GIS技术支持下的西南油气田管道与场站管理系统

摘　要：结合管道与场站管理的实际需求，以地理信息系统(GIS)为技术支持，建立了管道与场站管理系统，并在ARCGIS平台及其油气管网分析模块上作了深入研究，使系统充分发挥了地理信息系统(GIS)对油气管网空间、属性数据的编辑、管理、显示和查询的功能并拓展了系统在油气管道及场站生产管理分析应用方面的实用性。

关键词：油气管网；GIS；ArcGIS；信息管理
　　随着西南油气田地面建设工程量逐年加大，规划的骨架管网相应不断增加，地面集输系统不断扩充。与此同时，确保地面集输系统的安全、平稳运行，每年的检测、维护及改造工作量也在不断增加。近年来，油田公司开展了管线、场站测绘工作，并加大了管线与场站的检测力度，地面集输系统的基础、维护信息量急剧上升。面对庞大的天然气集输系统、巨大的基础与维护信息，管理与利用好这些信息，依托地理信息系统（GIS）技术来实现油气集输管线信息的输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、快速定位等功能成必然之选。
1、系统建设目标
　　基于地理信息系统（GIS）的管道与场站管理系统要能够完成所有集输管道及场站空间地理信息、周边环境信息、管道场站专题属性信息按照相关标准和规范进行存储、管理、维护，所有数据储存在统一数据模型结构的数据库中，结合油田管道与场站生产管理的实际需求，实现数据共享，支持集输管网信息的方便查询和管道完整性管理的需求。以达到为生产管理人员及时、准确、全面地提供天然气集输管线、场站及环境状况等相关信息，为迅速、准确地作出决策提供有力支持的目的。主要包括：
（1） 建立多层次的管网、场站综合地理信息库，同时集成其他相关的管网专业业务数据;
（2） 多比例尺电子地图的组织、管理和维护;
（3） 建立油气管网标志、标线等标准符号库，提供直观方便的可视化标准库管理工具；
（4） 基于GIS的管网与场站信息查询，具备数据检索查询统计功能及数据的空间分析功能;
（5） 建立基于GIS的辅助决策分析功能，以便在突发事件发生时能快速响应;
（6） 实现用户认证（与中石油统一身份认证方式相匹配）、角色、权限的定义和维护，以保证系统的安全性和灵活性。
二、系统体系架构
2.1系统采用经典的三层架构构建系统：数据层、应用层、表现层。底层是数据层，以高精度的数字地图为基础，形成集管道及场站属性信息和空间信息于一体的数据库系统，构成管道完整性数据库，为应用层提供数据支撑。第二层是应用层，通过GIS地理信息平台实现管道空间查询、搜索、定位和分析，形成可视化的业务处理能力，实现管道数据查询分析统计和完整性管理。上层是表现层，通过统一的集输管道GIS门户，为用户提供统一的管道系统应用界面，并通过西南油气田公司企业信息门户（EIP）进行单点登录认证。
2.2天然气管道及场站数据管理系统采用ArcGIS APDM数据模型；利用大型关系数据库 Oracle存储和管理空间以及专题数据，ArcSDE作为空间数据库引擎;采用ESRI公司的ArcGIS Server 组件，在Microsoft Visual Studio 2005平台上开发。数据库服务器端采用大型商用数据库Oracle并以设备为基本的管理对象，将石油天然气行业的设备基本信息、设备之间逻辑关系、业务规范、算法、俗成的习惯等等以完全开放的方式描述进Oracle数据库，成为本系统的元数据库（数据的描述数据）Metadata，作为支撑整个系统的数据基础。系统采用Linux加Windows 2000/XP操作系统，GIS开发平台ArcGIS(SDE+Server+ArcInfo)，数据库平台Oracle9i、开发语言C#.net及UML开发工具Ralation Rose等，其中通过SDE来访问存储在Oracle里的空间数据。
2.3从系统稳定性、安全性、经济实用性等方面考虑，采用了较高性价比的主流应用服务器IBM 3950 M2。运用虚拟化技术，提高系统运行性能。服务器物理上的统一和逻辑上的分隔，使系统的管理和监控更加方便、灵活。特别是可以根据阶段性的工作需求，合理的调配计算机资源成为可能。考虑到系统使用的用户较多，对系统的性能要求高。而在系统正式上线运行前，对于影响系统性能瓶颈在何处无法预测。系统在开发过程中，判断数据库服务和地图服务对系统资源的要求应该比较高。
