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地理信息系统及应用论文论文题目：GIS在石油天然气长输管道中的应用姓名：方世祥班级：资工11204任课教师：罗小龙日期：2014-10-27地理信息系统在石油天然气长输管道中的应用随着天然气管道运输和成品油管道建设的高速发展，管道输送已经发展成为石油天然气运输的主要方式。管道运输迅速发展使管道管理的复杂性加大，因此，需要采取更加有力的措施保证优化运行、降低成本及提高效率，保障管道的安全运行。实践证明，将GIS（地理信息系统）应用于长输管道设计、运营管理、设备管理及维抢修业务，可以极大地提高设计效率与设计的质量，为运营管理提供有力的技术支持。地理信息系统（GIS）是一种利用计算机技术实现采集、处理、存储、管理、查询、分析和描述地球表面与空间地理分布有关数据的空间信息系统。是一门涉及测绘学科，环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科。地理信息系统具有：地理信息数据的管理、地图制图、空间分析、图形的可视化、空间数据查询和分析等功能。目前国内外已有许多成熟的商业化GIS软件工具，这些产品可以将复杂的地理学模型用计算机实现，形成了操作效率高、功能强大、易于扩充的平台产品。利用GIS软件可以提高建立应用系统的速度，降低风险，提高应用系统的质量，使用户可以更专注于研究其专业问题。在国际市场上，占据市场主导地位的国外GIS软件有ArcGis、GeoMedia、MapInfo、SmallWorld、MGE、MICROSTATION等，国内的GIS软件有MAPGIS、SuperMap、GeoStar等。地理信息系统在石油天然气管道中作用企业的空间信息管理与企业生产和决策有着密切的关系。近年来，国内外的许多管道生产运营公司开始利用GIS技术对管道信息资源进行管理。许多管道运营公司使用成熟的GIS技术对管网、设备和用地等生产资源进行管理，并与企业其他数据库集成，使企业生产资源等方面的管理水平得到了明显的提高。使用地理信息系统将管道物理数据和地理数据整合，并且与其他信息系统（如设备管理系统、管网模型系统）相接口，从而实现对管道的动、静态数据的统一管理。为管道管理的决策和运营管理业务提供有力的支持。管道由于其地域分布辽阔，管道建设管理与地理空间信息存在广泛的联系。为了支持石油天然气管道运输业务，提高管道的管理效率，降低成本，保障安全，需要建设资料齐全的地理信息系统，支持与管道相关的管理业务。管道运输业务主要分为管道的建设、管道的运营管理和石油天然气的销售。管道运输业务的具体情况决定了地理信息系统的作用。1管道建设管理管道工程建设包含的业务过程主要有管道勘察、管道设计、管道的施工和验收。地理信息系统与卫星遥感技术（RS）相结合，应用于管道设计，可以提高设计效率与设计的质量；地理信息系统提供了管道建设沿线的空间信息，在勘察前结合GIS空间信息制定勘察计划，可以减少勘察数量和勘察成本，有利于提高勘察质量；在管道工程建设施工阶段，可以通过地理空间信息及时了解管道施工情况，利用地理信息系统空间分析能力辅助制定人员、物资和设备的调度计划，保证施工进度。2管道运营管理石油天然气的安全输送是管道运行管理核心。油气输送管理业务主要包括生产运营（输送计划、调度执行、运行监控、计量交接）和维抢修业务（维修计划、维修方案、调度执行、紧急事故处理）。地理信息系统与SCADA系统相结合，实时的反映管道运行状态，辅助管道的生产运营管理；与设备管理信息相结合，可以通过空间信息查询一个地区的设备状况，根据维抢修人员和设备的分布情况，辅助制定经济合理的维修计划和维修方案；发生紧急事故时，利用GIS图形显示功能反映紧急事故的地理位置，利用地理空间信息查询最近的人员和设备部署，使用GIS的空间分析功能预测紧急事故的影响，为紧急事故的处理提供科学的依据。3石油天然气销售管理石油天然气的销售是管道运营公司利润的主要来源。