燃氣地理信息系統的建設與應用

摘 要

闡述了地理信息系統的基本功能及在燃氣公司的應用前景，探討了系統建設中應注意的問題，給出了系統建設及應用的兩點建議。
摘要：闡述了地理信息系統的基本功能及在燃氣公司的應用前景，探討了系統建設中應注意的問題，給出了系統建設及應用的兩點建議。
關鍵詞：地理信息系統；燃氣管網；空間數據；屬性數據
Construction and Application of Gas Geographic Information System
BAI Lian-ming，CHU Qiang，SONG Gui-ping
Abstract：The basic functions of GIS and its application prospect in gas companies are described. The problems to which attention should be paid in the system construction are discussed. Two suggestions on the system construction and application are offered.
Key words：geographic information system(GIS)；gas network；spatial data；attribute data
1 概述
宜興市燃氣管網始建于1995年，近年來城市建設飛速發展，燃氣用戶大幅度增加，燃氣管網不斷延伸，目前已有地下燃氣管網近1000km。管網資料越積越多，同一處管道由于改造變更可能出現多份資料，以傳統方式保存燃氣管網數據和資料，信息分散且容易遺失，給管理帶來諸多困難。改變傳統落后的管理手段，實現城市燃氣規劃、發展、服務、管理的科學化、規范化、自動化，建設城市燃氣地理信息系統(GIS)是必由之路。
地理信息系統(Geographic Information System，簡稱GIS)是一種采集、處理、傳輸、儲存、管理、查詢、檢索、分析、表達和應用地理信息的計算機系統，是分析、處理和挖掘海量地理數據的通用技術[1]。系統由計算機硬件平臺、GIS，專業軟件、地理數據等組成。借助GIS，充分利用現有管道及地形數據，實現管道空間數據、屬性數據、拓撲關系的一體化管理，可為燃氣管網的維護維修、事故搶險、業務分析提供準確可靠的數據，形成一套行之有效的燃氣管網信息管理系統。
宜興港華燃氣有限公司GIS建設于2004年，系統平臺為Intergraph公司專門面對燃氣行業的G/Gas產品。本文結合宜興港華GIS的特點，主要針對燃氣公司GIS探討其基本功能、應用及建設情況。
2 系統功能
2.1 基本功能
燃氣設施數據輸入是GIS最基礎的操作，也是系統平臺搭建完成之后需要進行的首要工作，沒有數據輸入，系統功能就無從談起。GIS系統數據輸入方式與目前燃氣公司常用的CAD繪圖軟件十分相似。系統除支持燃氣設施的矢量、空間輸入外，也支持各種燃氣設施屬性輸入，例如敷設方式(地下、地上等)、竣工時間、施工單位等等。一定規模的管道設施數據被輸入后，系統具備以下4個基本功能。
① 圖形打印
利用GIS強大的繪圖打印功能，除可以進行常規打印設置外，還可進行個性化頁面設置，如在打印頁面放置圖標、比例、鑲嵌文本(Word、Excel)等，通過設置不同圖層的開關、圖形比例、線型顏色等可以滿足不同目的的打印，輸出的GIS圖紙不同于傳統CAD或手繪竣工圖，它不僅可以準確顯示燃氣設施的絕對位置，還可以清晰顯示與周邊參照物的相對位置，通過使用GIS圖紙可以提高燃氣公司管道巡查、泄漏檢測、管道維護的工作效率。
② 區域分析
