大庆城市天然气管网GIS系统设计

第２４卷第４期　石油规划设计　２０１３年７月　４１　

文章编号：１００４—２９７０（２０１３）０４—００４１—０３　

謦　藩　ｌ　

疾　市　然　管用　国Ｓ黍统霞甘　

ｌ　０　

王琦　

（大庆油田工程有限公司）　

王琦．大庆城市天然气管网６Ｉ５系统设计．石油规划设计，２Ｏ１　３，２４（４）：４１～４３　

摘要随着城市居民燃气用户大幅度增加和结构的调整，城市天然气管网已经成为城市管网　

系统中非常重要的组成部分。借助ＧＩＳ（地理信息系统）可充分了解城市天然气管网及设备的运　

转情况，提高管网调度和管理现代化水平，从而确保整个天然气输配管网系统的安全性和可靠性。　根据大庆市天然气管网的特点，建立了一个以数字化的管网基础测绘资料为主要内容、以地理空　

间数据管理体系和数据服务体系为主要结构的天然气管网ＧＩＳ系统。介绍了大庆市天然气ＧＩＳ系　

统的功能和特点，阐述了其发布方案及实施方案。最后，提出了大庆城市天然气管网ＧＩＳ系统在　

实际运行过程中应进一步研究和解决的问题。　关键词　大庆市；天然气管网；ＧＩＳ；数据结构；系统设计　

中图分类号：ＴＵ９９６，ＴＰ３９２　文献标识码：Ａ　ＤＯｌ：１０．３９６９／３．ｉ　Ｓｓｎ．１００４—２９７０．２０１３．０４．０１３　

十一五期间，大庆市政府及大庆油田累计投入　

９亿元，共建成天然气供气站５座，铺设天然气管　

网约２　０００ｋｍ，供气总量达１２　Ｏ００ｍ　，全市天然气　

入户普及率不断提高，预计十二五末，大庆市市区　

管道天然气人户普及率将达到９０％。随着城市居民　

燃气用户大幅度增加，城市天然气管网已经成为城　

市管网系统中非常重要的组成部分。供气管网及其　

附属设备变得越来越庞大和复杂，并且燃气具有易　

燃易爆的特性，因此，有必要采用先进技术手段，　

借助ＧＩＳ（地理信息系统）充分了解城市天然气管　

网及设备的运转情况，提高管网调度和管理现代化　

水平，以确保整个天然气输配管网系统的安全性和　

可靠性¨、　。因此，建立城市燃气管网ＧＩＳ管理系　

统具有十分重要的意义。　

地理信息系统是随着地理学科、遥感科学、数　据库技术、文字和图像处理技术的发展，将计算机　

软件、系统硬件、地理信息数据库和系统操作及管　

理者有机融合而形成的一门交叉学科，可对相关地　

理信息数据进行采集录入、读写更新、统计分析和　

应用显示　。由此可见，地理信息系统中“地理”　

的内涵并不仅仅是指地理学，而是更为广义的坐标　

参照系统中位置和属性的数据，以及在此基础上的　

衍生数据。近年来，我国ＧＩＳ系统的技术水平和应　

用领域都得到了迅速的发展，逐步实现了软件开发　

平台的集成化，拥有自主产权的国产ＧＩＳ平台的开　

发功能，其应用水平不断提高。随着计算机软硬件　

技术和网络技术的飞速进步，ＧＩＳ开发技术也得到　

了迅猛的发展。目前，研究工作主要集中体现在网　

络ＧＩＳ、开放式ＧＩＳ、组件式ＧＩＳ　虚拟ＧＩＳ、多媒　

体ＧＩＳ、三维ＧＩＳ和无线通信ＧＩＳ等技术的集成。　

王琦，女，助理工程师。２００８年毕业于东北石油大学油气储运工程专业，获学士学位。现在大庆油田工程有限公司从事油田地面工程设计工作。地　址：黑龙江省大庆市让胡路区大庆油田丁程有限公司油气集输室，１６３７１２。Ｅ—ｍａｉｌ：２２７９１６６８＠ｑｑ．ｅｏｌｎ　¨　雏　懑　镶　懑㈠　

