基于地理信息系統的燃氣管網綜合管理系統建設

摘 要

摘要：本文分析了當前燃氣行業信息化建設的現狀和發展趨勢。結合紹興市燃氣有限公司信息化建設的經驗，介紹了建立綜合管理系統的必要性以及綜合系統的優勢。關鍵詞：燃氣管網；綜合
摘要：本文分析了當前燃氣行業信息化建設的現狀和發展趨勢。結合紹興市燃氣有限公司信息化建設的經驗，介紹了建立綜合管理系統的必要性以及綜合系統的優勢。
關鍵詞：燃氣管網；綜合管理系統
一、前言
   自2005年西氣東輸正式投入運營以來，長三角地區城市燃氣事業開始進入高速發展期，呈現跳躍式發展趨勢。隨著城市燃氣供氣規模持續擴張，城市管道燃氣經營企業實現燃氣供氣順價銷售，經濟效益有所改善。在供氣規模擴大，企業效益提高的同時，紛紛加強信息化建設的力度，尤其是投入巨資開發燃氣管網地理信息系統。但由于缺乏前瞻性，因此開發的各個系統都是獨立的，各個系統之間沒有相互的聯系，因此形成了一個個信息孤島，不能充分發揮信息系統的最大效益。
   在地理信息系統的建設方面，由于燃氣經營企業大多無地理信息系統開發專業人才，多數都委托給專業軟件公司開發，受專業性限制，開發出的大多為純地理信息系統，但在實際使用中效果并不理想。有的甚至花巨資開發出來的地理信息系統成為擺設。我公司從2005年開發地理信息系統，投入了不菲的資金，但一直得不到有效利用，實際上純地理信息系統在實際燃氣管理工作中，也確實難有應用。為此，從2008年開始，我公司與杭州數字幾何軟件技術公司合作，償試以地理信息系統為平臺，融合了燃氣收費系統、110熱線電話系統、戶內安檢系統、燃氣管網巡線維修改造系統、燃氣工程管理系統、SCAD系統等經整合形成了基于地理信息系統平臺的燃氣管網綜合管理系統，并采取VPN虛擬企業網，借助互聯網實現整個城市東西南北各分公司聯網，并可實現移動化網上管理。極大地提高了企業信息化管理水平。現將該系統作一介紹，以便交流提高。
二、系統整體架構
   燃氣管網綜合管理系統以圖形化的地理信息系統為平臺，集成了營業收費、110熱線電話、用戶安檢、燃氣工程管理、管網巡檢維護管理、SCADA系統等，形成了燃氣管網綜合管理系統，該系統具有綜合性、實用性、開放性特點，可根據實際管理工作需要，不斷增加其它實用管理模塊，逐步充實完善其功能。

三、硬件網絡
   

硬件網絡以地理信息系統服務器、用戶收費系統服務器和SCAD系統服務器為核心，采用一條50M和一條8M專用光纜與電信運營商連接，50M光纜分兩區，其中16M帶寬用于收費服務器與8家聯網收費銀行聯系傳遞信息，34M帶寬用于辦公網絡上互聯網和燃氣綜合管理系統、用戶收費系統、SCAD系統通過VPN設備與遍布市區的東南西北四個分公司及營業服務廳聯網。8M光纜專門用于與各SCAD系統遙測遙控點數據傳輸和與集團公司SCAD控制中心數據交換(通過互聯網)。
    整個硬件系統由三臺服務器、二臺VPN設備、若干路由器、防火墻組成。系統運行穩定，投入資金為歷年累計投入，運行費用不高，只有兩條光纜月租費。
四、地理信息系統的重要性、平臺選擇，及功能設計
   城市燃氣企業供氣管網遍布整個城市，企業主要的固定資產都埋在地下。燃氣又具有易燃易爆的特性，因此安全管理成為燃氣企業的重中之重。由于近年來中國城市建設發展迅速，城市規模愈來愈大，采用人工的方式來管理燃氣管網已經遠遠無法滿足需要，因此采用地理信息系統技術是必須的選擇。
   GIS技術從60年代出現發展到今天，經歷了如下的過程：

   對于燃氣行業，選擇組件GIS是最佳的選擇。因為組件式GIS具有如下的優點：
   ☆小巧靈活、價格便宜；
   ☆ 直接嵌入MIS開發工具；
   ☆強大的GIS功能；
   ☆開發簡捷。
   而Web GIS技術重點在于在互聯網上發布地圖，面對的使用者是不確定的互聯網用戶。而燃氣企業GIS主要是公司內部使用，加之WebGIS平臺價格昂貴，因此Web技術不適用燃氣行業。
  GIS技術發展的另一個趨勢是空間數據的存儲方式。它正從各自定義的文件格式方式向空間數據庫發展。
   GIS技術難點在于空間數據的存儲。由于空間數據不定常，無法簡單地存放在關系型數據庫中。所以早期的GIS平臺的主要技術集中在如何提出自己的空間數據存儲方案。
 

