项 楠， 刘大千， 黄 悦， 王 帅， 王卫强

(1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001； 2.葛洲坝燃气有限公司，湖北 宜昌 443000)

基于ArcGIS的数字油库设计与实现

项 楠1， 刘大千1， 黄 悦1， 王 帅2， 王卫强1

(1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001； 2.葛洲坝燃气有限公司，湖北 宜昌 443000)

介绍了数字油库的特点及优势，以GIS(地理信息系统)作为空间数据的管理平台，三维GIS相关技术及理论为基础，以Arccatalog为空间数据的管理平台，Arcmap作为二维油库的制作平台，Arcscene作为三维油库制作及展示平台，构建了基于ArcGIS的数字化油库信息管理系统，实现了信息管理、定位查询、三维显示等功能。实例表明，系统实用性强，信息显示直观，能够提高工作效率，为提升油库管理水平提供技术支撑。

油库； 数字化； 地理信息系统； 信息管理； 空间数据

目前成品油库大部分还采用老旧的管理模式，生产作业自动化水平低、技术落后，使得油库的安全运作与日常管理复杂繁琐。同时，随着油库的运营，包括人员和设备在内的诸多因素都会对油库的安全造成影响。所以，为了适应社会需求，简化油库管理流程，保障油库安全运行，对油库进行数字化建设己迫在眉睫[1]。

1 数字油库关键技术

1.1 GIS相关技术

GIS是一种基于计算机的信息管理工具，可以把地图的可视化效果、分析功能与数据库操作结合在一起[2]。三维 GIS是指能对空间内的对象进行三维展示、三维场景浏览、三维空间分析的GIS系统，可以立体展现地理空间现象，给人以更加直观的感受，极大地丰富了用户的想象空间。20世纪90年代开始，人们对于三维GIS的需求越来越迫切，虚拟现实技术为此提供了强大的支持[3-5]。

1.2 三维模型格式

在三维油库地理信息系统的研发中，一个生动真实的三维场景包含多种形象逼真、能够支持三维显示的模型，这类模型的格式有多种，可将各类模型相互联系起来使用，互相补充，使模型逼真。常见的三维数据模型格式如表1所示。

表1 常见的三维数据模型格式

1.3 三维可视化平台

在ArcGIS Desktop中，用于展现三维场景的平台有ArcGlobe、ArcScene，ArcGlobe与ArcScene功能差别如表2所示。具体应用时，要进行对比选择。

表2 ArcGlobe与ArcScene功能差别

注：“√”表示支持此项功能；“×”表示不支持此项功能。 以三维GIS相关技术为基础，分析可视化实现的平台。因油库是一个小场景，故选择ArcScene作为实现三维可视化的平台。

2 数字油库系统设计

2.1 系统结构设计

数字油库管理系统从结构上可分为仪器仪表层、数据传输层和控制管理层。系统总体结构如图1所示。

2.2 功能模块设计

数字油库管理系统主要为实现油库自身收、发、存作业的操作，油库地理信息、设备设施属性信息的管理，以及对重点区域及设备的实时定位、属性查询等功能。系统功能结构如图2所示。

2.3 数据库设计

数据是地理信息技术的核心环节。大量的实测地理数据、运营记录等资源需要进行统一的数据管理。

系统主要涉及到三类数据：空间数据、属性数据以及文档数据，采用分步存储方式，海量属性数据均采用SQL Server 2008数据库进行存储[6]。

图1 系统总体结构

图2 系统功能结构

3 应用实例

以国内某油库为实例，对所构建的基于ArcGIS数字化油库建设进行介绍。

3.1 二维油库构建

在二维油库的绘制工作中，主要用到的工具是ArcMap和ArcCatalog。二者都由ArcGIS软件提供，功能完善且操作灵活。ArcMap主要用于二维图形的绘制，ArcCatalog则类似于地图图层的管理工具，用户可以使用ArcCatalog提供的管理功能，对图层进行新建、修改、删除等操作。通常情况下，二者配合使用能够使二维地图的绘制工作流程清晰、操作便捷。ArcMap中包含了囊括各行业应用所需的地图符号、线形图案、色块涂料和各种字体，并支持多种数据格式的输入和输出，坐标格网和经纬网的自动生成，地图的标注功能也极具个性化。

打开ArcCatalog，连接到目标文件夹，新建shapefile文件，在弹出窗口，即可对创建的要素类型进行点、线或面的定义，并且可以设置要素的坐标系。

ArcGIS中支持两种文字方式表示场景中的地理信息。一种是动态Label，另一种是注记Annotation。二维地图制作只要在地图上依次地编辑各个图层，每建立一个要素类需要在ArcMap中添加一次属性数据，要素以图层形式存在ArcMap中，在ArcCatalog中可对每一个图层添加属性。绘制的二维油库以及相关属性添加如图3—4所示。

图3 二维油库图

图4 属性数据录入

3.2 三维油库构建

三维油库地图的制作[7]，是从传统的平面化地图符号制作转变为三维地形、地物的构建。在三维虚拟的条件中，模拟人在自然环境下对地理的认知与理论研究。

三维油库的核心内容是三维模型(建筑物、油罐、树木等)和地图要素(居民地、道路、水系等)，通过三维数据结构组织起来，进行三维地形、地物和地图要素的可视化。三维油库地图关键问题是：数据获取、数据合成、三维可视化和应用系统发布[8]。

油库三维地图的可视化过程大致为：用纹理映射的方法处理获取到的油罐、建筑、树木等地图要素层数据，即将油罐、树木等地图要素数据形成三维地图场景，此为地形、地貌的三维可视化[9]。

