南三油庫可視化信息系統設計

張寶良，孫建剛，聶 凱

(1.大慶油田有限責任公司油田建設設計研究院，黑龍江大慶 163712;2.大連民族學院土木建筑工程學院，遼寧大連 116605)

隨著中國石油化工工業的發展，石油儲運工業發展也很快。早在2003年，我國就啟動了石油儲備體系建設，各地正在加緊構建石油戰略和商業儲備網絡。油料具有易燃易爆、易揮發和流動性等特點，油庫在正常運行過程中，一般不會存在環境風險，但是，如果管理不善，泄漏的大量油品在一定條件下會造成溢油、燃燒、爆炸等重大事故，給國家和人民的生命財產造成損失，同時也可能給周圍的環境造成重大影響，并帶來不可估量的損失［1］。

由于油庫事故的特殊性主要是事故的危害面大、產生的災害嚴重、政治及社會負面影響大，因此該系統的目的在于形成一套完善的基于GIS的石油儲庫信息系統，在事故發生初期對其進行有效控制，根據火災的嚴重情況進行應急決策，以達到快速地控制火災，減少損失的目的。本系統可以實現對油庫火災事故的可視化，通過ArcGIS的分析，生成相應的預案，減少火災對設施、環境、人員生命以及財產安全造成的危害，確保國家的能源安全。

1 系統總體設計

系統采用C/S結構，實現三維石油儲庫系統的顯示和空間數據分析功能等。三維儲庫信息系統的開發和設計采用的是三層架構［2］，如圖1。

圖1 系統架構圖

2 三維儲庫系統的數據庫

系統數據包括了儲庫的相關信息、相對獨立的三維模型數據、儲庫的二維平面數據，如何存儲管理這些數據，這是系統數據庫設計的出發點。

屬性與空間數據分別存儲不同地方。在空間數據庫中，存儲包含空間地理對象的地理關鍵信息，物體位置，物體形狀等的相關信息，這些信息存儲于Arc GIS提供的數據庫中;在屬性數據中，主要存儲包含與空間數據庫中地理對象相關聯的屬性信息，以數據表形式保存在 SQL Server數據庫上。通過OID建立實時的關聯［3］，在三維儲庫系統中，系統在運行的時候會自動的建立關聯，同樣在系統退出的時候會自動的斷開聯系［4］。

本系統采用空間數據與屬性數據分別存儲的數據庫組織形式。在SQL Server中建立對應的屬性信息表，能充分的利用其關系數據庫對于數據組織的優勢，實現多種需要的對應方式。屬性數據庫中包括儲罐相關信息，火災火焰分析等相關的表。

三維儲庫系統將采用這種數據實體的模式，將需要傳輸的數據進行包裝存儲到數據表中，在表之間進行關聯，再通過業務邏輯層來實現業務邏輯的關聯。數據庫中三維數據的不同性質數據的物理存儲都是分開的，存儲在不同的位置，采用OID關聯的方式。

3 油庫信息系統的實現

南三油庫信息系統主要包括系統展示、系統查詢、三維場景控制、火災數值與蒸氣云爆炸模型分析等功能模塊。

3.1 系統展示模塊的實現

系統展示模塊主要實現的功能是二、三維模型的展示，以及三維模型相關屬性與信息的展示，如圖2，在這個模塊可以查詢南三油庫的場景模型，關于南三油庫的其他相關文字、圖片資料介紹，還可以通過右上角區域的鷹眼，根據三維場景的視角和位置變化，用矩形框迅速定位到所看到的三維區域在整個三維場景中的位置。

圖2 三維模型相關屬性與信息查詢界面

3.2 系統查詢模塊實現

系統查詢模塊主要包含按圖形和圖示要素查詢、按緩沖區查詢等查詢方法。①按圖形要素查詢:直接點擊圖層中圖形要素，顯示該要素的基本信息;②按屬性查詢:輸入要查詢的屬性信息，得到滿足該屬性的相關內容，并顯示相應圖形要素;③按條件查詢:包括單和多條件的查詢、復合條件的等查詢，根據用戶給定的條件給出結果;④按圖示查詢:包括圖示點查詢、圖示多邊形查詢等相關的內容;⑤按緩沖區查詢:對點、線、區域緩沖范圍內的信息進行查詢。

