浅谈基于GIS的燃气立管管理的思路与方法

上海大众燃气有限公司 黄一帆

立管同调压器、阀门、水井一样都是燃气管网的重要设施，它处于管网的最末端，是与用户最为接近的燃气设施。通过引入管到立管，燃气输送至千家万户，立管腐烂、漏气、占压等情况都会影响客户的用气安全，甚者威胁生命。燃气输配站点每年都要对管辖范围内的立管进行巡检，查找漏气等事故隐患，及时解决，保障设施完好，确保客户安全用气。但相比其它设施，立管具有数量庞大、分布范围广、基础数据不统一等问题，对进一步的科学管理造成了一定的困扰。

随着输配信息化管理的推进，对于燃气管网的管理提出了更高的要求，在此过程中 1:500 GIS、1:10 000 GIS、工程管理系统、阀门、调压器、水井设施管理系统相继开发应用，取得了良好的效果。信息化的推进、技术的进步，使得立管信息化的管理成为了可能。

1 现状和存在的问题

立管管理虽然是设施管理的一部分，但它又有其特殊性，相比其它设施而言，立管的数据极其庞大，在市南管辖范围就有 18万根。一直以来图档根据测绘数据绘制图形，输配站点根据新建工程自行划分样板进行巡检，两者数据相对独立，基本没有沟通，使得两套数据无法避免地存在着一定的差异性，而且随着时间的推移，差异性就越来越大。同时由于缺乏“桥梁”，图档的图形数据与输配站点的属性数据无法有机的结合起来，无法从任何一方获取最完整的立管数据。不仅图档与输配站点数据存在差异，输配站点之间也存在着数据不统一的问题。由于缺乏统一的标准和输入的平台，各输配站点根据自身的管理需求建立立管台帐记录巡检维护信息，随意性较大，台帐内容不同，记录的含义也各不相同。海量数据、图形属性割裂、数据差异，这些都使得立管的情况比较复杂，管理上存在着一定难度。

2000年GIS图档的应用，使得原有的图档数据电子化，可以同时记录图形和属性信息，也使得对管线和设施的可视化统计成为了可能，但并未解决立管管理的问题。1:500 GIS中的立管虽然有部分属性信息，但只是简单的工程信息，并没有站点的详细数据，两者之间仍然是相互独立的。虽然可以统计设施个数，但只能在单块图板内，无法跨图幅进行统计分析，也很难在此基础上获得真实的立管总数。1:10 000 GIS中的抢修决策功能在对中高压管网进行拓扑分析时取得了成功，能够制定出较完善的抢修预案，但是进一步细化到受影响用户数的问题上却遇到了瓶颈，无法动态的分析出受影响的用户数。这些问题都阻碍了对立管进一步的科学化，信息化的管理，因此我们需要通过设计一种有效的运行机制，从立管安装开始，便利用数字化的便捷性和统一性进行管理，使整个过程在可控、可视化的环境下运作和管理。

2 解决的思路

面对数量庞大的立管数据，要实现信息化管理，首先就是要想办法理清立管的基础数据，解决各部分数据之间的存在的差异性，使其统一化，规范化。立管基础数据的差异性主要分为两部分，一部分是图档和输配站点数据的差异，另一部分是站点之间数据的差异。面对这两种情况，要分别采用不同的方法加以解决。

图档与输配站点立管数据存在差异，立管的图形和属性数据无法链接，都源于两者相对独立，无法互通，解决问题的关键是在两者之间建立一个“桥梁”，将两套数据有机的结合起来，以解决存在的差异问题，同时通过图形和属性的结合，获取最完整的立管数据，实现第一个层次的数据结合。

输配站点之间的数据差异是因为缺乏一个统一的管理平台，因此必须建立一个立管管理平台，使输配站点对立管的管理统一化、标准化、规范化。这个平台不仅是提供一个统一的口径让输配站点输入和查询信息，更为重要的是要记录下更为详细的维护巡检信息，对每根立管的从产生到消亡的整个生命周期进行监控和记录，起到提醒、监督等各项功能，细化原有的管理。

在解决了基础数据差异性的问题，实现图形和属性数据的初步结合后，要做的就是结合已有的GIS系统，对立管数据进行第二个层次的整合，并在此基础上设计出对立管数据的综合应用方案，如：立管可视化分析，抢修决策中受影响用户数的统计，以进一步提高输配在实际工作中对管网数据的综合应用。

