基于GIS的金陵石化廠際管網管理系統

金陵石化信息中心 劉致遠

1.研制背景

金陵石化公司成立于20世紀80年代初，是隸屬于中國石化股份公司的國家特大型石化企業，所屬5家工廠分布在方圓20公里的區域內。區域內管線種類繁多、空間分布縱橫交錯。由于時間跨度長、人員變換更迭、改建擴建、管理不善等原因，管線資料散失不全，在各類改、擴建施工中容易造成挖斷地下管線的安全事故，對企業的安全生產造成威脅，有時甚至造成人員的傷亡。例如2010年7月28日，原南京塑料四廠拆遷工地，因野蠻施工挖斷地下丙烯管線造成重大人員傷亡的惡性事故。

經過幾十年的發展，金陵石化公司積累了大量的管線數據。同時，這些數據又分散在不同部門的專業人員手里。在使用過程中，這些數據還存在如下問題：(1)數據格式不統一。有些數據存儲在excel表中，有些存儲在數據庫中，有些是CAD文件，有些空間數據坐標系統采用南煉坐標，有些采用南京58坐標，這就造成了在使用過程中的諸多不便；(2)存儲方式多樣。有些是紙質的，有些是電子的；(3)由于文件眾多，已經更新的數據，在文件中未能同步更新，導致時效性差，準確度較低[1]。

因此企業亟需把這些分散的、多種數據格式的大量數據管理起來。利用GIS技術能夠很好地解決這個難題，管理、利用好這些數據來為企業的生產服務。它不僅能夠很好地管理數據，進行直觀的可視化表達，還可以為管理者提供決策支持。

2.系統總體設計

地理信息系統（GIS）是一項以計算機為基礎的新興技術，在計算機軟硬件支持下，它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數據的有效管理、研究各種空間實體及相互關系。通過對多因素的綜合分析，它可以迅速地獲取滿足應用需要的信息，并能以地圖、圖形或數據的形式表示處理的結果[2]。

2.1 需求分析

石化企業管道的特殊性要求管道操作員以更加有效可靠的方式來操作，能全面準確地掌握管道的地理分布，以便在發生緊急情況時具備很好的應變能力。GIS技術組織和管理這些管道數據。并利用獨有的強大網絡分析功能，進行管道網絡分析、追蹤分析、迅速制定關閥門方案等，提高管理能力[3]。

石化企業的管道與市政管線或其他行業廠區管線相比，具有其特有的性質：

1）管線種類繁多，特性各異。石化的物料管道按照用途可分為蒸汽、氦氣、氨氣、汽油、重油、火炬氣、乙烯等70余種，有的還有伴熱管和覆蓋層。系統必須將各類型的管道放置在不同的數據層，并且針對不同數據層的特點和要求提供不同處理和分析模式；

2）管線多在地面以上的周邊架設了各類支撐結構。石化企業的物料管道一般都在空中架設，離地面5m以上，沿線必須由管架、弦、橫梁、斜撐等共同伴隨支撐。管道支撐結構是石化企業重要的基礎設施，也是進行管道設計施工時要重點考慮的因素，所以要準確完整地管理管網，必須將復雜的支撐結構作為重要的數據加以管理；

3）管線重疊覆蓋、纏繞交錯，空間關系復雜。支撐管道的管架一般分成2-5層，在管架上架設的管道也是分層的，在某一個層次上，不同類型的管道并列排布，從俯視的角度來看，管道的平面圖是重疊的，很多管道并不是始終處在一層，而是上下轉折.在層間起伏，有的管道中途轉向，從而形成管道復雜的纏繞。這種狀況要求管線管理系統有很強的三維處理能力，能有效地區分平面上重疊、高程不同的管道，能在任意地點自動生成斷面圖，以體現管道在管架上的實際情況，能以虛擬現實的方法生成三維虛擬漫游場景；

4）管道相關資料紛繁復雜。管線的資料庫包括管線卡片、價值增減記錄、焊接施工記錄、管線運行檢修數據庫、檢測記錄、事故記錄、缺陷登記、竣工資料數據庫等。一條管線與這些資料庫中記錄的對應關系有時是一對一，但大多時候是一對多。例如，一條管線只有一張卡片，但可能會有多個事故記錄、多個檢測記錄等。管線管理系統必須有效地建立管線和各類資料庫間的聯系，可以自由查詢檢索某一管線在各個資料庫中的記錄數據，并能添加資料庫記錄。另外，管線還有相關的圖片、聲像、文字資料需要管理，例如，管線事故處理預案就是以word文檔的形式存放的；

