GIS在天然气长输管网中的应用

赵征远 何 冷

（陕西液化天然气投资发展有限公司，陕西 杨凌 712100）

GIS在天然气长输管网中的应用

赵征远 何 冷

（陕西液化天然气投资发展有限公司，陕西 杨凌 712100）

论文首先阐述了建立天然气长输管网信息系统建设的必要性和紧迫性，对系统的用户需求进行了分析，论述了系统的设计原则、目标。研究了天然气长输管网信息系统的总体设计和功能模块设计。并针对目前我国天然气长输管网数字化建设的设计、竣工等资料，以及设备信息和数字化管网运行阶段的信息特点，论述了系统数据库的内容和组织，并设计系统数据库，对管网进行完整性管理。 最后论文以具体项目为研究对象，构建了天然气长输管网信息系统应用平台。 系统实现了管道地理信息管理、日常生产管理，管道巡检，以及安全决策等相关功能，为各级天然气管理部门提供了实用的管理决策依据。

天然气长输管网；地理信息系统；数据库；数字化管网

引言

长距离油气输送管道是石油和天然气行业的主要运输工具。由于长输管道运输的介质是易燃、易爆物质，加之管道途经地区地域广阔、地质条件与社会条件复杂多变，因此对长输管道的安全运营进行规范合理的管理是非常必要的。

GIS 依其强大的空间数据管理和分析功能，为管道完整性管理提供科学依据[1]，极大地促进了管道完整性的管理，在该领域中逐渐显示出巨大的生命力。 目前，该技术已实现地理信息、数据采集、传输、储存和绘图统一作业，可为管道的勘测、设计、施工、投产运行、管理监测、防腐等各阶段提供资料。

1 设计目标

通过对天然气长输管网信息系统建设的论述，以数据采集、数据传输和数据库建设为基础，以管道建设期、运营期的业务流程为主线，利用地理信息技术，将长输管线及周边环境进行矢量化的电子地图处理，形成集管线属性信息和空间信息于一体的数据库系统，通过空间查询、搜索、定位和分析等功能实现可研、勘察、设计和建设等各阶段数据的标准化、规范化采集和存储，在管道的整个生命周期内，通过对这些信息的有机整合，构筑管道信息模型，实现科学、规范的管道管理和辅助决策，从而为 管 道 运 营 安 全 提 供 强 有 力 的 保 证[2]。

系统具体设计目标如下：

（1）实现天然气长输数字管道信息化建设标准的统一，包括业务标准、技术平台标准、数据编码标准、信息技术标准、管理规范的统一等。

（2）实现管道生命周期各阶段数据的统一采集和分类管理，对入库数据进行检验和审核，确保数据的准确性，通过对各阶段数据的综合分析、汇总和统计，辅助工程建设过程管理，为管道运营维护和完整性管理提供真实有效的数据。

（3）利用先进的地理信息系统技术，实现管道的空间数据与专业属性一体化查询、检索、定位和分析，充分体现管道信息的空间特征，为管道的规划、管理、安全、决策提供直观明了的科学依据。

（4）为管道生产运营管理部门提供数字化系统信息，包括地形图资料、数字影像图资料、数字高程模型，各阶段测量成果，工程地质勘察资料，管道及附属设施基础信息，沿线交通、水系、地质灾害检测，环境监测信息等多种地理信息服务，为不同层次、不同专业的用户提供方便的信息转入、加载、收集和统计功能。

2 系统总体结构

天然气输气管道数字化管网系统可分为四个层次，基础设施层、数据中心层、应用系统层和信息门户层，具体结构见图 1。

图1 系统总体结构图

（1）基础设施层是系统建设和运行分析的基础，包括软硬件系统、网络、通讯、自动控制系统等，这些系统是“数字化管网系统”运行的基础。

（2）数据中心层是整个系统的数据管理与输入输出交换中心。包括地理空间数据库和管道专业数据库两大类，存储了基础地形图数据、遥感影像数据、管道设计数据、施工过程数据、竣工数据、管道运营数据等各类数据。数据中心依托成熟的数据库管理软件和 GIS 平台，按照统一的标准建立管道完整性数据库，实现数据的集中存储与管理，为应用系 统 提 供 数 据 支 撑[3]。

