基于GIS的金陵石化厂际管网管理系统

金陵石化信息中心 刘致远

1.研制背景

金陵石化公司成立于20世纪80年代初，是隶属于中国石化股份公司的国家特大型石化企业，所属5家工厂分布在方圆20公里的区域内。区域内管线种类繁多、空间分布纵横交错。由于时间跨度长、人员变换更迭、改建扩建、管理不善等原因，管线资料散失不全，在各类改、扩建施工中容易造成挖断地下管线的安全事故，对企业的安全生产造成威胁，有时甚至造成人员的伤亡。例如2010年7月28日，原南京塑料四厂拆迁工地，因野蛮施工挖断地下丙烯管线造成重大人员伤亡的恶性事故。

经过几十年的发展，金陵石化公司积累了大量的管线数据。同时，这些数据又分散在不同部门的专业人员手里。在使用过程中，这些数据还存在如下问题：(1)数据格式不统一。有些数据存储在excel表中，有些存储在数据库中，有些是CAD文件，有些空间数据坐标系统采用南炼坐标，有些采用南京58坐标，这就造成了在使用过程中的诸多不便；(2)存储方式多样。有些是纸质的，有些是电子的；(3)由于文件众多，已经更新的数据，在文件中未能同步更新，导致时效性差，准确度较低[1]。

因此企业亟需把这些分散的、多种数据格式的大量数据管理起来。利用GIS技术能够很好地解决这个难题，管理、利用好这些数据来为企业的生产服务。它不仅能够很好地管理数据，进行直观的可视化表达，还可以为管理者提供决策支持。

2.系统总体设计

地理信息系统（GIS）是一项以计算机为基础的新兴技术，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果[2]。

2.1 需求分析

石化企业管道的特殊性要求管道操作员以更加有效可靠的方式来操作，能全面准确地掌握管道的地理分布，以便在发生紧急情况时具备很好的应变能力。GIS技术组织和管理这些管道数据。并利用独有的强大网络分析功能，进行管道网络分析、追踪分析、迅速制定关阀门方案等，提高管理能力[3]。

石化企业的管道与市政管线或其他行业厂区管线相比，具有其特有的性质：

1）管线种类繁多，特性各异。石化的物料管道按照用途可分为蒸汽、氦气、氨气、汽油、重油、火炬气、乙烯等70余种，有的还有伴热管和覆盖层。系统必须将各类型的管道放置在不同的数据层，并且针对不同数据层的特点和要求提供不同处理和分析模式；

2）管线多在地面以上的周边架设了各类支撑结构。石化企业的物料管道一般都在空中架设，离地面5m以上，沿线必须由管架、弦、横梁、斜撑等共同伴随支撑。管道支撑结构是石化企业重要的基础设施，也是进行管道设计施工时要重点考虑的因素，所以要准确完整地管理管网，必须将复杂的支撑结构作为重要的数据加以管理；

3）管线重叠覆盖、缠绕交错，空间关系复杂。支撑管道的管架一般分成2-5层，在管架上架设的管道也是分层的，在某一个层次上，不同类型的管道并列排布，从俯视的角度来看，管道的平面图是重叠的，很多管道并不是始终处在一层，而是上下转折.在层间起伏，有的管道中途转向，从而形成管道复杂的缠绕。这种状况要求管线管理系统有很强的三维处理能力，能有效地区分平面上重叠、高程不同的管道，能在任意地点自动生成断面图，以体现管道在管架上的实际情况，能以虚拟现实的方法生成三维虚拟漫游场景；

4）管道相关资料纷繁复杂。管线的资料库包括管线卡片、价值增减记录、焊接施工记录、管线运行检修数据库、检测记录、事故记录、缺陷登记、竣工资料数据库等。一条管线与这些资料库中记录的对应关系有时是一对一，但大多时候是一对多。例如，一条管线只有一张卡片，但可能会有多个事故记录、多个检测记录等。管线管理系统必须有效地建立管线和各类资料库间的联系，可以自由查询检索某一管线在各个资料库中的记录数据，并能添加资料库记录。另外，管线还有相关的图片、声像、文字资料需要管理，例如，管线事故处理预案就是以word文档的形式存放的；