進行區域定義之后，通過系統目標區域分析功能，可以查詢區域內管道設施的數量及其各種屬性，并可按需輸出存檔、打印。此功能的應用不僅能提高管網維修、搶修的工作效率，也能帶動燃氣公司管理水平的整體提升。
③ 事故追蹤
管道連接性追蹤功能可以較快地顯示與目標管道及設施連接的設施(如閥門)，可以幫助我們實現管道連接性追蹤、事故狀態分析等功能。用于指導管網事故處理，增強事故反應能力，減少事故損失。在管網發生泄漏事故時迅速找出事故位置，自動給出最優閥門關閉方案及事故處理意見，迅速繪制出事故發生地點的管網圖及必須關閉的閥門的栓點圖，并可打印出停氣用戶名單。
④ 智能化位置查詢
隨著城市區域的不斷擴大及管網的不斷延伸，GIS應用途徑的不斷擴展及使用人員的不斷增加，對系統智能化位置查詢功能的應用愈加頻繁。位置顯示不僅可以按照設備編號定位，也可以按照道路名稱及交口位置快速定位。此外，瀏覽者可以通過簡單設置以達到分層顯示及高亮顯示的目的。
2.2 應用前景
① 客戶用氣管理
在進行GIS數據輸入時，添加諸如小區名稱、樓棟、立管等屬性，與公司現有客戶系統建立屬性連接之后，可以定期把客戶資料導入GIS，這樣就可以實現在GIS查詢客戶資料及客戶用氣分析的功能。
② 管網設備資產管理
由于管網建設數量大、范圍廣、變化快，其固定資產管理一直是個難以解決的問題。借助GIS，可以按照管網地理位置，按圖分區逐個管段、逐項管網設施地加以統計分析，并設立相應數據庫進行動態管理，做到資產數量與實物相符，家底一覽無余。可以提供多種統計查詢方法，如按任意給定區域、按管徑、按使用年限、按管道材質、按閥門種類等進行單項或多項組合查詢，以便全面了解管網狀況。在管道設施屬性輸入時，通過投運時間及維護時間等屬性的編輯管理，根據投用年限、運行、維修及保養情況，進行綜合分析，制定出維修及更換計劃，使設備整體處于最佳狀態，可以實現資產的動態管理功能。
③ 圖檔管理
GIS管道設施的輸入以竣工圖為基礎，但成型的GIS管道圖形也不能完全代替竣工圖的相關功能，通過屬性的輸入可以建立竣工圖與GIS相應設施的鏈接關系，實現對竣工圖的電子化管理，動態更新、雙向查詢。另一方面，借助計算機輔助設計軟件AutoCAD，將全部圖檔包括地形圖、管網布置圖、施工圖、竣工圖等矢量化，打印成光柵圖，以疊加打包方式保存，實現圖檔管理無紙化。
④ 市場開發
通過GIS，能夠宏觀地看出管網的分布、管道的走向、管網的成環情況，這樣在實際的市場開發中就能夠準確預測出新管道開通時間，為用戶提供比較準確的通氣時間；通過GIS瀏覽住宅區密度分布，為市場開拓計劃提供直觀數據；通過GIS能夠查詢小區的實有住戶與現有燃氣用戶，為市場提供潛在客戶分析數據，這樣進行市場開拓具有針對性。
⑤ 管道規劃
利用地形圖庫與現狀管道庫的信息，按技術規范要求，進行設計計算、方案比較，合理確定管徑、材質、管位，判斷與建、構筑物及地下現狀管道的水平間距、垂直間距，進行綜合分析與協調。在施工前妥善解決所出現的問題，將有利于工程進展和費用控制。一方面通過海量數據庫，大量詳細、準確的空間信息，如地下各類管線資料、地上自然景觀、城市建筑等，為企業做出更全面、更完善的規劃、設計提供參考依據。另一方面通過GIS能夠精確地量算出設計管道的長度，瀏覽實際的地形地貌情況，作出可行的管道走向設計，這樣通過GIS數據保證了設計的快捷性、合理性和可行性。
3 系統建設
3.1 觀念[2]
① GIS建設的必要性及重要性
