摘　要：利用GIS對管道安全運行進行管理，具有實用性強、操作簡單、投資小、可靠性高、先進性強等優(yōu)點，同時它具有集系統(tǒng)性、適用性、兼容性為一體的優(yōu)勢，可以便捷、可靠、安全地對管道沿線情況進行動態(tài)數(shù)據(jù)管理。數(shù)字化管網(wǎng)GIS系統(tǒng)是面向管網(wǎng)管理的龐大的信息系統(tǒng)，并且是基于GIS平臺進行的，而國內(nèi)外又有許多不同類型和特點的GIS軟件，如何從管道系統(tǒng)全局出發(fā)，選擇成熟的GIS平臺以保證數(shù)字管道系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可擴展性，是數(shù)字管道系統(tǒng)建設需要解決的首要問題。結合天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的實際特點，探討了管網(wǎng)系統(tǒng)GIS平臺選型的依據(jù)和條件，通過對目前國內(nèi)外幾種主流GIS平臺的特點進行比較和分析，總結出了各個GIS平臺的優(yōu)缺點，以及ArgGIS平臺與其他幾種GIS平臺相比具有的優(yōu)勢。結果表明，ArcGIS平臺是進行數(shù)字化管網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)的理想選擇。

關鍵詞：數(shù)字化  管網(wǎng)  GIS平臺  選型  依據(jù)  探討

1、引言

天然氣長輸管道建設在近幾年高速發(fā)展，面對越來越密集的管網(wǎng)、復雜的管道設備、時刻變化的實時監(jiān)控信息、管道周邊的應急資源及不斷提高的安全運營管理需求，傳統(tǒng)的建設理念、手段和方式越來越難以適應管網(wǎng)建設及安全穩(wěn)定運行的需要。為了提高長輸管道的科學管理水平、保證管道的運營安全、滿足管道完整性管理的需求，需要將現(xiàn)代化的計算機和GIS技術應用于管道管理，將地圖、設備信息、環(huán)境信息等統(tǒng)一管理，并實現(xiàn)信息共享。利用GIS對管道安全運行進行管理，具有實用性強、操作簡單、投資小、可靠性高、先進性強等優(yōu)點，同時它具有集系統(tǒng)性、適用性、兼容性為一體的優(yōu)勢，可以便捷、可靠、安全地對管道沿線情況進行動態(tài)數(shù)據(jù)管理^[1]。

數(shù)字化管網(wǎng)GIS開發(fā)是基于GIS平臺進行的，而國內(nèi)外又有許多不同類型和特點的GIS軟件，如何從管道系統(tǒng)全局出發(fā)，選擇成熟的GIS平臺以保證數(shù)字管道系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可擴展性，是數(shù)字管道系統(tǒng)建設需要解決的首要問題。

2、GIS平臺選型依據(jù)和條件

數(shù)字化管網(wǎng)系統(tǒng)的GIS應用是與管道運行管理業(yè)務密切聯(lián)系的，與純地理學上的GIS具有很大的差別。數(shù)字化管網(wǎng)GIS系統(tǒng)是面向管網(wǎng)管理的龐大的信息系統(tǒng)，使用GIS技術的基本目的是對管道設備數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)進行有效的管理、查詢以及統(tǒng)計分析，監(jiān)控實時數(shù)據(jù)，為管道運營、應急處理等提供決策支持。在天然氣管網(wǎng)管理過程中，GIS將管道沿線的地理環(huán)境、地面設施、交通、人文景觀、地質條件、各類地質災害和自然災害等影響管道安全運營的主客觀因素和技術數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫，在地理坐標上得到有機整合，構筑起數(shù)字管網(wǎng)，為管道可研、勘察設計、施工和運營管理提供一個高效率的數(shù)據(jù)采集與處理平臺和管理與決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和共享，保證數(shù)據(jù)的完整性^[2]。

根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)的特點，選擇平臺時要考慮到界面友好、強大的二次開發(fā)能力、良好的網(wǎng)絡拓撲分析能力以及較強的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)轉換能力。平臺要滿足開放的開發(fā)環(huán)境、開放的數(shù)據(jù)庫和引用組件技術等條件。還要充分考慮管網(wǎng)企業(yè)的管理模式和發(fā)展來構建GIS系統(tǒng)。要考慮到能夠滿足實際需要，在構建GIS系統(tǒng)時充分考慮數(shù)據(jù)共享和重復使用問題，避免將來重新投資開發(fā)適合新要求的數(shù)據(jù)共享接口。更要避免就功能而功能，或者求大求全，造成資金的浪費^[3]。以下是進行平臺選型的主要依據(jù)^[4]：