主要业务过程有市场开发、销售合同、销售计划、计量结算。根据地理空间信息中的行政区划、人口分布、交通、历史情况等，利用GIS分析功能，可以辅助制定销售计划，调整管网运营状态；可以对市场竞争情况进行分析、配送点定位、定位最佳加油站和销售量分析等。为市场策略和销售计划的编制提供有力依据。地理信息系统在管道应用的建设内容1地理信息系统总体架构设计由于管道业务和地理信息系统的特点，管道地理信息系统同其他信息系统存在着联系。地理信息系统为管道运营管理相关的信息系统提供地理信息服务功能。管道地理信息系统可以分为5个逻辑层次。（1）物理数据层利用成熟的数据库存储技术存储管道地理信息系统中的图形和属性数据。物理数据层可以支持海量的数据存储功能。（2）专题数据层根据数据的来源、维护方式和类型等不同将数据分为几种专题数据，对相同类别的数据进行集中管理。专题数据主要有基础地理空间数据库（基础地理、道路、河流、人文、气象等）；管道空间信息数据库（各种管网图、油库、地下储气库地理信息等）；图形属性信息数据库等。（3）数据提供层主要功能是提供各种地理空间数据读取、编辑、删除、输出等操作。数据提供层的作用是在图形物理存储与用户使用之间提供数据操作通道，同时为各种应用提供相应格式的图形数据。（4）系统平台层系统平台层提供完整的地理信息系统功能，包括采集、存储、管理、分析及显示地理信息系统平台。（5）系统应用层系统应用层将地理信息系统和具体的应用系统结合使用，为其他系统提供地理空间服务，同时可以将其他信息中产生的数据在地理图形中展示。2地理信息系统平台选型地理信息系统的支撑平台选择是建设地理信息系统一项重要内容。平台的选择必须满足海量数据的存储、高效的并发访问等要求。由于管道业务的特点，结合目前GIS技术的发展，管道地理信息系统平台的选型应该考虑的内容：一是系统的可伸缩性、系统的安全性和系统的开放性；二是支撑面向对象的数据模型和组建化的GIS软件技术；三是支持长事务处理、版本及海量数据管理；四是能够提供全方位的企业级解决方案。3地理信息系统主要功能（1）地理空间数据的组织和管理由于地理信息数据的特点，对地理空间数据应该分类进行管理，保证地理信息系统数据的准确性和时效性。管道地理信息的管理主要包括：一是基础地理信息，包括各管道和相关设施所在地的行政区划、基础地理、人文及气象等；二是地面建设信息，包括各管道和相关设施所在地的道路、库房、树木及电力设施等；三是各种管网图、管道的地上地下信息、油库、地下储气库地理信息及技术参数和运行参数；四是业务覆盖地区的用户信息，包括全国各地区各个级别的行政区划信息，用户的分布，用户的产品品种需求及用量等。（2）地图的显示输出功能系统可以根据业务需要灵活地在地图上显示需要的信息，可以将敏感的地理要素组合，生成各种专题图。管道地理信息系统提供强大的制图输出功能，用户可以根据需要将同一种地理要素以不同图像输出到地图中，可以根据需要在地图上动态添加需要的地理要素、统计数据和图表等。地图的制图输出功能可以为管道日常管理、管道工程建设规划和施工生成综合图、专业图等。（3）地理空间信息查询和分析GIS数据描述的是位置、属性和时间3个方面空间信息。在GIS应用中，使用最广泛的是空间数据查询。利用地理信息系统的空间分析功能可以对某一地区进行管道设备信息、运行状态及维修计划等查询；建立具有拓扑结构的管道库，实现最短路径分析、连通性分析、爆管分析及缓冲区分析等功能；量测点间距离、点线距离、线与线间距离及折线长度等。（4）使用先进的三维GIS技术可以真实再现管道空间位置情况。利用管道地理信息系统强大的地图显示功能，可以制定计划、编写报告时提供相应的地图，为计划和报告提供地理信息。（5）管道工程建设辅助规划管道工程辅助规划的主要内容：一是新建管道的规划设计。在进行新的输油气管道规划设计中，利用遥感数据和地理信息建立管道线路的最小费用模型，模型可根据管道长度并充分考虑地表特征、地理状况、地面覆盖等因素，进行管道的最少费用分析，优化规划设计方案；二是将施工进程中的各类设施数据信息及地理空间位置坐标输出到其他的管理信息系统中进行设备维护和运营管理。