5）管道实时性、安全性要求高。如果管道的运行状态不正常，会直接影响石化企业的生产而造成重大的经济损失；另外，不少管道内容物是易燃、易爆或剧毒物品，一旦发生爆管或泄露，将造成严重的后果。因此石化企业普遍重视管道安全，建立了实时的测压、测温、测流系统及管道安全评估体系，并针对不同的管道订立了事故处理预案。管线管理系统必须提供与实时系统和安全评估系统的数据接口。接收处理相关数据，提供预警机制，并且在事故发生时能迅速提供准确的处理预案，便于应急事故处理。

在系统设计和实现时，必须充分研究这些特点并提供相应的方案[4]，才能使系统真正满足企业需求，为企业提供快速、可靠的信息服务。

2.2 结构设计

图1 系统的架构

地理信息系统中的关键是总体结构设计，包括地图数据管理设计、系统组成设计、系统的界面、系统功能设计、数据存储管理设计，以及数据显示设计等。金陵石化厂际管网GIS采用的是美国ESRI公司的GIS产品ArcGIS作为基础软件平台，采用Oracle作为数据库管理平台。系统在功能上主要包括系统标准功能、业务应用扩展功能和与其他系统的接口功能三大功能。系统在逻辑上分为数据层、业务层、服务层和表现层四个层次。

2.2.1 系统使用环境

系统的应用开发环境：Microsoft Visual Studio 2010中的C#.NET，DELPHI 7.0，VC6.0，ArcGIS Engine；地图访问采用软件：ArcSDE服务软件；数据库采用平台：ORACLE 11g；图形数据采集使用软件：ArcGIS，AutoCAD。

2.2.2 系统结构框架图

基于对系统图形表现能力以及数据处理速度方面的考虑，在系统结构的设计上，采用了客户机/服务器（Client/Server即C/S）模式的体系结构。如图1所示。

系统的基本框架如图2所示。

3.实现功能

根据业务需求，结合系统基础平台的特点，本系统划分了多个功能模块，各个功能模块由数个子功能组成(见图3)，下面分别叙述各个模块的详细功能：

1)基本地图操作功能：图形放大、缩小、全图、刷新、定位等基本图形功能，图数结合的查询功能；

2)检索与查询：对数据进行查询、检索和分析，包括空间查询，属性查询，复合条件查询和图形与属性信息的双向互查；

3)数据统计和专题图：如管线卡片、管线路由、某种特殊地类或地物的专题图、设施的分类统计、任意属性组合的专题地图制作等；

4)输出：包括图形输出、文档资料输出、各类专题地图输出等；

5)系统管理：系统设定一个系统管理员，由系统管理员对能使用本系统的用户进行管理控制。只有通过了系统验证的用户才可以进入系统，一般用户没有增加删除文件和修改数据库的权力，对于每一个用户，系统细致化地规定其对数据库的使用权力，系统管理员必须为使用人员规定使用权限；

6)数据获取与预处理：系统能接收测绘数据、设计图纸、属性表格等基础空间数据，并进行适当的预处理，特别注意对数据质量的检查和错漏的处理；

7)数据入库：将接受到的数据，如测绘数据、设计图纸、电子表格、其它格式的电子地图、数据等经接口软件处理后进入到数据库中；

8)数据更新与维护：主要分为版本管理、图形编辑、历史数据库建立、数据更新升级、数据添加等内容；

9)影像、矢量数据的叠加显示：对遥感影像、矢量数据进行配准，并在系统通过叠加（影像图层在底部、矢量图层在上部）的方式将两者显示；

10)三维展示：在三维中，反映真实的地形地貌，以及厂际管网及周边附属设备。对管线设备、道路等对象进行属性查询及快速定位。查看管线卡片、横断面图、纵断面图。按管架线路可设定自动飞行路线，并可与二维进行地图的联动显示；