（3）应用系统层是系统建设的核心，包括六个相对独立的专业应用子系统，该层是一个开放式的结构，对于运营期的其他应用系统可以不断添加构建，共同组成应用系统层。

（4） 信息门户层通过建立统一的管理服务平台，为各业务模块提供数据操作、用户管理、安全认证管理、工作流引擎、数据交换、Web 信息发布等标准模块， 实现各种业务模块的快速搭建和集成，同时为未来系统的扩充与升级打下良好的基础。

3 系统模块设计

3.1 管道地理信息模块

利用地理信息技术，将长输管线及周边环境进行矢量化的电子地图处理，形成集管线属性信息和空间信息与一体的数据库系统， 通过空间查询、搜索、定位和分析，与运营管理系统其他子系统连接，从 而 形 成 可 视 化 的 业 务 处 理 能 力[4]。

管道地理信息模块包括了空间数据管理、图形显示、图形管理、图形分析以及系统配置等模块，功能结构如图2所示。

图2 管道地理信息功能结构图

空间数据管理实现所采集的各种比例尺的矢量地形图、 正射影像图、DEM 数据以及遥感影像等数据的转换建库。

图形管理是对空间地理数据进行管理、分析、统计、输出的应用系统，基础功能上以基本地形图为背景，直观地表现油气生产要素在地面的分布情况，辅助用户快速、准确定位地下管线，最终以满足相关管理人员对管线的新建、改造设计，辅助分析，以及对管线的维修管理为目标。

综合信息展示发布功能采用 WEBGIS 技术，以1：10000、1：50000 等不同比例尺地形图及影像图为背景，叠加管道数据进行分类显示，通过查询定位等图属互查功能辅助用户快速获取业务信息，提供标注信息等个性设置工具方便用户操作和使用，横断面、纵断面等空间分析功能。

系统配置功能为用户提供一种调整地图显示效果，进行后台数据管理的工具。 用户通过系统配置，可实现地图的更新与维护，可添加新的图层，编辑或替换旧图层，调整各要素类的显示顺序、视野范围，显示符号等，使最终发布的地图符合用户使用习惯。

3.2 生产管理模块

天然气长输管网生产管理的对象主要是基础资料、生产数据、生产计划、生产综合统计、生产综合 报 表 等[5]。

基础数据管理主要实现各站场对管段、气源、用户小时、日数据的上报，对管段、气源、用户的分钟数据，系统通过与站场组态软件的接口来实现，不需要人员手工录入。

生产综合统计主要有管线数据统计（按管线或管段统计出任意时间段内储存气量和管存变化量，并以图表形式展现）和用户数据统计（根据用户的用气性质、压力等级、所属地区进行分类，统计在任意段时间的用气情况，并生成相应的柱状图）。

生产综合报表主要实现管输处对生产日报表的审核，并在日报表审核过后（其他相关单位才能浏览）， 生成各种生产所需报表， 包括生产运行报表、对外报表、日采购报表、日销售报表等。

图3 生产管理结构图

3.3 管道巡检模块

输油输气管线及其附属设备置于野外，长期暴露在大自然中，不仅要经受正常机械载荷和电力负荷的作用，而且还受到各方面外来因素的干扰和大自然千变万化的影响。这些因素将会使石油管线遭到破坏，从而影响输油生产的正常运营。因而需要巡检人员定期巡检，管线巡检工作在石油运输的生产运营和管线维护中具有十分重要的作 用[12]。

以地理空间信息为背景，建立管线巡检功能，通过 3G（GIS、GPS、GSM/GPRS）技术，实时掌握巡检人员的行踪并将巡线的动态数据进行采集，通过系统查询、分析，实现对巡线人员的远程管理，达到对管道设施运行状态的实时监控，实现管道巡检可视化、精确化、科学化的管理，保证天然气输气管网安全运行。管道巡检功能结构如图4所示。

