燃气地理信息系统的建设与应用

摘 要

阐述了地理信息系统的基本功能及在燃气公司的应用前景，探讨了系统建设中应注意的问题，给出了系统建设及应用的两点建议。
摘要：阐述了地理信息系统的基本功能及在燃气公司的应用前景，探讨了系统建设中应注意的问题，给出了系统建设及应用的两点建议。
关键词：地理信息系统；燃气管网；空间数据；属性数据
Construction and Application of Gas Geographic Information System
BAI Lian-ming，CHU Qiang，SONG Gui-ping
Abstract：The basic functions of GIS and its application prospect in gas companies are described. The problems to which attention should be paid in the system construction are discussed. Two suggestions on the system construction and application are offered.
Key words：geographic information system(GIS)；gas network；spatial data；attribute data
1 概述
宜兴市燃气管网始建于1995年，近年来城市建设飞速发展，燃气用户大幅度增加，燃气管网不断延伸，目前已有地下燃气管网近1000km。管网资料越积越多，同一处管道由于改造变更可能出现多份资料，以传统方式保存燃气管网数据和资料，信息分散且容易遗失，给管理带来诸多困难。改变传统落后的管理手段，实现城市燃气规划、发展、服务、管理的科学化、规范化、自动化，建设城市燃气地理信息系统(GIS)是必由之路。
地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是一种采集、处理、传输、储存、管理、查询、检索、分析、表达和应用地理信息的计算机系统，是分析、处理和挖掘海量地理数据的通用技术[1]。系统由计算机硬件平台、GIS，专业软件、地理数据等组成。借助GIS，充分利用现有管道及地形数据，实现管道空间数据、属性数据、拓扑关系的一体化管理，可为燃气管网的维护维修、事故抢险、业务分析提供准确可靠的数据，形成一套行之有效的燃气管网信息管理系统。
宜兴港华燃气有限公司GIS建设于2004年，系统平台为Intergraph公司专门面对燃气行业的G/Gas产品。本文结合宜兴港华GIS的特点，主要针对燃气公司GIS探讨其基本功能、应用及建设情况。
2 系统功能
2.1 基本功能
燃气设施数据输入是GIS最基础的操作，也是系统平台搭建完成之后需要进行的首要工作，没有数据输入，系统功能就无从谈起。GIS系统数据输入方式与目前燃气公司常用的CAD绘图软件十分相似。系统除支持燃气设施的矢量、空间输入外，也支持各种燃气设施属性输入，例如敷设方式(地下、地上等)、竣工时间、施工单位等等。一定规模的管道设施数据被输入后，系统具备以下4个基本功能。
① 图形打印
利用GIS强大的绘图打印功能，除可以进行常规打印设置外，还可进行个性化页面设置，如在打印页面放置图标、比例、镶嵌文本(Word、Excel)等，通过设置不同图层的开关、图形比例、线型颜色等可以满足不同目的的打印，输出的GIS图纸不同于传统CAD或手绘竣工图，它不仅可以准确显示燃气设施的绝对位置，还可以清晰显示与周边参照物的相对位置，通过使用GIS图纸可以提高燃气公司管道巡查、泄漏检测、管道维护的工作效率。
② 区域分析
进行区域定义之后，通过系统目标区域分析功能，可以查询区域内管道设施的数量及其各种属性，并可按需输出存档、打印。此功能的应用不仅能提高管网维修、抢修的工作效率，也能带动燃气公司管理水平的整体提升。
③ 事故追踪
管道连接性追踪功能可以较快地显示与目标管道及设施连接的设施(如阀门)，可以帮助我们实现管道连接性追踪、事故状态分析等功能。用于指导管网事故处理，增强事故反应能力，减少事故损失。在管网发生泄漏事故时迅速找出事故位置，自动给出最优阀门关闭方案及事故处理意见，迅速绘制出事故发生地点的管网图及必须关闭的阀门的栓点图，并可打印出停气用户名单。
④ 智能化位置查询
随着城市区域的不断扩大及管网的不断延伸，GIS应用途径的不断扩展及使用人员的不断增加，对系统智能化位置查询功能的应用愈加频繁。位置显示不仅可以按照设备编号定位，也可以按照道路名称及交口位置快速定位。此外，浏览者可以通过简单设置以达到分层显示及高亮显示的目的。
2.2 应用前景
① 客户用气管理
在进行GIS数据输入时，添加诸如小区名称、楼栋、立管等属性，与公司现有客户系统建立属性连接之后，可以定期把客户资料导入GIS，这样就可以实现在GIS查询客户资料及客户用气分析的功能。
② 管网设备资产管理
