基于APDM的管道完整性数据管理研究

徐 杰 曾 晟 刘 亮 郭 磊 高海康 欧新伟

1.中国石油管道科技研究中心中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室, 河北 廊坊 065000；2.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司, 北京 100085

基于APDM的管道完整性数据管理研究

徐 杰1曾 晟2刘 亮1郭 磊1高海康1欧新伟1

1.中国石油管道科技研究中心中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室, 河北 廊坊 065000；2.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司, 北京 100085

目前越来越多的管道公司引入了基于GIS的管道完整性管理系统,如何管理数据并满足管道完整性管理系统的需求成为当务之急。针对现有的管道数据模型,结合目前管道完整性管理的理论及中国石油管道完整性管理的特点,利用GIS技术及APDM模型对长输油气管道完整性数据的管理方式进行研究,设计了管道完整性数据库,开发了管道完整性数据管理系统。实践证明,基于APDM的管道数据模型通过定制后应用于管道完整性管理中,基本满足管道完整性数据管理的要求。

APDM；管道完整性；地理信息系统；数据管理；数据库设计

0 前言

随着管道运输业的快速发展,长输油气管道建设规模不断扩大,基本形成了覆盖全国的长输油气管道网络。管道完整性管理是以预防为主的管理模式,可以有效地减少管道事故并经济合理地确保管道安全[1]。而数据管理是管道完整性管理的基础[2],如何对数据进行有效的提取和组织,建立合理的数据模型和数据库，对开展管道完整性管理至关重要[3-5]。由于管道完整性管理的海量数据及空间可视化的需求,地理信息系统GIS(Geographic Information System)技术在管道完整性管理中的作用越来越大[6-7]。APDM(ArcGIS Pipeline Data Model)数据模型是ESRI公司开发的地理数据库,支持模型自定义扩展,拥有强大的GIS能力[8],借助APDM数据模型能对管线数据的逻辑关系进行有效处理,并能存储管线要素的空间信息[9-10]。根据APDM数据模型定制出专门针对管道完整性管理的数据模型PIDM(Pipeline Integrity Data Model),同时结合管道管理的实际需求增加自定义内容,如工程图、风险源等,对管道完整性数据库进行研究,开发了数据管理系统,取得了良好的应用效果。

1 APDM管道数据模型

当前用于油气管道的数据模型主要有三种:PODS(Pipeline Open Data Standard),ISAT(Integrated Spatial Analysis Techniques)以及APDM数据模型。PODS是一套标准的数据库表结构,包括地理要素、管道设施、阴极保护等百余张表,提供完全开放的数据库建模平台；ISAT是欧洲天然气研究院根据工业标准的关系型数据库管理系统发布的数据模型；APDM是用ArcGIS和SDE设计形成的用于存储管线相关要素信息的数据模型[11],以Geodatabase空间数据库为设计基础,将地理数据作为关系型数据库中的要素进行存储的对象关系型框架[12-13],而它的要素类主要来自ISAT和PODS模型中包含的表,它的优势在于能更好地支持与GIS相关的空间分析功能,衔接管道空间数据和属性数据,该模型是管道行业较为公认的数据模型。

APDM是一个模板,可以根据实际情况在模板中添加或删除要素,APDM包含的管道要素大致分为核心要素、在线要素和离线要素。核心要素是中心线维护和里程定位所必需的,它的属性是不变的,核心要素包含控制点、站列、站场、站场边界、管网、子系统、活动及度量参考等。根据管道要素与管道中心线在线和离线的位置关系,管道要素按不同的类型大致可分为在线点要素、在线线要素、离线点要素、离线线要素及离线多边形要素。管道要素与管道中心线的位置关系见图1。

图1 管道要素与管道中心线的位置关系

根据中国石油管道完整性管理的特点,通过添加要素或提炼现有要素,提出专门针对管道完整性管理的数据模型PIDM,PIDM沿用了APDM的抽象类的行为和关系,分为逻辑模型和物理模型,逻辑模型描述了完整性数据库结构,说明数据库的结构关系,物理模型将数据库中的特征定义为COM对象,通过建模工具导出XML文件创建空间数据库。PIDM模型共包含十二部分内容:抽象和概念类、管道中心线、设施、检测、侵占、运行、阴极保护、管道风险、事件支持、历史记录、基础地理和工程图,根据这十二部分内容生成的数据库为管道完整性数据管理提供基础底层服务。

2 管道完整性数据管理

2.1 数据准备

目前中国石油管道普遍存在数据不完整、不精确的问题[14],同时管道完整性数据主要来源于管道历史数据恢复、建设期数据及运行期数据,数据种类繁多,数量庞大,从管道完整性角度分析,数据质量难以保证[15-16]。由于采集的数据源不同,数据格式多样,因此需要根据管道完整性数据模型的要求,详细规划数据准备流程,包括数据的收集分类、数据整合等完整性管理的各个环节,按照管道数据的格式多源性要求对数据进行分析整合[17]。将收集的原数据格式数据进行数据格式转换,最终成果数据为符合完整性管理数据库数据结构的Geodatabase格式,对数据库所需的字段制定Excel或Mdb数据模板,将数据模板添加到相应的数据库模板中,确保数据采集流程的规范化。