傳統工作方式中，信息一般由圖紙、圖表描述，采用人工管理，甚至有些資料只存在于一些有經驗的技術人員的頭腦中，圖檔資料不齊全使管理一個龐大管網系統時力不從心。另外，大規模市政建設導致參考建筑日益變化，一些管網資料失去了原有價值，設備管理相當困難，管網設計也很難優化。為了徹底改變這一現狀，必須引入GIS來管理管網資料。管網管理是一項系統工程，涉及規劃、設計、施工及運行維護等各方面。這就要求供氣企業的領導者和廣大員工要充分認識到系統建設的必要性和重要性，并應建立新機制，切實加大投入。
② 規劃與分期實施
要建立一個功能強大的GIS，需要進行良好的規劃，在規劃的指導下有目的有計劃地逐步實施。規劃一般包括GIS所涉及的信息及其來源、系統所應有的功能、系統在供氣企業整體信息管理系統中的地位和作用及其連接方式、實施開發所需時間和經費等內容。運用GIS建立供氣管網管理系統，其目標和前景十分誘人，但是整個系統的開發應用需要較長時間，不可能一蹴而就。應該本著統一規劃、分步實施、邊建設邊應用、有投入有效益的原則，既要為公司節約項目開發資金，又要建立起穩定可靠、切實可用的燃氣管網地理信息系統。任何急功近利、急于求成、幻想一步到位的開發思想，都是不切實際的。
3.2 軟硬件選擇[3]
系統硬件包括由服務器及PC機組成的網絡，由打印機、繪圖儀與數字化儀器組成的外部設備。系統軟件包括操作系統、GIS軟件、數據庫軟件等，常用GIS軟件有MapInfo、Arc/Info、ArcView、GeoStar、MapGIS等，常用數據庫軟件有Foxpro、Access、Orcal等。系統在規劃及建設時，可根據具體情況做出合適的選擇，但系統應具備以下特點。
① 開放性和易擴展性
系統應支持行業標準，如TCP/IP、CORBA、COM/OLE、ODBC等；提供與常用的數據庫系統的接口，如SQL、Oracle、DB2等；提供與常用的應用程序的接口，如Visual Basic、Visual C++、Delphi等；支持其他應用程序，如Web Browsers；支持讀取不同格式的數據；支持與其他應用程序的集成，如能實現與SCADA系統、客戶系統、辦公系統等應用程序的集成。應支持跨平臺操作，可以在Windows NT、UNIX、Linux等多種平臺上運行，使在不同平臺上編寫的代碼可以不加修改地直接移植。為了充分適應燃氣企業各種應用需求的不斷變化和發展，GIS必須具有易擴展的特點。
② 先進性和針對性
GIS平臺必須具有先進的技術和理念，從而滿足現有的、未來的復雜多樣的應用需求。對不同的行業，其管理和運行必然有著不同的特點，因此GIS平臺也應該是一個充分針對行業特點而設汁的平臺，其內核結構應該針對行業特點而設計。
③ 穩定性和安全性
對GIS平臺的穩定性和安全性，需要做好認真的調研和論證。例如：是否支持多用戶并發處理；支持多用戶并發處理時，是否會出現數據碰撞甚至系統崩潰的現象；是否能夠高效地支持大量數據的存取和交換等。
④ 經濟性
一個平臺的經濟性很大程度上取決于平臺帶來的現實好處和長遠利益。一個優秀的平臺，應該能夠降低地圖數據準備和更新開銷，提高勞動生產率，最大程度地提高數據維護的效率，避免因數據不斷更新而造成成本增長。另外，還應具有較低的開發成本和數據維護成本。
3.3 底圖選擇[3]
GIS的空間數據是系統主要數據類型，即明確表達管道等設施在什么位置(空間位置)的數據。其建立主要依靠城市地形圖，而近年來城市建設的速度非常快，需要經常修測城市地形圖，而修測地形圖投入大，費用高，企業難以承受。少數城市注重城市地形圖的管理，建立了統一協調、信息共享的管理體系，并且投入了大量資金，從而保證了地形圖能夠及時修測。地形圖數據一般有3個來源：①由當地規劃測繪部門繪制；②由道路建設單位或小區開發商提供；③燃氣公司對舊管線建設地區自行測繪。對于眾多數據的處理，要注意這樣兩個問題：數據格式的轉換，圖幅接邊(坐標比對)。地形圖大多采用矢量數據，對于矢量數據，不同來源采用不同的數據格式，這要求燃氣GIS能把來自測繪等部門的數據轉換成本系統適用的數據格式，其最快捷的方式是把不同系統的圖形文件和屬性文件轉換成DXF格式，DXF文件是標準的ASCII文本文件，很容易轉換成其他圖形文件格式。