图4 管道巡检功能结构图

3.4 管道安全决策模块

管道安全决策模块通过数字化系统数据，使企业管理者全面掌握管道建设和运营的总体情况，可以有效控制管目标，发现存在的问题，并为问题解决提供决策支持。

4 系统关键功能实现

4.1 数据入库功能的实现

对经过检查，确认无错误的数据，通过矢量数据入库和栅格数据入库，将空间数据导入空间数据库，并通过设置最优的空间格网、建立金字塔、数据压缩等处理满足应用系统的要求。

4.2 管线规划分析功能的实现

功能描述：在管线规划分析中，绘制一条临时管线。根据给定的缓冲区半径生产一个覆盖区域，用该区域对其他管线进行空间查询，显示出和该缓冲区相交的管线、站场、居民地、工矿建筑、道路分布情况，并高亮显示。 缓冲区显示如图 5所示。

图8 缓冲区显示效果图

4.3 管线巡检功能应用

功能描述：在系统的管线列表中，选择一根管线，系统从管线起点开始动态移动地图，用户可看管线周围的其他管线、地貌。

巡检人员手持巡检仪，沿管线现场巡视，检查管线及其附属设施的运行状态；将相关的巡检属性数据（如管线名称、泄露情况、压站情况、开挖情况、腐蚀情况和人为破坏情况等），录入到巡检仪内，并可将现场图片一起采集下来；点击巡检仪的“提交”按钮， 将录入的巡检属性数据连同巡检员工号、当时的时间、现场照片通过 GPRSCDMA 网络传输至远程的管理中心；管理中心接收数据并作相应处理，将巡检结果实时反映在电子地图上，管理部门便可直观、实时地掌握巡检人员的工作情况和管线（或 附 属 设 施 ）的 运 行 情 况[7]。

[1]李 琦 .油 气 管 道 完 整 性 管 理 与 评 价 [J].金 卡 工 程 （ 经 济 与法），2010，（04）：14-18.

[2]郭 书 太 ， 陈 瑞 良.长 输 管 道 工 程 勘 测 技 术 创 新 战 略[J].大 众科技，2005，86（12）：24-28.

[3]樊 涛 .王 海 山 ： 中 国 石 油 管 道 信 息 系 统 建 设 构 想[J].石 油 规划设计，2004，15（4）：29-33.

[4]袁 先 勇 ， 青 鹏 ， 周 传 军.长 输 数 字 管 道 建 设 探 讨 [J].石 油 工程建设.2008，34（4）：9-11.

[5]应 克 明.基 于 GIS 技 术 的 燃 气 管 网 地 理 信 息 系 统 的 设 计与 开 发[D].上 海 交 通 大 学 ，2006：25-26.

[6]Henry G.R.Kerali.Multi-Resolution Seam less Image Database[J].Geo-Spatial Information Science， 2000，（03） ：44-46.

[7]陈 辉 ， 程 远 忠 ，胡 小 军.数 字 管 道 信 息 系 统 的 设 计 方 案 探讨[J].江 西 测 绘 ，2009， （03） ：46-51.

（责任编辑 梁红艳）

The GIS Application in Long Distance NaturalGas Pipeline Network

ZHAO Zheng-yuan HE Leng
（Shaanxi LNG Investmentand DevelopmentCo.,Ltd.,Shaanxi712100，China）

It firstly expounds the necessity and urgency of system construction,the paper analysis the demand of users of the system,discusses the system design principle,objective.Study the long distance network information system of natural gas of the overall design and functionmodule design.And in view of the presentChina's natural gas long-distance pipeline digitalization construction design,completion etcmaterial,and equipment information and digital network operation stage information characteristics,this paper introduced the content and comprehensive database APDM pipe by organizations,and datamodel design system comprehensive database of pipeline network,integrity management.Finally，the paper with a specific project as the research object,to construct the network information system of long distance gas application platform.System realizes the spatial data management,graphics management and comprehensive information display related function,released for variousgasmanagement department provides practicalmanagement decision-making basis.

Natural Gas Pipeline Network;Geographic Information System;Database;Digital Nnetwork

TU 996.7

：A

：1671-9123（2014）03-0121-04

2014－01－05

赵征远（1984-），男，陕西西安人，陕西液化天然气投资发展有限公司助理工程师。