潘寶玉，劉 嘉，馮 堯

(山東省地質測繪院，山東濟南 250002)

長輸管線管理信息系統(tǒng)的功能與特點*

潘寶玉，劉 嘉，馮 堯

(山東省地質測繪院，山東濟南 250002)

隨著國內經濟的快速發(fā)展和計算機技術的不斷進步，石化行業(yè)的信息化水平已經成為衡量其現代化程度乃至投資環(huán)境的重要標準，油氣長輸管線作為油田油氣輸送的重要基礎設施，其數字化管理是石化行業(yè)信息化建設的重要標志之一。結合工程實例，介紹長輸管線管理信息系統(tǒng)的設計原則、主要功能及系統(tǒng)特點，對石化行業(yè)長輸管線及其他行業(yè)地下管線的設計、建設、運行及管理，具有重要的參考意義。

油田油氣;長輸管線;輸油管道;地下管線;信息系統(tǒng)

0 引言

輸油管線是國家基礎設施的重要組成部分，是現代化城市高質量、高效率運轉的基本保證，被稱為城市的“生命線”。隨著我國經濟的快速發(fā)展和計算機技術的不斷進步，石化行業(yè)的信息化水平已經成為衡量其現代化程度乃至投資環(huán)境的重要標準，油氣長輸管線作為油田油氣輸送的重要基礎設施，其數字化管理是石化行業(yè)信息化建設的重要標志之一。為滿足長輸管線日常管理的需要，準確掌握既有管線和新增、改建輸油管線的變化情況，建立科學、準確、完整、動態(tài)的長輸管線管理信息系統(tǒng)勢在必行。近年來，筆者結合中石化管道儲運分公司部分工程，在長輸管線管理信息系統(tǒng)建設方面進行了有益的探索。本文結合工程實例，介紹長輸管線管理信息系統(tǒng)的設計原則、主要功能及系統(tǒng)特點，希望能對長輸管線設計、建設、運行及管理有所裨益。

1 系統(tǒng)設計原則

為了保證長輸管線管理信息系統(tǒng)的安全、可靠運行，便于系統(tǒng)操作、升級和數據的維護、更新，系統(tǒng)設計遵循以下原則:

1)可靠性。在科學技術高速發(fā)展的今天，人們對信息技術的依賴程度越來越高，然而系統(tǒng)一旦失效所造成的危害和影響也就越大[1]。因此，為了保證系統(tǒng)長期安全運行，系統(tǒng)中的硬件、軟件及信息資源必須滿足可靠性設計要求。

2)先進性。系統(tǒng)遵循最佳性價比的原則，盡可能采用國內外先進的計算機技術、信息技術和網絡通信技術，使系統(tǒng)性能達到國際先進水平，既要滿足當前應用需求，也要使整個系統(tǒng)在一定時期內保持技術上的先進性，以適應未來應用的發(fā)展和技術升級的需要。

3)實用性。系統(tǒng)設計面向最終用戶，充分考慮政府及社會的現實需要以及企業(yè)管理的體制、模式、業(yè)務流程及人員結構的現狀，保證易操作、易理解、易控制[2];人機交互界面統(tǒng)一、友好，指令簡單、準確、無異議;系統(tǒng)所出現的問題能夠及時預報并迅速解決。

4)安全性。系統(tǒng)具有切實可行的安全保護和保密措施。對計算機犯罪和病毒具有強有力的防范能力，保證數據傳輸可靠，防止數據丟失和被破壞，確保數據永久安全。

5)擴展性。系統(tǒng)的軟硬件具有擴充升級的余地，能夠適應網絡及計算機技術的迅猛發(fā)展和需求的不斷變化，使系統(tǒng)中的信息資源具有長期維護和使用能力[3]。同時提供二次開發(fā)接口，系統(tǒng)管理員能及時改善系統(tǒng)的功能。