5）管道實時性、安全性要求高。如果管道的運行狀態不正常，會直接影響石化企業的生產而造成重大的經濟損失；另外，不少管道內容物是易燃、易爆或劇毒物品，一旦發生爆管或泄露，將造成嚴重的后果。因此石化企業普遍重視管道安全，建立了實時的測壓、測溫、測流系統及管道安全評估體系，并針對不同的管道訂立了事故處理預案。管線管理系統必須提供與實時系統和安全評估系統的數據接口。接收處理相關數據，提供預警機制，并且在事故發生時能迅速提供準確的處理預案，便于應急事故處理。

在系統設計和實現時，必須充分研究這些特點并提供相應的方案[4]，才能使系統真正滿足企業需求，為企業提供快速、可靠的信息服務。

2.2 結構設計

圖1 系統的架構

地理信息系統中的關鍵是總體結構設計，包括地圖數據管理設計、系統組成設計、系統的界面、系統功能設計、數據存儲管理設計，以及數據顯示設計等。金陵石化廠際管網GIS采用的是美國ESRI公司的GIS產品ArcGIS作為基礎軟件平臺，采用Oracle作為數據庫管理平臺。系統在功能上主要包括系統標準功能、業務應用擴展功能和與其他系統的接口功能三大功能。系統在邏輯上分為數據層、業務層、服務層和表現層四個層次。

2.2.1 系統使用環境

系統的應用開發環境：Microsoft Visual Studio 2010中的C#.NET，DELPHI 7.0，VC6.0，ArcGIS Engine；地圖訪問采用軟件：ArcSDE服務軟件；數據庫采用平臺：ORACLE 11g；圖形數據采集使用軟件：ArcGIS，AutoCAD。

2.2.2 系統結構框架圖

基于對系統圖形表現能力以及數據處理速度方面的考慮，在系統結構的設計上，采用了客戶機/服務器（Client/Server即C/S）模式的體系結構。如圖1所示。

系統的基本框架如圖2所示。

3.實現功能

根據業務需求，結合系統基礎平臺的特點，本系統劃分了多個功能模塊，各個功能模塊由數個子功能組成(見圖3)，下面分別敘述各個模塊的詳細功能：

1)基本地圖操作功能：圖形放大、縮小、全圖、刷新、定位等基本圖形功能，圖數結合的查詢功能；

2)檢索與查詢：對數據進行查詢、檢索和分析，包括空間查詢，屬性查詢，復合條件查詢和圖形與屬性信息的雙向互查；

3)數據統計和專題圖：如管線卡片、管線路由、某種特殊地類或地物的專題圖、設施的分類統計、任意屬性組合的專題地圖制作等；

4)輸出：包括圖形輸出、文檔資料輸出、各類專題地圖輸出等；

5)系統管理：系統設定一個系統管理員，由系統管理員對能使用本系統的用戶進行管理控制。只有通過了系統驗證的用戶才可以進入系統，一般用戶沒有增加刪除文件和修改數據庫的權力，對于每一個用戶，系統細致化地規定其對數據庫的使用權力，系統管理員必須為使用人員規定使用權限；

6)數據獲取與預處理：系統能接收測繪數據、設計圖紙、屬性表格等基礎空間數據，并進行適當的預處理，特別注意對數據質量的檢查和錯漏的處理；

7)數據入庫：將接受到的數據，如測繪數據、設計圖紙、電子表格、其它格式的電子地圖、數據等經接口軟件處理后進入到數據庫中；

8)數據更新與維護：主要分為版本管理、圖形編輯、歷史數據庫建立、數據更新升級、數據添加等內容；

9)影像、矢量數據的疊加顯示：對遙感影像、矢量數據進行配準，并在系統通過疊加（影像圖層在底部、矢量圖層在上部）的方式將兩者顯示；

10)三維展示：在三維中，反映真實的地形地貌，以及廠際管網及周邊附屬設備。對管線設備、道路等對象進行屬性查詢及快速定位。查看管線卡片、橫斷面圖、縱斷面圖。按管架線路可設定自動飛行路線，并可與二維進行地圖的聯動顯示；

