柴中奎 廖有貴 張明（湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414012）

GIS在中石化長嶺分公司工藝管道管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

柴中奎 廖有貴 張明（湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414012）

通過了解GIS及其在中石化長嶺分公司化工工藝管道管理中的地位和作用,深入分析了化工工藝管道的基本功能和生產(chǎn)過程中所需要解決的基本問題，進(jìn)而探討了在GIS的支持下開展化工工藝管道管理的基本途徑和解決方案，最后給出了系統(tǒng)應(yīng)用的意義。

GIS；工藝管道；管理系統(tǒng)

1 GIS概述

1.1 GIS的定義

GIS（地理信息系統(tǒng)簡稱），是指在計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持下，以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，將地理數(shù)據(jù)按照空間分布和屬性，以一定的格式錄入、存儲、編輯、查詢、成圖及綜合分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是管理和研究空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)。

1.2 GIS的特點(diǎn)

GIS是一種特殊的空間信息系統(tǒng)，它不僅能夠存儲、分析和表達(dá)各類實(shí)體對象的屬性數(shù)據(jù)，而且還能夠處理和表達(dá)各實(shí)體之間的地理位置及空間分布狀況。它支持多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和各類操作系統(tǒng)平臺，可運(yùn)行多種編程語言和開發(fā)工具進(jìn)行二次開發(fā)，系統(tǒng)提供強(qiáng)大的圖表輸出功能，可以直接打印地圖、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，使用戶更加方便地獲取信息，滿足用戶研究和應(yīng)用的需要。

1.3 GIS技術(shù)優(yōu)勢

GIS的優(yōu)勢在于它具有獨(dú)特的地理空間分析能力、快速的空間定位查詢能力、強(qiáng)大的圖形輸出能力和實(shí)時的動態(tài)管理能力等。我們只需要點(diǎn)擊地圖，就可以在電子地圖上顯示物體的具體內(nèi)容信息，及相互關(guān)聯(lián)的實(shí)體。新知識、新技術(shù)的使用促使企業(yè)管理者對新事物定位要有更深刻的理解，這種完整的信息系統(tǒng)會促使管理者們從傳統(tǒng)的管理方式向科學(xué)的信息系統(tǒng)管理方式轉(zhuǎn)變，用全局的觀念來總體把握。因此，GIS系統(tǒng)是較傳統(tǒng)意義上的信息系統(tǒng)更為高級的系統(tǒng)，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

2 中石化長嶺分公司工藝管道管理現(xiàn)狀與分析

2.1 工藝管道管理現(xiàn)狀

中石化長嶺分公司占地面積8.4平方公里，現(xiàn)有30多套煉油化工生產(chǎn)裝置，工藝管道累計(jì)有100多公里；涉及10多種生產(chǎn)工藝，原油加工能力為1000萬噸/年，是中南地區(qū)重要的石油化工生產(chǎn)基地。

為了滿足工藝條件的要求，保證生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，企業(yè)需要把流體從一個設(shè)備輸送至另一個設(shè)備。實(shí)現(xiàn)這一過程就要借助于管道。化工管道是化工生產(chǎn)中所使用的各種管道的總稱，其主要作用就是按照工藝流程連接石油化工裝置設(shè)備完成各種石化工藝過程，構(gòu)成完整的工藝系統(tǒng)，輸送流體介質(zhì)。管道在化工生產(chǎn)中相當(dāng)于人體的血管，具有其特有的性質(zhì)：

（1）管道種類繁多、分布廣泛。

（2）管道重疊覆蓋、纏繞交錯。

（3）管道資料紛繁復(fù)雜、難于管理。

（4）管道管理實(shí)時性、安全性要求高。

2.2 工藝管道管理所要解決的主要問題

由于工藝管道建設(shè)時間不一、使用時間跨度長、人員變換更迭、改建擴(kuò)建等，特別是近年來中石化的發(fā)展建設(shè)尤其是基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和裝置的不斷更新改造，工藝管道也在不斷地加密、擴(kuò)張。工藝管道的科學(xué)管理對企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、規(guī)劃、建設(shè)等起至關(guān)重要的作用，而且直接影響中石化企業(yè)的能源管理及其能量的有效利用。

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展以及中石化對管道信息管理的需求增加，了解化工工藝管道位置的分布情況就非常重要。倘若只需點(diǎn)點(diǎn)電子地圖上的管道，立即就可以知道管道名稱、規(guī)格型號、所在位置以及使用狀況等各種特征，這樣就可為中石化企業(yè)資源管理帶來極大的方便。

3 GIS在中石化長嶺分公司工藝管道管理中的作用

正由于GIS是用來管理、分析空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，可以記錄存儲管道所在的地理位置信息，幾乎所有使用空間數(shù)據(jù)和空間信息的部門都可以應(yīng)用GIS。因此，通過調(diào)研比較后，我們采用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)管道的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系的一體化管理，并結(jié)合中石化長嶺分公司提供的“管道現(xiàn)場施工圖”和“裝置PID圖”進(jìn)行現(xiàn)場測繪、制圖和數(shù)據(jù)入庫等。

GIS工藝管道管理信息系統(tǒng)的開發(fā)，可幫助企業(yè)管理人員掌握廠區(qū)管道檔案情況，給技術(shù)人員進(jìn)一步掌握廠區(qū)各種管道分布情況提供依據(jù)，為不同類型管道的檢測維護(hù)提供完善的信息支持，確?；すに嚬艿滥軌蜷L周期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