根据数据的采集结果,管道完整性数据库需要存储管道中心线及管道设施数据、管道检测数据、管道失效数据、管道运行数据、管道沿线数据、站场数据、基础专题数据及遥感影像数据。同时为了准确存储管道的各种数据,需要建立统一的参考坐标系来标记各种要素在管道上的相对位置,按照数据结构提取可用数据和有效数据,最大限度提高数据精度,为管道完整性数据库的建立做好准备。

2.2 管道数据入库

管道完整性数据库建立在海量的管道沿线地理信息数据和管道数据的基础上,如果直接在服务器数据库操作管道数据入库会造成不稳定性,可先建立一个本地数据库,把数据分批导入到本地数据库中,本地数据库和服务器上的正式数据库结构完全一致,最后才把数据完整无误地导入到管道完整性数据库中,最后导入的数据包括管线设施数据、基础地理数据、HCA分析数据、风险评价数据及专题数据。管道完整性数据入库流程见图2。

图2 数据入库流程图

建立管道完整性数据库,不仅要存储完整性管理所必需的数据,而且还要保证高效的数据查询效率。在创建数据库时使用建模工具Viso创建UML(Unified Mode-ling Language)逻辑模型,再建立物理模型,根据导出的数据库模式文件生成管道完整性数据库,其中空间数据库采用RDBMS(Relational Database Management System)+SDE(Spatial Database Engine)的方式存储组织数据。管道完整性数据库架构分为数据层、中间件SDE层及应用层,这样管道完整性数据库管理所有的空间数据和属性数据,有利于数据的一体化。

2.3 数据共享

为了解决管道完整性管理信息化中数据异构、数据关联和重合、易形成信息孤岛及缺乏集成平台等问题,方便其他外部系统或第三方系统调用数据,减少采集成本和避免重复工作,需要实现数据的共享和资源信息的交流。实现数据共享应尽可能不改变现有数据库的数据结构和应用模式,保持管道数据结构的一致性,统一对数据资源进行管理和发布。

管道完整性管理的业务复杂,系统的异构性及数据的多源性导致管道完整性管理系统缺乏统一平台共享信息。为了实现管道完整性数据共享,开发基于SOA面向服务架构的专用数据管理平台,使用数据接口技术开发数据接口,实现外部系统对管道完整性数据的访问,完整性评价结果也可使用数据接口方式对外发布成服务,这样保证了数据的同步更新,最大限度地实现数据共享。管道完整性数据管理系统可对外提供多种数据服务,如业务数据服务、基础数据服务、地图服务及气象数据服务等。图3所示为风险专题数据成果地图服务。

图3 风险专题数据成果地图服务

3 完整性数据管理系统开发与应用

管道完整性数据管理系统是专门针对管道完整性数据采集维护的系统,系统以APDM模型为基础,扩充APDM结构定制出数据模型PIDM,建立管道完整性数据库,对管线要素中的线路、站列、控制点、子系统等进行数据维护和更新。同时利用GIS技术实现传统管道资料和空间信息的结合,对管道完整性数据进行集中管理。系统建立在管道完整性数据库的基础上,将管道全生命周期内的各类数据按APDM数据模型进行组织,在系统建设初期,收集管道竣工、管道探测和沿线调绘等数据,在管道运营期完成辖区内管道数据的管理工作。

系统功能主要分为中心线管理、要素管理、规则管理、版本管理及权限管理等五个模块。其中中心线管理主要是对APDM模型中的控制点、站列、管网等要素类进行维护,通过本工具可批量生成控制点、根据已有控制点生成站列,对站列进行合并、隔断、联通等操作,维护站列和管网、子系统的关系。要素管理模块包括关联管理、属性编辑、在线要素管理及离线要素管理,提供工具实现管道空间位置和管道要素逻辑关系的管理。规则管理模块是对数据库的数据进行可配置化管理,对APDM对象增加、修改、废弃及删除要素规则配置。版本管理是维护多用户编辑SDE空间数据库的版本,对数据编辑版本进行管理、协调,解决版本冲突。权限管理是对系统登录权限、数据加载权限及版本权限进行控制,对多用户按角色授权的方式,在权限许可的范围内对数据管理实现分布协作的管理方式。

系统采用面向对象体系结构SOA(Service Oriented Architecture)的技术方法,将不同功能单元通过服务之间定义的接口联系起来,以数据服务的方式进行数据交互。从系统上线运营的应用情况来看,基本满足完整性数据管理中数据录入、维护、变更、查询及分析等需求,落实了各个环节的数据管理流程,为管道安全运行提供强有力的保证。

4 结论

数据管理是管道完整性管理的基础工作,涉及大量数据的处理和多个业务部门之间的协作,对管道数据进行管理并保证数据的有效性是管道完整性管理的关键技术。通过对管道数据模型的研究、建立管道完整性数据库及开发管道完整性数据管理系统,基本满足了管道完整性数据管理的需求,保证管道完整性数据的准确性、可靠性和完整性,但由于管道业务数据各个时期的侧重点不同,需要不断地完善管道完整性数据管理技术,才能更加有效地保障管道的安全。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.016

2016-04-22

中国石油集团公司投资项目“管道完整性管理系统”(计划2010-12)

徐 杰(1989-),男,湖南邵阳人,工程师,硕士,主要从事管道完整性数据管理、系统建设等信息化技术的研究工作。