在三維場景中選擇相應的油罐，就可以得到選擇的油罐的具體信息，包括儲罐的結構、材質、使用年限、生產廠家等數據，這些數據是由生產廠商提供。

按緩沖區分析，用鼠標點選或是用已選好的要素，在輸入緩沖區距離，點擊生成緩沖區，然后可以分析出影響的油罐個數，并在此過程中可以對緩沖區的顏色進行手工修改，其效果如圖3，同時可以設置緩沖區符號和邊框顏色。

圖3 緩沖區查詢

3.3 系統三維場景控制模塊實現

在本模塊中，包含對三維模型的所有基本操作，包括對場景的放大、縮小、平移等，還有對場景實現動畫創建、輸出等相關操作，還可以進行其他高程操作。

3.4 火災數值與蒸氣云爆炸模型分析模塊實現

圖4 火焰分析界面

(1)石油儲罐池火災數值分析。根據現場實時采集到的風速，通過專家給出的算法，計算得到火焰高度、風向上直徑、火焰傾角、總輻射通量、火焰燃燒時間、火焰內穩定區域溫度、人員物體安全臨界距離，如果在界面中人員安全距離和物體安全距離是勾選的，則在三維儲庫中會動態展示其距離的緩沖區，如圖4。

(2)分析石油儲罐蒸氣云爆炸事故，它包括:火災風險等級分析;人員和物體在風險發生時安全距離動態顯示;石油儲罐池火災數值分析;石油儲罐蒸氣云爆炸的模型研究與分析［5］，如圖5。

圖5 儲油罐蒸氣云爆炸傷害分析

根據石油油罐型號框中的油罐大小，系統會自動發送請求到數據庫，根據不同石油儲庫型號，在系統中可以看到根據燃燒值算法計算出的儲罐蒸氣云爆炸火球模型結果，包括火球直徑和火球持續時間;儲罐蒸氣云沖擊波對建筑物、人員造成的傷害;儲罐蒸氣云爆炸傷害——破壞半徑以及儲罐蒸氣云沖擊波，熱輻射對人員造成的傷害情況和財產損失對比。通過現場得到的數據，經過計算得出的分析數值，在三維GIS圖中可以根據不同范圍將區域顯示出來，為事故信息管理者和決策者提供一種可視化的決策參考。

4 結語

本系統以南三油庫為研究對象，利用ArcGIS的二次開發功能，在平臺下實現三維可視化，能夠直觀掌握油庫全方面的信息，進行數據的分析，并在災害發生時應急方案的查詢等。

基于GIS的三維儲庫系統設計與開發，雖然運用了當前先進的AO組件技術，利用了目前最實用的GIS二次開發方法，但是，隨著計算機技術及其其它相關三維可視化技術的迅猛發展，同時需要在現有的研究成果上進一步研究與相關領域的拓展。三維信息系統伴隨著技術的發展，需逐漸的網絡化，這樣就要對模型數據的管理，模型數據傳輸的技術有更高的要求，新的建模與開發技術也要進一步研究發展，使之能夠處理網絡應用。

［1］范繼義.油庫1050例安全事故數據的統計分析［J］.石油庫與加油站，2003，12(6):19－21.

［2］高揚.基于.NET平臺的三層架構軟件框架的設計與實現［J］.計算機技術與發展，2011，21(2):78 －80.

［3］吳東亞.對象標示符(OID)技術和應用分析［J］.標準化研究，2010(8):66－68.

［4］俞志堅.地理信息關聯性研究(下)［J］.地球信息.1997(2):29－32.

［5］苑靜，宋文華，張茹，等.原油儲罐池火災狀態下消防救援安全距離的研究［J］.2009，28(2):124 －126.

(責任編輯 劉敏)