文章编号:1000-2634(2007)-11-0143-04地理信息系统辅助油气管道完整性管理3杜华东,钟凤媛(西南石油大学资源与环境学院,四川成都610500))摘要:近年来,地理信息系统(GI S)的应用越来越广泛,它的广泛应用为油气储运中所涉及的管道构造、管道安全、油气储运生产运行分析及经济评价等提供了新的信息处理方法和工具。

分析了地理信息系统在油气管道完整性管理中的作用,由于管道完整性管理要处理大量数据,尤其是空间数据,最佳的方法就是利用地理信息系统作为平台。

阐述了管道完整性管理的技术方法,介绍了基于地理信息系统的油气管道完整性管理系统的设计模式,充分发挥了现有GI S软件空间分析的功能和空间数据管理的功能,并采用组件技术开发应用系统,为管道的完整性管理提供了实用的平台。

关键词:油气管道;完整性管理;地理信息系统;数据库设计;功能设计构中图分类号:TE763 文献标识码:A引　言石油天然气采用管道运输高效、经济,但同时也具有一定的风险。

人为破坏、制造缺陷、自然灾害、材料缺陷等因素严重影响了管道的安全状态。

长输管道具有点多、线长、面广、网络化的特点,管理涉及到地理信息、管线图形信息和属性信息,采用人工管理极其困难。

而运用地理信息系统(GI S)整合管线设备周围的地理信息和维护监控信息,为管线巡查、设备维护、安全管理提供支持,可大大提高管线运行、管理效率。

在美国、挪威等国家的长输管道的安全管理中,GI S已经得到了日益广泛的应用[1,2]。

1　油气管线完整性管理的内容管道的完整性是指管道要始终处于安全可靠的受控工作状态,所以管理人员须不断采取措施防止管道事故的发生。

在役管道的完整性管理要求管道公司持续、循环的识别风险因素,制定相应的控制对策,将管道运营的风险水平控制在合理范围内。

管道完整性管理过程包括三个相辅相成的主要环节:数据资料的收集和整合、风险评价、完整性评价[3]。

2　风险评价作用与方法风险评价是完整性管理的核心。

通过风险评价,对管段及站场的风险识别,按风险程度排序,确定重大风险的性质并定位,以寻求降低风险的措施。

完整性评价则根据风险排序确定重点管段进行对策制定[3,4]。

本文系统中的风险评价模型使用W.Kent.Mu2 hlbauer(1992)在“管道风险管理手册”中提出的管道风险评分法,其中详细阐述了影响管道安全及灾害影响的各因子,以及在管道风险中各因子所占的权重。

目前国内外许多管道风险评价软件都是以这个模型为基础研制的。

该基本模型将危害因素分为四个方面:(1)第三方损害;(2)腐蚀;(3)设计因素;(4)误操作。

每方面再细化为若干项进行评分,其总和为危害因素总分。

再综合管道事故泄漏后果的危害程度,求得泄漏后果指数。

按式(1)[5]计算相对风险数:相对风险数=危害因素指标分之和泄漏后果指数(1)相对风险数的值越大,表明相对风险越低,管道安全性越好。

管道的风险属于低、中等还是危险,需要与风险指标比较后得出。

目前我国油气风险评价　第29卷 西南石油大学学报 Vol.29 2007年　11月 Journal of Southwest Petr oleu m University Nov　2007 3收稿日期:2007-09-30作者简介:杜华东(1982-),男(汉族),山东巨野人,地理信息系统2003级本科生。

常借用美国、英国等国所采用的风险指标数值。

管道相对风险数在0～47.5之间为高风险区,47.5～82.5之间为中等风险区,82.5～100之间为低风险区[5]。

3　管理系统总体设计在油气管道完整性管理系统中,主要为用户提供地图浏览、信息查询、风险分析、图表输出、地图编辑、数据库管理以及其他辅助功能。

为了保证系统的安全运行,不同用户群必须通过密码验证后方进入各自权限下的工作区。

系统主要面向部门内信息共享,提供专业级服务,因此基于客户/服务器(C/S)构架。

属性数据管理使用M i2 cr os oft S QL Server,通过专业GI S平台软件中的空间数据引擎与空间数据集建立连接,实现统一的分析查询。

系统开发选用专业GI S平台软件Super M ap Ob2 jects5,它是Super M ap GI S系列软件中的基础开发平台,基于M icr os oft的COM组件技术标准,并以ActiveX控件的方式提供强大的GI S功能,适用于用户快速开发专业GI S应用系统。

系统开发与运行均采用W indows操作系统平台,操作系统版本要求W indo ws2000以上。

4　管理系统数据库设计 根据油气管道GI S系统的特点和数据在系统中所起的作用,可将系统中的数据库主要划分为三部分:基础地理数据库、油气管道数据库和评价因子数据库。

(1)基础地理数据库基础地理数据库主要包括各种比例地形图、河流水系图、现状及规划道路交通图、用地现状和规划图以及其它与油气管线相关的文档资料(如气象、水文、地质、人口、社会经济等)。

