一種基于G I S的城市燃氣管道風險管理系統

韓 波

（淮陰師范學院外國語學院 江蘇 淮安 223300）

0 引言

城市燃氣管道是向市區供應生活用氣、企業熱源及化工原料的重要樞紐。管道發生的任何意外事故，都可能嚴重影響人們生產生活，甚至造成巨大損失，對城市燃氣管道進行有效地風險管理極具有現實意義。研究管道的風險管理目的在于提供相關決策支持信息，供人們分析、判斷、預防、決策參考，最終以最大限度地降低風險。

隨著計算機應用的廣泛深入，用戶對決策支持提出了越來越高的要求。由于國內城市燃氣管道風險管理技術起步較晚，過去城市燃氣管道風險管理技術多以風險評價為基礎[1]。這種單一的評價體系往往是以對大量靜態數據進行分析、處理為依據。智能決策支持應用于管道管理方面的實例很少，為了提高城市燃氣管道風險管理的科學性和有效性，在充分調研管道風險管理相關技術的基礎上，詳細設計系統的各個部分，最終構建城市燃氣管道風險管理系統。

1 風險管理系統數據庫

數據庫是數據庫的重要數據資源，是模型庫、方法庫和會話系統的基礎部分。管道風險管理主要涉及到兩個最基本數據庫：管道基本信息庫、區域地理圖層庫。

1.1 管道基本信息庫

對管道進行風險管理，首要關注管道基本信息，因此必須建立相應數據庫?！癙ipeline risk management manual”[2]中介紹了美國的管道指標標準評分體系，它是目前為止國際上較為通用的體系標準，它將影響管道事故可能性的成因分為第三方損壞、腐蝕、設計因素、誤操作等4類。采用這一標準，對城市某區域管道進行分段編號，采集各管段相關數據（第三方損壞、腐蝕、設計因素、誤操作指標等），并進行適當處理。

1.2 區域地理圖層庫

為管道風險管理提供一個可視化平臺環境，采用GIS、DATABASE等技術，建立管道區域地理圖層庫，圖層庫中至少包括區域輪廓圖層、管道圖層等。在此圖層庫上來實現以下功能：

（1）圖庫管理：提供圖層管理功能，可任意添加、刪除圖庫中的現有圖層，按需求顯示地形、地貌等。

（2）地形圖顯示：按分區、管道壓力等顯示。地形圖的查找和問訊方式可分別以屏幕和地形圖號為單位，沿上、下、左、右、左上、右上、左下、右下共8個相連接的方向移動顯示。顯示控制包括放大、縮小、平移、還原、重置中心點等。

（3）地形圖查詢：依托數據庫，實現圖文數據的交互查詢。將主要以GIS的空間拓撲關系處理為依據，考慮點、線、面的包含、相鄰、相交等。提供精確查詢和模糊查詢等。

（4）地形圖編輯：編輯規定比例地形圖、管道序號及各個屬性參數等，實現地形圖的輸人、圖形矢量化。

（5）符號庫設計：設計地形圖中的各種圖元代表的符號，包括標準圖元庫、標準色標庫、各圖元矢量數據庫、規定比例地形圖庫、標記庫、屬性數據庫和其他資料庫。

2 管道風險指標評價方法

評價管道風險指標，目的是得到風險等級的分布狀況，即要確定管道各分段的相對風險總值。關于相對風險總值的確立，在W Kent Muhlbauer評分法[4]基礎上，采用對管道相應參數的客觀數據進行劃分范圍來打分的方式，在此改進國際上常用的專家評分法的對象，以管道的風險概率值作為評分對象，這樣能更加有效地評價管道風險。假設預先對采集的相關數據進行處理，得到了管道的各類風險指標概率值，采用以下公式來計算管道風險概率值：

管道風險概率值=第三方損壞指標 （概率值）+腐蝕指標（概率值）+設計指標（概率值）+誤操作指標（概率值）

3 管道風險事故后果模擬模型

模型是給決策者以通過推理、比較、選擇來分析解答整個問題的能力，所有的決策都要求不同程度地建立模型。管道風險管理涉及到的模型主要為重大事故后果模擬模型等，下面以火災事故后果模擬模型為例來介紹模型庫的建立。

管道火災事故后果模擬主要模擬火災發生后的過程，在可視化狀態下，提供火災影響范圍和程度等。模型的確立是由火災的熱輻射通量來推斷火災的損害程度，進而由某處的熱輻射通量推算其距火災中心的位置。

在計算火的熱通量時，把它看作一系列點熱源，其熱輻射通量可按下列公式計算：

熱輻射通量為I處距中心的位置可按如下公式求解：

在模擬過程中，根據熱輻射通量將火災發生點周圍區域劃分為：死亡區（q＞37.5Kw/m3），重傷區（q＞25Kw/m3），輕傷區（q＞12.5Kw/m3），感覺區（q＞4.0Kw/m3）。

4 城市燃氣管道風險管理系統實現

智能決策支持系統的最終目的是支持決策，一個通用智能軟件通過人-機界面與決策者進行交互，通過處理機來執行對當前決策者及指令的理解知識任務，四庫系統提供數據交換、消息傳遞、模型方法等，它是整個軟件的核心。以四庫系統為基礎，建立基于GIS的城市燃氣管道風險管理系統。

在GIS下，提供了一個交互良好的人-機界面，決策者通過人-機界面發布指令，由處理機調用四庫系統，實現數據庫管理、方法庫調用、模型模擬、知識庫查閱等功能。最終通過數據交換等方式將運行結果及狀態傳遞到人-機界面，供決策者決策。該系統可以方便地診斷出管道“健康”狀況、評價管道運行風險程度；并結合重大事故模擬過程，提出應急預案等。

以MAPX作為地理信息平臺，采用Delphi開發工具，設計了城市燃氣管道風險評價系統[4]。該系統在某市管道管理中得到具體應用嘗試，基本實現了管道風險評估的功能，且運行情況顯示效果良好。

火災模擬過程中，在圖層界面上分別以不同顏色區域顯示管道發生火災點附近的死亡區、重傷區、輕傷區、感覺區。并在下面的信息框內顯示燃燒物質信息、火災區域信息，以及應急措施等。

5 結論

本文為城市燃氣管道的風險管理提供了一種靈活方便的、交互式的決策支持構架。主要特點是：（1）構建了管道信息和圖層數據庫；（2）探討了一種新的管道風險指標評價方法，并設計了管道重大事故后果模擬模型；（3）在基于MAPX的平臺上實現城市燃氣管道風險管理系統。

［1］Liu Jun,Wang Xin.Study on risk evaluation intelligent decision support system of urban gas pipeline[C].3rd International Conference on Innovative Computing Information and Control,2008：p 4603789.

［2］Muhlbauer K Went.Pipeline risk management manual(2nd Edition)[M].Houston USA：Gulf publishing company,2001,184-189.

［3］王凱全，邵輝.事故理論與分析技術[M].北京：化學工業出版社，2003：136-140.

［4］荊平.地理信息系統設計與開發[M].北京：清華大學出版社，2011：124-168.