上海大众燃气有限公司 王海宁

浅谈燃气抢修辅助决策系统中GPS点的导入

上海大众燃气有限公司 王海宁

介绍了利用GPS RTK技术进行地下燃气管网测绘、绘图的优势。现有抢修辅助决策系统的功能，探讨在现有功能下导入GPS坐标进行绘图的可行性和今后系统发展方向。

燃气管网 抢修决策系统 GPS RTK技术 GPS坐标导入

0 概述

随着时代的进步和信息技术的普及，地下燃气管网的信息化已经从初步形成向着更高的台阶迈进。由于管网的复杂性和隐蔽性，给燃气管网的管理和维护增加了很大的难度。测量技术从过去的卷尺测量、手工成图，到现在利用全球定位仪器测量后导入GIS系统自动初步成图，使管线和设备图形的准确度，都有了显著的提高。所以原本只要求具备逻辑正确的地理信息系统也应有GPS点导入功能。

1 GPS RTK与GIS术在地下燃气管线成图中的应用

1.1 GPS RTK技术

GPS即全球定位系统，它主要由地面监控、空间星座和用户接受器三个部分组成，能够实现全方位监测，该技术能够实现全天候服务，急时地收集地形数据信息，为地形测量工作提供方便。RTK技术(Real-time kinematic)实时动态差分法，是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。利用GPS RTK技术在进行地形测绘时，测站之间不需要同时进行，这是其方便之处，但是需要保证测量上方具有较为开阔的空间。传统的测绘技术主要是通过大量人力物力进行的人工测量，不可避免的会造成测量工作的繁琐复杂，但随着新型测绘技术GPS RTK技术以及GIS技术等应用，管线测量工作效率得到了提升，测量的过程也更加简单。应用先进的测量技术，能够避免测量误差和劳动工作强度，而且数据导入GIS系统后自动生成该管线图形走向，这样的应用会让测绘工作变得简洁方便。

1.2 GIS技术

GIS即地理信息系统，利用计算机存储的地理信息数据库，将地理环境中的各个要素转化为相关的数据资料，并且对数据进行分析处理，GIS技术在地形测量中被广泛的应用。利用该技术进行地形测量，需要建立地图扫描、野外数字采集等数字地图，然后通过收集的数据和相关地形信息绘制出完整的地图，帮助测量人员更好的了解当地的地形，提高测量的准确性。

1.3 利用GPS RTK设备测量的过程

由负责该工程的测量人员到施工现场，利用GPS RTK进行测量。首先打开手持(见图1)检测卫星信号强度，当信号满足一定强度时，符合条件可以进行GPS RTK测绘。在手持内新建文件夹可以是工程编号和测绘日期或道路名和测绘日期；比较大或复杂的工程一天不能结束，可以自己备注，避免下次漏测或不必要的重复测量。把接收机(见图1)放在需要测量的管线或设备上，如阀门、牺牲阳极、三通及弯管等设备上，保存此时的三维坐标，这样一个点就测量完成了。重复上述过程完成整个工程的测量工作。

图1 GPS RTK测量仪器

2 抢修辅助决策系统的功能

燃气管网抢修辅助决策系统是按实际地下埋设的燃气高压、中压、低压的管网、设施，缩小到1:10 000的比例，绘制于电脑上(简称1:10 000系统)，从而给查阅、检修、施工、抢修和维护等事项提供方便。因为万分之一图与五百分之一图相比出图速度更快，而且不需要建筑地形图，能宏观显示各压力级别的管网逻辑和气源走向，给急抢修、天然气置换等需要局部宏观逻辑图的工程及时地提供参考，所以公司要求在管线通气十个工作日内完成图形绘制。

系统运用分析算法实现了管网抢修辅助决策分析功能，提高了抢修方案的及时性、直观性和科学性，满足日常应急管理的要求。抢修辅助决策系统是综合反映地下管网的管线走向、气流方向、压力级别、各种重要设施、管理区域、巡检样板、重要用户的一个多用途系统，主要功能有以下几点：

2.1 直观反映某燃气管道内气源走向

抢修辅助决策系统可以直观反映地下管网的宏观逻辑关系，气源走向(由气源点经过高压管道——调压器(高转中)——中压管道——调压器(中转低)——低压管道——用户)，图形在放大或缩小的显示状态下根据全景图和局部图(见图2，图3)加以判断，就可以对气流方向了如指掌。这个功能是其它现有系统实现起来较为繁复的，甚至不可能实现的。

图2 管网全景截屏

图3 管网局部截屏

2.2 分析爆管后关闭的阀门和受影响的调压器

发生爆管漏气事故后，从事故点得到事故发生的一段管线，然后从这段管线的两端出发确定控制此段管线气流的所有阀门，通过管网的网络拓扑关系，找到最小的管线封闭区域，就可以分析出应该关闭的阀门位置、编号及因为关闭了阀门后造成停气的调压器位置和编号。如遇到的调压器为门站，则以此调压器为气源点，进行下一级压力管网逻辑分析。根据以上分析结果可以得出专用、街坊、地区及各种类型的调压器的相应用户数量，从而采取停气供气的预案，见图4。

图4 爆管分析截屏

这样一方面提高了急抢修的速度和准确性，另一方面给鑲接停气降压提供了多方位的参考图，减少了事故影响范围，降低停气受害率。

2.3 动态显示阀门和调压器及所需数据与图形

对预定义的管线设施和面图层进行空间查询和属性查询。GIS 1:10 000系统可以对数据库里的数据，进行统计分类，根据不同图层显示出所要查询的数据及数据总和。并且可以点击查看每一个数据的具体空间位置。这样就可以根据查询要素的属性，判断发生事故的影响范围，用户类型，做出相应的急抢修处理方案。可以统计不同年份的管线、设施的数量、位置，并且对阀门的开关情况动态显示。这样就可以为急抢修、施工、天然气置换、管道设备维护等工作提供参考图。