由于管网建设数量大、范围广、变化快，其固定资产管理一直是个难以解决的问题。借助GIS，可以按照管网地理位置，按图分区逐个管段、逐项管网设施地加以统计分析，并设立相应数据库进行动态管理，做到资产数量与实物相符，家底一览无余。可以提供多种统计查询方法，如按任意给定区域、按管径、按使用年限、按管道材质、按阀门种类等进行单项或多项组合查询，以便全面了解管网状况。在管道设施属性输入时，通过投运时间及维护时间等属性的编辑管理，根据投用年限、运行、维修及保养情况，进行综合分析，制定出维修及更换计划，使设备整体处于最佳状态，可以实现资产的动态管理功能。
③ 图档管理
GIS管道设施的输入以竣工图为基础，但成型的GIS管道图形也不能完全代替竣工图的相关功能，通过属性的输入可以建立竣工图与GIS相应设施的链接关系，实现对竣工图的电子化管理，动态更新、双向查询。另一方面，借助计算机辅助设计软件AutoCAD，将全部图档包括地形图、管网布置图、施工图、竣工图等矢量化，打印成光栅图，以叠加打包方式保存，实现图档管理无纸化。
④ 市场开发
通过GIS，能够宏观地看出管网的分布、管道的走向、管网的成环情况，这样在实际的市场开发中就能够准确预测出新管道开通时间，为用户提供比较准确的通气时间；通过GIS浏览住宅区密度分布，为市场开拓计划提供直观数据；通过GIS能够查询小区的实有住户与现有燃气用户，为市场提供潜在客户分析数据，这样进行市场开拓具有针对性。
⑤ 管道规划
利用地形图库与现状管道库的信息，按技术规范要求，进行设计计算、方案比较，合理确定管径、材质、管位，判断与建、构筑物及地下现状管道的水平间距、垂直间距，进行综合分析与协调。在施工前妥善解决所出现的问题，将有利于工程进展和费用控制。一方面通过海量数据库，大量详细、准确的空间信息，如地下各类管线资料、地上自然景观、城市建筑等，为企业做出更全面、更完善的规划、设计提供参考依据。另一方面通过GIS能够精确地量算出设计管道的长度，浏览实际的地形地貌情况，作出可行的管道走向设计，这样通过GIS数据保证了设计的快捷性、合理性和可行性。
3 系统建设
3.1 观念[2]
① GIS建设的必要性及重要性
传统工作方式中，信息一般由图纸、图表描述，采用人工管理，甚至有些资料只存在于一些有经验的技术人员的头脑中，图档资料不齐全使管理一个庞大管网系统时力不从心。另外，大规模市政建设导致参考建筑日益变化，一些管网资料失去了原有价值，设备管理相当困难，管网设计也很难优化。为了彻底改变这一现状，必须引入GIS来管理管网资料。管网管理是一项系统工程，涉及规划、设计、施工及运行维护等各方面。这就要求供气企业的领导者和广大员工要充分认识到系统建设的必要性和重要性，并应建立新机制，切实加大投入。
② 规划与分期实施
要建立一个功能强大的GIS，需要进行良好的规划，在规划的指导下有目的有计划地逐步实施。规划一般包括GIS所涉及的信息及其来源、系统所应有的功能、系统在供气企业整体信息管理系统中的地位和作用及其连接方式、实施开发所需时间和经费等内容。运用GIS建立供气管网管理系统，其目标和前景十分诱人，但是整个系统的开发应用需要较长时间，不可能一蹴而就。应该本着统一规划、分步实施、边建设边应用、有投入有效益的原则，既要为公司节约项目开发资金，又要建立起稳定可靠、切实可用的燃气管网地理信息系统。任何急功近利、急于求成、幻想一步到位的开发思想，都是不切实际的。
3.2 软硬件选择[3]
系统硬件包括由服务器及PC机组成的网络，由打印机、绘图仪与数字化仪器组成的外部设备。系统软件包括操作系统、GIS软件、数据库软件等，常用GIS软件有MapInfo、Arc/Info、ArcView、GeoStar、MapGIS等，常用数据库软件有Foxpro、Access、Orcal等。系统在规划及建设时，可根据具体情况做出合适的选择，但系统应具备以下特点。
① 开放性和易扩展性
系统应支持行业标准，如TCP/IP、CORBA、COM/OLE、ODBC等；提供与常用的数据库系统的接口，如SQL、Oracle、DB2等；提供与常用的应用程序的接口，如Visual Basic、Visual C++、Delphi等；支持其他应用程序，如Web Browsers；支持读取不同格式的数据；支持与其他应用程序的集成，如能实现与SCADA系统、客户系统、办公系统等应用程序的集成。应支持跨平台操作，可以在Windows NT、UNIX、Linux等多种平台上运行，使在不同平台上编写的代码可以不加修改地直接移植。为了充分适应燃气企业各种应用需求的不断变化和发展，GIS必须具有易扩展的特点。
② 先进性和针对性
GIS平台必须具有先进的技术和理念，从而满足现有的、未来的复杂多样的应用需求。对不同的行业，其管理和运行必然有着不同的特点，因此GIS平台也应该是一个充分针对行业特点而设汁的平台，其内核结构应该针对行业特点而设计。
③ 稳定性和安全性
