城市天然氣管網信息管理系統建設方案

郭道新

西寧中油城市燃氣工程設計咨詢有限公司，青海省西寧市 810001

城市天然氣管網信息管理系統建設方案

郭道新

西寧中油城市燃氣工程設計咨詢有限公司，青海省西寧市 810001

隨著我國經濟的發展，城市地下管網正在逐年增加，而且作為天然氣管道的安全性復雜性也日益突出。現今計算機技術的綜合發展，人們已經進入了信息化社會，通過對地下管網信息管理系統集GIS技術、數據庫技術、網絡技術實現對地下燃氣管線的科學化、精細化管理，同時能及時對地下燃氣管線數據進行更新維護，實現對地下燃氣管線的動態更新管理。本文重點介紹城市燃氣管網信息管理系統建設方案。

信息管理；地理信息系統GIS；數據庫；應用系統；方案

引言

城市燃氣地下管網信息管理系統在開發中，充分考慮到系統建設的技術先進性及對地理空間綜合應用，該系統的二維地理信息系統平臺、數據庫平臺以及三維地理信息系統平臺是將反映城市現狀、規劃、變遷的燃氣管線數據以及描述這些特性數據通過計算機進行輸入、存儲、查詢、統計、分析、輸出的一門綜合性空間信息系統，它是在GIS技術高度發展的前提下產生的。城市地下燃氣管網信息管理系統在城市規劃、建設和管理有著極其重要的意義。

1 GIS系統總體設計

通過城市現有基礎矢量數據及設備屬性數據建立基礎數據庫，并根據總圖及相關設計圖進行三維數據建模，實現城市管網地理信息管理，即以地理信息系統（GIS）平臺為基礎，建立城市管網二維管理功能與三維管理功能，并將城市已有的系統數據接入，實現管網數據的綜合展示與管理。通過最新技術手段最大限度地利用信息資源，建成數字化、智能化、可視化、一體化的園區管網信息管理系統，最大可能地支持安全、自動化生產與運營。按照管網管理系統層次式結構，系統的總體架構如下圖所示：

圖1 管網管理系統總體架構圖

1.1 數據層

數據層主要提供了系統運行所使用的各個數據庫，對海量影像、地形、矢量、模型數據的一體化管理，同時也支持三維模型的數據庫管理，包括模型數據集和模型緩存導入導出，模型數據集的管理（增刪、查詢），包括下面幾類數據庫：管理數據庫、空間數據庫、屬性數據庫、三維模型數據庫等。

1.2 業務層

業務層主要為城市管網管理系統開發的業務功能，本系統主要的包括二維管理功能與三維管理功能，實現二維地圖的基礎操作、數據維護、查詢統計及動態標等功能；三維管理功能實現三維地圖的基礎操作、三維信息查詢、三維模型的動態加載及三維料子效果的展示等功能；在將城市已有的SCADA系統、光纖預警及GPS定位數據接入本系統，高效利用已有信息資源，實現管網管理系統的綜合展示及管理。

1.3 展示層

在系統的最上層是展示層，該系統可通過大屏幕設備進行終端展示，大屏幕設備能夠提供了一個全方位的信息顯示環境，綜合顯示管網信息管理系統各種圖、文的相關信息向指揮決策者快速準確地提供大量的各種多元化的綜合信息，為管理員用戶提供系統里的管理，包括權限分配及權限管理。終端用戶通過系統展示層對城市內燃氣管網信息進行監控管理，保證生產運營的安全，滿足各級指揮調度的需要。

2 數據庫建設方案

2.1 基礎地理數據庫

基礎地理數據庫中空間數據以城市現有基礎矢量數據為數據來源，數據獲取后對數據采集處理的作業流程包括數據格式轉換、投影變換、數據接邊、圖層分類、數據檢查等幾個主要階段，在各階段生產中將產生滿足管網管理信息系統應用需要的數據成果，其數據作業流程圖如下圖所示：

圖2 數據采集作業流程

數據獲取：數據來源于城市現有基礎矢量數據。

數據格式轉換：將獲取的數據轉換為shp格式，在數據格式轉換時需要進行數據的分層檢查，處理，分層方式以管網管理信息系統應用需要為準。

投影轉換：在數據轉換后，形成了shp格式的矢量數據文件，為保證所有文件均在統一的坐標系統下，需進行投影轉換，坐標系統一為管網管理信息系統應用的要求。

接邊處理：圖幅接邊的目的是要保持圖面數據連續性。若工作區由多幅圖構成，直接獲取的數據存在較嚴重的不接邊現象，為便于其它子系統的分析處理，要對各相鄰圖幅分層進行拼接，圖幅的接邊精度要滿足相應比例尺的國家精度要求。