3.4 模塊建設
GIS數據主要有兩類：①空間數據，即描述管道等設施空間位置的數據，是地理信息系統的重要組成部分，常用的數據獲取方法有掃描數字化、手動輸入、實地測量、利用GPS等。空間數據包括長輸管道、中壓干管、低壓管道、庭院管道、管道附件、門站、儲配站、區域調壓站、調壓箱、用戶等設施的空間位置。②非空間數據(屬性數據)，系統功能的拓展及發揮在很大程度上依賴于此。非空間數據包括管道編號、圖號、燃氣類別、管道類別(高壓、中壓、低壓)、敷設年月、管徑、管壁厚度、材質、防腐層種類、驗收單位(編號或名稱)、驗收資料編號、施工單位編號、維修單位編號、竣工圖號、管理單位編號、使用日期、巡檢周期、維修周期、使用年限、陰極保護站號、維修記錄表格等屬性數據。空間數據模塊的選擇及建設具有很強的行業性及針對性，即一方面要考慮燃氣行業特點、行業規范，另一方面也要考慮使用者輸入及瀏覽的方便性。屬性數據模塊規劃是系統規劃建設中重要組成部分，它直接決定今后系統的應用水平及效率，建設中應注意各屬性之間、表之間的關系，并應適當地預留擴展余地。
3.5 人員培訓
要搞好GIS的應用工作，就必須對GIS的管理人才、技術人才作好相應的規劃，尤其是對相應的技術技能培訓工作，要加以注意并進一步落實。其中系統管理人員的配備尤為重要，要對系統進行維護，有效地處理系統運行中出現的問題，系統才能發揮作用，因此對人才的培養必須高度重視。實際具體操作可以從兩方面切入：一方面結合系統規劃制定切實可行的系統操作指引，包括基本命令操作、功能調用、系統規劃及常見問題解決方案；另一方面重視對人才引進和培養，共同構建GIS應用的堅實基礎。
4 建議
① 數據管理[2]
建立城市燃氣GIS應從深刻理解“三分軟件，七分管理、十二分數據”開始，數據的輸入及管理是系統成敗的關鍵因素。沒有完整、準確的數據，系統就失去了基礎，燃氣管網信息系統中最有價值的不是硬件和軟件，而是數據，只有完整準確的數據才能使得系統的功能得到充分發揮。數據的錄入和維護是動態的。系統初具規模之后，功能是否高效發揮，完全取決于數據能否實現動態更新。也應認識到系統數據庫的建立不是一蹴而就的，也不是一成不變的，應按照系統建設規劃思路分階段實施。
② 系統應用
一定規模的數據輸入系統后，如何使公司更多的人共享使用、瀏覽GIS數據，成為系統應用中的首要問題。GIS采用的數據庫平臺軟件購置費與使用(登錄)人員數量有關，為節約資金也沒有必要為增加幾個系統瀏覽權限而額外購買軟件使用權限(賬號)，再者過多的電腦安裝GIS平臺也不利于系統管理。實際應用中可設法導出GIS數據(包括管道、調壓器、閥門等設施屬性)到Microstation(或類似于CAD的矢量繪圖軟件)，使用者電腦只需安裝Microstation即可實現GIS中基本的查詢瀏覽功能。這種做法至少有兩方面益處：公司不需購買更多的數據庫平臺使用權限，節省系統造價；提高GIS在公司的應用效率，可以使更多人享受到GIS的開發成果。
參考文獻：
[1] 朱恩利，李建輝.地理信息系統基礎及應用教程[M].北京：機械工業出版社，2004.
[2] 陳琴，張天華.城市燃氣管理信息系統的應用[J].煤氣與熱力，2009，29(10)：B26-B29.
[3] 韓杰，劉興華，王炳強，等.地理信息系統與電子標志系統在燃氣管網的應用[J].煤氣與熱力，2009，29(9)：B24-B27.
 
(本文作者：白連明 儲強 宋桂平 宜興港華燃氣有限公司 江蘇無錫 214200)