㈦　４２　王琦：大庆城市天然气管网ＧＩＳ系统设计　２０１３年７月　

１　Ｇ　ｌＳ系统总体设计　

根据大庆市城市天然气管网的特点，为提高天　

然气管网及其附属设备地理信息数据的现代化管理　

水平，以及为天然气管网的规划设计、施工和运行　

调度提供科学准确的依据，建立了一个以数字化的　

管网基础测绘资料为主要内容、以完善的地理空间　

数据管理体系和数据服务体系为主要结构的大庆市　

城市天然气管网ＧＩＳ系统。　

１．１　ＧＩＳ系统功能　

该系统以城市地下燃气管网为管理对象，综合　

运用ＧＩＳ技术、ＣＡＤ技术、数据库技术、网络技术、　

专题应用模型，实现对地下燃气管网信息的采集录　

入、数据存储、信息查询，以及查询结果的显示、　

分析输出、信息更新，并提供其他的应用。　

系统总体设计遵循规范化、先进性、实用性、　

完备性、适用性、示范性以及开放共享等原则，可　

实现以下功能：一是，所有相关信息均可按照给定　

的参照系进行严格的位置坐标定位，并对空间坐标　

和属性的数据按照统一的规则进行存储和管理；二　

是，可对来自多种信息源的空间坐标数据和统计数　

据进行分级分类，再经标准化处理后形成地理图形　

信息；三是，可适应系统输入、输出要求，便于分　

析相关的社会经济、燃气资源和环境要素之间的关　

系；四是，具备数据和图形的双向检索、统计和计　

算等功能，可按照一定的范围进行图形查询，并可　

提供管网空间分布的具体数据；五是，可提供用户　

所需的空间数据，进行多因素分析和评价，并提供　

预报预测和优化模拟等相关的技术支持。　

１．２　ＧｌＳ系统特点　

一是，通过数据建模机制定义数据规则，保证　

了数据录入的合法性，以及管道、管点关系的合理　

性，如，不同管径管道必须通过变径连接件方能自　

动连接；二是，系统从设计、选型、开发上均采用　

企业级解决方案，因此，系统可管理和共享大、中、　

小城市的海量数据；三是，通过网络关系模型，在　

动态编辑的同时实现了动态拓扑的自动维护，不需　

要在编辑结束后再重建拓扑关系；四是，系统在设　

计、开发上均十分重视分析功能的加强，因此，系　

统提供了较为完备的各种管道实用分析工具。　

２　子系统功能设计　

城市天然气系统的研发规模和基本功能与系统　研发的设计目标相关，系统目标须充分满足用户需　

求，同时，还要考虑具体城市与具体部门对系统的　

建设规模和基本功能上的差别。在充分考虑大庆天　

然气管网ＧＩＳ系统所应具备各项功能需求的基础　

上，确定了各子系统的功能，建立了数据采集录入　

子系统、数据编辑维护子系统等８个子系统。　

２．１　数据采集录入子系统　

具有数据采集、记录和录入功能，对各种信息　

源采用相应的数据获取和处理方法。　

２－２数据编辑维护子系统　

具备图形数据维护的相关工具和用户界面，可　

完成天然气管网和地形地貌信息的增改。　

２．３数据存储管理子系统　

采用管网地形要素的分类编码标准，为数据采　

集和转换提供可靠的依据；建立数据存储结构，进　

行数据信息的分层处理，满足ＧＩＳ各子系统的需求。　

２．４数据统计查询子系统　

可根据不同用户的需求，提供多种方式的信息　

查询、分层、转换和输出等功能，并可对所查询的　

数据信息进行统计分析。　

２．５信息输出打印子系统　

可对用户所需的数据检索结果实现屏显、存盘、　

绘图、打印输出或数据转换。　

２．６管网数据分析子系统　

可实现包括爆管、影响用户、纵横剖面等方面　

的分析功能，同时，还具备预警、最短路径、连通　

性等方面的分析功能。　

２－７管网运行调度子系统　

可进行管网的水力热力计算，绘制等压线，以　

及分析管网载荷分布，为生产运营调度提供可靠的　

依据。　

２．８三维管网生成子系统　

可根据数据库所提供的基础数据，建立天然气　

管网的三维景观模型，给用户以直观的三维空间　

视觉　

３　系统网络结构设计与发布方案　

大庆市城市天然气管网ＧＩＳ系统以美国ＥＳＲＩ　

公司开发的ＩＭＳ（ＩＰ多媒体子系统）为管网信息管　

理系统开发平台，采用Ｗｉｎｄｏｗｓ２００３自带的互联网　

信息服务功能作为ＧＩＳ信息发布平台　，利用ＩＭＳ　

开发平台提供的动态ＨＴＭＬ（超文本标记语言）技　

术，采用交互式动态网页技术手段实现了系统客户　第２４卷第４期　石油规划设计　

与管网ＣＩＳ数据库之间的动态交互。　ＧＩＳ发布方案见图１，其特点为：一是，数据维　

护便捷。ＩＭＳ所提供的多种工具可对各个Ｗｅｂ站点　

进行维护及监控；二是，用户定制方便。用户可根　

据自己的要求通过如ＶＢ等高级语言编制各自的　

Ｗｅｂ用户页面；三是，数据直接读取。用户无需数　

据转换即可直接读取ＳＤＥ　９数据或影像数据；四是，　

数据信息集成。本地数据和网络数据均可与远端　

ＡｒｃｌＭＳ上的数据集成在同一浏览器的图形窗口中；　

五是，应用重构便捷。可提供互联网应用及分布式　

管网ＧＩＳ应用，无须重建系统即可对原有的各种ＧＩＳ　

