天然气管道GIS系统与SCADA系统集成方案对比研究

摘 要：随着管道數字化的发展和应用，GIS系统和SCADA系统被广泛应用于天然气管道监控系统中，如何将两种系统高效集成成为一个重要研究课题。本文主要介绍了GIS系统和SCADA系统两种系统集成方式以及各自的优缺点分析，同时结合目前天然气管道公司实际情况对两种集成方式进行了分析。

关键词：GIS系统；SCADA系统；集成

中图分类号：TM764

地理信息系统（简称GIS）是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统。GIS系统是管道数字化的基础，其强大的数据管理和分析能力能够为数字管道提供基础的数据入库、管理、显示、更新等功能，更是巡检与线路管理、设备抢维修、应急、完整性管理等应用的基础。

数据采集与监视控制系统（简称SCADA）是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。在天然气管道行业中，SCADA系统应用最广，技术也最成熟。SCADA系统能够进行数据分析、掌握系统运行状态、快速显示出运行故障，已经成为管道运营中非常重要的工具。

1 系统集成意义

GIS系统和SCADA系统的集成进一步提高了GIS系统的应用，将GIS系统提升成为了一个实时系统。各类数据可以在GIS系统上集中整合展现，同时为SCADA系统提供了良好的数据基础。在GIS系统上，还可以用图形、图标等形式来多方式更为直观地表达管道的实时数据、设备状态信息、实际运行状态等。

在天然气管道数字化系统的建设中，GIS系统与SCADA系统的接口建设是非常关键的，接口的优劣将直接影响系统的整体性能。

2 集成技术现状

目前国内外还没有一套完整的GIS与SCADA的接口标准规范，也没有形成国际范围内的行业标准。目前GIS系统与SCADA系统的集成有两种基本方式：一体化方式和接口方式。

2.1 一体化方式

一体化方式是指GIS系统与SCADA系统两者的底层数据、功能分布和界面全部一体化，主要是SCADA系统和GIS系统服务器端相对独立运行，但实时数据库、历史数据库和空间数据库保持唯一性，GIS平台负责客户端的图形定义和管理。一体化的集成方式直接实现GIS系统的地理信息和SCADA系统的实时信息的无缝接入，充分发挥两者的性能。

2.2 接口方式

接口方式是指GIS系统与SCADA系统依旧是两个相对独立的系统，各自独立维护数据，绘制图形，通过数据访问和数据共享让两系统之间的数据进行交互。接口的集成方式具有一体化设计思想，一致的界面风格，不同的应用运行于不同的节点，不同的功能分布配置等特点。

3 两种集成方案对比分析

3.1 一体化集成方案

GIS系统和SCADA系统一体化集成方案最重要的就是数据的共享，突破原有GIS数据格式和SCADA数据格式不一致所带来的屏障。一体化的优势是两个系统在同一个数据源里提取自身需要的信息，用户只需维护同一个数据，就可得到充分的数据共享。这样既能保证数据的一致性，又可极大降低用户工作量，不必重复录入和维护数据。

3.1.1 主要优点

（1）GIS与SCADA集成。保证这两个系统安全、稳定、可靠和高效的运行。GIS系统预留功能接口，将GIS中具体应用功能模块整合成应用功能接口函数，供SCADA直接调用，从而保证SCADA系统通过功能函数接口，直接调用GIS系统应用模块，实现GIS功能。

（2）信息的高度统一。管道模型、图形数据和人机界面等数据全部由GIS系统生成和管理，SCADA的主要图形由GIS生成，线路结构的变动与GIS同步；实时数据全部来自SCADA系统的实时数据库，GIS系统实时数据刷新频率与SCADA一致。

（3）数据保持一致和同步。GIS系统通过采用标准数据库接口方式或TCP方式从SCADA系统实时数据库中读取实时数据，通过ODBC从关系数据库中读取配网历史数据库。通过与SCADA系统进行通信，SCADA数据在GIS系统中显示，从而对管道进行实时监控和管理。

3.1.2 主要缺点

（1）技术要求高。在GIS系统建设之前，SCADA通常已经建设完成投入使用，如果要将GIS与SCADA一体化，对GIS的开发有很高的要求，要求熟悉SCADA内部结构和数据库结构。目前，该技术尚未被广泛研究，因而成熟性差。

（2）开发周期较长。由于技术要求高，因此开发难度较大，建设周期会相对较长。

3.2 接口集成方案分析

接口集成方案是指GIS系统和SCADA系统通过计算机网络在应用层上实现动态数据的共享和交换。GIS和SCADA系统依旧是两个相对独立的系统，各自独立维护数据、绘制图形，只是通过数据的互相访问和数据共享，让两个系统之间进行数据的交互。

GIS系统和SCADA系统的接口方式最关键的是两者之间不直接通信，而是通过中间接口，来实现数据的共享。

3.2.1 主要优点

（1）两个系统基本独立，互不影响，安全性更高。GIS系统不直接读取SCADA系统的实时数据，通过中间数据接口获取数据。

（2）技术难度低、成熟性较高。由于回避了SCADA、GIS复杂的内部结构和数据库结构，接口开发的技术难度较低，开发周期较短，因而成熟性相对较高。

（3）接口更容易维护。GIS通过接口获取SCADA数据，当SCADA改变时，只需要修改接口程序，无需修改GIS中的功能。

3.2.2 主要缺点

（1）数据维护不同步。当出现设备属性数据需要修改、管道变化等情况，则要在两个系统中分别修改。

（2）无法实时展示数据。GIS是通过中间数据接口方式来获取SCADA数据，因此无法获取实时数据，一般会有几秒的延迟时间，如5s、10s。

4 结束语

根据上述两种GIS系统和SCADA系统集成方式的优缺点对比，天然气管道运营单位在建设GIS系统之前已经有成熟运行的SCADA系统，SCADA运行在生产网内，而GIS普遍运行在办公网，GIS需要跨越网络才能获取SCADA数据，GIS系统在建设时，很难与SCADA统一设计，采用SCADA设计工具和图形界面。

鉴于目前天然气管道公司实际情况，GIS与SCADA系统接口集成方式是最佳选择，接口开发方式具有技术难度较小、开发周期较短的特点。一体化集成方式可以作为GIS与SCADA集成的远期发展目标。

参考文献：

[1]黄志龙，邱家驹.配网SCADA和GIS功能的集成[J].电力系统及其自动化学报，2000（08）：36-41.

[2]丁锋，张子仲，丘明德. 配电管理系统中GIS与SCADA系统的结合方法[C].第三届北京输配电技术国际会议论文集，2001.

作者简介：仝晓雯，女，工程师，硕士研究生，2007年毕业于北京科技大学，现就职于管网信息监控中心，从事管道及LNG接收站数字化及管网监控工作。

作者单位：中海石油气电集团有限责任公司，北京 100027