对GIS平台的稳定性和安全性，需要做好认真的调研和论证。例如：是否支持多用户并发处理；支持多用户并发处理时，是否会出现数据碰撞甚至系统崩溃的现象；是否能够高效地支持大量数据的存取和交换等。
④ 经济性
一个平台的经济性很大程度上取决于平台带来的现实好处和长远利益。一个优秀的平台，应该能够降低地图数据准备和更新开销，提高劳动生产率，最大程度地提高数据维护的效率，避免因数据不断更新而造成成本增长。另外，还应具有较低的开发成本和数据维护成本。
3.3 底图选择[3]
GIS的空间数据是系统主要数据类型，即明确表达管道等设施在什么位置(空间位置)的数据。其建立主要依靠城市地形图，而近年来城市建设的速度非常快，需要经常修测城市地形图，而修测地形图投入大，费用高，企业难以承受。少数城市注重城市地形图的管理，建立了统一协调、信息共享的管理体系，并且投入了大量资金，从而保证了地形图能够及时修测。地形图数据一般有3个来源：①由当地规划测绘部门绘制；②由道路建设单位或小区开发商提供；③燃气公司对旧管线建设地区自行测绘。对于众多数据的处理，要注意这样两个问题：数据格式的转换，图幅接边(坐标比对)。地形图大多采用矢量数据，对于矢量数据，不同来源采用不同的数据格式，这要求燃气GIS能把来自测绘等部门的数据转换成本系统适用的数据格式，其最快捷的方式是把不同系统的图形文件和属性文件转换成DXF格式，DXF文件是标准的ASCII文本文件，很容易转换成其他图形文件格式。
3.4 模块建设
GIS数据主要有两类：①空间数据，即描述管道等设施空间位置的数据，是地理信息系统的重要组成部分，常用的数据获取方法有扫描数字化、手动输入、实地测量、利用GPS等。空间数据包括长输管道、中压干管、低压管道、庭院管道、管道附件、门站、储配站、区域调压站、调压箱、用户等设施的空间位置。②非空间数据(属性数据)，系统功能的拓展及发挥在很大程度上依赖于此。非空间数据包括管道编号、图号、燃气类别、管道类别(高压、中压、低压)、敷设年月、管径、管壁厚度、材质、防腐层种类、验收单位(编号或名称)、验收资料编号、施工单位编号、维修单位编号、竣工图号、管理单位编号、使用日期、巡检周期、维修周期、使用年限、阴极保护站号、维修记录表格等属性数据。空间数据模块的选择及建设具有很强的行业性及针对性，即一方面要考虑燃气行业特点、行业规范，另一方面也要考虑使用者输入及浏览的方便性。属性数据模块规划是系统规划建设中重要组成部分，它直接决定今后系统的应用水平及效率，建设中应注意各属性之间、表之间的关系，并应适当地预留扩展余地。
3.5 人员培训
要搞好GIS的应用工作，就必须对GIS的管理人才、技术人才作好相应的规划，尤其是对相应的技术技能培训工作，要加以注意并进一步落实。其中系统管理人员的配备尤为重要，要对系统进行维护，有效地处理系统运行中出现的问题，系统才能发挥作用，因此对人才的培养必须高度重视。实际具体操作可以从两方面切入：一方面结合系统规划制定切实可行的系统操作指引，包括基本命令操作、功能调用、系统规划及常见问题解决方案；另一方面重视对人才引进和培养，共同构建GIS应用的坚实基础。
4 建议
① 数据管理[2]
建立城市燃气GIS应从深刻理解“三分软件，七分管理、十二分数据”开始，数据的输入及管理是系统成败的关键因素。没有完整、准确的数据，系统就失去了基础，燃气管网信息系统中最有价值的不是硬件和软件，而是数据，只有完整准确的数据才能使得系统的功能得到充分发挥。数据的录入和维护是动态的。系统初具规模之后，功能是否高效发挥，完全取决于数据能否实现动态更新。也应认识到系统数据库的建立不是一蹴而就的，也不是一成不变的，应按照系统建设规划思路分阶段实施。
② 系统应用
一定规模的数据输入系统后，如何使公司更多的人共享使用、浏览GIS数据，成为系统应用中的首要问题。GIS采用的数据库平台软件购置费与使用(登录)人员数量有关，为节约资金也没有必要为增加几个系统浏览权限而额外购买软件使用权限(账号)，再者过多的电脑安装GIS平台也不利于系统管理。实际应用中可设法导出GIS数据(包括管道、调压器、阀门等设施属性)到Microstation(或类似于CAD的矢量绘图软件)，使用者电脑只需安装Microstation即可实现GIS中基本的查询浏览功能。这种做法至少有两方面益处：公司不需购买更多的数据库平台使用权限，节省系统造价；提高GIS在公司的应用效率，可以使更多人享受到GIS的开发成果。
参考文献：
[1] 朱恩利，李建辉.地理信息系统基础及应用教程[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2] 陈琴，张天华.城市燃气管理信息系统的应用[J].煤气与热力，2009，29(10)：B26-B29.
[3] 韩杰，刘兴华，王炳强，等.地理信息系统与电子标志系统在燃气管网的应用[J].煤气与热力，2009，29(9)：B24-B27.
 
(本文作者：白连明 储强 宋桂平 宜兴港华燃气有限公司 江苏无锡 214200)