6)開放性。系統(tǒng)可能要涉及多種數據庫，在數據處理能力、數據存儲容量等方面具有良好的互操作性，對于今后其他專業(yè)系統(tǒng)提供雙向數據接口支持。

7)標準性。系統(tǒng)采用的信息分類編碼、網絡通信協議和數據接口標準等，嚴格執(zhí)行國家和行業(yè)標準。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 地圖管理

為了滿足輸油管線管理需要，系統(tǒng)數據庫不但包含中石化管道儲運分公司所屬的天津、滄州、聊城、魯寧、南京、武漢等輸油處近7 000 km的1∶10 000比例尺輸油線路帶狀地形圖、1∶500比例尺全程管線縱斷面圖及輸油管線經過城區(qū)的1∶500、1∶1 000、1∶2 000比例尺帶狀地形圖、1∶500比例尺輸油站場地形圖，并且錄入了所制作的山東省政區(qū)圖、地形圖、水系圖、地震圖、土壤圖及輸油線路正射影像圖等各類專用地圖。因此，地圖管理功能為用戶提供了多種視圖瀏覽方式，主要包括窗口更新、復位、放大、縮小、移動、全屏顯示等，同時具備地圖輸入、編輯、修改、存儲、查詢、輸出及距離、面積量算等功能。系統(tǒng)地圖管理界面，見圖1。

圖1 系統(tǒng)地圖管理界面Fig.1 System's map management interface

2.2 屬性管理

系統(tǒng)數據庫不僅存放了海量的圖形數據，而且錄入了大量的多年來各輸油處日常管理所積累的輸油管線屬性數據，包括輸油站/場、閥室、穿/跨越、彎頭、絕緣法蘭、陰極保護站等相關的屬性。在系統(tǒng)建設時，已將管道圖形和屬性進行了聯動設置，以方便管道屬性的查詢和統(tǒng)計分析等。

2.2.1 圖數、屬性查詢

通過查詢圖形或者屬性可以雙向查詢到與之對應的屬性或者圖形、數據信息，并且對查詢到的結果進行定位和高亮顯示。

2.2.2 統(tǒng)計分析

用戶可以按照指定的任意條件對輸油站/場、管道(材質、管徑等)、閥室、穿/跨越、固定裝置等屬性進行統(tǒng)計，其統(tǒng)計結果可以直方圖、餅圖及表格等形式保存或輸出。

2.2.3 報表輸出

系統(tǒng)可以按照輸油管道日常管理的需要，以文字、表格、統(tǒng)計圖等多種方式生成管線數據統(tǒng)計報表，支持將查詢結果、統(tǒng)計報表、分析結果導出為Excel表格和TXT文本。

2.3 數據轉換

系統(tǒng)的輸入輸出交換接口提供將AutoCAD的DXF文件、ArcInfo文件的公開格式、標準格式、E00格式及DLG文件轉換成本系統(tǒng)內部矢量文件格式的能力，以及反向轉換的能力，可實現不同系統(tǒng)間數據文件的交換，從而達到數據共享的目的。

2.4 三維展示

為了讓用戶更加清晰、全面地了解地下管線分布情況，方便管道維護管理，系統(tǒng)支持地表、地下同時三維可視化顯示，用戶可以在任意范圍內選擇管道來生成管道的三維立體圖，能夠在該視圖中從不同的角度瀏覽、查詢管道及地上建筑之間的空間關系。

2.5 專業(yè)分析

2.5.1 縱橫剖面分析

調用系統(tǒng)縱(橫)剖面分析功能，選擇連續(xù)的管線段(或橫剖面點)，系統(tǒng)將根據管道相關的地理信息以及地形圖數據，自動生成這些管線段的縱(橫)斷面圖。圖中標示的主要信息有:各管道的標高、管徑、坡度、埋深以及地面標高、平面距離、與之相交的管線等。用戶可根據自己的需要選擇觀察和分析任意位置和任意方向的管道縱(橫)斷面。

