GIS技术在数字管道系统中的应用研究

第36卷第4期测绘与空间地理信息GEOMATICS ＆SPATIAL INFOＲMATION TECHNOLOGYVol．36，No．4收稿日期：2012－09－18作者简介：吴良超（1979－），男，陕西丹凤人，高级工程师，硕士，2005年毕业于西北大学地图学与地理信息系统专业，主要从事地理信息系统应用研发方面的工作。

GIS 技术在数字管道系统中的应用研究吴良超，吴军荣，刘赟（中煤航测遥感局，陕西西安710054）摘要：数字管道经过多年的发展，已经在长输管道工业中得到了广泛应用。

结合多年数字管道系统建设经验，介绍了适合国内长输管道特点的数字管道系统完整解决方案。

基于GIS 的数字管道系统解决方案已成功应用于多项长输管道工程建设中，并取得了显著的应用效果，彻底改变了传统管道建设与运营管理模式，大大提高了长输管道工程建设、运营管理的质量、效率与水平。

关键词：数字管道；应用；GIS 中图分类号：P208文献标识码：B文章编号：1672－5867（2013）04－0057－04Application Ｒesearch of GIS in Digital Pipeline SystemWU Liang －chao ，WU Jun －rong ，LIU Yun（Aerial Photogrammetry and Ｒemote Sensing Bureau （AＲSC ），Xi＇a n 710054，China ）Abstract ：Digital pipeline has been widely applied in long distance pipeline industry after years of development．Combined with years of experience in digital pipeline system construction ，this paper introduces the complete solutions for digital pipeline system suitable for domestic long distance pipeline．Digital pipeline system solutions based on the GIS has been successfully applied in a number of long distance pipeline engineering construction ，and have achieved remarkable application effect ，changed the traditional pipeline construc-tion and operation management mode thoroughly ，improved the long distance pipeline engineering construction ，operation management quality ，efficiency and level greatly．Key words ：digital pipeline system ；application ；GIS0引言石油、天然气等长输管道工程建设跨越距离远，沿线地形、地貌、生态、人文和经济社会环境复杂，经常涉及复杂的地质、地理环境和人文生态环境；大量的管道环境和施工的图形、图像信息需要进行数字化处理；长输管道的施工和运营过程是大范围、多层次的大系统运作过程，需要及时、准确的信息交互、协调和沟通，如：勘察设计资料、施工协调管理、施工物资调度、设备管理、应急抢险等；安全是长输管道建设、运营和维护的关键，信息化是保证运营高效、全面、安全、低成本的技术支撑。

传统管道建设与运营管理理念已经无法满足当前管道建设的需要，管道建设和运营管理迫切需要一个能够集成基础地理信息、管道专业信息以及环境经济信息的数字化平台，提供空间数据与业务数据管理、综合查询、统计以及空间分析等功能，以处理好管道建设施工、管道运营与维护、管道生产与安全等敏感问题。

计算机技术、地理信息系统（GIS ）技术、遥感（ＲS ）技术和测量技术的发展，以及测量设备先进性的提高改变了传统的对长输管道建设、运营和维护的信息交互方式，因而数字管道的概念应运而生。

所以数字管道已经成为长输管道工程建设和管理的一个发展方向和趋势。

1数字管道概念及特点数字管道技术是当今长输管道工程领域中的前沿技术，也是现代化石油科技发展的必然趋势。

数字管道是对管道本身的属性、沿线相关环境要素统一的数字化认识和全面的信息化表述，其含义就是信息化的管道，其表现形式是一个管道综合信息系统。

数字管道是以信息基础设施为基础，以多尺度、多种类的空间基础地理信息为支撑，按照数字地球的构想充分利用高新技术，构筑一个数字化平台，集成管道的各种信息，为管道建设与管理提供一个科学的管理和决策支持系统、一个高效的管理工具。

数字管道充分利用遥感、测量、数据收集系统（DCS）或数据采集与监视控制（SCADA）系统、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、业务管理信息系统、数据采集与监视控制系统、互联网通信技术和多媒体技术等高新技术手段，对管道的施工建设、设备维护、运营管理和应急抢险等各个复杂系统的数字化、信息整合、3维可视等信息集成应用系统，并在可视化的条件下提供决策支持和信息服务。