11)专业分析功能：提供高级的分析功能，包括：横断面图、纵断面图、巡检管理、系统图管理、视频监控、仪表实时数据。这些功能实现了对工艺管网的专业化信息管理，为金陵石化的规划、设计、生产、运行、维护等部门提供快速、可靠的信息服务。在一定程度上提升了本系统的专业应用档次。

图2 系统的基本框架

图3 系统的功能模块

图4 图形的分层管理

图5 系统地图数据处理流程

图6 系统二维的图层配准

图7 系统三维展示

4.技术特点

4.1 用户界面友好

用户界面是信息系统的门面，界面的友好对应用程序的正确使用起着十分重要的作用。友好的用户界面应该清晰明了、在不同的应用之间保持一致、充分利用桌面隐喻，才能将有效的操作提供给用户。本系统采用简洁、大方的界面，完成系统功能的集成，方便工作人员完成系统的各项操作。

4.2 灵活、稳定、安全的用户管理系统

由于系统所涉及的对象较多，为了保证系统的稳定安全性，系统提供了较为方便的用户管理功能，将所有的用户按照一定的规律进行分类，提供灵活的用户权限设置功能，方便了系统管理员工作。

4.3 设备的综合查询

在系统结构的设计上，采用客户机/服务器（Client/Server即C/S）结构的系统体系，提供各类设备的综合信息查询功能。

4.4 图层灵活控制

对所有的图形进行分专业和分层的管理，用户可灵活控制各类设备图形的可见与否，见图4。

在此基础上确定本系统的地图数据处理流程见图5。

4.5 影像与矢量图层的配准

确定坐标系统后，将金陵石化的遥感影像与矢量图层进行配准后，在二维中进行叠加显示。如图6所示。

4.6 三维地形、场景

在三维中反映了真实的金陵石化地形地貌，以及厂际管网、设备的地理位置。另外，通过叠加三维模型（建筑、储罐），使得整个系统更加生动形象。如图7所示。

4.7 逐步完善了金陵石化GIS的数据库

本系统采用分步实施的步骤进行，完成了金陵石化的厂际管网数据信息，为最终使系统涵盖金陵石化所有区域范围的数据奠定了基础。

4.8 海量数据的有效管理

数据源数据规范化与数据源数据库建设，以数据及信息的标准化、规范化为核心，开发了基于GIS用户数据流的专业数据整理、数据质量控制、数据库数据加载工具，为各子系统环节的数据及信息的产生和存储提供规范化的操作，确保数据及信息的可靠性，实现数据源数据的标准化。

通过共享式的数据管理模式，将二维系统、三维系统各专业或业务板块方式组织的数据源数据库进行集成和管理，可对数据源的数据模型进行扩充、对数据源数据库中的数据资源进行集成，并按照各专业或业务板块原有的数据应用风格组织数据应用功能。采用应用集成技术，利用系统提供的应用程序集成接口，集成各子系统的应用程序，为用户提供统一的安全认证接口，实现基础平台上各个子系统的安全访问应用，实现了数据资源对用户的透明化，大大提高了共享数据资源的能力。

5.结束语

《金陵石化厂际管网综合信息管理系统》实施后，极大的提高了金陵石化厂际管网的管理水平。形成了完备的电子资料库，同时，统一的信息数据库，为各专业、各部门的管理提供了可靠的、唯一的、准确的数据基础。随着系统应用层面的不断扩大，各专业部门的信息不能及时共享的问题得到了很大的改善。

[1]崔伦辉,张万昌,徐士进.江苏油田地理信息系统的设计与实现[J].计算机工程,2008(20).

[2]杨斌.基于ArcGIS平台的油田GIS设计与实现[J].数学石油和化工,2007(3).

[3]陈子恒.企业地理信息系统的应用[J].软件世界,1996(8).

[4]贾文锋.地下管线管理信息系统的开发与应用[J].测绘与空间地理信息,2004(4).