城市天然气管网信息管理系统建设方案

2012-11-07郭道新

中国科技信息 2012年20期

关键词：信息管理系统管网管线

郭道新

西宁中油城市燃气工程设计咨询有限公司，青海省西宁市 810001

城市天然气管网信息管理系统建设方案

郭道新

西宁中油城市燃气工程设计咨询有限公司，青海省西宁市 810001

随着我国经济的发展，城市地下管网正在逐年增加，而且作为天然气管道的安全性复杂性也日益突出。现今计算机技术的综合发展，人们已经进入了信息化社会，通过对地下管网信息管理系统集GIS技术、数据库技术、网络技术实现对地下燃气管线的科学化、精细化管理，同时能及时对地下燃气管线数据进行更新维护，实现对地下燃气管线的动态更新管理。本文重点介绍城市燃气管网信息管理系统建设方案。

信息管理；地理信息系统GIS；数据库；应用系统；方案

引言

城市燃气地下管网信息管理系统在开发中，充分考虑到系统建设的技术先进性及对地理空间综合应用，该系统的二维地理信息系统平台、数据库平台以及三维地理信息系统平台是将反映城市现状、规划、变迁的燃气管线数据以及描述这些特性数据通过计算机进行输入、存储、查询、统计、分析、输出的一门综合性空间信息系统，它是在GIS技术高度发展的前提下产生的。城市地下燃气管网信息管理系统在城市规划、建设和管理有着极其重要的意义。

1 GIS系统总体设计

通过城市现有基础矢量数据及设备属性数据建立基础数据库，并根据总图及相关设计图进行三维数据建模，实现城市管网地理信息管理，即以地理信息系统（GIS）平台为基础，建立城市管网二维管理功能与三维管理功能，并将城市已有的系统数据接入，实现管网数据的综合展示与管理。通过最新技术手段最大限度地利用信息资源，建成数字化、智能化、可视化、一体化的园区管网信息管理系统，最大可能地支持安全、自动化生产与运营。按照管网管理系统层次式结构，系统的总体架构如下图所示：

图1 管网管理系统总体架构图

1.1 数据层

数据层主要提供了系统运行所使用的各个数据库，对海量影像、地形、矢量、模型数据的一体化管理，同时也支持三维模型的数据库管理，包括模型数据集和模型缓存导入导出，模型数据集的管理（增删、查询），包括下面几类数据库：管理数据库、空间数据库、属性数据库、三维模型数据库等。

1.2 业务层

业务层主要为城市管网管理系统开发的业务功能，本系统主要的包括二维管理功能与三维管理功能，实现二维地图的基础操作、数据维护、查询统计及动态标等功能；三维管理功能实现三维地图的基础操作、三维信息查询、三维模型的动态加载及三维料子效果的展示等功能；在将城市已有的SCADA系统、光纤预警及GPS定位数据接入本系统，高效利用已有信息资源，实现管网管理系统的综合展示及管理。

1.3 展示层

在系统的最上层是展示层，该系统可通过大屏幕设备进行终端展示，大屏幕设备能够提供了一个全方位的信息显示环境，综合显示管网信息管理系统各种图、文的相关信息向指挥决策者快速准确地提供大量的各种多元化的综合信息，为管理员用户提供系统里的管理，包括权限分配及权限管理。终端用户通过系统展示层对城市内燃气管网信息进行监控管理，保证生产运营的安全，满足各级指挥调度的需要。

2 数据库建设方案

2.1 基础地理数据库

基础地理数据库中空间数据以城市现有基础矢量数据为数据来源，数据获取后对数据采集处理的作业流程包括数据格式转换、投影变换、数据接边、图层分类、数据检查等几个主要阶段，在各阶段生产中将产生满足管网管理信息系统应用需要的数据成果，其数据作业流程图如下图所示：

