南三油库可视化信息系统设计

张宝良，孙建刚，聂 凯

(1.大庆油田有限责任公司油田建设设计研究院，黑龙江大庆 163712;2.大连民族学院土木建筑工程学院，辽宁大连 116605)

随着中国石油化工工业的发展，石油储运工业发展也很快。早在2003年，我国就启动了石油储备体系建设，各地正在加紧构建石油战略和商业储备网络。油料具有易燃易爆、易挥发和流动性等特点，油库在正常运行过程中，一般不会存在环境风险，但是，如果管理不善，泄漏的大量油品在一定条件下会造成溢油、燃烧、爆炸等重大事故，给国家和人民的生命财产造成损失，同时也可能给周围的环境造成重大影响，并带来不可估量的损失［1］。

由于油库事故的特殊性主要是事故的危害面大、产生的灾害严重、政治及社会负面影响大，因此该系统的目的在于形成一套完善的基于GIS的石油储库信息系统，在事故发生初期对其进行有效控制，根据火灾的严重情况进行应急决策，以达到快速地控制火灾，减少损失的目的。本系统可以实现对油库火灾事故的可视化，通过ArcGIS的分析，生成相应的预案，减少火灾对设施、环境、人员生命以及财产安全造成的危害，确保国家的能源安全。

1 系统总体设计

系统采用C/S结构，实现三维石油储库系统的显示和空间数据分析功能等。三维储库信息系统的开发和设计采用的是三层架构［2］，如图1。

图1 系统架构图

2 三维储库系统的数据库

系统数据包括了储库的相关信息、相对独立的三维模型数据、储库的二维平面数据，如何存储管理这些数据，这是系统数据库设计的出发点。

属性与空间数据分别存储不同地方。在空间数据库中，存储包含空间地理对象的地理关键信息，物体位置，物体形状等的相关信息，这些信息存储于Arc GIS提供的数据库中;在属性数据中，主要存储包含与空间数据库中地理对象相关联的属性信息，以数据表形式保存在 SQL Server数据库上。通过OID建立实时的关联［3］，在三维储库系统中，系统在运行的时候会自动的建立关联，同样在系统退出的时候会自动的断开联系［4］。

本系统采用空间数据与属性数据分别存储的数据库组织形式。在SQL Server中建立对应的属性信息表，能充分的利用其关系数据库对于数据组织的优势，实现多种需要的对应方式。属性数据库中包括储罐相关信息，火灾火焰分析等相关的表。

三维储库系统将采用这种数据实体的模式，将需要传输的数据进行包装存储到数据表中，在表之间进行关联，再通过业务逻辑层来实现业务逻辑的关联。数据库中三维数据的不同性质数据的物理存储都是分开的，存储在不同的位置，采用OID关联的方式。

3 油库信息系统的实现

南三油库信息系统主要包括系统展示、系统查询、三维场景控制、火灾数值与蒸气云爆炸模型分析等功能模块。

3.1 系统展示模块的实现

系统展示模块主要实现的功能是二、三维模型的展示，以及三维模型相关属性与信息的展示，如图2，在这个模块可以查询南三油库的场景模型，关于南三油库的其他相关文字、图片资料介绍，还可以通过右上角区域的鹰眼，根据三维场景的视角和位置变化，用矩形框迅速定位到所看到的三维区域在整个三维场景中的位置。

图2 三维模型相关属性与信息查询界面

3.2 系统查询模块实现

系统查询模块主要包含按图形和图示要素查询、按缓冲区查询等查询方法。①按图形要素查询:直接点击图层中图形要素，显示该要素的基本信息;②按属性查询:输入要查询的属性信息，得到满足该属性的相关内容，并显示相应图形要素;③按条件查询:包括单和多条件的查询、复合条件的等查询，根据用户给定的条件给出结果;④按图示查询:包括图示点查询、图示多边形查询等相关的内容;⑤按缓冲区查询:对点、线、区域缓冲范围内的信息进行查询。

在三维场景中选择相应的油罐，就可以得到选择的油罐的具体信息，包括储罐的结构、材质、使用年限、生产厂家等数据，这些数据是由生产厂商提供。

按缓冲区分析，用鼠标点选或是用已选好的要素，在输入缓冲区距离，点击生成缓冲区，然后可以分析出影响的油罐个数，并在此过程中可以对缓冲区的颜色进行手工修改，其效果如图3，同时可以设置缓冲区符号和边框颜色。

图3 缓冲区查询

3.3 系统三维场景控制模块实现

在本模块中，包含对三维模型的所有基本操作，包括对场景的放大、缩小、平移等，还有对场景实现动画创建、输出等相关操作，还可以进行其他高程操作。

3.4 火灾数值与蒸气云爆炸模型分析模块实现

图4 火焰分析界面

(1)石油储罐池火灾数值分析。根据现场实时采集到的风速，通过专家给出的算法，计算得到火焰高度、风向上直径、火焰倾角、总辐射通量、火焰燃烧时间、火焰内稳定区域温度、人员物体安全临界距离，如果在界面中人员安全距离和物体安全距离是勾选的，则在三维储库中会动态展示其距离的缓冲区，如图4。

(2)分析石油储罐蒸气云爆炸事故，它包括:火灾风险等级分析;人员和物体在风险发生时安全距离动态显示;石油储罐池火灾数值分析;石油储罐蒸气云爆炸的模型研究与分析［5］，如图5。

图5 储油罐蒸气云爆炸伤害分析

根据石油油罐型号框中的油罐大小，系统会自动发送请求到数据库，根据不同石油储库型号，在系统中可以看到根据燃烧值算法计算出的储罐蒸气云爆炸火球模型结果，包括火球直径和火球持续时间;储罐蒸气云冲击波对建筑物、人员造成的伤害;储罐蒸气云爆炸伤害——破坏半径以及储罐蒸气云冲击波，热辐射对人员造成的伤害情况和财产损失对比。通过现场得到的数据，经过计算得出的分析数值，在三维GIS图中可以根据不同范围将区域显示出来，为事故信息管理者和决策者提供一种可视化的决策参考。

4 结语

本系统以南三油库为研究对象，利用ArcGIS的二次开发功能，在平台下实现三维可视化，能够直观掌握油库全方面的信息，进行数据的分析，并在灾害发生时应急方案的查询等。

基于GIS的三维储库系统设计与开发，虽然运用了当前先进的AO组件技术，利用了目前最实用的GIS二次开发方法，但是，随着计算机技术及其其它相关三维可视化技术的迅猛发展，同时需要在现有的研究成果上进一步研究与相关领域的拓展。三维信息系统伴随着技术的发展，需逐渐的网络化，这样就要对模型数据的管理，模型数据传输的技术有更高的要求，新的建模与开发技术也要进一步研究发展，使之能够处理网络应用。

［1］范继义.油库1050例安全事故数据的统计分析［J］.石油库与加油站，2003，12(6):19－21.

［2］高扬.基于.NET平台的三层架构软件框架的设计与实现［J］.计算机技术与发展，2011，21(2):78 －80.

［3］吴东亚.对象标示符(OID)技术和应用分析［J］.标准化研究，2010(8):66－68.

［4］俞志坚.地理信息关联性研究(下)［J］.地球信息.1997(2):29－32.

［5］苑静，宋文华，张茹，等.原油储罐池火灾状态下消防救援安全距离的研究［J］.2009，28(2):124 －126.

(责任编辑 刘敏)