（6）设备管理通过管道地理信息系统可以迅速了解资产的地理分布，可以使人员和设备配置更加合理，提高维护效率。当发生紧急事故时可以科学准确地做出应急措施。（7）管道运行的实时监控将地理信息系统和SCADA系统相结合，可以对油气管网和关键站进行监控，并将管道的状态信息显示到GIS图形中。保证管道的安全平稳运营，提高管网系统整体运行的可靠性。（8）在地理信息系统基础上进行的风险管理，可以评估管道沿线某段发生管道破裂的概率和后果，对管道风险进行半定量的管理；可以进行敏感性分析，对防止管道破裂而进行的维护项目效果进行评估；为潜在发生管道破裂的地点设计模拟情景，使用地理信息系统制定和评估补救计划；将管道分段，建立每段独立的管道评估和风险档案。（9）利用风险评估数据作为故障管理的基础，为故障分析建模，加强风险评估和维护程序；构建突发情况响应、缓解和补救计划的场景等。（10）管道完整性管理管道完整性管理涉及管道本体、防腐、地质灾害和站场设施等诸多方面。利用地理信息系统，可以根据管道管理部门的指导方针和操作规程创建完整性管理和检修计划。（11）市场情况分析根据地理空间信息中的行政区划、人口分布、交通、历史情况等，利用GIS分析功能，可以辅助制定销售计划，调整管网运营状态。模型应用以上提到的管道数据模型为建立管道管理系统提供了数据保证,在此模型基础之上搭建面向管道完整性管理的信息系统可以充分满足管道管理的业务需要。下面介绍基于此模型的长输管道完整性管理信息系统的三个主要功能模块。1)内检测数据分析管道的内检测数据是管道公司利用专用的内监测器周期性对管道干线本体进行的检测结果,通过内检测数据可以对管道的缺陷情况有准确的了解。系统利用数据模型中的Anomaly和Anoma-lyAudit来对内检测发现的缺陷进行后续过程的全面监控管理,包括统一的数据存放、分析、对比、展现、判别不可接受的缺陷,针对每种不可接受的缺陷自动生成相应的解决措施,记录整改措施的实际落实,生成整改报告,并进行长期的对照。2)站场管理站场内有大量复杂的工艺设备、管道及辅助生产设施,辅助生产设施有:供电,给排水,采暖通风,自动监控等。模型中的站场及设备对象(例如:Site,InSiteValve,InSiteVessel等)和建立的几何网络为站场的管理和站场信息存储提供了有效的解决方案。系统提供每个站场的大比例尺的专题图,可以直观适时地对站场实施量化风险评价(QRA),基于风险管理的检验(RBI),仿真模拟事故后果,对站场内的工艺设备和辅助设施对象进行空间信息)))属性信息的双向查询,对超声导波检测结果进行统计分析及空间定位,直观的显示出工艺设备及辅助设施的空间布局及拓扑关系,对管道网及其他辅助设施网建立几何网络,在几何网络的基础上进行网络分析,例如:连通性分析和上下游分析等,实施以可靠性为中心的设备维护,周期性进行资产完整性管理(AIM)的审核。4地理信息系统标准建设地理信息系统是一个开发和不断发展完善的系统，因此，地理信息系统必须遵守一定标准，提高地理信息系统维护性和实用性。地理信息系统除了要遵守国际标准、国家标准、行业标准、企业相关标准外，还需要制定系统标准。目前，国际上使用比较广泛的地理信息系统数据标准化组织主要有ISO/TC211和OGC。总之，随着管道建设的发展，地理信息系统对管道管理各个业务层面提供有力的技术支撑,满足了管道建设管理、运营管理、销售的要求。通过地理信息系统和先进的管理理念，提高企业的管理水平和经济效益，为管道可持续发展奠定坚实的基础。5结论目前,我国对长输管道数据模型和基于地理信息的应用系统都研究较少,本文初步建立了适合我国的长输管道数据模型的整体框架,提出了具有我国管道业务特点的站场数据模型,并且把管道的各种评价指标和结果纳入到模型中来,为管道的风险评价和完整性管理提供支持。由于GIS应用于长输管道行业起步较晚,应用很不成熟,在以后的探索过程中必定遇到很多问题和挑战,例如:由于众多管道运