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(zhì)工程勘察院

摘 要： 以管道為中心線，融合地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險專題信息與基礎(chǔ)地理、地質(zhì)災(zāi)害、管道要素等數(shù)據(jù)，構(gòu)建了管道兩側(cè)1 km范圍內(nèi)以O(shè)racle為載體的地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性數(shù)據(jù)庫。采用B/S+C/S的體系結(jié)構(gòu)，基于Skyline設(shè)計(jì)并開發(fā)了油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油氣管道沿線地質(zhì)環(huán)境信息三維瀏覽、查詢、分析等功能，解決了油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險可視化的管理問題，為油氣管道數(shù)字化建設(shè)、日常管理工作提供了科學(xué)有效的管控手段與信息化支撐，同時也為類似系統(tǒng)研發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞： Skyline；油氣管道；地質(zhì)環(huán)境；風(fēng)險性

近年來，隨著信息技術(shù)和完整性管理技術(shù)的推進(jìn)，國內(nèi)外管道運(yùn)營管理發(fā)展迅速，建設(shè)數(shù)字化管道已經(jīng)成為國內(nèi)外管道運(yùn)營者的主要目標(biāo)，管道企業(yè)均建立了 GIS 系統(tǒng)和完整性管理系統(tǒng)，并取得重要成果[1]。但隨著管道信息化的推進(jìn)，管道相關(guān)數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長，數(shù)據(jù)來源各有不同，如何利用和管理好這些數(shù)據(jù)成為管道信息化發(fā)展的一個瓶頸問題；且管道所經(jīng)地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地貌類型多樣、人類工程活動強(qiáng)烈，導(dǎo)致管道沿線孕育地質(zhì)災(zāi)害種類多樣，對油氣管道運(yùn)營構(gòu)成較大制約和影響，同時可能會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。為提高管道相關(guān)數(shù)據(jù)的可用性，提高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)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(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統(tǒng)[3]，實(shí)現(xiàn)管道、地質(zhì)災(zāi)害及地質(zhì)環(huán)境的直觀化顯示、可視化操作，達(dá)到各類信息的多源整合、及時分析、實(shí)時發(fā)布、共享利用，盡可能減少地質(zhì)災(zāi)害威脅的風(fēng)險，為油氣管道地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險預(yù)判、后期治理提供輔助決策[4]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統(tǒng)采用B/S+C/S的體系結(jié)構(gòu)，以穩(wěn)定性和通用性為主導(dǎo)，進(jìn)行分層設(shè)計(jì)與開發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)平臺的開放性、靈活性、可擴(kuò)展性以及數(shù)據(jù)的可復(fù)用性，系統(tǒng)從邏輯上分為數(shù)據(jù)層、功能層和應(yīng)用層[5]。如圖 1所示。

數(shù)據(jù)層是整個系統(tǒng)的核心。通過構(gòu)建管道沿線地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)，在建庫過程中，相關(guān)業(yè)務(wù)產(chǎn)生、傳遞、共享、應(yīng)用數(shù)據(jù)信息形成完整的數(shù)據(jù)信息流[6]。

功能層是整個系統(tǒng)的重要組成部分。主要為系統(tǒng)提供三維地理信息服務(wù)和涉及管道運(yùn)營業(yè)務(wù)流的相關(guān)功能服務(wù)。其中提供三維地理信息服務(wù)的底層平臺為 Skyline，通過二次開發(fā)為系統(tǒng)提供二三維地圖瀏覽、管道相關(guān)信息查詢?yōu)g覽，并在此基礎(chǔ)上展開統(tǒng)計(jì)分析等工作。

應(yīng)用層是系統(tǒng)的關(guān)鍵，它直接與用戶實(shí)現(xiàn)交互。該層建立在功能層軟件基礎(chǔ)之上，通過三維地理信息服務(wù)和GIS服務(wù)所提供的基本功能，開發(fā)出用戶所需的管道相關(guān)數(shù)據(jù)庫管理、海量數(shù)據(jù)無級瀏覽、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，實(shí)現(xiàn)油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統(tǒng)的易用性和人性化。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分類和入庫

2.1 數(shù)據(jù)分類

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)類別包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及文件數(shù)據(jù)，其中空間數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)地理要素、地質(zhì)環(huán)境要素、管道要素、地質(zhì)災(zāi)害要素和三維模型五大類。屬性數(shù)據(jù)分為系統(tǒng)元數(shù)據(jù)、空間矢量數(shù)據(jù)屬性、文件數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)三大類，每類數(shù)據(jù)中又對應(yīng)多個屬性數(shù)據(jù)。文件數(shù)據(jù)分為現(xiàn)場照片、 CAD剖面圖、野外調(diào)查表EXCEL、音視頻文件、災(zāi)害治理相關(guān)文檔及其他以文件方式存儲的數(shù)據(jù)�？臻g數(shù)據(jù)的構(gòu)成見表 1。