4 中石化長嶺分公司工藝管道GIS系統(tǒng)建設(shè)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中石化長嶺分公司工藝管道地理信息管理系統(tǒng)選擇Arc?GIS軟件作為基礎(chǔ)平臺。ArcGIS ArcInfo對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、組織、存儲與管理，ArcGIS Server應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行發(fā)布，ArcGIS En?gine進(jìn)行系統(tǒng)功能開發(fā)，MS SQL Server 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與管理。整個系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層三層系統(tǒng)架構(gòu)。數(shù)據(jù)層包含管道、管道上的輔助物、管廊、房屋等三維模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。服務(wù)層提供面向應(yīng)用滿足OGC標(biāo)準(zhǔn)的地圖服務(wù)、查詢服務(wù)、影像服務(wù)、專題圖輸出服務(wù)等。應(yīng)用層采用B/S與C/S方式相結(jié)合,B/S結(jié)構(gòu)為安全、環(huán)保、機(jī)動、規(guī)劃、決策等不同部門提供服務(wù)，C/S結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)維護(hù)人員提供空間數(shù)據(jù)更新、開發(fā)功能集成、場景展現(xiàn)、定制服務(wù)、系統(tǒng)維護(hù)接口。

4.2 數(shù)據(jù)采集

化工工藝管道數(shù)據(jù)主要包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)包括管道編號、管道名稱、起點(diǎn)位置、終點(diǎn)位置、埋深、走向以及管道周圍的建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和輔助物的中心坐標(biāo)。屬性數(shù)據(jù)包括管道編號、管道名稱、規(guī)格型號、部件材質(zhì)、傳輸介質(zhì)、管徑、管溝、管塊斷面尺寸、管墩或管架橫梁的寬度、管道根數(shù)、敷設(shè)時間等。

石化廠區(qū)管道布置主要以空中管架、沿地面鋪設(shè)、管溝敷設(shè)、地下埋設(shè)或幾種方式相結(jié)合。對于管道密集度較高的管廊采用三維掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；對于地面管道、房屋等實(shí)物的空間數(shù)據(jù)的獲取采用GPS或全站儀進(jìn)行采集；對于埋地管道，先采用探測設(shè)備進(jìn)行走向、埋深探測，再按照地面實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；對于管溝敷設(shè)的管道進(jìn)行現(xiàn)場查看與核對，再按照地面實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

4.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是指將手工或儀器測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成軟件可接受的數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)處理主要包括屬性處理和圖形處理兩個部分。對新錄入的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性設(shè)置，如果該圖形屬性是新增的類型，則先設(shè)置屬性字段內(nèi)容；如果該圖形屬性是已有的類型，就只完成屬性內(nèi)容的填充即可。圖形屬性內(nèi)容填充的具體數(shù)值來源于兩方面：一方面是取該實(shí)物的空間屬性數(shù)值，如管道的起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)、埋深、走向等；另一方面是取其技術(shù)參數(shù)值，如管道的長度、厚度、斷面的面積值、材質(zhì)、傳輸介質(zhì)、埋設(shè)時間等。

4.4 數(shù)據(jù)優(yōu)化

數(shù)據(jù)優(yōu)化處理主要包括：屬性表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的集成、圖層設(shè)計(jì)、空間數(shù)據(jù)成圖、三維模型優(yōu)化等處理。屬性表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指將收集的屬性信息按計(jì)算機(jī)中規(guī)定的格式如字符類型、字符大小等結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；圖層設(shè)計(jì)就是對實(shí)物進(jìn)行圖層劃分，數(shù)據(jù)分類存儲，圖層劃分堅(jiān)持細(xì)劃原則，根據(jù)管道輸送不同的介質(zhì)、壓力的大小等屬性進(jìn)行分層存儲，根據(jù)不同管理和關(guān)注對象進(jìn)行圖層疊加開展更多的應(yīng)用；空間數(shù)據(jù)成圖就是將三維掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、GPS和全站儀獲取的坐標(biāo)數(shù)據(jù)按照其走向進(jìn)行圖形化處理；三維模型優(yōu)化處理就是對已成圖的圖形按照管道的管徑大小、管壁厚度、流量、顏色及其輔助物進(jìn)行精細(xì)化建模等。

5 結(jié)語

基于GIS的中石化長嶺分公司工藝管道管理信息系統(tǒng)建立后，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)管理，完成了各類化工工藝管道信息的錄入、編輯、查詢、統(tǒng)計(jì)以及管道現(xiàn)場施工圖和裝置PID圖的測繪，滿足了中石化企業(yè)對化工工藝管道進(jìn)行規(guī)劃、勘探、施工、檢修和管理的需要，為整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)施工部門提供了準(zhǔn)確可靠的管道位置、分布、走向、埋深等狀態(tài)信息及其屬性信息，并為今后系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)充和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

[1]黃杏元,馬勁松.地理信息系統(tǒng)概論[M].第3版.北京：高等教育出版社，2008.08.

[2]王軍,楊軍,夏崇雙.GIS技術(shù)支持下的西南油氣田管道與場站管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).信息與電腦,2011.05.

[3]朱慶,李曉明,張葉挺.一種高效的三維GIS數(shù)據(jù)庫引擎設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2011.06

[4]姜頑強(qiáng),張靜淑.GIS在煉化企業(yè)廠區(qū)外管道安全管理中的應(yīng)用研究.中國管理信息化，2014.06.

項(xiàng)目類別：湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目

項(xiàng)目編號：15C0887

項(xiàng)目名稱：中石化長嶺分公司工藝管道管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用