2.5.2 區(qū)域碰撞檢測

系統(tǒng)根據國家和地方相關標準，對管道間水平凈距、埋深等數據自定義規(guī)則庫。系統(tǒng)根據管道的管徑、三維數據對照規(guī)則庫中標準自動對管線間的距離進行檢查，檢測其是否發(fā)生碰撞，并對碰撞結果定位輸出;同時也可檢測管道的埋深(覆土深度)是否符合規(guī)范要求，以便提交各專業(yè)單位進行現場核實維護。

2.5.3 爆管分析

突發(fā)爆管或發(fā)生其他事故時，系統(tǒng)能夠根據管道分布情況以及閥室位置，進行多級關閥處理，找到相應的用戶和需要關閉的閥室，同時能夠搜索出其它相關管線設備并打印輸出[4]。發(fā)生火警時，系統(tǒng)能夠根據火警的具體地點尋找最近的消防栓，方便消防人員進行事故處理。

2.5.4 管道老化檢測及預警

在系統(tǒng)啟動時，同時開啟管道老化檢測功能，根據管線的使用年限和維修次數，檢查出老化的管道，并將其輸出到數據列表窗口中。當發(fā)現超過年限使用的管道或者維修次數過多的管道時，系統(tǒng)將進行預警，并將其超警戒的管道列表顯示。

2.5.5 拆遷分析

系統(tǒng)支持點緩沖、線緩沖、區(qū)緩沖分析功能。用戶通過選定道路或具體地物(包括管線、管點設施)，設置緩沖半徑及級別，可以對選定區(qū)域建立多級緩沖分析。根據規(guī)劃紅線可得出需要拆遷的建筑物，并可以根據設定參數計算出拆遷補償價格等。

2.6 數據離線更新

為了保持數據的現勢性，系統(tǒng)提供多用戶離線更新功能。為確保數據安全可靠，系統(tǒng)通過創(chuàng)建角色來賦予不同角色的操作權限。數據錄入人員對數據的操作基本上都是基于本地完成的，其數據修改并不直接作用于數據庫;當更新數據通過數據審核人員檢查無誤后，再將數據回帖到數據庫中，以確保數據庫的安全性和完整性。

2.7 歷史數據管理

為了防止對系統(tǒng)數據的非法操作，除了數據備份以外，系統(tǒng)對所有登錄者進行的任何對管道的修改都將產生日志記錄，該記錄包含修改內容、操作人、操作時間、修改的實體號等信息，并提供便利的操作日志查詢工具，以便監(jiān)控和修復數據[5]。

2.8 權限控制

為了防止對數據的非法訪問，系統(tǒng)除了利用操作系統(tǒng)和數據庫自身的權限控制之外，自身也提供了對使用者操作權限的控制機制。系統(tǒng)管理員可以從用戶名和用戶密碼增加與刪除、角色分配與角色操作權限設置、部門登錄權限分配、在實際工作中承擔的工作內容分配、所負責的工作區(qū)域劃分等方面來控制使用者權限。

2.9 網絡監(jiān)控

系統(tǒng)可以對客戶端登錄人員進行網絡監(jiān)控，實時顯示在線人員的操作板塊，如發(fā)現非法操作，可以對其進行刪除操作，以此來避免數據的損壞和丟失。同樣，對于擁有操作權限用戶的誤操作，系統(tǒng)也進行記錄，據此可及時找到相關責任人進行數據修正。

2.10 數據庫配置管理

系統(tǒng)可以通過ODBC數據源與數據庫進行高速直接連接，方便用戶對系統(tǒng)配置管理。同時，為了避免災難事故的發(fā)生，系統(tǒng)對數據庫進行定期備份。在數據恢復時只需恢復數據庫數據即可把系統(tǒng)所有數據恢復。

