冼國棟1 王蕾2 吳森2

1.中國石油西南管道公司； 2.四川省地質(zhì)工程勘察院

摘 要： 以管道為中心線(xiàn)，融合地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險專(zhuān)題信息與基礎地理、地質(zhì)災害、管道要素等數據，構建了管道兩側1 km范圍內以Oracle為載體的地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性數據庫。采用B/S+C/S的體系結構，基于Skyline設計并開(kāi)發(fā)了油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統，實(shí)現了油氣管道沿線(xiàn)地質(zhì)環(huán)境信息三維瀏覽、查詢(xún)、分析等功能，解決了油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險可視化的管理問(wèn)題，為油氣管道數字化建設、日常管理工作提供了科學(xué)有效的管控手段與信息化支撐，同時(shí)也為類(lèi)似系統研發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞： Skyline；油氣管道；地質(zhì)環(huán)境；風(fēng)險性

近年來(lái)，隨著(zhù)信息技術(shù)和完整性管理技術(shù)的推進(jìn)，國內外管道運營(yíng)管理發(fā)展迅速，建設數字化管道已經(jīng)成為國內外管道運營(yíng)者的主要目標，管道企業(yè)均建立了 GIS 系統和完整性管理系統，并取得重要成果[1]。但隨著(zhù)管道信息化的推進(jìn)，管道相關(guān)數據量呈爆炸式增長(cháng)，數據來(lái)源各有不同，如何利用和管理好這些數據成為管道信息化發(fā)展的一個(gè)瓶頸問(wèn)題；且管道所經(jīng)地區地質(zhì)構造復雜、地貌類(lèi)型多樣、人類(lèi)工程活動(dòng)強烈，導致管道沿線(xiàn)孕育地質(zhì)災害種類(lèi)多樣，對油氣管道運營(yíng)構成較大制約和影響，同時(shí)可能會(huì )造成巨大的經(jīng)濟損失[2]。為提高管道相關(guān)數據的可用性，提高地質(zhì)災害風(fēng)險管控及防治工作信息化程度，通過(guò)信息化手段建立基于Skyline平臺的油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統[3]，實(shí)現管道、地質(zhì)災害及地質(zhì)環(huán)境的直觀(guān)化顯示、可視化操作，達到各類(lèi)信息的多源整合、及時(shí)分析、實(shí)時(shí)發(fā)布、共享利用，盡可能減少地質(zhì)災害威脅的風(fēng)險，為油氣管道地質(zhì)災害的風(fēng)險預判、后期治理提供輔助決策[4]。

1 系統總體設計

油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統采用B/S+C/S的體系結構，以穩定性和通用性為主導，進(jìn)行分層設計與開(kāi)發(fā)。為了實(shí)現平臺的開(kāi)放性、靈活性、可擴展性以及數據的可復用性，系統從邏輯上分為數據層、功能層和應用層[5]。如圖 1所示。

數據層是整個(gè)系統的核心。通過(guò)構建管道沿線(xiàn)地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性數據處理標準，在建庫過(guò)程中，相關(guān)業(yè)務(wù)產(chǎn)生、傳遞、共享、應用數據信息形成完整的數據信息流[6]。

功能層是整個(gè)系統的重要組成部分。主要為系統提供三維地理信息服務(wù)和涉及管道運營(yíng)業(yè)務(wù)流的相關(guān)功能服務(wù)。其中提供三維地理信息服務(wù)的底層平臺為 Skyline，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)為系統提供二三維地圖瀏覽、管道相關(guān)信息查詢(xún)?yōu)g覽，并在此基礎上展開(kāi)統計分析等工作。

應用層是系統的關(guān)鍵，它直接與用戶(hù)實(shí)現交互。該層建立在功能層軟件基礎之上，通過(guò)三維地理信息服務(wù)和GIS服務(wù)所提供的基本功能，開(kāi)發(fā)出用戶(hù)所需的管道相關(guān)數據庫管理、海量數據無(wú)級瀏覽、預警預報等功能，實(shí)現油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統的易用性和人性化。

