冼國棟1 王蕾2 吳森2

1.中國石油西南管道公司； 2.四川省地質工程勘察院

 

摘 要： 以管道為中心線，融合地質環境風險專題信息與基礎地理、地質災害、管道要素等數據，構建了管道兩側1 km范圍內以Oracle為載體的地質環境風險性數據庫。采用B/S+C/S的體系結構，基于Skyline設計并開發了油氣管道地質環境風險性圖形庫系統，實現了油氣管道沿線地質環境信息三維瀏覽、查詢、分析等功能，解決了油氣管道地質環境風險可視化的管理問題，為油氣管道數字化建設、日常管理工作提供了科學有效的管控手段與信息化支撐，同時也為類似系統研發提供了參考。

關鍵詞： Skyline；油氣管道；地質環境；風險性

 

近年來，隨著信息技術和完整性管理技術的推進，國內外管道運營管理發展迅速，建設數字化管道已經成為國內外管道運營者的主要目標，管道企業均建立了 GIS 系統和完整性管理系統，并取得重要成果[1]。但隨著管道信息化的推進，管道相關數據量呈爆炸式增長，數據來源各有不同，如何利用和管理好這些數據成為管道信息化發展的一個瓶頸問題；且管道所經地區地質構造復雜、地貌類型多樣、人類工程活動強烈，導致管道沿線孕育地質災害種類多樣，對油氣管道運營構成較大制約和影響，同時可能會造成巨大的經濟損失[2]。為提高管道相關數據的可用性，提高地質災害風險管控及防治工作信息化程度，通過信息化手段建立基于Skyline平臺的油氣管道地質環境風險性圖形庫系統[3]，實現管道、地質災害及地質環境的直觀化顯示、可視化操作，達到各類信息的多源整合、及時分析、實時發布、共享利用，盡可能減少地質災害威脅的風險，為油氣管道地質災害的風險預判、后期治理提供輔助決策[4]。

1 系統總體設計

油氣管道地質環境風險性圖形庫系統采用B/S+C/S的體系結構，以穩定性和通用性為主導，進行分層設計與開發。為了實現平臺的開放性、靈活性、可擴展性以及數據的可復用性，系統從邏輯上分為數據層、功能層和應用層[5]。如圖 1所示。

數據層是整個系統的核心。通過構建管道沿線地質環境風險性數據處理標準，在建庫過程中，相關業務產生、傳遞、共享、應用數據信息形成完整的數據信息流[6]。

功能層是整個系統的重要組成部分。主要為系統提供三維地理信息服務和涉及管道運營業務流的相關功能服務。其中提供三維地理信息服務的底層平臺為 Skyline，通過二次開發為系統提供二三維地圖瀏覽、管道相關信息查詢瀏覽，并在此基礎上展開統計分析等工作。

應用層是系統的關鍵，它直接與用戶實現交互。該層建立在功能層軟件基礎之上，通過三維地理信息服務和GIS服務所提供的基本功能，開發出用戶所需的管道相關數據庫管理、海量數據無級瀏覽、預警預報等功能，實現油氣管道地質環境風險性圖形庫系統的易用性和人性化。

2 系統數據分類和入庫

2.1 數據分類

該系統數據類別包括空間數據、屬性數據及文件數據，其中空間數據分為基礎地理要素、地質環境要素、管道要素、地質災害要素和三維模型五大類。屬性數據分為系統元數據、空間矢量數據屬性、文件數據關聯數據三大類，每類數據中又對應多個屬性數據。文件數據分為現場照片、 CAD剖面圖、野外調查表EXCEL、音視頻文件、災害治理相關文檔及其他以文件方式存儲的數據。空間數據的構成見表 1。

2.2 數據入庫

所有數據由Oracle11g數據庫統一管理，其中基礎地理、地質環境、管道和地質災害數據為Arcgis格式的矢量文件，通過Arcgis Server中的WMS服務發布后，以多級流方式的形式加載到Skyline工程文件中。三維數據直接存放在服務器端，通過Skyline平臺的TerraGate軟件發布，用戶即可通過網絡訪問到三維模型和MPT地形文件。對于文件數據的入庫，由于要和入庫后的空間、屬性數據進行掛接，因此在統一進行數據整理的時候，需要將文件數據的路徑和命名同關聯表掛接串聯，最后將記錄和空間數據進行合一。

3 系統功能實現

系統功能主要包括三維地理信息模塊、基礎功能模塊、系統管理模塊，實現三維場景操作、統計分析、地質環境信息查詢統計等功能。見圖 2。

3.1 三維場景操作

三維場景操作主要是指在三維場景中的互動瀏覽。系統可以通過鼠標、鍵盤、操縱桿以及任意組合方式來控制飛行的速度、高度和俯仰角[7]。系統通過按管道飛行、按重點區域飛行和用戶自定義飛行三種方式，模擬無人機在管道上空飛行畫面，形象地展示管道全貌。

3.2 剖面分析

地形剖面分析用來分析地面上任意點間的坡度和高程情況，分析的結果是繪制出剖面圖。主要實現如下功能：繪制任意兩點間地形剖面圖；顯示剖面圖中的最大、最小坡度；定位任意一點在三維場景中的位置；顯示起始點的位置與高程信息；調整采樣點間距重新進行計算。如圖 3。

