GIS系统在燃气管网中的应用

GIS 系统在燃气管网中的应用1 GIS 系统简介GIS(Geographical Information System 的英文缩写，即地理信息系统)是随着地 理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一门新兴的边 缘科学，它是一个利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查 询、分析显示和输出地理图形及其属性数据的计算机系统，是集地理学、几何 学、计算机科学及各类应用对象为一体的综合性高新技术。GIS的概念提出始于上世纪60年代的美国和加拿大。我国的GIS研究与应 用虽然起步稍晚，但经过20多年的努力，现在已成功应用于电力、自来水、燃 气等公用管线设施的例子也越来越多。2 GIS系统组成GIS系统由如下五大部分组成。(1) 硬件主要是指操作GIS系统所需的一切计算机资源，包括计算机、网络设备、 存储设备、数据输入、输出和显示的外围设备等等。(2) 软件主要是指GIS系统运行所必须的各种程序，包括计算机系统软件和GIS系统 软件两部分。GIS系统软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具，其软 件工具包括：输入和处理地理信息的工具；数据库管理系统工具；支持地理查询、分析 和可视化显示的工具；容易使用这些工具的图形用户界面(GUI)。(3) 数据数据是一个GIS系统最基础的组成部分，主要包括空间数据和属性数据。 空间数据是 GIS 的操作对象，是现实世界经过模型抽象的实质性内容。空间数 据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系。空间数据通常为几何图形或图像数 据，属性数据通常为文档或表格数据。(4) 方法这里的方法主要是指空间信息的综合分析方法，即我们常说的应用模型。 它是在对专业领域的具体对象与过程进行大量研究的基础上总结出的规律的表 示。GIS应用就是利用这些模型对大量空间数据进行分析综合来解决实际问题 的。(5) 人员人是GIS系统中重要的构成要素，GIS不同于一幅地图，它是一个动态的地 理模型，仅有系统软硬件和数据还不能构成一个完整的 GIS 系统，需要人进行 系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善以及应用程序开发，并采用 空间分析模型提取多种信息。因此，GIS应用的关键是掌握实施GIS来解决现实 问题的人员素质。这些人员既包括从事设计、开发和维护GIS系统的技术专 家，也包括那些使用该系统并解决专业领域任务的行业专家。3 GIS系统应用实例3.1 GIS系统实施背景南京港华现有50多万居民用户， 2000多工商团体用户，中低压管道逾 800km，调压站500多座，年供应天然气3亿m3。2004年5月，天然气正式进 入南京城市燃气管网，天然气置换工作开始全面展开。天然气的置换工作必需 对现有地下管网设施有清晰的了解，需要输出各种比例，各种规格的图纸，实 时统计各种材质、管径、年代的管网资料。为了配合天然气置换工作，同时为 了进一步加强对地下燃气管网的安全管理，公司于2004年初开始建设燃气管网 GIS系统，由沈阳金建数字城市软件有限公司负责系统开发，香港中华煤气有限 公司担任监理工作，鹰图(中国)有限公司提供技术支持。2005 年 3 月系统正式投入使用，为天然气置换以及地下管网设施管理提供 了极大的方便。3.2 设计目标(1) 利用先进的计算机技术建立起高精度、高可靠性的基础设施和地下管网 数据库。(2) GIS 系统的设计严格遵循现有国家标准和行业标准，制定统一的数据编 码体系，包括数据定义体系，分类体系，数据交换格式，数据存储格式，输出 格式，以及数据文档，质量标准，以利于数据交换和共享。(3) 选用功能强大的 GIS 系统软件和数据库，方便、安全地对基础地形和管 网数据库中的图形数据和属性数据进行统一管理。为用户提供数据输入、数据 存储、信息查询、数据更新、信息统计、空间分析、结果输出等功能。(4) 实现系统功能实用性，达到满足不同需求层次应用的目的。注重系统的 技术前瞻性和系统将来的可扩展性。(5) 由于系统涉及到公司燃气管网的重要资料和数据，所以应具有良好的安 全性、保密性和稳定性。(6) 系统要操作简单，界面友好，易于维护和升级。3.3 GIS 系统基本功能GIS系统是基于美国INTERGRAPH公司G/GAS92平台，采用G/GAS技术建模 完成了基于Oracle92管网模型的建立，实施26种管网设施、12种第二连接地 形图设施的人库工作。使用功能配置和二次开发完成了管网查询、统计、报 表、追踪分析、爆管分析、标准图幅输出、预警分析、GPS数据导人等功能。(1) 图形、图层操作图形缩放、平移、漫游等基本功能。图层调用，开、关显示。设置图层显示比例，控制图面显示内容的疏密。全局图形窗口。多窗口同时显示。