ArcGIS可以转换体状要素三维模型数据的格式，实现三维模型在不同的地理信息系统中灵活运用。在ArcGIS中可使用工具箱中的空间处理工具，将.3ds文件导出为Multipatch多面体要素类，完成体状要素向Multipatch数据格式的转换。

3.3 三维数字油库实现

在添加数据时，定义图层的Z值(高程点标高)，就可实现场景的三维效果，使用属性设置图层的基准高程是定义图层的常用方法。为了保证地理信息的完整性，有些新要素还需要在地图表面上来进行添加，然后贴上影像纹理，再将图层显示方式设置为浏览时显示。这样，就可以完成对油库的三维构建。

3.3.1 三维视图显示 对油罐、建筑物、植被等实体建模完成后，根据不同的空间数据将不同的三维模型放在指定位置，将最终生成的场景文件通过Geodatabase进行管理，实现数字油库虚拟场景的生成[10]。油库全景视图、油库俯视图如图5—6所示。

图5 油库全景视图

图6 油库俯视图

3.3.2 属性信息查询 油库设施的属性信息查询分为二维属性信息查询和三维属性信息查询，用户选择工具栏中的识别工具，将识别工具在任意图层处点击即可弹出此图层的属性信息，例如用识别工具点击油罐处，弹出油罐属性信息表，包括油罐坐标位置、油罐的规格、型号、容量、内径、工作状态及安装位置等相关属性信息。二维属性信息如图7所示。

图7 二维属性信息

三维属性信息查询与二维属性信息相同，单击识别工具，点击任意处，即可弹出该位置相关属性表，不同之处是三维点击的位置不再是图层，而是三维模型，如点击油罐三维模型，即弹出油罐相关属性表，三维属性信息如图8所示。

图8 三维属性信息

4 结论与展望

油库技术和地理信息系统的应用现状及发展趋势表明，传统纸质化油库转向数字化是必然趋势。将三维GIS技术应用于油库数字化管理，采用平面规划图与三维场景互动显示的形式实现了油库的三维可视化，使油库的三维地图信息得到了展示。通过二次开发出适合油库的信息管理平台，将业务数据与空间数据结合，统一管理和查询多种信息，立体展示油料工艺区的空间分布、油库厂区内设备设施的位置关系以及属性等信息，也可做多方面分析研究，如风险评价、应急处理以及员工培训等，从而实现油库的数字化管理。我国油库数字化改造大多只在军用油库投入实施，而建立适合全部油库的数字化管理平台将是未来油库建设的重点[11-12]。

[1] 黄坤，宋欢欢，刘苏，等.数字化油库建设探讨[J].天然气与石油，2012,30(1)：1-4.

[2] 马甲生.基于ArcGIS技术的地理信息系统开发[J].现代计算机，2011(12)：72-74.

[3] 廖抿宇.GIS地理信息系统的应用与发展[J].中国新技术新产品，2011(16)：28-29.

[4] 王卫强，王勇，吴明.GIS在长输油气管道的应用现状与发展趋势[J].油气储运，2007, 26(7)：1-5.

[5] Haklay M E. Virtual reality and GIS：Applications，trends and directions[J].Virtual Reality in Geography，2002：47-57.

[6] 王卫强，吴明，李平.基于WebGIS数字管道信息管理系统构建[J].石油化工高等学校学报，2008， 21(1)：70-73.

[7] 周静.三维地图制图与应用课程教学改革的探索与实践[J].科技展望，2015(18)：216.

[8] 庞中磊.基于OpenGL的三维场景可视化研究及实现[D].天津：天津师范大学，2011.

[9] 张明旺.基于ArcGIS和3ds Max的数字厂区三维可视化系统建设与应用研究[D].兰州：兰州交通大学，2012.

[10] 毛泽红，王山东.基于ArcGlobe的三维数字城市建模研究与实现[J].计算机与数字工程，2013,41(8)：1347-1349.

[11] 李勇.油库管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2011.

[12] 金勇，田野.基于GIS的三维数字油库的设计与实现[J].油气储运，2010,29(1)：38-40.

(编辑 陈 雷)

Design and Implementation of Digital Oil Depot Based on ArcGIS

Xiang Nan1， Liu Daqian1， Huang Yue1， Wang Shuai2， Wang Weiqiang1

(1.CollegeofPetroleumEngineering，LiaoningShihuaUniversity，FushunLiaoning113001，China； 2.GezhoubaDamGasCo.，Ltd.,YichangHubei443000，China)

The characteristics and advantages of digital oil depot was introduced. The information management system of digital oil depot was established based on ArcGIS, with geographic information system (GIS) as spatial data management platform and 3D GIS technology as theoretical basis，and with Arccatalog as the spatial data management platform，Arcmap as the production platform of 2D oil depot，Arcscene as 3D oil depot production and display platform. The function of information management, location query and 3D display were realized. The practical example showed that the system was practical and intuitive to display, the work efficiency can be improvedand, which also can provide technical support for improving the management level of oil depot.

Oil depot; Digitization; Geographic information system; Information management; Space data

1672-6952(2017)01-0065-05

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-09-05

2016-10-10

项楠(1990-)，女，硕士研究生，从事长距离管道输送技术方面研究；E-mail：448257629@qq.com。

王卫强(1974-)，男，博士，教授，从事油气管道输送、管道风险管理、管道地理信息技术等方面的研究；E-mail：wwq920285@163.com。

TE978

A

10.3969/j.issn.1672-6952.2017.01.013