它运行在管道的整个生命周期内，为管道的可行性研究、勘察设计、施工管理、运营维护和应急抢险提供高效率的数据信息收集、整合和共享，为长输管道设计、建设与运行管理提供技术保障，为决策者提供协助管理、决策支持等一整套长输管道工程解决方案。

数字管道实现了整个管道现实世界信息的可视化表达，使管道的各种信息能够通过二维、3维环境展示到用户面前，用户通过交互方式对管道的信息进行查询、操作和维护，对管道信息的二维地图展示和3维虚拟漫游，充分表达和展示数字管道的空间特征和属性特征。

数字管道具有以下特点：1）充分利用国家测绘的空间基础数据，并通过卫星遥感影像和航空摄影测量获得最新地貌、水文和环境的影像数据，实现了数字管道的地理环境信息可视化表达，而且内容丰富、数据描述完整，信息表达直观并且更新速度快，从而降低了数据采集成本，提高了信息的时效性和准确性。

2）GIS技术提供地理信息服务和应用。

它融合管道沿线的基础地理要素数据、环境数据、人文及经济等各类资源数据，利用GIS的空间分析功能，可进行线路的总体规划和评估，为管道线路的设计和施工提供重要的依据。

还可利用GIS技术对管道沿线的地质环境风险进行评估和管理，指导系统编制管道维护计划方案，并采取相应的应急抢险措施，尽可能降低管道事故的发生率，提供管道的安全性。

3）利用互联网通信技术和信息管理共享技术，将管道施工设计图纸、施工数据、人员资料、项目文档和竣工资料等实现数字化的管理。

通过局域网或互联网传送的数据中心的数据库，将各个阶段、各个专业、各个参建单位的不同数据整合和共享，有效的消除“信息孤岛”，实现了信息资源的共享和协调工作。

4）采用大型数据库（如Orcal、ArcSDE）建立数据资源中心，对管道的空间地理数据和属性信息数据进行存储。

空间数据中心存储和管理在管道建设和运营中的地理要素数据在管道的每个环节，都建立相应的属性信息数据库，是每个阶段的数据成果有效的融合到整个数字管道系统中的关键。

5）利用SCADA获取的实时在线监测数据，实现管道的站场、阀室设备的实时监控。

通过为设备安装远程终端装置ＲTU、PLC等，并采用通信网络传输收集的数据，实现整个数字管道实时监测监控，从而保证管道运营的安全性和应急抢险的决策支持。

6）数字管道通过3维场景和虚拟现实技术，实现了整个管道的虚拟现实表达，使得数字管道能够在真实、可视的3维环境下展示到用户面前，充分体现了数字管道的空间特征。

2功能结构和体系架构数字管道系统是贯穿长输管道全过程和全生命周期，将业务和技术集成到地理信息系统平台上构建而成的。

数字管道系统实现了数字管道各子系统之间的信息共享，通过数据仓库、数据挖掘与商业智能分析等技术，为管道全过程、全生命周期的管理和决策提供一个快捷有效的工具。

数字管道应用系统分为两个部分，分别为建设期部分和运营期部分。

建设期应包括施工项目管理系统、施工数据采集系统、管道地理信息系统，运营期应包括管道安全巡检系统、管道安全决策系统、管道3维模拟系统。

整个数字管道系统围绕数据资源中心（空间信息资源库和属性信息资源库）为核心进行建设。

数据资源中心用来存储、管理和共享数字管道建设和运营中获得的所有信息资源数据，数据资源中心主要包括地理信息数据库，工程技术数据库。

图1数字管道系统功能结构图Fig．1Functional structure of digital pipeline system整个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，系统的总体结构如图2所示。

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、接口系统等，这些系统是“数字管道系统”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、3维场景数据等各类数据。

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）应用系统层是系统建设的核心，包括了建设期和运营期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，对于运营期的其它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85测绘与空间地理信息2013年流引擎、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。

图2数字管道系统体系结构图Fig．2System structure of digital pipeline system3系统功能3．1施工项目管理系统施工项目管理系统是为用户提供及时准确地掌握工程项目具体情况，有效监管施工监理、施工、检测等分包商工作的管理工具。

同时制定出施工期间各类施工数据采集目录、审核管理规程、实施方案，确保各类施工数据保质保量录入及使用。

系统主要包括施工项目管理、施工进度管理、物资采办管理、物资分发管理、质量管理、HSE 管理、工程文件管理、工程沟通管理、工程信息管理（门户网站）等功能模块。