图2 数据采集作业流程

数据获取：数据来源于城市现有基础矢量数据。

数据格式转换：将获取的数据转换为shp格式，在数据格式转换时需要进行数据的分层检查，处理，分层方式以管网管理信息系统应用需要为准。

投影转换：在数据转换后，形成了shp格式的矢量数据文件，为保证所有文件均在统一的坐标系统下，需进行投影转换，坐标系统一为管网管理信息系统应用的要求。

接边处理：图幅接边的目的是要保持图面数据连续性。若工作区由多幅图构成，直接获取的数据存在较严重的不接边现象，为便于其它子系统的分析处理，要对各相邻图幅分层进行拼接，图幅的接边精度要满足相应比例尺的国家精度要求。

数据检查：数据采集作业中及完成后，都需要进行数据检查，数据检查可分为以下两类：

程序化检查：对数据可使用程序进行层、色的检查，可自动找出那些与层、色表不能匹配的要素，作业人员进行改正。改正后再运行程序逐层、色检查，最终消除“串层”、“串色”现象。

针对性检查：主要是检查容易出错和程序无法检查到的地方，这是对程序检查的必要补充。

2.2 业务属性库

业务属性数据主要包括各类装置、阀室、阀井数据、输气管线数据、调压站数据、加气站数据、加油站数据、基础建筑数据、其他管线数据等业务相关属性数据。

业务属性数据库通过关系表来存储业务相关属性数据。

2.3 三维模型库

管网信息管理系统三维模型库的建设根据总图及相关设计图，利用3DMAX及RealSpace技术制作管线三维线型、符号库，以及建筑、装置轮廓、管架等三维模型，形成三维模型库，三维模型数据库中还包含输气管线、调压站、加气站、加油站、其他管线、基础建筑部分等内容。

3 应用系统建设方案

3.1 二维功能模块

针对二维地图的基本应用功能，包含：地图的基本操作、地图测距、全屏显示、定位显示操作等功能。通过丰富的功能操作让用户全面了解相关地区的地理信息。

2）数据维护

数据维护功能实现对图形数据与属性数据的编辑、添加、修改和删除，包括地面上的地形、地物的图形与属性数据和地面下的地下管线及其附属物的图形与属性数据。

3）查询统计

提供针对二维地图的查询功能，包括属性查询、模糊查询、条件查找以及管线的长度统计。

4）标注管理

标注管理包括动态标注和手工标注两种操作方式。

动态标注根据数据字段的值来控制标注的显示样式，当设备信息值发生改变时，标注自动更新样式。

利用手工标注用户可根据实际需要，在对应位置加入点、线或者面标注。以辅助用户对地图的浏览查询，例如管线流向的标绘。

心理学家认为：人与人第一次交往中给人留下的印象，在对方的头脑中形成并占据着主导地位，这种效应即为第一印象效应。中途接一个班级，班主任应该在第一次见面就赢得学生的信任与认可，需要提前认真读好这本“陌生学生”的书，通过与家长微信、电话联系了解学生的基本情况；借助前任班主任提供的班级学生学籍、照片反复识记学生的模样与有关信息；与任课老师取得联系，对班级的每个孩子有一些感性、整体的认识，尽最大努力了解每一位学生的性格、特长、学习、行为习惯等，熟悉班级每一位学生，叫出每一个学生的姓名。

5）权限管理

用户权限管理主要是对一些基础信息的维护，如对角色和用户的新增、修改、删除和查询，以及用户权限的定制。

3.2 三维功能模块

1）地图浏览操作

三维全景中展示了全区的影像全图，同时显示了地面起伏情况，可为初步规划提供参考依据。在测区范围内，可以显示高精度的卫星影像和详细的地面起伏情况；同时，根据实测数据建立的地上和地下模型为测区提供了全景三维立体景观，为企业总图三维信息系统建立了坚实可靠的数据基础。