在這兩種方式中間形成了一種過渡方式：即建立一個同關系數據庫的中間處理平臺，比如MapInfo的SpatialWrae產品，通過它將空間數據庫存放在關系型數據庫中。
 

   從目前技術發展和商業趨勢看：MapInfo公司、ArcInfo公司與Orade公司合作開發的Oracle空間數據庫逐漸成為業界的領頭。
   從目前燃氣企業的實際應用、技術發展現狀等因素分析：還是采用MapInf0的文件格式存放空間數據為好。其原因如下：
   1、Orade空間數據庫價格昂貴；
   2、空間數據庫技術發展還沒有達到一個相對穩定的成熟期；
   3、空間數據庫技術除了提供的數據存儲技術外，還提供了很多的空間拓撲分析功能，而多數這樣的功能對燃氣行業應用來說是不需要的。花大價錢購買的產品，只用其中一部分功能，顯然是不合算的；
    4、空間數據存放在數據庫中，比起文件方式，系統的運行速度相對較慢；
    所以我們采用了MapInfo公司的文件格式方式來存放空間數據。
   ☆它可滿足目前的需求；
   ☆系統運行速度快；
   ☆將來系統升級，數據可以方便導到Oracle數據庫中，而應用程序只需做小的改動；
    ☆Maplnfo的數據格式是最通用的GIS格式，已經成為了業界的標準；
   ☆節省投資。
   綜上所述，我們在建立GIS系統時采用了Delphi語言作為開發工具，使用MapInfo公司的MapX組件作為GIS技術平臺，圖形數據利用MapInfo的文件方式進行存儲，屬性數據采用Windows SQL數據庫進行存儲。
   我們公司從2005年起同杭州數字幾何軟件技術有限公司合作開發了數字管網GIS地理信息系統。系統開發的出發點是實用，用戶界面友好，將其作為公司的綜合信息系統的基礎平臺，實現多個系統的邏輯聯系。
   地圖采用分層顯示，圖層主要有三大類：管網設備圖層、地形圖層、用戶圖層。管網設備包括閥門、調壓器、補償器、凝水缸、管道等。地形圖主要設置了房屋、道路、水系三個主要層面。另外專門設計了用戶圖層，將主要工業用戶標注在地圖上，對居民用戶采用小區或片區的方式標注在地圖上。
    圖形顯示分兩個窗口：主窗口和導航窗口。對圖形的顯示操作進行了全面設計，達到了專業GIS平臺的水平。
   針對組件式GIS圖形繪制能力弱的特點，我們專門開發了一系列的圖形繪制工具，點、線、面的繪制和編輯、圖元的拷貝、平行線繪制、線、面的節點增加移動和刪除等，滿足了管網繪制和基本的地形圖繪制。
   數字管網GIS系統軟件與用戶之間采用交互式視窗圖形化顯示，圖形界面清晰直觀，人機界面友好便捷，利用鼠標或快捷鍵控制所有功能，使操作人員能夠直觀地進行各種操作。在地理信息系統平臺建立中，工作難度較大，要耗費大量的人力、物力、財力，主要有：
   1、地理信息系統軟件：這部分主要為地理信息系統軟件開發，由杭州數字幾何軟件技術有限公司負責開發。
   2、城市地形圖建立：地理信息系統軟件只是一個系統軟件，各城市可通用，在燃氣公司實際應用中，需要建立自己城市或管轄范圍的地形圖，地形圖最好要求1：500的CAD測繪圖，地理信息系統是否適用，地形圖是關鍵，我們公司第一代地理信息系統采用的是歷年積累下來的不同版本、不同行政區域的地形圖，地形圖拼接、坐標轉換耗費了大量的時間，但結果并不理想，而且購置地形圖也要耗費大量的資金。從2009年開始，借紹興市地下管網測繪的時機，我們與紹興市規劃測繪院合作，取得了最新版全套1：500地形圖，較好地解決了地形圖難的制約地理信息系統建立的難題。