2.11 Web信息發(fā)布

用戶在任何地點任一臺電腦上，不需要安裝系統(tǒng)客戶端，通過IE瀏覽器就可以根據不同的權限登錄系統(tǒng)進行操作，非常方便用戶異地管理。長輸管線管理信息系統(tǒng)的主要功能，見圖2。

圖2 長輸管線管理信息系統(tǒng)的主要功能Fig.2 Main functions of long transport pipeline information system

3 系統(tǒng)特點

3.1 高度可定制的系統(tǒng)功能集成

用戶可根據實際工作需要，在系統(tǒng)的功能倉庫中任意選擇幾個功能項進行組合，實現數據、功能的集成設計與管理。同時，能夠將其他用戶開發(fā)的工具條、菜單、數據管理目錄樹等資源通過簡單的導入操作移植到該系統(tǒng)中來。

3.2 海量空間數據管理

采用分布式跨平臺的多層體系機構，使用版本與增量相結合的時空數據管理模型，通過GDB企業(yè)管理器、MapGIS編輯器、數據分析與處理系統(tǒng)、遙感處理平臺系統(tǒng)、MapGIS－IMS系統(tǒng)等實現矢量、柵格、影像、三維四位一體的海量數據存儲、編輯

與管理。

3.3 多源異構數據集成管理

系統(tǒng)以統(tǒng)一的方式集成管理二、三維空間信息、文檔信息、元數據信息，實現三庫(高程庫、影像庫和矢量庫)的統(tǒng)一顯示[5]，并提供3種數據配置模式(直接驅動式、定態(tài)配置式、擴展驅動式);能夠實現包括照片、遙感影像、DEM數據、DOM數據、DRG數據等的集成管理;可實現由DRG數據提取矢量數據，并能方便地實現不同坐標系統(tǒng)間的相互轉換。

3.4 強大的二次開發(fā)能力

系統(tǒng)以MapGIS K9為開發(fā)平臺，在傳統(tǒng)的C/C++API開發(fā)庫的基礎上，提供了數據中心集成二次開發(fā)、基于數據中心的組件式開發(fā)、WebGIS開發(fā)能力等，采用功能強大的編程語言，結合靈活多變的網絡編程技術，全面支持SOA(面向服務架構)開發(fā)模式。這樣，在整個二次開發(fā)過程中，用戶只需掌握平臺的接口、客戶端功能腳本以及Web開發(fā)的基本知識，而不需涉及平臺底層的具體實現，就可以化繁為簡、化難為易，快速搭建所需的應用系統(tǒng)。

3.5 面向專業(yè)領域的三維可視化

在MapGIS內核模塊基礎上，采用先進的三維空間數據模型、三維可視化技術、網絡通信技術及框架加插件的軟件體系結構，開發(fā)了多通道虛擬仿真顯示驅動，滿足虛擬現實系統(tǒng)中多通道立體投影場景同步顯示的需要。同時，通過三維空間數據引擎G3D SDE，支持基于文件的本地化存儲和基于大型數據庫的網絡化存儲，支持OPENGL和DIRECT 3D三維渲染引擎，有效地增強了輸油管道及相關地物的三維可視化效果，實現了三維空間數據的高效管理。

3.6 智能高效的遙感影像處理

系統(tǒng)提供海量影像數據的鑲嵌融合、柵矢轉換、幾何校正、快速瀏覽、查詢和裁剪等影像處理輔助工具以及多種遙感影像分析功能，可對航空影像以及IKONOS、QuickBird等高分辨率衛(wèi)星影像在內的多種遙感數據進行全數字化處理，支持立體觀測并配有多種比例尺標準符號庫，能直接從數字影像中獲取測繪信息，可快速實現基于遙感影像信息的空間數據生產。

3.7 兼容/支持多種數據格式和操作系統(tǒng)

