基于天地图的石油天然气管道信息系统研究

胡敏+吕艳红

摘 要：石油天然气管道有效的科学的管理和监督对城市安全有着重要的意义。该文介绍基于天地图的基础公共地理信息平台，搭建的石油天然气管道信息系统的建设内容。先阐述二、三维数据库建设和系统总体框架设计，再详细地介绍具体的5个系统重要功能模块，最后阐述了系统建设中的关键技术。

关键词：GIS 信息系统 石油天然气管道 研究

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0009-03

石油天然气是国民经济和社会发展的重要战略资源。上海市石油天然气供应几乎全部依靠长输管道输送，作为能源供应“生命线”管道一旦发生事故或中断，将直接影响该市能源安全和公共安全，甚至对城市运行和管道沿线人民群众的生命财产造成难以估量的后果。

考虑到相关数据的保密性，基于天地图上海建设天然气管道信息系统充分利用石油管道数据的空间和属性特点，是智慧城市建设的必然趋势，该系统可以使管道保护主管部门、相关管理部门和管道企业准确、实时的掌握管道自身与沿线地区特别是高后果区域的地下管网分布和周边情况，提升管道隐患防范和事故应急处置能力，更好的保障城市安全运行。

1 建设目标

1.1 石油天然气管道数据库

石油天然气管道资料分散在各个部门，且数据来源不同标准和精度也各不相同，缺乏规范、统一、综合的油气管道数据资料，给建设管理带来很大困难。

根据数据融合的有效性机理，基于多源异构空间信息融合的集成模式，建设建立全市统一标准的、准确的、现势的石油天然气管道数据库，利用云计算、物联网、地理信息等技术对油气管道信息进行科学管理。这是是智慧城市建设和城市精细化管理的要求，也是建设海绵城市的重要基础。

1.2 石油天然气管道三维建库

二维平台在油气管道查询、分析等方面具有较大的优势，而三维平台能够以逼真的方式模拟真实的地下管道情况，显示油气管道的分布、走向、连接，管点的特征以及相应的附属设施，并能结合地面模型以及地面建筑物模型，使人有身临其境之感。因此，油气管道三维模型的建设在信息系统的形象化展示方面有着独特的优势。

1.3 石油天然气管道信息系统

地理信息系统（ GIS）是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与地理分布有关的空间数据的信息系统。石油天然气管道地理信息系统总体框架图如图1所示，从基础底层到应用分为五层：运维支持层主要包括服务器集群、网络、存储备份、机房环境、标准规范和管理方法等；数据层指系统涉及的多种数据；服务层分为两个方面即石油管道地理信息系统和天地图上海（基础地理信息公共服务平台）；应用层包括地图浏览、信息查询、统计分析、应急预警和其他服务等内容；用户层根据需求分三级权限用户。

2 系统功能设计

石油天然气管道信息系统功能分为五大模块：基础功能、查询功能、安全监测、应急功能和用户管理，如图2所示。

2.1 基础功能

（1）地图浏览。基于上海市地理信息公共服务平台（政务版）发布的综合地图和影像地图在上海市全市范围的多个比例尺的浏览，同时叠加石油天然气管道专题矢量数据，并由图层开关控制多个专题数据的显示。此外，提供基本的地图放大缩小、距离量算、面积量算、显示图例等功能。

（2）二、三维显示及标注。二、三维管道以及附属设施多比例尺的显示和无缝切换，并且在地图上可根据需求插点标注属性等信息。

2.2 查询功能

（1）综合搜索。根据关键字（或拼音）查询上海市的专题点位、道路、道路交叉口、门牌地址等信息，将查询结果在地图上高亮显示。

（2）属性查询。在地图上点击任意的管道专题数据可查看其具体的属性，同时根据属性的关键词可以搜索某个具体专题数据的属性信息，同时地图上高亮显示其位置。另外还可以查询管道横截面信息。

（3）属性分析。对管道的基本属性如管道使用年限、跟测时间、维护时间、维护次数、巡查时间等，进行分析和统计，为管道的相关单位和管理部门明确地显示统计结果，以便于石油天然气管道的管理和维护等工作。

2.3 安全监测

（1）重点区域监测。对于管道管龄超过特定的年限、管道位于区县交界区，以及管道周边已有占压的这些区域作为监测的重点区域。这些区域由于管道老化或者管理交接存在漏洞往往存在一定的安全隱患，因此系统将重点监测此类区域。

（2）管道周边建筑物监测。在管道线路中心线两侧或管道附属设施周边修建下列建筑物、构筑物的，建筑物、构筑物与管道线路和管道附属设施的距离应当符合国家技术规范的强制性要求。