2 系統數據分類(lèi)和入庫

2.1 數據分類(lèi)

該系統數據類(lèi)別包括空間數據、屬性數據及文件數據，其中空間數據分為基礎地理要素、地質(zhì)環(huán)境要素、管道要素、地質(zhì)災害要素和三維模型五大類(lèi)。屬性數據分為系統元數據、空間矢量數據屬性、文件數據關(guān)聯(lián)數據三大類(lèi)，每類(lèi)數據中又對應多個(gè)屬性數據。文件數據分為現場(chǎng)照片、 CAD剖面圖、野外調查表EXCEL、音視頻文件、災害治理相關(guān)文檔及其他以文件方式存儲的數據�？臻g數據的構成見(jiàn)表 1。

2.2 數據入庫

所有數據由Oracle11g數據庫統一管理，其中基礎地理、地質(zhì)環(huán)境、管道和地質(zhì)災害數據為Arcgis格式的矢量文件，通過(guò)Arcgis Server中的WMS服務(wù)發(fā)布后，以多級流方式的形式加載到Skyline工程文件中。三維數據直接存放在服務(wù)器端，通過(guò)Skyline平臺的TerraGate軟件發(fā)布，用戶(hù)即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)到三維模型和MPT地形文件。對于文件數據的入庫，由于要和入庫后的空間、屬性數據進(jìn)行掛接，因此在統一進(jìn)行數據整理的時(shí)候，需要將文件數據的路徑和命名同關(guān)聯(lián)表掛接串聯(lián)，最后將記錄和空間數據進(jìn)行合一。

3 系統功能實(shí)現

系統功能主要包括三維地理信息模塊、基礎功能模塊、系統管理模塊，實(shí)現三維場(chǎng)景操作、統計分析、地質(zhì)環(huán)境信息查詢(xún)統計等功能。見(jiàn)圖 2。

3.1 三維場(chǎng)景操作

三維場(chǎng)景操作主要是指在三維場(chǎng)景中的互動(dòng)瀏覽。系統可以通過(guò)鼠標、鍵盤(pán)、操縱桿以及任意組合方式來(lái)控制飛行的速度、高度和俯仰角[7]。系統通過(guò)按管道飛行、按重點(diǎn)區域飛行和用戶(hù)自定義飛行三種方式，模擬無(wú)人機在管道上空飛行畫(huà)面，形象地展示管道全貌。

3.2 剖面分析

地形剖面分析用來(lái)分析地面上任意點(diǎn)間的坡度和高程情況，分析的結果是繪制出剖面圖。主要實(shí)現如下功能：繪制任意兩點(diǎn)間地形剖面圖；顯示剖面圖中的最大、最小坡度；定位任意一點(diǎn)在三維場(chǎng)景中的位置；顯示起始點(diǎn)的位置與高程信息；調整采樣點(diǎn)間距重新進(jìn)行計算。如圖 3。

3.3 坡度坡向分析和淹沒(méi)分析

系統通過(guò)與用戶(hù)的交互，實(shí)現對三維場(chǎng)景中的任意范圍內坡度坡向進(jìn)行分析，得出該范圍內的坡度坡向圖，同時(shí)提供單點(diǎn)的坡度坡向信息查詢(xún)。淹沒(méi)分析功能實(shí)現顯示洪水淹沒(méi)面積范圍，可以清楚地確定洪水威脅的地方，對于高程低的地方可以劃為危險區域，無(wú)論對防災減災還是災后處理都有重要參考價(jià)值。見(jiàn)圖 4、圖 5。

3.4 等高線(xiàn)分析和土方量分析

用戶(hù)通過(guò)在三維場(chǎng)景中畫(huà)多邊形的方式生成任意區域的等高線(xiàn)數據，可以隨意調整等高距而得出不同的等高線(xiàn)圖，并可將系統分析得出的等高線(xiàn)圖以矢量數據的形式導出。土方量分析功能是用戶(hù)修改地形（挖方或者填方），系統自動(dòng)計算出挖方或者填方的體積。見(jiàn)圖 6、圖 7。