点击统计结果列表中任意一条要素，则在地图上闪烁该要素，如图5所示。

图5 要素查询截屏

2.4 燃气管线、设施及背景数据

燃气管线、设施及背景数据可以导入、导出，数据格式可以转换，对阀门、调压器等档案信息可以批量导入导出，也可以单一录入，批量导入导出的同时可以进行错误检查和专题检查，去除明显错误。

2.5 图形、属性打印输出

图形、属性输出。包括地图的输出和管网空间数据和属性数据及其表卡的输出，能对各种输出数据进行版面的编辑处理、排版，最终输出到各种输出设备上。

2.6 提供突发事件应急查阅地下管网设施

对地下管线设施，进行核查，保证所有逻辑关系正确。对调压器，立管用户和类型、数量进行普查、输入，并编制重要用户应急抢修预案，确保燃气用气安全。

3 利用GPS RTK点绘制抢修辅助决策系统

由于测绘技术的发展现在大部分郊区工程都采用GPS RTK进行测绘，因此提供给绘图员的管线设备资料都是三维数据，不再是过去的点或线段连接的尺寸，由于这种原因，绘图的系统如果没有GPS点导入的功能，绘图的过程会非常繁琐而且误差会很大，所以GIS抢修辅助决策系统如果有GPS点导入的功能，将能更好的发挥作用。因为抢修辅助决策系统内的图形没有具体的定位尺寸，但是存在网格图，每个网格都有相应统一的网格编号。但是传统的测量绘制方法，在绘制管线、设备时换算具体的尺寸比例误差比较大，存在网格偏差，久而久之偏差会日趋严重。在相应的网格内会出现不一样的管线逻辑和设备。如果用GPS点导入就可以提高精准率，避免偏差。

3.1 GPS点导入的问题

在市中心地段，地下管网已经发展成熟，虽然有些管线已经步入百年，但是在天然气置换和承插管改造等工程中已经对高龄高危管线进行了更换和改造。大部分都是原拆原位和小距离改动，而且地势处于建筑拥挤范围，不符合GPS RTK技术的应用要求，所以采用测距仪和皮尺测量后的数据抢修辅助决策系统还能满足功能进行绘制。

在中环、外环及以外等空旷地区，管网发展量比较大，地势环境符合GPS RTK测量的技术要求，因此这部分工程都是采用GPS测量技术，为了提高抢修辅助决策系统的准确率，绘图时需要用GPS点进行绘制，但是由于系统为早期开发，抢修辅助决策系统导入GPS点无法实现，不能形成初步的点图形数据。

3.2 现阶段绘制抢修辅助决策精确位置的方法

目前在绘制图形时用系统原来存在的X、Y坐标输入来一个一个定位管线和设备在网格内的坐标位置。确定到坐标点以后，用不需要定位管线的辅助设施代替坐标圆点加以标记，直到一个工程的管线逻辑形成。然后用相应压力的管线连接并且添加设备、文本标注等，最后删除辅助X、Y坐标定位点。这样的方法遇到大工程缺点就非常明显，如2014年竣工的马桥地区0.4 MPa天然气排管工程，有两百多个阀门、管线长度达到22 km，都是手工一个一个点输入——定位——添加辅助点——绘制——标注——检查逻辑连接——成图，见图6。

图6 马桥地区抢修辅助决策管网截屏

3.2.1 耗费时间长

这样所需时间要将近两周，而且长时间输入繁琐的X、Y数字坐标容易产生错误导致管线偏差，从而造成重复劳动。如果运用GPS导入功能，则会瞬间成图，后续只需要稍作连接和标注，一幅高准确率的万分之一管线图，在一天内就能高效率完成。这样利用GPS点导入成图的优点是非常明显的。

3.2.2 管线阀门位置误差大

如果不采用人工输入X、Y坐标定位点的方式，放弃管线在网格图上的绝对位置的准确性，只确保管线的相对位置间的逻辑关系正确。这样的绘制方式只能保证地下燃气管网整体宏观的走向和逻辑关系，要单独对某一坐标点或图版网格内的具体内容进行体现就有很大的误差(见图7抢修辅助决策相对位置)。如果现场操作人员对阀门设备的具体位置不够了解，不利用小比例的图形(见图8中1:500上管线阀门位置)进行判断，不查设备编号，直接用抢修辅助决策图纸进行定位，就会造成判断错误，出现不可设想的严重后果。

图7 抢修辅助决策相对网格位置截屏

图8 1:500上管线阀门位置截屏

3.2.3 管线阀门之间的逻辑关系需要人工判断

由于客观原因造成部分管线设备没有用GPS坐标点进行绘制，然而后续施工的管网都是要有气源连通的，那么这个连接点的位置就要进行逻辑上面的判断，尤为重要的是阀门、道路、三通几个重要点附近的相接点，如果绘制时判断错误就会造成抢、检修时开关阀门错误，延误时间、扩大事故影响范围，增加停气受害率，见图9。如果管线全部采用测量的X、Y坐标导入绘制，随着时间的变化管线的积累，管线设备的相对位置逻辑关系发生人为判断错误的几率就很低。因为管线、设备每一次绘制都是和实际空间的坐标一致，那么长久以往，绘制时不需要人工判断，他们之间的逻辑关系应该都是正确的。