2.2 數(shù)據(jù)入庫

所有數(shù)據(jù)由Oracle11g數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，其中基礎(chǔ)地理、地質(zhì)環(huán)境、管道和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)為Arcgis格式的矢量文件，通過Arcgis Server中的WMS服務(wù)發(fā)布后，以多級流方式的形式加載到Skyline工程文件中。三維數(shù)據(jù)直接存放在服務(wù)器端，通過Skyline平臺的TerraGate軟件發(fā)布，用戶即可通過網(wǎng)絡(luò)訪問到三維模型和MPT地形文件。對于文件數(shù)據(jù)的入庫，由于要和入庫后的空間、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行掛接，因此在統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)整理的時候，需要將文件數(shù)據(jù)的路徑和命名同關(guān)聯(lián)表掛接串聯(lián)，最后將記錄和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行合一。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)功能主要包括三維地理信息模塊、基礎(chǔ)功能模塊、系統(tǒng)管理模塊，實(shí)現(xiàn)三維場景操作、統(tǒng)計(jì)分析、地質(zhì)環(huán)境信息查詢統(tǒng)計(jì)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(tǒng)可以通過鼠標(biāo)、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(tǒng)通過按管道飛行、按重點(diǎn)區(qū)域飛行和用戶自定義飛行三種方式，模擬無人機(jī)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(diǎn)間的坡度和高程情況，分析的結(jié)果是繪制出剖面圖。主要實(shí)現(xiàn)如下功能：繪制任意兩點(diǎn)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(diǎn)在三維場景中的位置；顯示起始點(diǎn)的位置與高程信息；調(diào)整采樣點(diǎn)間距重新進(jìn)行計(jì)算。如圖 3。

3.3 坡度坡向分析和淹沒分析

系統(tǒng)通過與用戶的交互，實(shí)現(xiàn)對三維場景中的任意范圍內(nèi)坡度坡向進(jìn)行分析，得出該范圍內(nèi)的坡度坡向圖，同時提供單點(diǎn)的坡度坡向信息查詢。淹沒分析功能實(shí)現(xiàn)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(qū)域，無論對防災(zāi)減災(zāi)還是災(zāi)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(qū)域的等高線數(shù)據(jù)，可以隨意調(diào)整等高距而得出不同的等高線圖，并可將系統(tǒng)分析得出的等高線圖以矢量數(shù)據(jù)的形式導(dǎo)出。土方量分析功能是用戶修改地形（挖方或者填方），系統(tǒng)自動計(jì)算出挖方或者填方的體積。見圖 6、圖 7。

3.5 數(shù)據(jù)查詢、分析和統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)是本系統(tǒng)中對空間矢量數(shù)據(jù)的重要操作，要求系統(tǒng)支持多種查詢方式。包括點(diǎn)查詢、拉框查詢、緩沖區(qū)查詢、多邊形查詢、行政區(qū)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(shí)現(xiàn)多粒度、跨存儲數(shù)據(jù)表的查詢；并支持標(biāo)準(zhǔn)格式的統(tǒng)計(jì)匯總和圖表展示、支持用戶向?qū)�式�?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總，可以自定義和保存統(tǒng)計(jì)規(guī)則；系統(tǒng)支持緩沖區(qū)分析、疊置分析等GIS通用空間分析功能，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果生成成果報(bào)告，并以WORD、 EXCEL、PDF等文件形式輸出[8]。

3.6 系統(tǒng)管理

可針對用戶類型或數(shù)據(jù)類型分配相應(yīng)的物理存儲空間，配置物理數(shù)據(jù)庫的位置，配置數(shù)據(jù)庫連接參數(shù)，數(shù)據(jù)庫配置參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)、設(shè)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(tǒng)管理、權(quán)限管理等系統(tǒng)管理類基本功能，確保系統(tǒng)的安全和正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

本文以Skyline為基礎(chǔ)平臺，利用該平臺系列軟件，結(jié)合GIS技術(shù)和空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理運(yùn)算，通過二次開發(fā)構(gòu)建油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫。建立以管道為中心，以地質(zhì)環(huán)境為背景，以地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)為關(guān)注對象的三維場景。為管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險識別、管理、控制提供依據(jù)；為地質(zhì)災(zāi)害防治、應(yīng)急指揮、搶險救災(zāi)、防災(zāi)減災(zāi)工作信息化管理和實(shí)施治理工程規(guī)劃等提供信息支撐和服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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[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(xiàng)目：西南管道公司“西南管道公司管道沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布規(guī)律研究及地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫建設(shè)”（20150019）

作者簡介：冼國棟，高級工程師， 1962年生， 2011年碩士畢業(yè)于西南石油大學(xué)防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事管道管理、管道搶維修以及管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防治工作。

創(chuàng)新點(diǎn)內(nèi)容：油氣管道風(fēng)險性圖形庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中涉及各類數(shù)據(jù)共有數(shù)十余類，數(shù)據(jù)量較大且數(shù)據(jù)來源、格式、坐標(biāo)等各有不同。隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，不排除將來達(dá)到TB級，普通GIS平臺難以負(fù)荷如此海量數(shù)據(jù)。 Skyline平臺支持多臺機(jī)器或多CPU同時運(yùn)行，協(xié)同負(fù)載，最大限度提高數(shù)據(jù)運(yùn)算速度。加之平臺對地形數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)具有分級瀏覽和多種方式加載等操作，故用戶在系統(tǒng)上對各類數(shù)據(jù)的瀏覽查詢、統(tǒng)計(jì)分析響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)量級順序減少運(yùn)行時間，達(dá)到快速處理TB級數(shù)據(jù)的目的。