G IS在油氣長輸管道完整性管理中的應用

盧茂林

（福建中海油應急搶維修有限責任公司，福建莆田351100）

1 系統總體方案

基于GIS的油氣長輸管道完整性管理系統由數據管理層、技術服務層及業務層組成，采用三層體系架構。應用地理信息系統、全球定位系統、遙感系統（3S）和GPRS移動通信技術、MIS管理信息系統等多項技術，以GIS為載體，運用甲骨文公司Oracle數據庫管理系統及微軟銀光Web呈現技術（Microsoft SilverLight）開發用于分析油管完整性管理的應用系統。其總體架構見圖1。

圖1 系統總體架構圖

油管完整性管理系統以主服務器和微處理器及信息存儲系統作為硬件載體，結合Web和2.5G通訊基礎應用和數據庫管理系統構成基礎結構支撐；在此基礎上自下而上分別為數據管理層、技術支持層和業務應用層，其中數據管理層收集了GIS地理信息系統數據庫空間結構信息及POI數據，還集成了環境經濟數據庫和評估指標庫內信息。油氣長輸管道完整性管理系統以管道中心線及配套設施作為主體，評估各類第三方因素指標，集成GIS空間信息整合能力，為技術支持層分析管道完整性后續工作提供數據保障。

技術支持層按職能分工分為兩部分：信息系統及完整性評價系統。信息技術層囊括了工作流管理、權限管理、全球定位系統及2.5G移動通信系統空間定位管理系統、接口模塊、數據語音分析等維持系統運行技術保障系統；完整性評價系統包含地質災害監控、效能評估、第三方破壞評估、腐蝕度評價等風險識別及完整性評價系統，對長輸管道服役過程中可能存在的風險因素進行識別和評估，動態監控整體管道環境。這些單元依照面向服務架構組件模型，經反復調試集成至中央管理層，以達到獨立分析、協同工作的目的，為業務應用層提供技術支持。

業務應用層共開發13個功能模塊，未來可依據需求增加至17個以上。目前，業務應用層功能已包括效能評估、數據維護、系統管理等多重管理模塊，使用時工作人員依據權限訪問應用區，可對數據采集管理、風險識別、管道完整性進行評估。系統設計時考慮到Web應用，因此工作人員可聯網進行數據調用及在線辦公，將后勤管理與在線操作相結合，運用GIS、GPS、GPRS的空間定位與移動通訊管理功能實時獲取管線信息與風險線段識別，提升管道應急響應速度，降低維護成本[1]。

2 系統數據庫設計

數據庫是數據存儲及分析管理的技術支撐，是調研空間信息及管線識別的數據保障，油氣長輸管道完整性管理系統的數據庫中心包括POI及地理信息數據庫、環境及人文數據庫、管線數據庫和評估指標庫。系統數據庫內的信息分支廣泛，設計領域較多，其中基礎地理數據庫和環境經濟數據庫收集了管道沿線地區的航拍及衛星影像、POI信息點、地名庫、行政規劃信息等內容。目前，俄羅斯—哈薩克斯坦至我國的管線數據已基本收錄完畢，未來中亞地區與我國的能源合作將不斷加深，延伸至烏茲別克斯坦和土庫曼斯坦的數據將隨著北斗衛星導航系統在亞太地區的覆蓋而逐漸精確，而西氣東輸管道沿線的地理信息數據就接近15TB。

管線數據庫在系統中采用的是APDM管道數據模型，運用線性參照系，結合基礎地理數據庫相關信息，使地理要素與管道數據相融為一體，工作人員可及時掌控出險管道狀況，定位管線位置，識別風險因素，提升管道可控性。本文所研究的管道專業數據庫在ArcGIS模型基礎上進行了升級，新增了地質災害和天氣變化等自然因素對管道影響程度的分析；針對社會治安狀況、人口密度、人類發展指數、經濟發展水平等第三方破壞因素對管道及配套裝置影響性的分析；依據土質環境和大氣濕度增加了腐蝕因素對管線的影響分析。升級后的APDMV4數據庫信息更加全面，可對多種風險因素進行識別，提升管線運營完整度。

3 系統功能及應用效果

3.1 HCA識別和管理

高后果區指管道泄漏后燃氣和原油對社會影響的輻射范圍。高后果區的面積會隨著泄漏程度、環境狀況、人口密度等因素而變化。地理信息系統的空間信息處理功能和完整性管理系統內風險分析功能可對泄漏程度和管道沿線地帶水文、氣候環境進行識別，依據內置函數計算判定HCA區域，并及時報警啟動應急預案。例如，我國最大的能源管線西氣東輸管道主干線3000km的沿線高后果區已完成自動識別并保存至數據庫內，自該系統2010年試用以來，共在累計近1000km的管線識別HCA，極大程度降低了風險排查響應時間，提升了搶修效率。

3.2 地質災害識別

地質災害是影響管道完整性的重要因素，本系統地質災害檢測服務模塊分為應力監測和風險評估兩部分。應力監測是通過傳感器收集管線附近土質應變趨勢，觀察地下應力變化幅度，收錄常規情況下地質波動狀況，經數據庫分析計算該地域風險系數，用于風險報告評估。如地質波動異常超出常規范圍，則會對系統發出預警信號并進行效能分析。地質災害識別系統收錄了我國長油氣輸送管道主干線沿線地帶全部地質信息，共出臺1500份風險評估報告，對近80萬平方公里的水域進行資料收集，設立1685個風險點，以保障對西氣東輸管道的全線覆蓋和識別精準度，節約維護成本近億元。

3.3 管道抗腐蝕管理及巡線管理

土壤環境及人工污染都可能造成管道本體的腐蝕，為改善這一情況，地勤人員依據長輸管道腐蝕評價方法及2005年出臺的《中華人民共和國油氣管道執行標準》中管道完整性評價體系為基礎，開發出信息化線路管理模式。對管道及配套設施參數、防腐層數據集、土壤環境數據集、管道腐蝕數據集等信息進行分析，結合土壤環境，管道材質出示外腐蝕評價報告。目前，西氣東輸主干線已完成管道抗腐蝕管理信息收集，基本掌握侵蝕性土壤分布狀況，為后續管道完善及維護提供了技術參考；管道巡線管理是針對第三方破壞及巡線不穩定因素設立的服務模塊，包括對沿線地上管道的監控存檔、不符合區域規劃的違章施工和陰極保護系統運行狀況等內容加以管理，安設巡檢人員和重點區域監控，利用衛星定位和GIS空間數據分析能力進行風險識別與追蹤，達到防范人工對管道的破壞及追責作用，自系統投入使用以來，預警響應速度較往常提升78.5%。

4 結論

以GIS地理信息系統為核心開發的油氣長輸管道管理系統在維護油管完整性方面發揮了重要作用，該系統集成多個領域的先進技術，可有效降低不穩定因素帶來的運輸風險，提升油氣長輸管道的可控性和風險識別能力，并逐步提升智能化水平。望本文所述理論能得到相關部門及企業關注，進一步推動GIS系統與ESB、ERP、EAM等多領域管理系統的集成優化，保障油管完整性管理的可控性。