3.3 坡度坡向分析和淹沒分析

系統通過與用戶的交互，實現對三維場景中的任意范圍內坡度坡向進行分析，得出該范圍內的坡度坡向圖，同時提供單點的坡度坡向信息查詢。淹沒分析功能實現顯示洪水淹沒面積范圍，可以清楚地確定洪水威脅的地方，對于高程低的地方可以劃為危險區域，無論對防災減災還是災后處理都有重要參考價值。見圖 4、圖 5。

        

3.4 等高線分析和土方量分析

用戶通過在三維場景中畫多邊形的方式生成任意區域的等高線數據，可以隨意調整等高距而得出不同的等高線圖，并可將系統分析得出的等高線圖以矢量數據的形式導出。土方量分析功能是用戶修改地形（挖方或者填方），系統自動計算出挖方或者填方的體積。見圖 6、圖 7。

        

3.5 數據查詢、分析和統計

數據查詢統計是本系統中對空間矢量數據的重要操作，要求系統支持多種查詢方式。包括點查詢、拉框查詢、緩沖區查詢、多邊形查詢、行政區查詢等多種空間查詢方式；通過任意屬性字段查詢，組合查詢等實現多粒度、跨存儲數據表的查詢；并支持標準格式的統計匯總和圖表展示、支持用戶向導式數據統計匯總，可以自定義和保存統計規則；系統支持緩沖區分析、疊置分析等GIS通用空間分析功能，根據數據分析結果生成成果報告，并以WORD、 EXCEL、PDF等文件形式輸出[8]。

3.6 系統管理

可針對用戶類型或數據類型分配相應的物理存儲空間，配置物理數據庫的位置，配置數據庫連接參數，數據庫配置參數、網絡連接參數、設置外部組件注冊目錄等[9]。提供包括用戶管理、日志管理、系統管理、權限管理等系統管理類基本功能，確保系統的安全和正常運行。

4 結論

本文以Skyline為基礎平臺，利用該平臺系列軟件，結合GIS技術和空間數據挖掘技術對海量數據進行整理運算，通過二次開發構建油氣管道地質環境風險性圖形庫。建立以管道為中心，以地質環境為背景，以地質災害點為關注對象的三維場景。為管道地質災害風險識別、管理、控制提供依據；為地質災害防治、應急指揮、搶險救災、防災減災工作信息化管理和實施治理工程規劃等提供信息支撐和服務。

 

參考文獻：

[1] 董紹華,張河葦.基于大數據的全生命周期智能管網解決方案[J].油氣儲運,2017,36(1):28-36.

[2] 陳國輝,吳森,汪天壽,等.西南管道沿線地質環境基礎數據組成及地質災害影響因子研究報告[R].成都:四川省地質工程勘察院,2016:15-80.

[3] 何書鋒,魏合龍,林文榮,等.基于Skyline的海洋地質三維可視化系統開發與實現 [ J ] .海洋地質前沿,2016:34(3):54-62.

[4] 魏世磊,徐泮林,董娟.基于Skyline的城市三維管線管理系統設計與實現[J].測繪與空間地理信息,2018:41(7):195-204.

[5] 樊浩.地質災害監測數據管理及分析系統的設計與實現[D].西安:長安大學,2016:21-22.

[6] 郭磊,許芳霞,周利劍,等. 管道完整性系統數據集成與應用[J].油氣儲運,2014,33(6):593-598.

[7] Skyline Software Systems Inc. TerraExplorer ProTMProgrammer’ s Guide (version 5. 1) [M].America. 2009: 130-131.

[8] .H. Zhao. Reconstructing of textured urban 3D modelby fusing ground-based laser range image and CCDimage [A]. In: Proceeding of UM3[C], Japan, 1998.

[9] Dennison P E, Brunelle A R, Carter V A. Assessingcanopy mortality during a mountain pine beetleoutbreak using GeoEye-1 high spatial resolutionsatellite data[J]. Remote Sensing of Environment,2010,114(11):2431-2435.

 

基金項目：西南管道公司“西南管道公司管道沿線地質災害發育分布規律研究及地質環境風險性圖形庫建設”（20150019）

作者簡介：冼國棟，高級工程師， 1962年生， 2011年碩士畢業于西南石油大學防災減災工程與防護工程專業，現主要從事管道管理、管道搶維修以及管道地質災害風險防治工作。

創新點內容：油氣管道風險性圖形庫系統數據庫中涉及各類數據共有數十余類，數據量較大且數據來源、格式、坐標等各有不同。隨著系統的運行，不排除將來達到TB級，普通GIS平臺難以負荷如此海量數據。 Skyline平臺支持多臺機器或多CPU同時運行，協同負載，最大限度提高數據運算速度。加之平臺對地形數據和矢量數據具有分級瀏覽和多種方式加載等操作，故用戶在系統上對各類數據的瀏覽查詢、統計分析響應速度快，實現了根據量級順序減少運行時間，達到快速處理TB級數據的目的。