3、系统基础功能
3.1信息查询功能。基本的GIS操作功能是整个系统的数据操作基础，在整个系统中我们可以合理地组织和显示各种地理空间信息，包括：地图背景信息（矢量地图、栅格图、影像航片等）、关心的重要地物设备信息（站场信息、分站信息、道路信息等）、各类设备网络管线通道信息（输气管线网、主干管线网、配气管线网、支承类设施等）、其他附属设备信息（设计区域、管理区域等），通过图形化、简单化地操作这些设备对象，直观可视地为用户提供所需的各种信息。
3.2图层管理。对各种地理空间信息进行合理地分层分类管理，可以根据用户要求灵活地定制各种显示方案，提供对图层的符号配置、比例尺设置、信息提示等，从而为用户的图形化操作提供配置管理。包括：根据地理空间数据库的设计，对空间数据进行树状分层地管理；根据用户要求和权限，灵活地配置可见或不可见的图层；可根据设备状态或设备属性信息的组合条件精密地划分图层。能将管线图、管线上的各种设备图(调压器、阀门、水井、储配站图)以及基础地形图进行分层综合显示。
3.3区域管理。系统提供区域管理的功能：根据用户的要求，可根据管辖范围、工程范围、行政范围等将整个地理空间信息划分为不同的区域，并允许用户任意添加／删除、快速定位、高亮／居中显示、设置／清除激活某个区域，以方便用户进行各种后续的系统操作。
3.4横、纵剖面图形显示。系统提供管线的纵、横剖面数据，能实现根据桩号和标高自动生成纵断面图，系统能够根据管线的桩号、管顶高程、管线埋深等数据结合管线在图纸上的具体坐标自动生成管线的纵断面图。
3.5多媒体支持功能。多媒体支持功能。对辖区内重要的管网设施附加图像、图表、音频、视频等多媒体资料，使其资料更加完善、直观。
4、管道及场站生产管理分析应用扩展
　　管网分析模块是由天然气管网业务相关的分析功能组合而成。管网分析是系统分析功能中最重要的的一个部分，是整个GIS系统功能需求的核心，直接影响到系统的使用效果。
4.1缓冲区分析。缓冲区是指包围在设施周围一定距离的地区。根据设施的属性可以生成其 定宽度和变宽度的缓冲区，生成的缓冲区是在离设施一定距离，在其内或外的多边形区域，例如在一条规划中的道路周围建立缓冲区，可分析该道路的建设将对哪些地下管网构成影响。
4.2流向分析。系统根据管网的拓扑结构、各储配站的供气压力、阀门的开闭情况、以及从调度系统获取的各监测点的测量数据，分析计算指定管段的天然气流向。
4.3管线气源方向管理。在方便、直观、快捷地显示各种空间关系的基础上集中管理管网设施海量属性信息，不但管理管线的从属关系，还将对气源的来气方向、管线所连接的上下级阀门关系进行管理以满足解决实际的工程需要，如进行整个管线环网的规划设计，在某些管段气压不足时可以根据气源的来气方向及时做出调整等。
4.4连通性分析。在管线密集的地方，单击管点，作连通分量分析，和此管点直接相连的管段会变色显示；作连通检查，系统会变色显示与此管点有连接关系的所有管段。
4.5闸阀分析。闸阀分析是天然气管网的一个特有的业务分析，是业务分析的一个非常重要的内容。在事故发生的管道上分析其上级阀门，从而找到可以控制该事故发生管道的阀门集合，关闭这些阀门即可防止天然气泄漏，以利于维修人员及时的进行抢修。在天然气的调配上也会频繁的用到闸阀分析。
4.6爆管分析。系统具有紧急事故处理功能。当管网的某一点出现“爆管”或大面积泄漏的时候， 系统将提出多个抢修方案（包括：事故地点、行走路线、应准备的设备型号、材料规格等），供用户选择使用。系统对爆管分析结果列表输出，自动生成爆管停气阀区。
5、结论
　　西南油气田管道与场站管理系统作为油田公司完整性管理的组成部分，承担了川渝油气田地面建设管理的重任，该系统融合了川渝两地相关的矢量数据、影像数据以及高程数据，整合了成渝两地所有天然气管道数据、场站数据，采用APDM模型构建了数字管道数据库，开发了天然气管道及场站数据管理地理信息平台，为油田公司管道的完整性管理提供了有效保障服务。该系统荣获2010年度中国地理信息系统协会颁发的中国地理信息产业优秀工程银奖。
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