城燃气管网安全信息系统建设中的GIS应用

1、城市燃气管网安全信息系统建设中的GIS应用本文探讨了地理信息系统在燃气行业安全信息系统管理、管网运行模拟及管网规划设计、管网调度优化、管道施工及事故抢修、工作管理及联动系统中的应用及其功能。对提高燃气管网的安全性及其运行效率起了重要的指导作用。一、引言燃气管网是城市地下管网的重要组成部分，与城市居民生活密切相关，随着燃气用户大幅度增加，供气线路和设备越来越复杂，加之燃气管网输送的介质具有易燃有毒的特性，这就要求必须用更先进的技术手段对燃气信息系统进行科学管理，确保输配气的安全性和用气的可靠性。然而在目前，燃气公司在安全管理信息系统建设上面还存在很多问题，主要表现在：首先，以传统档案方式保存燃气

2、管网涉及的大量数据和资料，许多信息分散存放甚至遗失，这给一些安全问题的查询和检索带来了极大的不便，使得资料的利用率低，同时也不能给决策者、信息咨询者提供及时、准确的安全决策依据；其次，以人工方式绘制管网竣工图，更新速度慢，不能及时反映经常变化的管网线路，致使资料的时效性不能得到保证，降低了安全管理中对资料的可用性；再者，人工利用文字、图纸进行各种信息的传达使得信息传输渠道老化，造成工作中大量的拖延和失误，从而极大的影响了工作效率，造成安全管理工作的诸多矛盾和不应有的损失。因此，为了提高燃气公司的安全管理水平，保证燃气输配系统的管理、调度和运行上的及时、可靠与准确，尤其是在事故情况下能够准确及时

3、地查找故障点，迅速判明受影响范围，指挥有关人员修复故障并及时通知受影响区域的用户停气，实现管网的动态跟踪安全管理和管网决策的自动化和科学化就显得非常必要。由于燃气管网中的管线、设备、用户具有明显的地域特征，即空间信息，且平时的规划、设计、计划、施工、测绘、输配、抢修、销售、服务和发展无不围绕这个空间进行。因此，这种空间特性使得地理信息系统（GIS，GeographicInformationSystem）成为对城市燃气管网安全信息系统管理的重要工具。而利用GIS技术构建燃气管网信息系统的目标就是以城市的地形图为背景，叠加燃气公司的燃气管网图，并勾连其对应的管道及设备属性，将这些同一空间、不同层的

4、图形信息和数据库信息叠加在一起，构筑一个地理信息基础平台。该平台可以在电子地图上从点（指定设施或地点）线（管道、管线）、面（管网或区域）全方位辅助管理人员进行输配调度、图档管理、维护保养和突发性事故的处理，具有传统图档管理无可比拟的优点地理信息系统概述地理信息系统建立在与地理坐标位置有关的各类型信息库基础之上，是一种用于采集、存储、管理、分析、描述、显示和输出空间相关信息的计算机系统。是集计算机科学、地理学、信息科学、管理科学和测绘科学为一体的新兴技术它以地理数据为研究对象，以空间数据库为核心，采用多种数据分析与建模方法，实时提供多种空间和动态资源与环境信息，为科研、管理和决策提供服务。它能把

5、图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来，不但克服了数据库和图形系统各自固有的局限性，而且使二者的优势相联合，优势更加突出，功能倍增，既管理对象的位置又管理对象的其他属性，而且位置和其他属性是自动关联的，提供的信息产品除了简单的文字和数据外，而且还有一幅幅的空间图形或图像。GIS具有以下几方面的功能：具有采集、存储、管理、分析和描述各种空间数据的能力；具有显示功能，可以将各种信息及分析结果以多种形式输出和表达出来；辅助研究和决策。用计算机程序模拟各种分析方法，作用于空间数据后可以产生高层次的信息，便于快速、准确、综合的对复杂的空间现象进行过程与动态分析。地理信息系统的特点在于它是一种新的区域和

6、空间分析支持系统，它不仅具有空间数据管理能力，而且通过空间分析可产生常规方法难以得到的分析决策信息，能够高效率、高精度、定量的实现区域分析及过程模拟和预测。GIS在燃气管网中的应用1、基于GIS的燃气管网信息管理以前，燃气公司对燃气管网信息的管理，主要是依赖于文字、图纸或者数据库系统，并利用上述方式来进行统计和计算。这种管理最大的缺点就是不能进行地理空间数据的描述、管理、操作和分析。但对燃气管网来说，关于管网的区域性和空间性特征是很重要的因素，正因为如此，利用GIS进行燃气管网方面的信息管理就比文字、图纸或者传统的数据库管理具有无比的优势。由于有关燃气管网的信息具有明显的空间地理特征和数据库特

7、征。因此，利用GIS的数据库管理功能辅助上述信息的管理，具有很多的优点，如空间数据的表现功能、定位和查询功能、图层管理功能等。更重要的是由于GIS具有强大的空间操作功能，所以利用其辅助燃气管网信息系统的管理，就可以对管网信息进行各种分析工作，得出一些重要的信息指导管网安全管理和建设工作。辅助燃气管网信息管理的GIS具有如下功能：1 ）数据的输入和管理。系统具有数据输入与管理功能，包括与燃气管网和用气用户有关的各种信息。例如，关于供气管网中运行参数压力、流量、气质、气压信息以及管线、阀门、水井、储配站、调压器、气表、消火栓等各种设备设施的信息，如平剖面位置、材质、埋深、周边土质及相关设施情况、安