3 研制过程及功能实现

3.1 立管编码

针对立管数量庞大，图档数据无法与输配站点数据相关联的问题，决定从测绘绘制立管开始对立管进行编码，让每根立管都有自己唯一的身份证号，使这唯一性的编号成为图档和输配站点数据互通的“桥梁”。然而立管编号不同于其它设施，其它设施由于数量少一般采用传统的手工编号的方式，而立管数量是极其庞大的，无法进行手工操作，必须借助程序自动化生成。如何使立管编码不重复方便实际操作？现有的立管和新产生的立管如何编码？不同途径产生的新立管又如何编码？面对错综复杂的情况，如何制定完善的编码规则进行编码成为我们重点考虑和研究的问题。经过多次讨论和尝试，在确保编码的唯一性、标准性、可行性的前提下，经过几次修改，最终确定了以下的 12位立管编码规则。

立管编码规则如下：

例如：R070034G0002、R080026C0001、R000236D0005等。

对立管的编码处理分为两个部分，一部分是已存在GIS图档中的18万根立管，对于这部分海量数据我们采取了一次性统一编码的方式，通过此次编码，解决了原本一直存在的GIS立管数据和图形不对应的问题，清空了无用的立管属性数据，修正了有问题的立管数据，使得GIS中的立管的属性数据更为真实。这些编好码的数据将会通过后期的人工匹配将其和站点的立管数据一一勾连起来。另一部分则是新绘制的数据，针对这一需求对原有的1:500 GIS及CAD绘制程序增加了立管编码及打印功能，使得立管绘制完毕后就能产生唯一性的编码，这样工程图纸拨交给站点后，站点就可以将以后要填写的立管信息填写到对应的立管编号中。通过编码，图档的立管数据和站点的立管数据有了连接的桥梁，为下一步的立管管理打下了基础。

3.2 作业样板数字化

一直以来，输配站点根据巡检的路线和工作量自行划分样板，然后按照传统方式绘制样板卡，并在卡上记录样板的空间位置及样板内的内容，如里弄、立管个数等，样板内具体的立管数据记录则记录在基础台帐中。如果样板进行了调整或样板的内容有了增减，就必须对样板卡进行手工修改。由于是单纯的图形数据，因此无法便捷的统计和提取样板内的数据，修改和调整样板范围也不方便。同时独立的样板卡无法反映样板划分的整体情况，不便于宏观的管理。

为了让作业样板便于操作，实现空间范围的运算，就要在原有GIS系统的基础上对其数字化。考虑到1:500 GIS系统是以图幅为单位的，抽屉式的处理方式，而作业样板是跨图幅的，因此一开始将作业样板的数字化工作做在1:10 000 GIS系统中，并以徐汇站的部分作业样板进行了数字化尝试。但由于1:10 000 GIS中侧重的是1:10 000的管网数据，1:500 GIS中的数据只是作为背景层查询时使用，因此在实际操作过程中就出现了操作速度慢，比例不合适的问题，直接影响了样板数字化的速度和精度。面对问题我们转换思路决定将数字化的工作在1:500中进行，然后通过转换将数字化的样板数据再导入1:10 000 GIS中，以实现后续的作业样板可视化分析功能。

根据这一思路，对1:500 GIS原有的区域查询工具进行了改进，使其具备了对样板进行绘制、修改、保存、导入、提取样板内数据的功能，基本满足了工作的需要。并运用此项工具对徐汇站已有的人工样板进行了数字化操作和数据提取。

3.3 输配站点设施管理系统

输配站点对立管的管理主要是根据新建工程跑现场，采集立管基础属性；根据划分的样板块定期进行巡检，记录和处理巡检过程中发现的问题；根据使用年限对到龄支管和立管进行更新。这些立管信息最终都会电子表格的形式记录下来，但由于各站点相对独立，各自都有自己的做法，使得立管数据存在着数据分散、不统一、含义不同、填写不规范等问题。为了解决这些问题，就要建立一个信息平台，使站点能够有一个统一的输入口，从而达到立管信息的规范化、完整化。除了数据的输入和查询统计外，更为重要的是要以对立管管理的实际工作出发，设计出对立管的各项工作进行有效管理和监督的功能模块。通过前期的下站点调研了解情况和反复的讨论，最后针对站点的实际工作，开发了站点设施管理系统，设计了样板管理、立管管理、巡检管理这三大主要功能模块。