1)系統(tǒng)的可伸縮性。網(wǎng)絡技術和環(huán)境日趨成熟完善，在管網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)過程中應遵循“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施”的原則。平臺的“可伸縮性”可以保證系統(tǒng)的分步實施不會因為平臺的提升和系統(tǒng)規(guī)模及功能需求的擴展而陷入進退兩難的境地。

2)系統(tǒng)的可集成性。管網(wǎng)系統(tǒng)建設中，根據(jù)用戶多方面的業(yè)務需求一般需要建設多個系統(tǒng)，系統(tǒng)之間如何協(xié)同工作，如何與用戶已建的其他信息系統(tǒng)協(xié)同工作，這就對管網(wǎng)信息系統(tǒng)的集成能力提出了更高的要求，例如與SCADA、EAM以及EDMS系統(tǒng)的接口建設。所以，選擇的GIS平臺應能夠滿足系統(tǒng)集成功能的需求，全面考慮GIS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成，避免出現(xiàn)“信息孤島”現(xiàn)象。

3)系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)的安全性應具有三個方面的意義：一是系統(tǒng)自身的堅固性，即系統(tǒng)應具備對不同類型和規(guī)模的數(shù)據(jù)和使用對象都不能崩潰的特質，以及靈活而強有力的恢復機制；二是系統(tǒng)應具備完善的權限控制機制以保障系統(tǒng)不被有意或無意地破壞；三是系統(tǒng)應具備在并發(fā)響應和交互操作的環(huán)境下保障數(shù)據(jù)安全和一致性。

4)多操作系統(tǒng)支持。GIS平臺應支持Windows、Unix、Linux操作系統(tǒng)。

5)多數(shù)據(jù)庫支持。GIS平臺應支持Oracle、SQLServer等大型數(shù)據(jù)庫。

6)管網(wǎng)模型。管網(wǎng)模型是管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理的基礎，是系統(tǒng)向更高技術水平發(fā)展的基礎，是GIS應用向縱深發(fā)展的交匯點。管網(wǎng)模型可以保證數(shù)據(jù)質量、提高系統(tǒng)建設效率，因此需要考慮所選GIS平臺是否具有優(yōu)秀的管網(wǎng)模型。

7)網(wǎng)絡拓撲功能。網(wǎng)絡拓撲功能對于管網(wǎng)建設及運行管理非常重要，可以利用網(wǎng)絡連通關系、父子關系進行最短路徑分析、上下游追蹤分析，同時拓撲關系的建立可以提高管線編輯的工作效率，例如當管點移動時，與該管點相連的管線會自動跟隨移動。

8)二次開發(fā)功能。管網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)需在GIS功能的基礎上疊加大量管道運營業(yè)務的應用，如SCADA系統(tǒng)接口、應急管理等，這些應用的專業(yè)性很強，因此要求所選用的GIS平臺必須具有強大的二次開發(fā)能力，滿足實際應用的需要。

9)平臺組件的完備性。平臺組件包含編輯平臺、Web發(fā)布平臺、三維顯示平臺、PDA支持平臺。用戶不僅能夠完成基本的編輯操作、地圖發(fā)布，而且可以進行深層次的應用擴展，如三維顯示、PDA瀏覽等應用。

10)市場占有率。數(shù)字化管網(wǎng)系統(tǒng)是一個投資大、功能復雜、管理海量數(shù)據(jù)的龐大系統(tǒng)。需要選擇一個安全穩(wěn)定的GIS平臺。市場占有率在一定程度上代表著GIS平臺的成熟度。選擇市場占有率高的平臺，可以降低投資風險，并且其完備的技術資料和高質量的售后服務也將保證系統(tǒng)開發(fā)的順利進行。

11)性價比優(yōu)勢。管網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)需要選擇性價比高的產(chǎn)品。投資小，開發(fā)效率高，系統(tǒng)穩(wěn)定，廠商能夠提供優(yōu)質技術支持服務。以較小的投入成本獲得最大的收益。

