冼国栋1 王蕾2 吴森2

1.中国石油西南管道公司； 2.四川省地质工程勘察院

 

摘 要： 以管道为中心线，融合地质环境风险专题信息与基础地理、地质灾害、管道要素等数据，构建了管道两侧1 km范围内以Oracle为载体的地质环境风险性数据库。采用B/S+C/S的体系结构，基于Skyline设计并开发了油气管道地质环境风险性图形库系统，实现了油气管道沿线地质环境信息三维浏览、查询、分析等功能，解决了油气管道地质环境风险可视化的管理问题，为油气管道数字化建设、日常管理工作提供了科学有效的管控手段与信息化支撑，同时也为类似系统研发提供了参考。

关键词： Skyline；油气管道；地质环境；风险性

 

近年来，随着信息技术和完整性管理技术的推进，国内外管道运营管理发展迅速，建设数字化管道已经成为国内外管道运营者的主要目标，管道企业均建立了 GIS 系统和完整性管理系统，并取得重要成果[1]。但随着管道信息化的推进，管道相关数据量呈爆炸式增长，数据来源各有不同，如何利用和管理好这些数据成为管道信息化发展的一个瓶颈问题；且管道所经地区地质构造复杂、地貌类型多样、人类工程活动强烈，导致管道沿线孕育地质灾害种类多样，对油气管道运营构成较大制约和影响，同时可能会造成巨大的经济损失[2]。为提高管道相关数据的可用性，提高地质灾害风险管控及防治工作信息化程度，通过信息化手段建立基于Skyline平台的油气管道地质环境风险性图形库系统[3]，实现管道、地质灾害及地质环境的直观化显示、可视化操作，达到各类信息的多源整合、及时分析、实时发布、共享利用，尽可能减少地质灾害威胁的风险，为油气管道地质灾害的风险预判、后期治理提供辅助决策[4]。

1 系统总体设计

油气管道地质环境风险性图形库系统采用B/S+C/S的体系结构，以稳定性和通用性为主导，进行分层设计与开发。为了实现平台的开放性、灵活性、可扩展性以及数据的可复用性，系统从逻辑上分为数据层、功能层和应用层[5]。如图 1所示。

数据层是整个系统的核心。通过构建管道沿线地质环境风险性数据处理标准，在建库过程中，相关业务产生、传递、共享、应用数据信息形成完整的数据信息流[6]。

功能层是整个系统的重要组成部分。主要为系统提供三维地理信息服务和涉及管道运营业务流的相关功能服务。其中提供三维地理信息服务的底层平台为 Skyline，通过二次开发为系统提供二三维地图浏览、管道相关信息查询浏览，并在此基础上展开统计分析等工作。

应用层是系统的关键，它直接与用户实现交互。该层建立在功能层软件基础之上，通过三维地理信息服务和GIS服务所提供的基本功能，开发出用户所需的管道相关数据库管理、海量数据无级浏览、预警预报等功能，实现油气管道地质环境风险性图形库系统的易用性和人性化。

2 系统数据分类和入库

2.1 数据分类

该系统数据类别包括空间数据、属性数据及文件数据，其中空间数据分为基础地理要素、地质环境要素、管道要素、地质灾害要素和三维模型五大类。属性数据分为系统元数据、空间矢量数据属性、文件数据关联数据三大类，每类数据中又对应多个属性数据。文件数据分为现场照片、 CAD剖面图、野外调查表EXCEL、音视频文件、灾害治理相关文档及其他以文件方式存储的数据。空间数据的构成见表 1。

2.2 数据入库

所有数据由Oracle11g数据库统一管理，其中基础地理、地质环境、管道和地质灾害数据为Arcgis格式的矢量文件，通过Arcgis Server中的WMS服务发布后，以多级流方式的形式加载到Skyline工程文件中。三维数据直接存放在服务器端，通过Skyline平台的TerraGate软件发布，用户即可通过网络访问到三维模型和MPT地形文件。对于文件数据的入库，由于要和入库后的空间、属性数据进行挂接，因此在统一进行数据整理的时候，需要将文件数据的路径和命名同关联表挂接串联，最后将记录和空间数据进行合一。

3 系统功能实现

系统功能主要包括三维地理信息模块、基础功能模块、系统管理模块，实现三维场景操作、统计分析、地质环境信息查询统计等功能。见图 2。

3.1 三维场景操作

三维场景操作主要是指在三维场景中的互动浏览。系统可以通过鼠标、键盘、操纵杆以及任意组合方式来控制飞行的速度、高度和俯仰角[7]。系统通过按管道飞行、按重点区域飞行和用户自定义飞行三种方式，模拟无人机在管道上空飞行画面，形象地展示管道全貌。