浏览中提供自由缩放、漫游、定位以及摄像机角度调节等功能。

2）地下浏览模式

地下浏览分为地下模式、地面开窗、半透明观察模式。

地下模式提供了另一种地下观察方式。利用此方式，可以进行地下漫游，也可以进行信息查询。

地面开窗为根据输入多边形将地面掀开，显现此区域的地下管线。地面开窗后，可以对地下物体进行各个角度的三维观察，也可以对地下地物进行信息查询。

半透明观察模式中可调节地面透明度，使地下管线显现，为地下管线查看提供了方便直观的观察方式。

3）信息查询

系统提供对载入系统的多种三维模型进行综合查询的功能，使模型属性描述信息和在三维场景中的空间位置信息有机统一起来。

三维地球数字可视化系统的实现模型的空间信息和表面属性信息结合起来，实现了两者之间的互通互查，增强了对三维模型在真实场景中认识和管理。

在系统实现中，将把所有载入系统的模型以结果树的方式表现在功能列表中，通过输入模型标识或关键字查询到结果列表中，点击可查询其属性信息，双击还可定位到三维地球上。

在系统实现中将在地图操作工具栏中以点选工具、框选工具、多边形工具和矩形区域在内的选择工具，快速方便进行空间搜索。对选定的模型结果实现高亮显示，并实现三维展示。

4）空间量算

主要包括三维模式下距离、面积、高度的空间测量。

5）三维粒子效果

三维粒子效果是运用前沿的图形学技术，可以支持各种丰富的场景特效，能够实现逼真模拟雨、雪、火焰、烟雾等效果。利用三维特效弥补了二维、准三维在显示效果的缺憾。GIS空间信息的展示提供了更丰富、逼真的平台，将相对抽象、静态的空间信息扩展得更加动态和直观。毫无疑问，三维特效技术在表现GIS可视化方面有着得天独厚的优势，不仅可以进一步满足用户对三维GIS可视化的要求，还可以感受到体验效果。

6）飞行管理

可以在各个方向和各个角度观察三维模型；同时，可以围绕视点进行环绕飞行，如圆形轨道，椭圆形轨道、弧形轨道和线形轨道等；也可以按不同的介质进行路径的巡视，如水、气、电缆等。

3.3 SCADA系统

SCADA即监测监控及数据采集系统。它可以实时采集现场数据，对管道现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进行全面、实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据，实现对管道运行全自动控制和调度作业。

管网信息管理系统可实现与SCADA历史数据库进行交互，应用系统以一定的时间间隔到SCADA中心数据库读取相应的流量、流速、压力、温度等信息，并在管网信息管理系统中以可视化的形式，显示在电子地图上，并且可以投影到大屏幕上。可以对SCADA的流量、流速、压力、温度进行历史数据的统计分析，为调度员指挥调度提供实时、可视化的管网运行信息和历史分析信息。

在管网信息管理系统展示终端用GIS展现可实现浏览SCADA系统信息数据，并得到生产现场与设备装置、生产工艺及环节相关的基础数据和信息，更好的实现在GIS平台中，综合多方信息进行服务决策的功能。同时在生产环节中的设备故障、报警及运行操作事件对于相关部门管理者了解生产现场、故障检索、事故分析及定位等优化管理有着非常重要的作用。可根据系统需要实现SCADA自动化系统中捕捉到的来自于生产现场的所有报警及事件信息的综合展示。

GIS与SCADA系统集成应用：

* 基础地图操作

对接入的光纤预警系统的数据与地图数据相叠加，同时具有GIS地图基础操作的相关功能，如放大、缩小、平移等。

* 调阅和叠加显示

基于地图的、与管网的展示图，调阅和叠加显示SCADA实时数据。

* 定时刷新显示

可根据用户设置的时间隔参数，按要求做定时刷新显示。

* 动态标注

将调阅的SCADA实时数据以多种展示方式叠加在GIS地图数据上，如气泡形式、标签形式等。

* 查询定位

对叠加显示的SCADA实时数据可以做查询，并对查询结果做定位跟踪显示。