一种基于G I S的城市燃气管道风险管理系统

韩 波

（淮阴师范学院外国语学院 江苏 淮安 223300）

0 引言

城市燃气管道是向市区供应生活用气、企业热源及化工原料的重要枢纽。管道发生的任何意外事故，都可能严重影响人们生产生活，甚至造成巨大损失，对城市燃气管道进行有效地风险管理极具有现实意义。研究管道的风险管理目的在于提供相关决策支持信息，供人们分析、判断、预防、决策参考，最终以最大限度地降低风险。

随着计算机应用的广泛深入，用户对决策支持提出了越来越高的要求。由于国内城市燃气管道风险管理技术起步较晚，过去城市燃气管道风险管理技术多以风险评价为基础[1]。这种单一的评价体系往往是以对大量静态数据进行分析、处理为依据。智能决策支持应用于管道管理方面的实例很少，为了提高城市燃气管道风险管理的科学性和有效性，在充分调研管道风险管理相关技术的基础上，详细设计系统的各个部分，最终构建城市燃气管道风险管理系统。

1 风险管理系统数据库

数据库是数据库的重要数据资源，是模型库、方法库和会话系统的基础部分。管道风险管理主要涉及到两个最基本数据库：管道基本信息库、区域地理图层库。

1.1 管道基本信息库

对管道进行风险管理，首要关注管道基本信息，因此必须建立相应数据库。“Pipeline risk management manual”[2]中介绍了美国的管道指标标准评分体系，它是目前为止国际上较为通用的体系标准，它将影响管道事故可能性的成因分为第三方损坏、腐蚀、设计因素、误操作等4类。采用这一标准，对城市某区域管道进行分段编号，采集各管段相关数据（第三方损坏、腐蚀、设计因素、误操作指标等），并进行适当处理。

1.2 区域地理图层库

为管道风险管理提供一个可视化平台环境，采用GIS、DATABASE等技术，建立管道区域地理图层库，图层库中至少包括区域轮廓图层、管道图层等。在此图层库上来实现以下功能：

（1）图库管理：提供图层管理功能，可任意添加、删除图库中的现有图层，按需求显示地形、地貌等。

（2）地形图显示：按分区、管道压力等显示。地形图的查找和问讯方式可分别以屏幕和地形图号为单位，沿上、下、左、右、左上、右上、左下、右下共8个相连接的方向移动显示。显示控制包括放大、缩小、平移、还原、重置中心点等。

（3）地形图查询：依托数据库，实现图文数据的交互查询。将主要以GIS的空间拓扑关系处理为依据，考虑点、线、面的包含、相邻、相交等。提供精确查询和模糊查询等。

（4）地形图编辑：编辑规定比例地形图、管道序号及各个属性参数等，实现地形图的输人、图形矢量化。

（5）符号库设计：设计地形图中的各种图元代表的符号，包括标准图元库、标准色标库、各图元矢量数据库、规定比例地形图库、标记库、属性数据库和其他资料库。

2 管道风险指标评价方法

评价管道风险指标，目的是得到风险等级的分布状况，即要确定管道各分段的相对风险总值。关于相对风险总值的确立，在W Kent Muhlbauer评分法[4]基础上，采用对管道相应参数的客观数据进行划分范围来打分的方式，在此改进国际上常用的专家评分法的对象，以管道的风险概率值作为评分对象，这样能更加有效地评价管道风险。假设预先对采集的相关数据进行处理，得到了管道的各类风险指标概率值，采用以下公式来计算管道风险概率值：

管道风险概率值=第三方损坏指标 （概率值）+腐蚀指标（概率值）+设计指标（概率值）+误操作指标（概率值）

3 管道风险事故后果模拟模型

模型是给决策者以通过推理、比较、选择来分析解答整个问题的能力，所有的决策都要求不同程度地建立模型。管道风险管理涉及到的模型主要为重大事故后果模拟模型等，下面以火灾事故后果模拟模型为例来介绍模型库的建立。

管道火灾事故后果模拟主要模拟火灾发生后的过程，在可视化状态下，提供火灾影响范围和程度等。模型的确立是由火灾的热辐射通量来推断火灾的损害程度，进而由某处的热辐射通量推算其距火灾中心的位置。

在计算火的热通量时，把它看作一系列点热源，其热辐射通量可按下列公式计算：

热辐射通量为I处距中心的位置可按如下公式求解：

在模拟过程中，根据热辐射通量将火灾发生点周围区域划分为：死亡区（q＞37.5Kw/m3），重伤区（q＞25Kw/m3），轻伤区（q＞12.5Kw/m3），感觉区（q＞4.0Kw/m3）。

4 城市燃气管道风险管理系统实现

智能决策支持系统的最终目的是支持决策，一个通用智能软件通过人-机界面与决策者进行交互，通过处理机来执行对当前决策者及指令的理解知识任务，四库系统提供数据交换、消息传递、模型方法等，它是整个软件的核心。以四库系统为基础，建立基于GIS的城市燃气管道风险管理系统。

在GIS下，提供了一个交互良好的人-机界面，决策者通过人-机界面发布指令，由处理机调用四库系统，实现数据库管理、方法库调用、模型模拟、知识库查阅等功能。最终通过数据交换等方式将运行结果及状态传递到人-机界面，供决策者决策。该系统可以方便地诊断出管道“健康”状况、评价管道运行风险程度；并结合重大事故模拟过程，提出应急预案等。

以MAPX作为地理信息平台，采用Delphi开发工具，设计了城市燃气管道风险评价系统[4]。该系统在某市管道管理中得到具体应用尝试，基本实现了管道风险评估的功能，且运行情况显示效果良好。

火灾模拟过程中，在图层界面上分别以不同颜色区域显示管道发生火灾点附近的死亡区、重伤区、轻伤区、感觉区。并在下面的信息框内显示燃烧物质信息、火灾区域信息，以及应急措施等。

5 结论

本文为城市燃气管道的风险管理提供了一种灵活方便的、交互式的决策支持构架。主要特点是：（1）构建了管道信息和图层数据库；（2）探讨了一种新的管道风险指标评价方法，并设计了管道重大事故后果模拟模型；（3）在基于MAPX的平台上实现城市燃气管道风险管理系统。

［1］Liu Jun,Wang Xin.Study on risk evaluation intelligent decision support system of urban gas pipeline[C].3rd International Conference on Innovative Computing Information and Control,2008：p 4603789.

［2］Muhlbauer K Went.Pipeline risk management manual(2nd Edition)[M].Houston USA：Gulf publishing company,2001,184-189.

［3］王凯全，邵辉.事故理论与分析技术[M].北京：化学工业出版社，2003：136-140.

［4］荆平.地理信息系统设计与开发[M].北京：清华大学出版社，2011：124-168.