应用进行扩展；六是，信息系统安全。内置的安全　

机制可限定不同级别用户访问不同级别的站点，具　

有较高的系统安全性；七是，客户端功能完善。系　

统可向客户端浏览器发送矢量数据流，且客户端无　

需向数据库提交请求便可进行多种方式的地理信息　

查询和显示。　

ＩｎｔｅｒＮｅｔ　ｌ　

ＡｒｃＩＭＳ　

ｌ对象数据流Ｉ　Ｊ地　图　Ｉ　ｌ视　图　Ｊ　

ｌ地理编码ｌ　ｌ数据扩展ｌ　ｉ其　他　ｉ　

Ｔ　

ｌ　ＡｒｃＳＤＥ服务器ｌ　Ｔ　ｌ　ｌ　Ｓｈａｐｅ文件　Ｉｍａｇｅ影像文件　ｌ信息数据库ｌ　ｌ　数据　ｌ　ＣＡＤ文件　

图１　ＧＩＳ信息发布方案　

４　系统的实施　

为了更好地进行大庆市城市天然气管网ＧＩＳ系　

统的建设，考虑到该系统涉及多种新技术领域，且　

数据量非常大，一旦出现系统或软件不兼容现象会　

造成极大损失。因此，在确保各种数据内容及各种　

技术之间能够进行正确衔接的前提下，分以下几个　

阶段实施：　

Ｉ期工程，作为整个系统建设的基础部分，完成　

了基础数据录入、建库、图形及属性数据处理，以　

及业务管理系统的开发，形成了管理信息系统的整　

体构架，并完成了与客户服务系统的接口。　

ＩＩ期工程，在Ｉ期工程的基础上，完成了分析　

功能、安全管理、认证系统及数据属性的完善及扩　展，扩大了系统的应用范畴；建立了燃气管网信息　

的发布系统，实现了管网信息数据的远程查询、管　

理、统计和分析功能；完成了Ｉ期工程中录入数据　

的完善和修改工作；实现了管道垂距、横剖面、纵　

剖面、连通性和爆管分析等高级分析功能。　

ＩＩＩ期工程，主要完成了系统各功能的完善和扩　

展，完成了与其他系统的整合，实现了燃气管网ＧＩＳ　

系统与客户收费系统、管网ＳＣＡＤＡ（数据采集与监　

视控制）系统、自动化办公系统和燃气公司其他信　

息系统的互联。　

５　结语　

随着测绘、遥感、制图和计算机技术的发展，　

ＧＩＳ技术正逐渐走向企业。基于ＧＩＳ系统的大庆市　

城市天然气管网管理系统已经成为“数字油田”的　

重要组成部分，为大庆市燃气管网的规划、建设和　

管理提供了完善、优质和高效的地理空间数据服务，　

为大庆市的信息化建设，特别是与地理信息系统相　

关的综合应用提供了良好的技术支持。　

大庆市城市天然气管网ＧＩＳ系统在实际运行过　

程中，还应进一步研究和解决以下两个问题：一是，　

系统应实现标准化和规范化，以便与其他城市间进　

行数据共享；二是，要强化ＧＩＳ系统的经济分析功　

能，提升系统的附加值，使之成为资产评价和提高　

运营效益的助手。　

参考文献　

梁建敏．基于ＡｒｃＧＩＳ平台的供水管网地理信息系统　［Ｊ］．油气田地面工程，２０１２，３１（５）：７９—８１．　李帆，张扬，管延文．城市燃气管网ＧＩＳ系统设计　［Ｊ］．上海煤气，２００５（６）：１－３．　Ｘｕｚｈｉ　Ｓｈｅｎｇ，Ｈａｉｙａｎｇ　Ｌｉｕ．Ａ　Ｗａｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｃｔ　ｉｖｅＸ　ａｎｄ　ＤＤＥ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｓｅａｍｌｅｓｓ　Ｃｏｎｎｅｃｔ　ｉｏｎ　Ｍａｐｌｎｆｏ　ａｎｄ　Ｄｅｌｐｈｉ［Ｊ］．Ａｐｐ１ｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，　２０００，１０：８０—８２．　Ｍ．Ｆ．ＷｏｒｂｏｙＳ．０ｂｊ　ｅｃｔ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ＡｐｐｒｏａｃｈｅＳ　ｔＯ　６ｅｏｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔ　ｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔ　ｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＧＩＳ，１９９４，Ａ８：３８５—３９９．　Ｍ．Ｐ．Ｗｏｒｂｏｙｓ．Ｏｂｊｅｃｔ—Ｏｒｉｅｎｔｅｄ　Ｄａｔａ　Ｍｏｄｅ１　ｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｄａｔａｂａｓｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＧＩＳ，１９９０，４：１５—１７．　Ｐ．Ａ．Ｂｕｒｒｏｕｇｈ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＧＩＳ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ［Ｍ］．　Ｏｘｆｏｒｄ：Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ　ＰｒｅｓＳ，１９８６：１０７—１５１．