基础地理数据库的主要作用是为油气管道的规划设计、运营管理和油气管线管理部门的分析决策提供必要的基础资料和依据,是风险评价模型建立的基础。

(2)油气管道数据库油气管道数据库主要包括:现状油气管网、现状油气泵站、各类现状油气管网附属设施、各类施工记录、竣工测量和管线探测文档。

油气管道数据库是油气管道GI S系统分析管理的对象,为油气管线管理部门提供决策依据,同时也为油气管网的规划设计提供必要的基础资料。

(3)评价因子数据库评价因子数据库主要针对W.Kent.Muhlbauer 提出的基本模型,主要包括:第三方损害、腐蚀、设计因素、误操作及泄漏影响指数,每项因子都以相对分值出现。

评价因子数据库是管道风险评价的基础,是油气管道GI S系统的核心数据库之一,主要完成对管段的风险评价,得出每段管道的相对风险得分,并为制作油气管道风险专题图做好准备[3]。

除上述系统主要数据库外,还有用于系统维护和管理的辅助数据库,主要记录系统数据内容修改情况、系统用户数据操作情况以及系统管理工作记录等。

其中包括系统用户权限设置和身份验证等数据。

5　管理系统功能根据油气管道完整性管理用户需求情况,建立体系清晰,易于使用和管理的系统功能模块(图1)。

图1　油气管道完整性管理系统功能模块图根据系统安全和管理制度的需要进行系统普通用户与管理员的权限设置,身份验证后方可进入相应的主界面,使用用户权限内的功能模块。

其中,地图编辑模块、数据库修改模块、属性数据编辑模块只有经系统认证的管理员才能进入系统使用。

441西南石油大学学报 2007年(1)地图浏览功能模块包括对地图放大、缩小、漫游和全图显示;其中,辅助浏览工具为用户提供详细信息显示,包括鹰眼窗口、图例窗口以及点放大功能。

点放大功能可以实现用户输入地图比例数值,进行定量化放大。

浏览功能采用工具栏的界面形式,鹰眼窗口和点放大功能利用窗体交互式控件实现用户选择操作。

(2)查询功能模块查询功能模块包括图查属性、属性查图、最短路径查询、缓冲区查询、S QL 查询。

图查属性实现在地图上双击弹出相应的属性信息;属性查图实现属性和空间同时显示,并实现图上高亮显示。

S QL 查询可以实现管道风险查找,并按风险大小的顺序排列(图2)。

图2　S QL 查询结果图缓冲区(Buffer )查询是对点、线和多边形实体周围建立指定宽度的区域范围进行现象查询分析的方法。

在油气管道GI S 系统中,常在管道泄漏污染源周围划出一定宽度的范围表示受到污染的区域。

由于风向、地形等特征的影响,污染对周围居民的影响程度不同,造成污染源周围缓冲区宽度不均匀。

该功能可通过调用Super M apObjects5中的Buffer2方法实现,关键语句如下:s oSpatial O perat or .Buffer2(d Left D istance A sDouble,dR ight D istance A s Double,nS moothness A sLong )A s s oGeoRegi on最短路径分析是简单的网络分析,是在网络图层中的任意两个节点之间寻找一条由网络数据集中的线段组成的距离最短的通道。

在油气管道GI S 系统中,最短路径分析可以解决风险发生后最佳救援问题(图3)。

图3　最短路径分析结果图(3)风险分析功能模块风险分析功能模块主要实现对评价因子数据库的操作,包括数据库中对数据表记录的添加、更新、删除;同时实现对管道风险相对分值计算以及对分析结果的查询。

根据管道风险评价模型需要输入的五大类型因子,设计窗体界面时分成四个标签(设计指数与泄漏影响系数合为一个标签),每个标签内设有各自的分因子,根据实际情况选择选项对应的单选框。

系统根据所选项判断相应的分值并写入评价因子数据库,同时将五大因子各自得分和相对风险值写入数据库。

写入数据之前,首先要建立与属性数据库的连接,打开数据库。

以下是系统实现用S DX 引擎打开S QL Server 数据库的关键语句:str DataSource Na me =“Pr ovider =S QLOLEDB;Server =SuperMap is;Data Base =dxinxind ”Set obj D S =fr mmainsyete m.Super W orks pace .OpenDataSourceEx (str DataSource Na me,str A lias,sceS QLServer,False,True,False,True,strPass 2word )(4)输出功能模块输出功能模块包括普通数据显示、专题图排版、报表生成、图表实现以及相关风险处理方案。

根据用户在操作界面上的选择的专题图表达方式对GridThe meRange 对象进行属性设置,可以得到需要输出的专题图效果。

以下语句实现分级专题图的等级数设定,s oGridThe meRange 变量是GridThe m 25412007-11 杜华东等:　地理信息系统辅助油气管道完整性管理eRange对象:s oGridThe meRange.B reakCount=3//范围分段个数(5)地图编辑模块地图编辑模块主要指在地图数据中实现点、线、面的绘制及其对绘制对象的渲染,并实现对图形打开、存储等操作。

(6)数据库修改模块主要指对数据库的操作,包括数据表的建立、删除、修改以及在满足数据完整性约束的基础上修改数据库结构。

该功能主要由系统管理员进行操作。

(7)属性数据编辑模块是针对管理员对基础地理数据库中属性数据的编辑,主要操作是对普通地物及管道属性数据的更新。

(8)辅助功能模块主要包括线状要素测量、多边形要素测量和系统用户管理等。