G IS在油气长输管道完整性管理中的应用

卢茂林

（福建中海油应急抢维修有限责任公司，福建莆田351100）

1 系统总体方案

基于GIS的油气长输管道完整性管理系统由数据管理层、技术服务层及业务层组成，采用三层体系架构。应用地理信息系统、全球定位系统、遥感系统（3S）和GPRS移动通信技术、MIS管理信息系统等多项技术，以GIS为载体，运用甲骨文公司Oracle数据库管理系统及微软银光Web呈现技术（Microsoft SilverLight）开发用于分析油管完整性管理的应用系统。其总体架构见图1。

图1 系统总体架构图

油管完整性管理系统以主服务器和微处理器及信息存储系统作为硬件载体，结合Web和2.5G通讯基础应用和数据库管理系统构成基础结构支撑；在此基础上自下而上分别为数据管理层、技术支持层和业务应用层，其中数据管理层收集了GIS地理信息系统数据库空间结构信息及POI数据，还集成了环境经济数据库和评估指标库内信息。油气长输管道完整性管理系统以管道中心线及配套设施作为主体，评估各类第三方因素指标，集成GIS空间信息整合能力，为技术支持层分析管道完整性后续工作提供数据保障。

技术支持层按职能分工分为两部分：信息系统及完整性评价系统。信息技术层囊括了工作流管理、权限管理、全球定位系统及2.5G移动通信系统空间定位管理系统、接口模块、数据语音分析等维持系统运行技术保障系统；完整性评价系统包含地质灾害监控、效能评估、第三方破坏评估、腐蚀度评价等风险识别及完整性评价系统，对长输管道服役过程中可能存在的风险因素进行识别和评估，动态监控整体管道环境。这些单元依照面向服务架构组件模型，经反复调试集成至中央管理层，以达到独立分析、协同工作的目的，为业务应用层提供技术支持。

业务应用层共开发13个功能模块，未来可依据需求增加至17个以上。目前，业务应用层功能已包括效能评估、数据维护、系统管理等多重管理模块，使用时工作人员依据权限访问应用区，可对数据采集管理、风险识别、管道完整性进行评估。系统设计时考虑到Web应用，因此工作人员可联网进行数据调用及在线办公，将后勤管理与在线操作相结合，运用GIS、GPS、GPRS的空间定位与移动通讯管理功能实时获取管线信息与风险线段识别，提升管道应急响应速度，降低维护成本[1]。

2 系统数据库设计

数据库是数据存储及分析管理的技术支撑，是调研空间信息及管线识别的数据保障，油气长输管道完整性管理系统的数据库中心包括POI及地理信息数据库、环境及人文数据库、管线数据库和评估指标库。系统数据库内的信息分支广泛，设计领域较多，其中基础地理数据库和环境经济数据库收集了管道沿线地区的航拍及卫星影像、POI信息点、地名库、行政规划信息等内容。目前，俄罗斯—哈萨克斯坦至我国的管线数据已基本收录完毕，未来中亚地区与我国的能源合作将不断加深，延伸至乌兹别克斯坦和土库曼斯坦的数据将随着北斗卫星导航系统在亚太地区的覆盖而逐渐精确，而西气东输管道沿线的地理信息数据就接近15TB。

管线数据库在系统中采用的是APDM管道数据模型，运用线性参照系，结合基础地理数据库相关信息，使地理要素与管道数据相融为一体，工作人员可及时掌控出险管道状况，定位管线位置，识别风险因素，提升管道可控性。本文所研究的管道专业数据库在ArcGIS模型基础上进行了升级，新增了地质灾害和天气变化等自然因素对管道影响程度的分析；针对社会治安状况、人口密度、人类发展指数、经济发展水平等第三方破坏因素对管道及配套装置影响性的分析；依据土质环境和大气湿度增加了腐蚀因素对管线的影响分析。升级后的APDMV4数据库信息更加全面，可对多种风险因素进行识别，提升管线运营完整度。

3 系统功能及应用效果

3.1 HCA识别和管理

高后果区指管道泄漏后燃气和原油对社会影响的辐射范围。高后果区的面积会随着泄漏程度、环境状况、人口密度等因素而变化。地理信息系统的空间信息处理功能和完整性管理系统内风险分析功能可对泄漏程度和管道沿线地带水文、气候环境进行识别，依据内置函数计算判定HCA区域，并及时报警启动应急预案。例如，我国最大的能源管线西气东输管道主干线3000km的沿线高后果区已完成自动识别并保存至数据库内，自该系统2010年试用以来，共在累计近1000km的管线识别HCA，极大程度降低了风险排查响应时间，提升了抢修效率。

3.2 地质灾害识别

地质灾害是影响管道完整性的重要因素，本系统地质灾害检测服务模块分为应力监测和风险评估两部分。应力监测是通过传感器收集管线附近土质应变趋势，观察地下应力变化幅度，收录常规情况下地质波动状况，经数据库分析计算该地域风险系数，用于风险报告评估。如地质波动异常超出常规范围，则会对系统发出预警信号并进行效能分析。地质灾害识别系统收录了我国长油气输送管道主干线沿线地带全部地质信息，共出台1500份风险评估报告，对近80万平方公里的水域进行资料收集，设立1685个风险点，以保障对西气东输管道的全线覆盖和识别精准度，节约维护成本近亿元。

3.3 管道抗腐蚀管理及巡线管理

土壤环境及人工污染都可能造成管道本体的腐蚀，为改善这一情况，地勤人员依据长输管道腐蚀评价方法及2005年出台的《中华人民共和国油气管道执行标准》中管道完整性评价体系为基础，开发出信息化线路管理模式。对管道及配套设施参数、防腐层数据集、土壤环境数据集、管道腐蚀数据集等信息进行分析，结合土壤环境，管道材质出示外腐蚀评价报告。目前，西气东输主干线已完成管道抗腐蚀管理信息收集，基本掌握侵蚀性土壤分布状况，为后续管道完善及维护提供了技术参考；管道巡线管理是针对第三方破坏及巡线不稳定因素设立的服务模块，包括对沿线地上管道的监控存档、不符合区域规划的违章施工和阴极保护系统运行状况等内容加以管理，安设巡检人员和重点区域监控，利用卫星定位和GIS空间数据分析能力进行风险识别与追踪，达到防范人工对管道的破坏及追责作用，自系统投入使用以来，预警响应速度较往常提升78.5%。

4 结论

以GIS地理信息系统为核心开发的油气长输管道管理系统在维护油管完整性方面发挥了重要作用，该系统集成多个领域的先进技术，可有效降低不稳定因素带来的运输风险，提升油气长输管道的可控性和风险识别能力，并逐步提升智能化水平。望本文所述理论能得到相关部门及企业关注，进一步推动GIS系统与ESB、ERP、EAM等多领域管理系统的集成优化，保障油管完整性管理的可控性。