8、装时间、运行状况（如故障频数）等；关于用户的信息，如用户属性数据、用户气量数据、用户接气点位里生/士白置等信息。2 )管网信息查询。地理信息系统具有非常方便的定位功能，可对输配GIS系统中的图形信息和属性信息进行灵活多样的双向空间查询。在电子地图上，用户可以实现随意的缩放、漫游。同时，各类燃气管网数据都可以在地图上查询，并以直观图(如直方图、排列图等)显示，同时还可以实现图纸的自动拼接，对图纸上的各类图形进行叠加显示，图形可以任意的放大或缩小，并可以按照用户的要求分别显示或整体显示，从而可以提高管理人员的分析水平和决策能力。3 )空间统计。对输配网络中的各种信息进行多种方式的空间统计。如依据被

9、维修设施的类型、编号、维修时间、维修人员及维修内容等关键参数进行统计，使设施的维修记录一目了然；按线路对线路上各种设备等进行统计；按行政区、管线管理站管理区等区域对设备等进行汇总统计；根据埋设日期、管径、施工编号等要素进行分类统计，计算固定资产值；在基于用户信息的基础上，通过统计分析计算，掌握重点用户，了解气量分布状况，为管网安全运行模拟提供基础数据。4 、基于GIS的燃气管网运行模拟及管网规划设计GIS可以模拟管网系统的运行状况，并从运行负荷、供气路径、气源的供气分界线、低压区范围等不的角度反映供气系统的安全运行状态及所存在的问题，为兴建改造燃气站和管网设施提供决策依据。管网规划设计也是GI

10、S在燃气系统中的应用之一。将管网计算理论、系统优化理论与GIS相结合，凭借GIS强大的空间数据管理功能，将燃气设计CAD(computeraideddesign)系统融入到燃气GIS系统中，利用GIS上的实际管网图构造出管网计算图形，并从GIS的属性数据库中提取有关高峰系数、用气量历史记录等基础数据，通过编制计算程序，进行管网工况参数及用气负荷分析，在此基础上再将GIS的网络分析与优化模型的建立及求解融合在一起，建立一个集管网优化设计和扩建、改造优化为一身的辅助设计系统。5 、基于GIS的燃气管网优化调度设计优化的最终目的是运行优化。一个大型、复杂的管网做到安全可靠、经济合理的运行并非易事。从

11、长远目标来看，根据可靠、准确的管网运行资料，建立管网数学模型，并据此对管网运行工况进行动态模拟，是实现管网优化运行的必经之路。而在管网建模过程中，GIS以其独特的优势，将作为对管网运行实施信息模拟不可替代的工具。在GIS的支持下，将管网的结构参数和状态参数融为一体，可以利用GIS数字高程模型，模拟管网压力分布状态，并以二维或三维图形直观显示。还可以与SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition,数据监控与采集系统）系统集成，将SCADA远程监控单元采集的燃气管网系统的运行工况等开关量直接送入GIS设施属性库，由于属性所反映的永远是设施的最新工况，这样系统

12、数据有很强的现势性，它使管理人员可以根据经验和实时参数的对比来分析设施工况对用户的影响，将实时的生产数据与动态的管网图形相结合，从而为优化输配调度决策提供更加准确、可靠的支持。6 、基于GIS的燃气管道施工及事故抢修GIS空间分析、网络分析还可用于管道施工、管网维修预案和管用GIS的缓冲区模型，对将要敷设的管道进行缓冲区分析，并将计算出的缓冲区与数字高程模型迭加，计算其工程土方量。又如在管网事故紧急抢修时，可以采用GIS与GPS（GlobalPositionSystem，全球定位系统）相结合，一方面通过GPS系统准确获取抢修的地面位置和路网交通状况，并将数据实时传送给GIS，计算最短路线；另一

13、方面利用多源环状空间数据模型进行网络追踪分析，采用广度优先算法对有向图进行遍历，搜索出控制阀门，再追踪有向图，快速确定故障区域，分析事故的影响范围和影响程度，模拟管网动态变化，生成抢修方案，输出抢修区域管线图及用户信息，以便调度管网有关设施，有效实施抢修作业。再一方面，可以利用GPS车载定位系统对配置了GPS车辆调度监控系统的抢修车辆实现实时定位、跟踪，为智能化的抢修调度、指挥打下扎实的基础。7 、基于GIS的燃气工作管理及联动系统将GIS、SCADA和CIS（ClientInformationSystem,用户信息系统）结合，可以实现燃气工作的自动管理和联动控制。系统抽取GIS、SCADA和CIS服务器的数据，根据工作流程可自动生成相应的工作表单。如CIS坐席值班人员接到电话报修，根据用户的基本信息（如电话号码等）连接GIS的地图数据和SCADA的设备运行数据，自动生成报修单、派工单转发到管线维修和用户服务部门。简化工作流程，提高工作效率。在终端用户监控设备的支持下，居民用户一旦发生燃气泄漏等安全事故，相应信息实时传送到终