3.3.1 样板管理

通过样板管理模块可以建立新样板记录、对样板的属性进行编辑修改、废除无用样板，根据条件对样板进行查询等功能。每个样板块都会显示当前所包含的立管总数及具体的立管信息。

3.3.2 立管管理

通过模块可以新增立管、记录立管的所属样板及其它基础信息、根据条件进行查询、对立管进行单个或批量的废除、天然气置换时记录废除和置换的信息、对立管的所属样板进行调整。

3.3.3 巡检管理

在巡检管理模块内可以对根据样板块进行立管巡检、记录巡检过程中发现的事件、对事件进行处理等功能。同时系统会将当前未处理的事件以动态的方式显示提醒用户及时进行处理。

考虑到天然气置换和大批量样板调整的工作需要，另外设计了工具进行海量数据的操作，以提高工作效率。

4 数据整合

站点设施管理系统的建成使得站点对立管巡检管理的数据统一化，但系统中所记录的立管数据还只是一条条的行记录，不存在图形信息，我们还是无法通过这个系统直接对应到立管的空间位置，而1:500 GIS中所记录的立管空间位置也无法直接与管理系统中的立管维护信息关联起来。为了进一步的完善立管数据，实现图形和属性的真正结合，就要建立通道，将两套数据都整合在一个统一的平台中。通过前期建立的立管编码，使得这两者数据有了可供关联的要素，使数据整合成为可能。就目前而言，最适合数据整合的平台就是1:10 000 GIS，因为数据是可以跨图幅的，这样数据整合后就可以为后续跨图幅统计分析打下基础。

为了实现这一目标，需要进行两个步骤。由于立管管理系统和1:500 GIS是两套相对独立的系统，在数据输入过程中一定会存在着差异，因此首先就要对这两套系统的立管数据进行对比分析。然后第二步将分析完毕后有效的数据导入到1:10 000 GIS这个统一的平台中，以实现数据整合的功能。根据功能需求，我们增加了数据对比分析的工具，同时对原有GIS系统进行了相关的改进，在1:500 GIS中增加了设施空间坐标的导出功能，1:10 000 GIS中增加了立管属性同步功能。

具体的实现过程是，首先将1:500 GIS立管数据连同其空间坐标一起导出形成ACCESS的表格，由于两套数据中都有立管编码这个唯一性的标志，用立管分析工具根据立管编码字段将1:500 GIS系统的数据及立管管理系统中的数据进行对比分析，得到分析结果。分析结果生成3张新表，1张是根据立管编号能匹配上的数据，这张表格的数据读取的是立管管理系统中立管的属性信息及对应的1:500 GIS中立管数据的空间坐标。另两张是差异表，1张是立管系统中有但1:500 GIS系统中没有的数据，另1张是1:500 GIS系统中有而立管系统中没有的数据。根据差异表可以找出数据不同步的原因，进行后续的处理。最后通过立管同步工具将有效的立管数据导入到1:10 000 GIS中，系统根据立管的空间坐标自动生成设施点，这样1:10 000 GIS中的立管就同时拥有了1:500 GIS系统中的空间位置和立管管理系统中的属性信息，这样就完成了我们整个数据整合的过程。

5 可视化分析

通过数据整合立管的属性和图形合二为一，这为可视化分析提供了前提条件。结合1:10 000 GIS已有的可视化分析功能，很方便地实现了最初的立管的可视化统计功能。考虑到立管数据比较复杂，对其可能会进行多次统计分析，如果多次的分析结果能够同时显示在一个空间上的话，这样就能方便地对数据进行对比，进一步加强了分析的功能，真正实现了可视化。

根据这一目标，1:10 000 GIS系统的查询功能增加了继续查询的功能，这样就实现了多次查询结果同时显示的功能，同时可以对不同的查询结果设置不同的颜色，以示区分。