   3、燃氣管網數據錄入：燃氣管網數據錄入是建立GIS系統的又一難點，由于地下燃氣管網是十幾年甚至是幾十年建設形成的，電子版管網竣工資料從無到有，而且大多數管網竣工圖未按統一的大地坐標進行竣工測量，只是標注相對坐標，因而無法錄入，為此我公司花費20余萬元對全市主干管網進行全面測繪，才使管網數據得以錄入，并建立長效補錄機制，每年對全年竣工的主干管網統一進行測繪、錄入。
   4、設備編碼、屬性錄入：在燃氣管網地理信息系統中，需對閥門、凝水井、伸縮節、調壓器、燃氣管道等常用設備進行統一編號，我們采用10位拼音加數字編碼，使整個城市燃氣管網的所有設備都有一個統一唯一的編碼。
   建立設備屬性，對燃氣管網閥門、凝水井、伸縮節、調壓器根據歷史資料及現場實際查看，按規定的各種設備屬性錄入數據，閥門、凝水井、伸縮節、調壓器主要詹陛如下：設備編碼、壓力級制、工作狀態、閥門類型、型號、材質、接管直徑、生產廠家、螺栓直徑個數、施工單位、安裝時間、埋深、所在道路、所在小區、所屬分公司等。
五、現有系統整合：
   純地理信息系統在完成上述工作后就已經完成，但是我們會發現投入巨資和人力開發的地理信息系統在實際工作中利用率并不高，或者說派不上大的用場。而我們燃氣公司還有許多管理工作需要信息化處理，為此我們償試利用地理信息系統一個平臺，把用戶收費系統、110燃氣報警熱線電話系統、戶內安全檢查管理系統、燃氣管網巡檢維修管理系統、燃氣工程施工管理系統、SCAD測量控制系統整合在一個地理信息系統平臺上，建成了燃氣管網綜合管理系統。用一套綜合管理系統實現了用戶信息查詢；110熱線電話管理與信息傳遞；戶內安全檢查記錄、統計分析；燃氣管網巡檢維修情況的記錄、統計分析；燃氣管網工程的委托、設計、施工、預決算、竣工資料存檔等的臺賬記錄、查詢、統計分析；SCAD系統信息的傳輸、記錄、分析；并且使上述系統通過地理信息系統的硬件網絡及互聯網的接入，實現分布在城市東南西北四個方向的各分公司通過互聯網共享一套系統，而且通過無線上網實現管理人員移動接入系統，移動處理相關業務，極大的提高了工作效率。公司管理人員通過授權，在家中或外出可隨時隨地通過互聯網查看燃氣泄漏報警及處理完成情況，燃氣工程在建情況，在建工程資料。
六、安檢系統應用：
   國家建設部城市燃氣管理條例和浙江省燃氣管理條例規定，城市燃氣運營企業要每兩年對燃氣用戶進行一次戶內安全檢查，因而戶內安全檢查成為燃氣公司一項重要的日常工作，而12萬用戶的戶內安檢任務分配、安檢結果記錄、統計、分析、處理只有通過計算機技術才能夠實現，在燃氣管網綜合管理系統中，我們專設了戶內安檢模塊，建立安檢專用數據庫并調用用戶收費數據庫中用戶基本資料數據，來實現安檢任務安排、安檢結果錄入記錄、安檢結果的統計分析。用戶安檢模塊主要功能有：
   安檢結果錄入、編輯模塊；
   待安檢用戶查詢模塊；
   安檢員工作量統計分析模塊；
各項安全隱患統計分析模塊等。
七、熱線系統應用：
   我們公司承擔著全市12萬多用戶的安全供氣、用戶維修、1200多公里燃氣管線及戶內的搶修搶險，有與公安110聯網的燃氣熱線2條，每天24小時不間斷接聽全市用戶及公安110轉來的燃氣報警咨詢電話，日平均電話量在20個左右，要每日接收、記錄、傳遞、處理20個電話，需要進行大量的數據處理工作，我公司原來用電子表格文件記錄每天的熱線電話及處理情況，但是電子表格有一個很大的缺陷，很難進行信息傳遞和數據的統計、分析、處理，為此在完成地理信息系統平臺開發后，我們即集成開發了110熱線電話系統模塊，把110熱線電話的來電記錄、任務立項處理、信息傳遞、處理結果回復直到數據的統計、分析等一整套110熱線電話處理過程納入管網綜合管理系統平臺，各公司終端用戶可隨時查看自己分管區域內的熱線電話內容并安排處理、回復，查看待處理問題。公司各級授權領導只要攜帶有該軟件的上網電腦在任何地方都可查看公司內燃氣泄漏報警及處理情況，并隨時移動指揮。
   熱線系統的結構如下圖所示：