數據檢查：數據采集作業中及完成后，都需要進行數據檢查，數據檢查可分為以下兩類：

程序化檢查：對數據可使用程序進行層、色的檢查，可自動找出那些與層、色表不能匹配的要素，作業人員進行改正。改正后再運行程序逐層、色檢查，最終消除“串層”、“串色”現象。

針對性檢查：主要是檢查容易出錯和程序無法檢查到的地方，這是對程序檢查的必要補充。

2.2 業務屬性庫

業務屬性數據主要包括各類裝置、閥室、閥井數據、輸氣管線數據、調壓站數據、加氣站數據、加油站數據、基礎建筑數據、其他管線數據等業務相關屬性數據。

業務屬性數據庫通過關系表來存儲業務相關屬性數據。

2.3 三維模型庫

管網信息管理系統三維模型庫的建設根據總圖及相關設計圖，利用3DMAX及RealSpace技術制作管線三維線型、符號庫，以及建筑、裝置輪廓、管架等三維模型，形成三維模型庫，三維模型數據庫中還包含輸氣管線、調壓站、加氣站、加油站、其他管線、基礎建筑部分等內容。

3 應用系統建設方案

3.1 二維功能模塊

針對二維地圖的基本應用功能，包含：地圖的基本操作、地圖測距、全屏顯示、定位顯示操作等功能。通過豐富的功能操作讓用戶全面了解相關地區的地理信息。

2）數據維護

數據維護功能實現對圖形數據與屬性數據的編輯、添加、修改和刪除，包括地面上的地形、地物的圖形與屬性數據和地面下的地下管線及其附屬物的圖形與屬性數據。

3）查詢統計

提供針對二維地圖的查詢功能，包括屬性查詢、模糊查詢、條件查找以及管線的長度統計。

4）標注管理

標注管理包括動態標注和手工標注兩種操作方式。

動態標注根據數據字段的值來控制標注的顯示樣式，當設備信息值發生改變時，標注自動更新樣式。

利用手工標注用戶可根據實際需要，在對應位置加入點、線或者面標注。以輔助用戶對地圖的瀏覽查詢，例如管線流向的標繪。

心理學家認為：人與人第一次交往中給人留下的印象，在對方的頭腦中形成并占據著主導地位，這種效應即為第一印象效應。中途接一個班級，班主任應該在第一次見面就贏得學生的信任與認可，需要提前認真讀好這本“陌生學生”的書，通過與家長微信、電話聯系了解學生的基本情況；借助前任班主任提供的班級學生學籍、照片反復識記學生的模樣與有關信息；與任課老師取得聯系，對班級的每個孩子有一些感性、整體的認識，盡最大努力了解每一位學生的性格、特長、學習、行為習慣等，熟悉班級每一位學生，叫出每一個學生的姓名。

5）權限管理

用戶權限管理主要是對一些基礎信息的維護，如對角色和用戶的新增、修改、刪除和查詢，以及用戶權限的定制。

3.2 三維功能模塊

1）地圖瀏覽操作

三維全景中展示了全區的影像全圖，同時顯示了地面起伏情況，可為初步規劃提供參考依據。在測區范圍內，可以顯示高精度的衛星影像和詳細的地面起伏情況；同時，根據實測數據建立的地上和地下模型為測區提供了全景三維立體景觀，為企業總圖三維信息系統建立了堅實可靠的數據基礎。