6 抢修决策中受影响用户数的统计

抢修预案的制定在输配管理中是非常重要的，只有制定出快速有效的抢修预案才能应对突发事件，尽快解决问题，减少对用户的影响，因此GIS中的抢修决策功能一直是被重视和关注的一项功能。在1:10 000 GIS系统中，已经实现了抢修决策的功能，通过气源点算法和拓扑关系，系统能很快的根据发生爆管的位置分析出应关的阀门、受影响的管段和调压器，为制定快速有效的急抢修预案起到了很大的作用。为了制定更完善的抢修预案，希望通过抢修决策统计出受影响的具体用户数，为下一步制定更详细的处理方案作准备，如：需要准备多少食物和水、人群如何疏散。要实现这一目标，就要涉及到营业所的用户数据如何与立管数据结合，如何对低压管网拓扑分析等诸多问题，由于数据量大、涉及面广，使得抢修决策中受影响用户的功能一度陷入瓶颈。为了切实的解决这一问题，先后设想了两种思路，并进行了尝试。

第一种思路：调压器属性中链接相关用户表格

为了切实的解决这一问题，在保奥运期间与营业所合作进行了用户数统计的初步尝试。以八万人体育场2 km为范围，由营业所提供此范围内调压器后对应的用户表格，然后通过整理分别将用户表格链接到对应的调压器的属性中，这样在进行爆管分析的时候就可以根据受影响的调压器链接到相关联的用户表格，从而统计出受影响的用户数，这个思路已经在奥运反恐演习中进行了实际的操作和验证。目前来看这种方式是比较可行的，因为它的影响比较小，只要获取营业所提供的与调压器相关的用户表格就可以。但从长远来看它存在着一定的局限性，因为调压器会随着管网的变化而改变自身的影响范围，这样链接的数据就要反复的重新收集、重新调整、重新链接，这将耗费大量的人力，而且调压器具体的影响范围的变化也很难动态的进行一一监控，因此也就根本无法动态地获取受影响的用户数。

第二种思路：低压拓扑分析受影响立管

基于前种思路的所存在的局限性，我们在这次对立管管理系统的研制中，进行了第二种思路的尝试，即建立客户数据库，在1:10 000 GIS管网抢修决策基础上进一步对背景图层中相关的 1:500 GIS低压管网进行拓扑分析，得到受影响的立管然后通过立管编号从客户数据库中获取受影响的用户数据。这种方式不再受制于调压器自身影响范围的影响，它可以根据低压管网实际的连通情况，得出动态的数据。由于这种方式影响范围较大，因此本次研制中采用了虹漕地块作为试验区域。

在这次研制过程中我们与营业所进行了第二次合作，将试验区域的立管数据提供给营业所，由营业所提供每根立管所对应的用户信息，如：地址、客户编号，然后通过整理形成了我们分析时所需的客户数据库。

在具体的受影响用户的分析中我们采用了立管调压器对应分析法。选取调压器后，寻找调压器是否有对应立管，若有则记录该对应立管。若没有对应立管，则分析结束。否则，对记录的立管进行连通分析，查找其能连通的管线和立管，形成一个区域，对连通到的区域内的立管，若有对应调压器的，分析该调压器是否是选取的受影响调压器，分别记录对应受影响调压器的立管和对应其它调压器的立管，由系统规定一个参数(配置文件可调)，比较受影响调压器对应的立管和所有调压器对应立管(包括受影响调压器对应和其它调压器对应立管)的比率，若该比率大于系统参数，则该区域供气受影响，否则该区域供气不受影响。将受影响区域的管线和立管返回。

7 小结

从对立管编码开始到到实现对立管数据的综合应用，为理清立管基础数据，进行信息化管理提供了前提条件，后期需要做的就是把这套思路和实现的系统功能真正应用到对立管的管理上。针对今后系统的投入使用，在研发的过程我们也考虑了两种管理模式。一种是“站点管理模式”，即由各站点根据各自管辖区域内的直接录入系统进行数据管理，但面对立管的海量数据，以及对于数据要达到的及时性、准确性、完整性要求，这种模式显然不能适应。另一种是数据中心处理模式，即由数据中心做为信息输入的一个统一窗口，对新数据进行输入和管理，而站点主要负责对已存在的数据进行基础信息和巡检信息的输入。与站点管理模式相比，这种模式的管理重心在上面，由数据中心负责监督和推动。这种模式的特点是及时完成双向数据交流，并实现监管与运行分离，但具体的实施还有待实证。相信在今后的实际应用中，将会不断地完善整个立管管理的流程及系统功能，从而进一步推进输配对管网设施的信息化管理，提高管网的安全性。