八、管網巡檢系統
   管網巡檢、維修、改造應用：管網巡檢、維修、改造模塊是將燃氣公司日常管網的巡檢、維護、保養、改造等工作結合起來，把燃氣管網的巡檢、維護、保養、改造的工作記錄錄入綜合管理信息庫，便于保存、查詢、管理。該模塊建立的難點在于要把管網所有設備作統一的編號，包括各類閥門、凝水井、伸縮節、調壓器等，這是一項基礎性工作，我們把閥門、凝水井、伸縮節、調壓器、燃氣管道全部用4位拼音字頭加數字進行統一編碼，并考慮今后各類設備增加可能性。完成編碼需將所有管網設備按編碼把設備屬性如閥門有：壓力級制、閥門類型、材質、接管直徑、螺栓個數、螺栓直徑、生產廠家、安裝時間、所在道路、所屬分公司等17個屬性內容錄入電腦數據庫，凝水井、伸縮節、調壓器、燃氣管道屬性也同樣按統一編號錄入。完成設備屬性錄入就可在圖形化地理信息系統界面上直接點擊管網上任一閥門等設備查詢其屬性，例如要更換維護一只閥門，只要在圖形化界面上點擊該閥門就可直接查詢出該閥門是什么類型閥門、其材質、生產廠家、口徑等所有閥門設備信息一目了然。
   管網巡檢、維修、改造應用模塊有設備查詢、設備維護、管線巡查三個子菜單。設備查詢子菜單下主要有閥門、凝水井、伸縮節、調壓器、燃氣管道五種管網主要設備的屬性查詢。設備維護子菜單下主要記錄著管網五種設備的日常維護保養檢查項目和維修項目，檢查、維修項目根據不同的設備略有不同。管線巡查子菜單記錄著管網巡查日期、巡線人員、巡查道路、占壓、施工等情況。
    管網巡檢、維修、改造模塊把燃氣公司的日常管網巡檢、維修、改造記錄及管網設備型號等屬性全部數字信息化進入地理信息系統平臺，結合地理信息系統平臺，使管網日常管理工作實現數字化管理，大大提高了地理信息系統的實際應用水平。
九、燃氣工程管理應用：
   隨著西氣東輸的到來，進入天然氣時代的燃氣公司發展迅速，每年我們公司都有大大小小建設工程上百個，這些工程從設計委托、評審、開工、竣工驗收、決算，設計費、代建費、工程進度款、決算款支付，到竣工圖電子版的收集、歸檔，中、低壓各類口徑管道長度的逐個統計，工程各類報表的統計、分析、上報，每一環節都需要建立詳細的臺賬，按月、季、年作出統計報表，而且每年工程是滾動實施的。過去我們采用電子表格作為工程臺賬，雖然有了臺賬記錄，但是定期進行統計、分析是個難題，需要手工統計，費時、費力。為此，我們把燃氣工程管理模塊整合進管網綜合管理系統，建立了工程項目管理子模塊。該模塊把燃氣工程項目從項目立項、設計委托、合同簽訂、工程開竣工、施工預決算、工程款支付、竣工資料錄入等燃氣工程全過程管理納入燃氣工程項目管理模塊，可隨時聯網查詢每個工程的基本信息、設計、施工、預決算、工程款支付等信息。按照燃氣工程管理的各種統計要求，按月季年統計工程設計、施工、工程款支付報表等。該模塊還把電子版CAD施工圖、竣工圖加入附件數據庫，實現了管網竣工圖的電子化存儲、聯網查詢，極大的方便了新管網的維護管理。管網長度統計一直是燃氣公司的難題，每年新增管網長度往往是毛估估，在該工程管理模塊中，我們加入了中低壓管網按材質和管徑的分類統計，解決了這一難題。在此模塊中我們還增加了施工現場圖片影象資料存檔，逐步留存施工現場關鍵節點的影象資料以備后查。
十、SCAD系統融合：
   該模塊把地理信息系統平臺與SCAD系統平臺相聯接，把SCAD系統遙測數據放入地理信息系統平臺，使各分公司管理人員通過燃氣管網綜合管理系統平臺，也可以監控轄區內各主要用氣點及中壓管網的壓力、流量，設置管網失壓和超壓聲光報警，以便及時作出應急反應。
十一、結論與改進：
   燃氣管網綜合管理系統依托地理信息系統圖形化平臺，較好地融合了用戶收費系統、110熱線電話系統、戶內安檢系統、、管網查詢維護巡檢系統、燃氣工程項目管理系統、SCAD系統，形成了一套適用于城市管道燃氣公司運作模式的綜合性管網管理系統，把用戶檔案、110熱線、戶內安檢、管網設備、燃氣工程項目、SCAD等各類信息集成在一個平臺上，針對性、適用性強，大大提高了燃氣公司的信息化管理水平。該系統較好地突破了以下關鍵技術問題：1、地形圖的建立各地下管網數據的測繪、錄入。2、采用VPN設備虛擬企業網的聯網應用及圖形數據遠程傳輸的問題，實現移動辦公。3、管網設備的統一編碼，屬性數據錄入。4、各類信息共享，適時更新傳遞。5、管網各類數據的統計、分析。
 
(本文作者：尉如根1 鄭立新1 劉亞彬2 1.紹興市燃氣有限公司；2.杭州數字幾何軟件技術有限公司)