3、GIS平臺選型

3．1國內(nèi)外主流GIS平臺對比分析

目前，國內(nèi)外的GIS平臺縱多，詳見表l和表2。

國外GIS技術發(fā)展較早，形成了一系列具有代表性的、成熟的GIS平臺產(chǎn)品，如：ArcGIS平臺、Maplnfo平臺、G／Technology平臺。國內(nèi)GIS產(chǎn)業(yè)起步較晚，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，國產(chǎn)GIS平臺也逐步發(fā)展起來，2006年，中國企業(yè)自主研發(fā)的GIS軟件在國內(nèi)的市場份額已經(jīng)超過30％。其中，SuperMap平臺和MapGIS平臺是比較成熟的平臺。以上幾個GIS平臺都是比較優(yōu)秀的產(chǎn)品，在國內(nèi)市場占有較大份額，它們以其自身的特點，適用于不同的行業(yè)領域，擁有不同的客戶群。

各個GIS平臺優(yōu)缺點以及與選型依據(jù)的對比如表3：

通過幾個國、內(nèi)外主流GIS平臺的對比分析^[7]發(fā)現(xiàn)：

1)MapInfo不支持多操作系統(tǒng)，不直接支持多數(shù)據(jù)庫，且不具有管網(wǎng)模型，而且網(wǎng)絡拓撲功能較弱，因此只適用于中小型系統(tǒng)的開發(fā)，故不采用；

2)G／Technology雖然具有長輸管道系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)據(jù)模型，以設施為管理對象，具有專用管網(wǎng)模型，能夠大大提高開發(fā)效率，使系統(tǒng)開發(fā)趨向標準化、規(guī)范化和專業(yè)化，并且方便系統(tǒng)后續(xù)的升級和維護。但是G／Technology具有許多局限性，它只適用于Windows平臺和Oracle數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)的可集成性不高，并且平臺的開放性較低，因此不采用；

3)SuperMap平臺近幾年發(fā)展迅速，甚至在日本的大量GIS產(chǎn)業(yè)中應用，但是由于系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，在多用戶并發(fā)訪問、數(shù)據(jù)同步、底層網(wǎng)絡互聯(lián)等存在較為突出的問題，而且沒有長輸管道數(shù)據(jù)模型，市場占有率與ArcGIS相比差距還很大，因此也暫時不采用；

4)MapGIS平臺最大的優(yōu)勢是數(shù)據(jù)處理與制圖，在國內(nèi)地質行業(yè)應用最廣。但也存在系統(tǒng)穩(wěn)定性差的問題，而且只支持Windows操作系統(tǒng)，而且沒有長輸管道數(shù)據(jù)模型，市場占有率也有ArcGIS無法相比，故不采用。

3．2 ArgGIS平臺的優(yōu)勢

ArcGIS與以上幾種平臺相比，具有更多的優(yōu)勢：

1)產(chǎn)品類型豐富，個性化定制功能強，可以滿足管網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)中的多方位的個性化需求；

2)支持全系列的操作系統(tǒng)，適用于多種數(shù)據(jù)庫；

3)集成性強，開發(fā)的管網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)與其他信息系統(tǒng)無縫集成；

4)ArcGIS具有可伸縮性，靈活的組件式平臺不僅滿足了根據(jù)實際情況進行組合式開發(fā)的需要，而且保證了系統(tǒng)開發(fā)可分步實施；

5)ArcGIS產(chǎn)品性能穩(wěn)定，售后服務優(yōu)良，具有很高的市場占有率，這將是管網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)順利進行的有力保障。

ArcGIS的不足之處在于構建系統(tǒng)投資成本較大，但是管網(wǎng)系統(tǒng)作為一個高起點、高標準、實用性強的信息系統(tǒng)，必須具有良好的延伸性、集成和安全性，具有海量數(shù)據(jù)存儲與處理、高效并發(fā)訪問的能力，ArcGIS開發(fā)前期投入大的缺點完全可以忽略。其強大的功能性也決定了它的復雜性，所以開發(fā)難度大，對設備要求高也是必然的?；谝陨蠋追矫娴姆治隹芍?，ArcGIS平臺是進行數(shù)字化管網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)的理想選擇。

4、結束語

GIS應用于管道安全管理，是現(xiàn)代信息技術和網(wǎng)絡技術在提高管道安全管理水平上一種新的嘗試。選擇合適的GIS平臺并應用到天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中，能夠及時、直觀、形象地對影響管道安全的風險因素進行評估，同時對影響管道安全的重大管道事故隱患及重大危險源進行監(jiān)控，以及發(fā)生事故后提供救援決策，有利于管理部門及時、準確地掌握管道發(fā)生重大事故的可能性以及最大限度地減少事故造成的各項損失。利用GIS進行管道管理，不僅提高了效率，而且節(jié)約了人力和物力，同時也使管道安全的管理趨于規(guī)范化和科學化。

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本文作者：劉毓

作者單位：中海石油氣電集團有限責任公司