城市燃氣GIS信息化建設思路探究

鄭州華潤燃氣股份有限公司 程 龍

北京靈圖軟件技術有限公司 趙立東

1.行業背景與建設目標

1.1 行業背景

城市燃氣管網是縱橫交錯的網絡，燃氣企業通過這種網絡將燃氣從氣源輸送到用戶，燃氣行業關系著千家萬戶的生活，關系著各行各業的正常運作，其重要性不言自喻。然而，當前城市燃氣企業的管網管理信息化程度普遍不高，管線資料通過圖紙資料或者CAD等方式進行保存，這種檔案式的管理方式導致數據查詢、統計與分析速度慢，共享應用不方便。由于缺乏信息化的管理工具，導致事故隱患管理和事故處理能力薄弱。在運營方面也無法掌握燃氣管線巡檢人員的到位情況、搶修車輛分布及現場管網分布情況等。

地理信息系統是一種十分重要的空間信息系統，它可以實現對相關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。而城市燃氣管網的空間分布特征，通過應用GIS技術，可以有效的實現對燃氣管線數據的管理和應用。

1.2 GIS信息化建設目標

燃氣管網GIS信息化是以燃氣管網數據庫為核心，通過建立數據更新機制，并集成調度、熱線、客服、巡檢等信息，為燃氣管網的規劃、設計、施工、運營、評估提供可靠的依據和服務，提高燃氣管網業務管理水平和流轉效率。燃氣管線GIS信息化建設實現的目標包括：

（1）實現對燃氣管線及相關業務數據的集中管理和統一應用；

（2）建立燃氣管網數據更新體制；

（3）實現燃氣管線運維的信息化管理；

（4）通過GIS綜合管理平臺的建設，打通相關應用系統的關聯。

2.燃氣管網GIS信息化解決思路

燃氣管網GIS信息化是將管網空間數據和屬性數據進行整理并建立關聯，形成燃氣管網綜合數據庫，實現對燃氣管網數據、基礎空間數據及管網業務屬性數據的集中管理和統一應用，并通過建立燃氣管線數據的動態更新機制，保證管線數據庫的現勢性。根據不同業務特點和需求，可選擇客戶端/服務器（C/S）、瀏覽器/服務器（B/S）、移動設備/服務器（M/S） 三種運行體系結構。

3.燃氣管網數據處理建庫與更新

燃氣企業GIS信息化最核心問題就是數據問題，包括管網數據、城市基礎空間數據和業務屬性數據等。而燃氣GIS系統的生命力在于數據的持續更新。因此燃氣管網數據處理建庫與更新可以說是GIS系統建設的成敗所在。

3.1 燃氣管網數據源分析

由于各種原因，目前很多企業是通過設計圖、竣工圖或者示意圖進行管理。十年以前的資料大多為紙質，近十年的資料多為AUTOCAD格式的電子版。針對缺失數據的部分可以通過物探的方式來獲取，而對現有的CAD數據可以通過轉換的方式來獲取。

城市基礎空間數據是燃氣GIS系統的重要組成部分，燃氣管網的分布需要城市基礎空間數據作為背景，方可進行精細化管理。

燃氣管線的業務屬性數據包括設施設備信息、燃氣用戶信息、歷史事故處理、scada歷史監測數據以及巡線記錄表格等數據。

3.2 管網數據的準備

管網數據準備的步驟包括已有數據的分析梳理、缺失數據的現場采集、數據整理和檢查、數據入庫等。

已有數據的分析梳理主要是分析現有的有價值的管網空間數據、屬性數據。并對有價值的數據可進行整理、轉換、入庫等。

對缺失的或不準確、不完整的管網數據可通過現場補充采集或核實的方式來獲取確認。對于燃氣管網及地下設施的測量，主要是測量燃氣管網及地下設施的的平面位置、高程和相關屬性，可采用高精度的GPS設備和地下管線探測儀結合的方式進行測量。

3.3 燃氣管網數據標準

燃氣管線數據建庫后，需將所有的燃氣地理信息按照實際地物點、線、面的空間幾何特征、地物的屬性以及地物之間的關系等進行分層管理，并建立燃氣管網空間要素分層與單元劃分標準。同時為了統一規范各個管網圖層的屬性結構，需制定燃氣管網屬性結構標準。

除了上面的最基本的標準外，此外還需要制定燃氣管線測量及竣工測量技術標準、燃氣管線圖編繪技術標準、燃氣管線元數據標準、燃氣管線探測工程監理技術標準等。

3.4 燃氣管網數據建庫

燃氣管網綜合數據庫是GIS信息系統對外服務的基礎。通過收集整理、加工整合燃氣各類地理空間信息資源，建立一個統一的燃氣管網綜合數據庫，實現燃氣管網數據、基礎空間數據及燃氣管網業務屬性數據的集中管理和統一應用。在進行管網數據處理建庫過程中，應依據燃氣管網數據標準進行管網數據的圖幅拼接、編碼分類、分層、屬性賦值，質檢入庫等步驟，實現燃氣管網數據的無縫分層管理。

3.5 燃氣管網的更新

如果燃氣管網GIS系統的數據不進行更新和維護，隨著時間的推移，所有的數據將成為過時的數據，系統就會失去它應有的功能和作用，因此必須要建立燃氣管網更新機制：

技術范疇方面，燃氣管網GIS管理工具中要有管網動態更新模塊，實現對竣工測量資料的添加，管網數據的添加、修改、刪除、數據監理等，在更新過程中要能建立圖形數據和屬性數據的同步更新、點線數據間的拓撲關聯等。