瀏覽中提供自由縮放、漫游、定位以及攝像機角度調節等功能。

2）地下瀏覽模式

地下瀏覽分為地下模式、地面開窗、半透明觀察模式。

地下模式提供了另一種地下觀察方式。利用此方式，可以進行地下漫游，也可以進行信息查詢。

地面開窗為根據輸入多邊形將地面掀開，顯現此區域的地下管線。地面開窗后，可以對地下物體進行各個角度的三維觀察，也可以對地下地物進行信息查詢。

半透明觀察模式中可調節地面透明度，使地下管線顯現，為地下管線查看提供了方便直觀的觀察方式。

3）信息查詢

系統提供對載入系統的多種三維模型進行綜合查詢的功能，使模型屬性描述信息和在三維場景中的空間位置信息有機統一起來。

三維地球數字可視化系統的實現模型的空間信息和表面屬性信息結合起來，實現了兩者之間的互通互查，增強了對三維模型在真實場景中認識和管理。

在系統實現中，將把所有載入系統的模型以結果樹的方式表現在功能列表中，通過輸入模型標識或關鍵字查詢到結果列表中，點擊可查詢其屬性信息，雙擊還可定位到三維地球上。

在系統實現中將在地圖操作工具欄中以點選工具、框選工具、多邊形工具和矩形區域在內的選擇工具，快速方便進行空間搜索。對選定的模型結果實現高亮顯示，并實現三維展示。

4）空間量算

主要包括三維模式下距離、面積、高度的空間測量。

5）三維粒子效果

三維粒子效果是運用前沿的圖形學技術，可以支持各種豐富的場景特效，能夠實現逼真模擬雨、雪、火焰、煙霧等效果。利用三維特效彌補了二維、準三維在顯示效果的缺憾。GIS空間信息的展示提供了更豐富、逼真的平臺，將相對抽象、靜態的空間信息擴展得更加動態和直觀。毫無疑問，三維特效技術在表現GIS可視化方面有著得天獨厚的優勢，不僅可以進一步滿足用戶對三維GIS可視化的要求，還可以感受到體驗效果。

6）飛行管理

可以在各個方向和各個角度觀察三維模型；同時，可以圍繞視點進行環繞飛行，如圓形軌道，橢圓形軌道、弧形軌道和線形軌道等；也可以按不同的介質進行路徑的巡視，如水、氣、電纜等。

3.3 SCADA系統

SCADA即監測監控及數據采集系統。它可以實時采集現場數據，對管道現場進行本地或遠程的自動控制，對工藝流程進行全面、實時的監視，并為生產、調度和管理提供必要的數據，實現對管道運行全自動控制和調度作業。

管網信息管理系統可實現與SCADA歷史數據庫進行交互，應用系統以一定的時間間隔到SCADA中心數據庫讀取相應的流量、流速、壓力、溫度等信息，并在管網信息管理系統中以可視化的形式，顯示在電子地圖上，并且可以投影到大屏幕上。可以對SCADA的流量、流速、壓力、溫度進行歷史數據的統計分析，為調度員指揮調度提供實時、可視化的管網運行信息和歷史分析信息。

在管網信息管理系統展示終端用GIS展現可實現瀏覽SCADA系統信息數據，并得到生產現場與設備裝置、生產工藝及環節相關的基礎數據和信息，更好的實現在GIS平臺中，綜合多方信息進行服務決策的功能。同時在生產環節中的設備故障、報警及運行操作事件對于相關部門管理者了解生產現場、故障檢索、事故分析及定位等優化管理有著非常重要的作用。可根據系統需要實現SCADA自動化系統中捕捉到的來自于生產現場的所有報警及事件信息的綜合展示。

GIS與SCADA系統集成應用：

* 基礎地圖操作

對接入的光纖預警系統的數據與地圖數據相疊加，同時具有GIS地圖基礎操作的相關功能，如放大、縮小、平移等。

* 調閱和疊加顯示

基于地圖的、與管網的展示圖，調閱和疊加顯示SCADA實時數據。

* 定時刷新顯示

可根據用戶設置的時間隔參數，按要求做定時刷新顯示。

* 動態標注

將調閱的SCADA實時數據以多種展示方式疊加在GIS地圖數據上，如氣泡形式、標簽形式等。

* 查詢定位

對疊加顯示的SCADA實時數據可以做查詢，并對查詢結果做定位跟蹤顯示。

4 結語

天然氣管網信息管理系統的建設是城市建設和可持續發展的需要，也是完善城市功能、合理開發利用地下空間以及地下燃氣管線安全防范和保障維護的需要，并對城市燃氣運營企業減少運營成本、安全維護、信息管理有著重要的意義。

[1]陳琳,楊中華.城市地下管網信息管理系統中元數據探討[J].黃河水利職業技術學院學報,2003(03)

[2]周濤 GIS軟件兩個熱點技術淺析[J].測繪通報,1999(03)

[3]美國SIXNET公司北京代表處. 天然氣管網SCADA系統方案建議書[2006.06].http://wenku. baidu.com/view/4e4b6d1dc5da50e2524d7f25.html

TU996.6+2

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.20.101

郭道新（1974.5-），男（漢族），山東濟南，本科，電氣工程師，主要研究方向：城鎮燃氣電氣自動化。