系統(tǒng)采用面向服務體系架構(SOA)，支持B/S結構的 GIS應用系統(tǒng)和服務器端的二次開發(fā)及功能擴展;支持 IBM AIX、HP －UX、IBM AIX、SUN Sloaris、SGI IRIX、Linux、MS Windows 等操作系統(tǒng)及Oracle、Sybase、DB2、SQL Server等關系數據庫。同時，具有多源空間數據無縫集成能力，可直接讀入或轉出 SDB、DWG、DGN、Tab、E00、MIF、VCT 等格式數據，并支持多種數據庫格式，包括:MapInfo 文件(* .mif)、ArcInfo 文件(* .e00)、Arc-View Shape文件(*.shp)、MapGIS文件(*.WT;*.WL;*.WP;* .WN)、SuperMap SML 文件(* .sml)等。

4 結束語

在中石化長輸管線管理信息系統(tǒng)的建立過程中，不但實地測繪了管線沿線1∶10 000比例尺帶狀地形圖、1∶500比例尺管道縱斷面圖及輸油站場地形圖等，而且施測了沿線的中線、三樁、公里樁、標志樁、檢測樁、穿/跨越、閥室等附屬設施，還錄入了大量的輸油管線屬性數據。同時結合長輸管線管理工作實際，在通用GIS平臺的基礎上，開發(fā)了輸油管道管理的功能模塊，兼容/支持多種數據格式和操作系統(tǒng)，能夠快速、真實、準確地查詢、統(tǒng)計地下管線信息，可方便地實現管線數據維護與更新、專業(yè)分析及網絡監(jiān)管，為長輸管線的日常管理、規(guī)劃設計、事故搶修等提供了全面、準確、現勢性強的基礎資料。該系統(tǒng)自2011年投入使用以來，在中石化管道儲運分公司輸油管線日常管理工作中發(fā)揮了重要作用，產生了顯著的經濟和社會效益。該系統(tǒng)建設的成功經驗，對于石化行業(yè)長輸管線及其他行業(yè)地下管線的設計、建設、運行及管理，也具有重要的參考和推廣意義。

[1]黃文.云南省國土資源遙感影像數據庫管理系統(tǒng)建設[J].地礦測繪，2012，28(1):23 －26.

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[3]房玉龍，方允治，殷驍征.城市地下管線信息系統(tǒng)的研究與設計[J].濟南大學學報:自然科學版，2006，20(2):164 －166.

[4]張小萍，瞿暢，王君澤.基于VRML的三維地下管網信息系統(tǒng)的實現[J].測繪科學，2009，34(4):195 －196.

[5]潘寶玉，許傳新，康文軍.多維時態(tài)城鎮(zhèn)地籍管理信息系統(tǒng)設計構想[J].山東國土資源，2006，22(2):53 －56.

[6]國家經濟貿易委員會.SY/T 0055—2003長距離輸油輸氣管道測量規(guī)范[S].北京:石油工業(yè)出版社，2003.

[7]建設部標準定額研究所.CJJ 61—2003城市地下管線探測技術規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

Function and Characters of Long Transport Pipeline Information Management System

PAN Bao-yu，LIU Jia，FENG Yao
(Shandong Institute of Surveying and Mapping of Geology，Jinan Shandong 250002，China)

Along with the instant development of the domestic economy and without intermission progress of computer technology，information-based level of the petrifaction industry has become to measure the important standard of the uptodateness and or even investment environment，long transport of oil-gas is an important base device，its digitalization management is one of the important signs of the petrifaction.This paper introduces the system's design principle，the main functions and characters.There is reference sense for the design，construction，running and management of the petrifaction industry long transport pipeline and other braches of trade of underground pipeline.

oil and gas of oilfield;long transport pipeline;pipe laying;underground pipeline;information system

P 208

A

1007－9394(2012)03－0001－03

2012－06－29

潘寶玉(1957～)，男，山東曹縣人，正高級工程師，國家注冊測繪師，現主要從事3S技術應用研究及測繪技術管理方面的工作。