11)專業分析功能：提供高級的分析功能，包括：橫斷面圖、縱斷面圖、巡檢管理、系統圖管理、視頻監控、儀表實時數據。這些功能實現了對工藝管網的專業化信息管理，為金陵石化的規劃、設計、生產、運行、維護等部門提供快速、可靠的信息服務。在一定程度上提升了本系統的專業應用檔次。

圖2 系統的基本框架

圖3 系統的功能模塊

圖4 圖形的分層管理

圖5 系統地圖數據處理流程

圖6 系統二維的圖層配準

圖7 系統三維展示

4.技術特點

4.1 用戶界面友好

用戶界面是信息系統的門面，界面的友好對應用程序的正確使用起著十分重要的作用。友好的用戶界面應該清晰明了、在不同的應用之間保持一致、充分利用桌面隱喻，才能將有效的操作提供給用戶。本系統采用簡潔、大方的界面，完成系統功能的集成，方便工作人員完成系統的各項操作。

4.2 靈活、穩定、安全的用戶管理系統

由于系統所涉及的對象較多，為了保證系統的穩定安全性，系統提供了較為方便的用戶管理功能，將所有的用戶按照一定的規律進行分類，提供靈活的用戶權限設置功能，方便了系統管理員工作。

4.3 設備的綜合查詢

在系統結構的設計上，采用客戶機/服務器（Client/Server即C/S）結構的系統體系，提供各類設備的綜合信息查詢功能。

4.4 圖層靈活控制

對所有的圖形進行分專業和分層的管理，用戶可靈活控制各類設備圖形的可見與否，見圖4。

在此基礎上確定本系統的地圖數據處理流程見圖5。

4.5 影像與矢量圖層的配準

確定坐標系統后，將金陵石化的遙感影像與矢量圖層進行配準后，在二維中進行疊加顯示。如圖6所示。

4.6 三維地形、場景

在三維中反映了真實的金陵石化地形地貌，以及廠際管網、設備的地理位置。另外，通過疊加三維模型（建筑、儲罐），使得整個系統更加生動形象。如圖7所示。

4.7 逐步完善了金陵石化GIS的數據庫

本系統采用分步實施的步驟進行，完成了金陵石化的廠際管網數據信息，為最終使系統涵蓋金陵石化所有區域范圍的數據奠定了基礎。

4.8 海量數據的有效管理

數據源數據規范化與數據源數據庫建設，以數據及信息的標準化、規范化為核心，開發了基于GIS用戶數據流的專業數據整理、數據質量控制、數據庫數據加載工具，為各子系統環節的數據及信息的產生和存儲提供規范化的操作，確保數據及信息的可靠性，實現數據源數據的標準化。

通過共享式的數據管理模式，將二維系統、三維系統各專業或業務板塊方式組織的數據源數據庫進行集成和管理，可對數據源的數據模型進行擴充、對數據源數據庫中的數據資源進行集成，并按照各專業或業務板塊原有的數據應用風格組織數據應用功能。采用應用集成技術，利用系統提供的應用程序集成接口，集成各子系統的應用程序，為用戶提供統一的安全認證接口，實現基礎平臺上各個子系統的安全訪問應用，實現了數據資源對用戶的透明化，大大提高了共享數據資源的能力。

5.結束語

《金陵石化廠際管網綜合信息管理系統》實施后，極大的提高了金陵石化廠際管網的管理水平。形成了完備的電子資料庫，同時，統一的信息數據庫，為各專業、各部門的管理提供了可靠的、唯一的、準確的數據基礎。隨著系統應用層面的不斷擴大，各專業部門的信息不能及時共享的問題得到了很大的改善。

[1]崔倫輝,張萬昌,徐士進.江蘇油田地理信息系統的設計與實現[J].計算機工程,2008(20).

[2]楊斌.基于ArcGIS平臺的油田GIS設計與實現[J].數學石油和化工,2007(3).

[3]陳子恒.企業地理信息系統的應用[J].軟件世界,1996(8).

[4]賈文鋒.地下管線管理信息系統的開發與應用[J].測繪與空間地理信息,2004(4).