3.5 數據查詢(xún)、分析和統計

數據查詢(xún)統計是本系統中對空間矢量數據的重要操作，要求系統支持多種查詢(xún)方式。包括點(diǎn)查詢(xún)、拉框查詢(xún)、緩沖區查詢(xún)、多邊形查詢(xún)、行政區查詢(xún)等多種空間查詢(xún)方式；通過(guò)任意屬性字段查詢(xún)，組合查詢(xún)等實(shí)現多粒度、跨存儲數據表的查詢(xún)；并支持標準格式的統計匯總和圖表展示、支持用戶(hù)向導式數據統計匯總，可以自定義和保存統計規則；系統支持緩沖區分析、疊置分析等GIS通用空間分析功能，根據數據分析結果生成成果報告，并以WORD、 EXCEL、PDF等文件形式輸出[8]。

3.6 系統管理

可針對用戶(hù)類(lèi)型或數據類(lèi)型分配相應的物理存儲空間，配置物理數據庫的位置，配置數據庫連接參數，數據庫配置參數、網(wǎng)絡(luò )連接參數、設置外部組件注冊目錄等[9]。提供包括用戶(hù)管理、日志管理、系統管理、權限管理等系統管理類(lèi)基本功能，確保系統的安全和正常運行。

4 結論

本文以Skyline為基礎平臺，利用該平臺系列軟件，結合GIS技術(shù)和空間數據挖掘技術(shù)對海量數據進(jìn)行整理運算，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)構建油氣管道地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫。建立以管道為中心，以地質(zhì)環(huán)境為背景，以地質(zhì)災害點(diǎn)為關(guān)注對象的三維場(chǎng)景。為管道地質(zhì)災害風(fēng)險識別、管理、控制提供依據；為地質(zhì)災害防治、應急指揮、搶險救災、防災減災工作信息化管理和實(shí)施治理工程規劃等提供信息支撐和服務(wù)。

參考文獻：

[1] 董紹華,張河葦.基于大數據的全生命周期智能管網(wǎng)解決方案[J].油氣儲運,2017,36(1):28-36.

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[3] 何書(shū)鋒,魏合龍,林文榮,等.基于Skyline的海洋地質(zhì)三維可視化系統開(kāi)發(fā)與實(shí)現 [ J ] .海洋地質(zhì)前沿,2016:34(3):54-62.

[4] 魏世磊,徐泮林,董娟.基于Skyline的城市三維管線(xiàn)管理系統設計與實(shí)現[J].測繪與空間地理信息,2018:41(7):195-204.

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[6] 郭磊,許芳霞,周利劍,等. 管道完整性系統數據集成與應用[J].油氣儲運,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.

基金項目：西南管道公司“西南管道公司管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害發(fā)育分布規律研究及地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫建設”（20150019）

作者簡(jiǎn)介：冼國棟，高級工程師， 1962年生， 2011年碩士畢業(yè)于西南石油大學(xué)防災減災工程與防護工程專(zhuān)業(yè)，現主要從事管道管理、管道搶維修以及管道地質(zhì)災害風(fēng)險防治工作。

創(chuàng )新點(diǎn)內容：油氣管道風(fēng)險性圖形庫系統數據庫中涉及各類(lèi)數據共有數十余類(lèi)，數據量較大且數據來(lái)源、格式、坐標等各有不同。隨著(zhù)系統的運行，不排除將來(lái)達到TB級，普通GIS平臺難以負荷如此海量數據。 Skyline平臺支持多臺機器或多CPU同時(shí)運行，協(xié)同負載，最大限度提高數據運算速度。加之平臺對地形數據和矢量數據具有分級瀏覽和多種方式加載等操作，故用戶(hù)在系統上對各類(lèi)數據的瀏覽查詢(xún)、統計分析響應速度快，實(shí)現了根據量級順序減少運行時(shí)間，達到快速處理TB級數據的目的。