3.2 剖面分析

地形剖面分析用来分析地面上任意点间的坡度和高程情况，分析的结果是绘制出剖面图。主要实现如下功能：绘制任意两点间地形剖面图；显示剖面图中的最大、最小坡度；定位任意一点在三维场景中的位置；显示起始点的位置与高程信息；调整采样点间距重新进行计算。如图 3。

3.3 坡度坡向分析和淹没分析

系统通过与用户的交互，实现对三维场景中的任意范围内坡度坡向进行分析，得出该范围内的坡度坡向图，同时提供单点的坡度坡向信息查询。淹没分析功能实现显示洪水淹没面积范围，可以清楚地确定洪水威胁的地方，对于高程低的地方可以划为危险区域，无论对防灾减灾还是灾后处理都有重要参考价值。见图 4、图 5。

        

3.4 等高线分析和土方量分析

用户通过在三维场景中画多边形的方式生成任意区域的等高线数据，可以随意调整等高距而得出不同的等高线图，并可将系统分析得出的等高线图以矢量数据的形式导出。土方量分析功能是用户修改地形（挖方或者填方），系统自动计算出挖方或者填方的体积。见图 6、图 7。

        

3.5 数据查询、分析和统计

数据查询统计是本系统中对空间矢量数据的重要操作，要求系统支持多种查询方式。包括点查询、拉框查询、缓冲区查询、多边形查询、行政区查询等多种空间查询方式；通过任意属性字段查询，组合查询等实现多粒度、跨存储数据表的查询；并支持标准格式的统计汇总和图表展示、支持用户向导式数据统计汇总，可以自定义和保存统计规则；系统支持缓冲区分析、叠置分析等GIS通用空间分析功能，根据数据分析结果生成成果报告，并以WORD、 EXCEL、PDF等文件形式输出[8]。

3.6 系统管理

可针对用户类型或数据类型分配相应的物理存储空间，配置物理数据库的位置，配置数据库连接参数，数据库配置参数、网络连接参数、设置外部组件注册目录等[9]。提供包括用户管理、日志管理、系统管理、权限管理等系统管理类基本功能，确保系统的安全和正常运行。

4 结论

本文以Skyline为基础平台，利用该平台系列软件，结合GIS技术和空间数据挖掘技术对海量数据进行整理运算，通过二次开发构建油气管道地质环境风险性图形库。建立以管道为中心，以地质环境为背景，以地质灾害点为关注对象的三维场景。为管道地质灾害风险识别、管理、控制提供依据；为地质灾害防治、应急指挥、抢险救灾、防灾减灾工作信息化管理和实施治理工程规划等提供信息支撑和服务。

 

参考文献：

[1] 董绍华,张河苇.基于大数据的全生命周期智能管网解决方案[J].油气储运,2017,36(1):28-36.

[2] 陈国辉,吴森,汪天寿,等.西南管道沿线地质环境基础数据组成及地质灾害影响因子研究报告[R].成都:四川省地质工程勘察院,2016:15-80.

[3] 何书锋,魏合龙,林文荣,等.基于Skyline的海洋地质三维可视化系统开发与实现 [ J ] .海洋地质前沿,2016:34(3):54-62.

[4] 魏世磊,徐泮林,董娟.基于Skyline的城市三维管线管理系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2018:41(7):195-204.

[5] 樊浩.地质灾害监测数据管理及分析系统的设计与实现[D].西安:长安大学,2016:21-22.

[6] 郭磊,许芳霞,周利剑,等. 管道完整性系统数据集成与应用[J].油气储运,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.

 

基金项目：西南管道公司“西南管道公司管道沿线地质灾害发育分布规律研究及地质环境风险性图形库建设”（20150019）

作者简介：冼国栋，高级工程师， 1962年生， 2011年硕士毕业于西南石油大学防灾减灾工程与防护工程专业，现主要从事管道管理、管道抢维修以及管道地质灾害风险防治工作。

创新点内容：油气管道风险性图形库系统数据库中涉及各类数据共有数十余类，数据量较大且数据来源、格式、坐标等各有不同。随着系统的运行，不排除将来达到TB级，普通GIS平台难以负荷如此海量数据。 Skyline平台支持多台机器或多CPU同时运行，协同负载，最大限度提高数据运算速度。加之平台对地形数据和矢量数据具有分级浏览和多种方式加载等操作，故用户在系统上对各类数据的浏览查询、统计分析响应速度快，实现了根据量级顺序减少运行时间，达到快速处理TB级数据的目的。