業務范疇方面，要建立嚴格的管網動態更新制度，要求相關單位及時提供完整的竣工資料以及日常運營數據，以此作為更新、維護燃氣管線數據的重要措施。數據更新由一個部門或科室統一管理，責任落實到職能部門和工作崗位，通過專職維護，確保數據的準確和安全。

4.燃氣管網GIS應用系統建設

燃氣管網GIS應用系統的建設應構建以管理服務為中心，快速提供真實準確的燃氣管網信息，實現管網的動態更新、查詢統計、事故應急搶修、管網運營巡檢、管網動態監測、三維分析等功能。根據不同業務特點和用戶需求，可以選擇不同的體系結構，對于簡單查詢類的用戶，可以采用B/S結構；對于管線巡檢業務可采用M/S結構；而對于編輯類用戶或者綜合管理類用戶可采用C/S體系結構。雖然體系結構不同，但燃氣管線常見的應用功能卻是相似的，常見的功能應用如下：

4.1 瀏覽定位

通過平移、縮放、全圖等功能實現對管網圖的自由瀏覽。通過輸入地名和道路名稱等可以快速定位到相應的地方。

4.2 查詢統計

根據圖形查詢設施的屬性信息，也可以根據設施的屬性定位設施的空間位置，可以實現對指定范圍內管線的埋深、材質、管徑、埋設年代等各種屬性的快速查詢和統計。

4.3 制圖打印

實現對管線特征點的標注、管線屬性的扯旗標注等，實現管網圖廓的定制。同時可以實現指定區域、某條街道范圍管線圖的打印。

4.4 應急搶修

當城市內某段燃氣管線發生爆管事故時，可以在地圖上快速搜索到需要關閉的閥門，彈出關閥分析結果，列出需關閥門的基本信息（口徑、閥頭、關閥圈數、當前狀態等）。并能自動生成輔助決策報告，其內容包括故障點位置、管段、影響的閥門及其栓點圖、最近的消火栓、影響到的調壓箱、樓棟、及相應的用戶資料等，為搶修提供快速、準確的輔助決策信息。

4.5 格式轉換

利用數據轉換功能模塊實現不同格式空間數據的準確轉換。

4.6 管網分析

管網分析模塊是由燃氣管網業務相關的分析功能組合而成。管網分析是GIS軟件中最重要的的一部分，它直接影響到系統的使用效果，管網分析包含的內容有：斷面分析、覆土深度分析、連通性分析、凈距分析、緩沖區分析、最短路徑分析、燃氣泄漏分析等。

4.7 管網巡檢

燃氣管網巡檢管理系統由管理中心端和巡檢終端組成。可以為燃氣管線、門站、閥門、調壓站、儲配站等燃氣設施的巡檢管理工作提供科學的手段，對巡檢工作進行綜合評估，并自動形成各類統計表，管理者在辦公室即可隨時了解巡檢到位情況。燃氣管網移動終端為客戶解決業務數據的可視化管理、外業工作人員或車輛的實時監控、外業人員現場信息及時上報、突發事件的有效指揮處理等。

4.8 編輯更新

編輯更新功能供數據編輯人員使用，可將竣工測量數據、外業探測數據通過編輯更新功能導入到數據庫中，并可進行拓撲連接檢查、字段值重復檢查、孤立管點檢查等，檢查后的數據可以直接成網進入系統。可實現管線空間信息和屬性信息的同步錄入及管線數據和管點數據的拓撲一致性，支持成批數據的快速錄入等。

4.9 集成共享拓展

能夠以符合SOA架構的API為企業其他業務系統提供管網地理數據。通過開放的系統接口和服務，與工程管理、管網維修養護、管網巡檢、場站管理、SCADA調度、氣量管理、營業收費、客戶熱線、呼叫中心、業務報裝等系統實現無縫集成，將海量復雜的燃氣系統資產及動態運營信息利用地圖實現直觀的可視化表達，為燃氣企業日常監管、業務運營和領導決策提供綜合性信息服務。

4.9.1 SCADA系統集成

GIS系統需要SCADA系統中的監測點的壓力數據進行氣體流向分析及壓力負荷分析等，輔助燃氣輸配的調度。SCADA系統需讀取GIS系統中的城市基礎地圖及管網圖數據，作為其運行的背景。

4.9.2 客戶管理系統集成

通過GIS系統和客戶管理信息系統集成，GIS系統可以提供客戶管理系統在故障（爆管和停氣）分析后的影響客戶數據。呼叫中心可以快速定位客戶的地理位置，提供基于地理信息的后續調度和服務。

4.9.3 與城建檔案館系統的集成

系統會將每次編輯更新的數據進行標示，以數據增量的方式，將更新部分提交給城建檔案館，保證城建檔案館燃氣管網數據的同步更新。

4.9.4 水力計算模擬分析

建立水力計算模型，配合SCADA系統的監測計量，實現燃氣輸配網的模擬分析。提供了空間地理數據插值的算法，完成燃氣等壓線計算等。

4.9.5 資產管理集成

實現燃氣管網設施資產運行狀況、資產凈值的可視化、形象化的管理，按照工程信息并關聯GIS數據庫進行統計，在地圖上顯示各個工程下的不同類別的設備數量，其中管材和閥門數量按照材質和口徑等分組統計。