。對于管道管齡超過特定的年限、管道位于區縣交界區，以及管道周邊已有占壓的這些區域作為監測的重點區域。這些區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，因此系統將重點監測此類區域。

（2）管道周邊建筑物監測。在管道線路中心線兩側或管道附屬設施周邊修建下列建筑物、構筑物的，建筑物、構筑物與管道線路和管道附屬設施的距離應當符合國家技術規范的強制性要求。

（3）中心線兩側危害管道安全行為分析。《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》規定對管道線路中心線兩側一定范圍內的違禁物品進行監測和綜合統計分析。如在管道線路中心線兩側各五米地域范圍內，禁止采石、用火、堆放重物、排放腐蝕性物質、建房等行為。根據規定，為了方便管道日常維護和管理，可對管道障礙物和周邊地形地物進行提取，從而監測管道的維護狀態，可及時排除安全隱患。同時根據管道系統的監測數據，還可模擬管道整治改道和管道開挖。

2.4 應急功能模塊

（1）風險評估。統計管道及其附屬設施的屬性統計結果，比如使用年限、維護時間和管道監測結構等，根據管道的風險評估模型，計算管道和附屬設施的風險系數，科學全面的評估管道的現狀[5]。

（2）管道預警。根據風險評估結果，對高危險的地區進行及時預警，并通知相關責任單位對高風險的管道或者附近的地物進行及時處理，安全疏導，從而排除隱患。

（3）應急指揮。對于突發的安全事故區域，可在該系統中進行全面的信息查看和模擬，如管道泄漏穿越村鎮模擬、穿越道路模擬，并根據安全應急模型，模擬出相應的安全解決方案，如人員的疏導、現場救援的支持安排和安全疏導路線等。

2.5 用戶管理模塊

（1）賬戶管理。對注冊用戶根據單位屬性，劃分不同的用戶角色，如管理員、管理層用戶、普通用戶等，管理員具有最高權限，賬戶管理一方面可以保護石油天然氣管道信息系統的數據安全；另一方面有利于管道的運維和管理。

（2）權限設置。不同的用戶擁有不同的權限，管理員具有最高權限，根據需求對各個用戶分配不同的權限。市級單位作為全市油氣管道主管部門，可以瀏覽全市所有油氣管道，并使用系統所有功能。區縣管道保護主管部門可以瀏覽本區縣轄境內的管道，并使用與該區縣范圍內管道相關的系統功能。企業級單位可以瀏覽該企業的管道及其相關功能。

3 系統關鍵技術

3.1 Web地圖技術

空間數據具有非結構性和拓撲性，比文字和圖片數據更加復雜。Web技術并不直接支持空間地圖數據，因此，需要使用Web地圖技術在Web環境下存儲、傳輸和顯示地理空間數據。Web地圖技術將矢量空間數據或航空正射影像數據加工存儲為金字塔瓦片格式，以按需訪問的方式提供給終端用戶調用。基于Web地圖技術，用戶無需安裝插件就可以在Web瀏覽器中查看空間地理信息。

3.2 空間數據庫存儲技術

數據庫通常作為一種存儲中間件用于保存系統運行的狀態，解決存儲過程中常見的性能與可靠性問題。空間數據是一種非結構性數據，傳統數據庫無法存儲空間數據結構。空間數據庫提供對點、線、面等空間數據結構的存儲，通常以二進制格式存儲坐標信息，并可對空間數據建立空間索引。

3.3 空間運算引擎

GIS（地理信息系統）的一項重要特性即空間查詢與分析能力。空間運算是空間查詢與空間分析的基礎。空間運算引擎基于空間關系算法，對輸入的空間數據進行多種運算并返回運算結果，如交叉運算、包含運算、量測運算等等。空間運算引擎的計算效率決定了GIS系統空間查詢與分析的功能可用性及用戶體驗。

3.4 虛擬化技術

虛擬化是一種計算機資源管理技術，是將計算機的各種實體資源，如服務器、網絡、內存、存儲等予以抽象、轉換后呈現出來，打破實體結構間的不可分割的障礙，使用戶可以比原本的組態更好的方式來應用這些資源。這些資源的新虛擬部分是不受現有資源的物理組態所限制。虛擬化技術可以透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理硬件。同時利用虛擬化容器技術，優化系統總體架構，提高系統遷移和部署的效率。

4 結語

石油天然氣管道信息系統可極大地提高全市地石油天然氣管道保護和監督的效率和質量，同時使天然氣石油管道保護與管理的決策科學化、管理信息化和服務社會化水平，具有一定的社會效益。

參考文獻

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[3] 謝士杰.南京市大比例尺地形圖的動態更新和維護研究[J].測繪通報，2008（1）：49-52.

[4] 于廣婷，李平，潘寶玉，等.輸油管道管理信息系統設計與實現[J].測繪通報，2013（S1）：226-229.

[5] 董文泉.基于WebGIS的輸油管道泄漏預警系統設計與實現[D].中國礦業大學，2014.