（3）中心线两侧危害管道安全行为分析。《中华人民共和国石油天然气管道保护法》规定对管道线路中心线两侧一定范围内的违禁物品进行监测和综合统计分析。如在管道线路中心线两侧各五米地域范围内，禁止采石、用火、堆放重物、排放腐蚀性物质、建房等行为。根据规定，为了方便管道日常维护和管理，可对管道障碍物和周边地形地物进行提取，从而监测管道的维护状态，可及时排除安全隐患。同时根据管道系统的监测数据，还可模拟管道整治改道和管道开挖。

2.4 应急功能模块

（1）风险评估。统计管道及其附属设施的属性统计结果，比如使用年限、维护时间和管道监测结构等，根据管道的风险评估模型，计算管道和附属设施的风险系数，科学全面的评估管道的现状[5]。

（2）管道预警。根据风险评估结果，对高危险的地区进行及时预警，并通知相关责任单位对高风险的管道或者附近的地物进行及时处理，安全疏导，从而排除隐患。

（3）应急指挥。对于突发的安全事故区域，可在该系统中进行全面的信息查看和模拟，如管道泄漏穿越村镇模拟、穿越道路模拟，并根据安全应急模型，模拟出相应的安全解决方案，如人员的疏导、现场救援的支持安排和安全疏导路线等。

2.5 用户管理模块

（1）账户管理。对注册用户根据单位属性，划分不同的用户角色，如管理员、管理层用户、普通用户等，管理员具有最高权限，账户管理一方面可以保护石油天然气管道信息系统的数据安全；另一方面有利于管道的运维和管理。

（2）权限设置。不同的用户拥有不同的权限，管理员具有最高权限，根据需求对各个用户分配不同的权限。市级单位作为全市油气管道主管部门，可以浏览全市所有油气管道，并使用系统所有功能。区县管道保护主管部门可以浏览本区县辖境内的管道，并使用与该区县范围内管道相关的系统功能。企业级单位可以浏览该企业的管道及其相关功能。

3 系统关键技术

3.1 Web地图技术

空间数据具有非结构性和拓扑性，比文字和图片数据更加复杂。Web技术并不直接支持空间地图数据，因此，需要使用Web地图技术在Web环境下存储、传输和显示地理空间数据。Web地图技术将矢量空间数据或航空正射影像数据加工存储为金字塔瓦片格式，以按需访问的方式提供给终端用户调用。基于Web地图技术，用户无需安装插件就可以在Web浏览器中查看空间地理信息。

3.2 空间数据库存储技术

数据库通常作为一种存储中间件用于保存系统运行的状态，解决存储过程中常见的性能与可靠性问题。空间数据是一种非结构性数据，传统数据库无法存储空间数据结构。空间数据库提供对点、线、面等空间数据结构的存储，通常以二进制格式存储坐标信息，并可对空间数据建立空间索引。

3.3 空间运算引擎

GIS（地理信息系统）的一项重要特性即空间查询与分析能力。空间运算是空间查询与空间分析的基础。空间运算引擎基于空间关系算法，对输入的空间数据进行多种运算并返回运算结果，如交叉运算、包含运算、量测运算等等。空间运算引擎的计算效率决定了GIS系统空间查询与分析的功能可用性及用户体验。

3.4 虚拟化技术

虚拟化是一种计算机资源管理技术，是将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存、存储等予以抽象、转换后呈现出来，打破实体结构间的不可分割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。这些资源的新虚拟部分是不受现有资源的物理组态所限制。虚拟化技术可以透明化底层物理硬件，从而最大化的利用物理硬件。同时利用虚拟化容器技术，优化系统总体架构，提高系统迁移和部署的效率。

4 结语

石油天然气管道信息系统可极大地提高全市地石油天然氣管道保护和监督的效率和质量，同时使天然气石油管道保护与管理的决策科学化、管理信息化和服务社会化水平，具有一定的社会效益。

参考文献

[1] 傅肃性.地理信息系统的理论与应用发展[J].地理科学进展，2011，20（2）：192-199.

[2] 郝明.GIS在油气管道中的应用[J].西部探矿工程，2009，21（10）：42-45.

[3] 谢士杰.南京市大比例尺地形图的动态更新和维护研究[J].测绘通报，2008（1）：49-52.

[4] 于广婷，李平，潘宝玉，等.输油管道管理信息系统设计与实现[J].测绘通报，2013（S1）：226-229.

[5] 董文泉.基于WebGIS的输油管道泄漏预警系统设计与实现[D].中国矿业大学，2014.