(2) 按业务需求显示按管理区域、行政区域等参数定位显示画面。根据管线类型，管径等属性以专题图方式显示管线设施，并以不同的线 型、粗细、颜色等进行区分。按用户的需求可选择管径、阀门号、设施尺寸等信息在图中设施上进行标 注。 按路名、交叉路口、调压器名称、阀门编号等信息定位显示区域。(3)查询、统计根据管径、管龄、材质、压力等参数(或参数范围)对管线进行查询和统 计。根据编号、类型、尺寸、使用年限、使用状况等参数(或参数范围)对阀门 进行查询和统计。还可查询和统计阀门的动态历史操作，以掌握相关的业务工 作过程。根据编号、类型、压力、性能和使用状况等参数(或参数范围)对调压器进 行查询和统计。按地址、路段和交叉路口等信息定位、查询和统计管线设施。按设定的空间范围(如行政区、管理区、多边形等)对管线设施数量、长度 等指标进行统计。结合空间范围条件和属性条件对设施进行查询和统计。(4) GPS 跟踪GPS跟踪实现了与管网巡检系统的接口，通过GPRS通讯方式将巡检人员、 抢险车辆的GPS信息传送至GIS系统，并以图形方式在电子地图中标示一个或 多个巡检人员或车辆的具体位置，该功能记录全部历史数据，方便GPS信息的 历史调阅，同时调度中心也可以向管网维护人员发出抢修、巡查、查漏等指 令。(5)栓点卡输出管线附属设施的栓点卡上详细列出了设施点的属性信息，以及设施点到其 周围主要参照物的距离，可以辅助外业人员快速找到被埋压的设施点。使用该 功能可以在屏幕上以指示线的方式标示出设施点到参照物的距离，并打印出栓 点卡片。(6)抢修决策当某段管线出现故障需要处理时，GIS系统能提出优化的决策措施，包括该 区域内应关闭哪些阀门，达到停气影响面最小、速度最快。当方案中某个阀门 无法关闭时，GIS系统还将提供另一优化方案，选取关闭另外的阀门。当然， GIS系统也可在某个区域作出带气作业方案。带气作业方案模式与抢修决策方式 是一样的。如果在计算机里已经输入该区域燃气用户的信息资料，抢修和带气 作业方案中还可查询到该方案区域作业时影响用气的街区、单位和用户。(7)辅助分析爆管分析对选中爆裂的管道，通过设施的网络分析功能，给出关阀方案，将在影响 范围内的设施隔开。气源分析对选中煤气管道，根据设施模型的关联性，确定为这条管道供气的气源， 从而辅助管线的设计和改造。预警分析根据各种设备的使用年限，预警超龄服役的设备，辅助制定更新改造计 划。压力状态显示根据管网设施的压力(高压、中压、次中压、低压)、状态(设计、运行、废 除、停用等)进行专题显示。自定义报表样式输出查询结果可以按用户自定义的报表字段、字体、字号进行报表输出。(8)数据导人/导出GPS数据导人满足要求的外业GPS数据可以直接导人到系统中，实现设施的批量录入，减小数据录人工作量。导出 MIF/DXF可将查询结果或选定区域的管网设施输出成MIF或DXF格式文件，实现不同平台间的数据共享。属性数据批量更新导出设施属性到CSV格式文件后，可以使用Excel进行修改，修改后的Excel 可以导入到系统中，更新属性数据。(9)维护更新模块系统提供便捷的操作工具，对设施进行维护更新管理，保持数据信息准确 性。设施属性修改、更新。增加管线、阀门、调压站等设施，增加新设施后及时输入相关属性。系统 自动处理增加设施后设施间的拓扑连接关系。删除管线、阀门、调压站等设施。系统自动处理删除设施后设施间的拓扑 连接关系。(10)权限管理为了保障数据的安全性，需要使用权限验证来控制用户对系统的访问和使 用。每个用户有自己的用户名，登录系统时输入用户名和密码，系统会验证确 定用户是否具有使用系统的权限。系统使用角色来管理访问权限，角色决定用 户在系统中能够执行什么样的操作。用户角色包括：超级用户(G/Administrator)、编辑用户(G/Designer)和浏览用户(G/Analysis)。 每个用户可以有一个或多个角色。3.4 系统结构模型系统结构模型如图1 所示。3.5 系统运行环境(1)硬件环境服务器：中央处理器：Intel Xeon MP2.7GHz内存：2 GB DDR SDRAM硬盘：SCSI36.4GBx4其他硬件设备：打印机、绘图仪、交换机等(2)软件环境服务器端：操作系统：Windows 2000 Server基础平台：G/GAS9.2数据库：Oracle 9i/10g(3) 客户端操作系统：Windows 2000 Professional/Xp Professional 客户端软件：G/GAS9.2 和 Oracle 9i/10g 的客户端应用软件：燃气管网GIS系统4 结语燃气管网是城市重要的基础设施之一，GIS系统的应用改变了燃气管网传统 落后的人工管理方式，实现了燃气管网规划、设计和管理的科学化、规范化、 自动化，同时也为燃气的输配调度、图档管理、管网规划、管网抢修决策、日 常运行管理、施工管理以及综合辅助决策等提供了现代化处理手段。GIS系统作 为燃气综合管理信息系统的重要组成部分，它的投用进一步推动了燃气企业信 息化建设的进程，充分体现了企业的现代化管理水平。