燃气管网地理信息系统
1、系统背景(b2b电子商务网)
燃气行业中，管网及其附属设备的属性数据是最重要的基础数据，也是最庞杂的管理数据。而传统的管理方法则存在着诸多弊端：纸张图纸种类多、数量大、易破损；查询统计困难；管网拆改后图纸更新速度慢……
更重要的是，燃气的高危险性决定了处理突发事故的重要性和紧迫性。由于燃气管网多埋于地下，相邻管线错综复杂，因此在抢修和决策时常常无法做出迅速响应。另外，及时了解管网设备的腐蚀程度,合理维护维修，优化管网负荷，各个系统之间的信息共享等等都是企业面临解决的问题。
2、系统概况
2.1 概述
为充分发挥GIS的技术优势，为燃气管网管理提供及时、科学的决策依据，同时还要与公司现有信息系统及以后要建立的信息系统，如CAD系统、SCADA系统、用户系统、OA系统，充分结合在一起。
系统功能概要
l 数据处理（输入、输出、编辑维护）
l 查询统计分析
l 紧急事故处理
l 管网维护维修
l 辅助设计
l 用户管理
l 实时监测
l 离线应用
l 安全管理及其他功能
系统性能概要
l 系统用户界面友好，简洁，操作简便，通过定义数据字典(数据编码)减少汉字输入量。
l 系统具有良好的可维护性，便于系统维护和再开发，
l 系统具有良好的安全性，对档案资料提供数据备份功能,根据需要按时进行数据备份,以备发生意外。
l 该系统平台应为完全中文版，并有完整的开发参考手册
l 该系统平台及相关软件要有较强的先进性、标准性、兼容性和可扩充性、升级性。
2.2 系统功能简介
2.2.1数据组织与处理
输入基本管线信息及其资料信息，为信息利用做准备。并可以对地图数据和属性数据进行修改、删除。同时可以从打印机或绘图仪上输出地图和属性数据。
一、地图
1. 地图组织管理
地图按分幅和层来管理，地图图层按地图要素即等高线、绿化、水系、街道、建筑物、铁路、架空杆线、标注、各类管网、各类燃气设备（阀门、接管点、调压站、压力表等）分层。系统提供由用户自动分层及编辑处理分层的功能。
分幅按1：1000标准分幅图来划分。
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建筑物 |
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道路 |
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绿地河流 |
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燃气主干管网 |
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其它管线：动力电缆，自来水 |
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燃气分配管网 |
(地图分类分层示例图)
2、地图编辑
提供修改地图的功能，包括对地图各要素的增加、删除、修改功能。
3、数据转换
提供矢量数据与栅格数据的相互转换功能，支持MapInfo、ESRI、Autodesk、CAD等数据格式的转换，支持SQL数据；
4、地图装入和提取
按分幅或按区装入、显示地图。
5、地图输出
用绘图仪或打印机按分幅,按全貌或局部分绘出地图；打印方式应用多种，如可按指定区域打印，按某条街道打印，按设定比例打印出图。等方式进行。
二、属性数据
1、属性数据表的录入、删除、修改
设备属性的输入包括对话框方式、单独列表方式、浏览器方式、批输入方式、自动输入方式等。
属性数据表包括管网及管网上所有设施的属性信息，如：基本管线信息，储配站信息，调压设备信息，阀门信息，变径点信息，跳出点信息，小区信息，楼房信息等。
属性数据表有以下几类：
.基本管线信息表
.管线信息表
.各类设备信息表
2、数据转换
支持MapInfo、ESRI、Autodesk、CAD等数据格式的转换，支持SQL读写数据；
3、报表输出
把属性数据用通用数据格式输出，如文本，EXCEL等报表格式输出。报表输出要能方便地进行设置，报表格式要能自定义，能进行图文打印。
报表内容：各业务部门日常工作中需处理的各种报表。如：各种管网设施的维修报表，设备改造报表等。
三、地图工具
² 放大缩小
指定区域或放大倍数对地图进行放大缩小
² 漫游
可以在显示窗口内上下左右任意平移地图
² 测量
任意两点间距离，折线长度、图形面积和周长等量算工具。
² 定位
地图管线、属性数据、特定位置定位显示。
2.2.2查询统计分析
一、查询
图文互查：地图查属性和属性查地图
l 从地图上查询属性：
按设定的矩形、圆形或鼠标点中要查询的点或管线，显示查询结果。
l 从属性数据查询地图：按编号、属性种类、特定用户资料等查询，也可以按属性的任何条件进行模糊查询。
综合条件查询：可以对各种管道与设备信息的简单查询和限制多种条件的综合查询。
查询结果在地图上用醒目的颜色显示被选中的要素。查询深埋的阀门，并可调阅相应栓关小图。
二、统计分析
统计功能包括属性统计、区域统计、条件统计和管网资料统计，统计结果能以报表和图形输出，可生成面积图、饼图、折线图、直方图、X-Y图等各类统计图表示。
u 各种管线属性的统计；
u 管线上各种设施的统计；
u 选中管线或接管点的供气负荷（理论、实际、剩余）统计计算；
u 选定小区供气负荷（理论、实际、剩余）统计计算；
u 储配站供气负荷（理论、实际、剩余）统计计算；
u
全市供气负荷（理论、实际、剩余）统计计算；
提供横、纵断面的自动生成和三维立体管线图的自动生成，能实时观察横断面、纵断面和立体图，并能进行参数等的设定、调整，能进行属性查询，三维图形可以以任意角度进行观察，图形能输出。
2.2.3应急处理
在爆管或低压作业等情况下，指定管道后自动显示应关闭的闸，以及因此影响到的范围和用户。在阀门难以关闭或现场无法找到的情况下，系统提供二级、三级搜索，并快速地形成抢修派工单。
基本流程如下：
u 显示管段的高度或埋设深度、管径大小、长度、材质等数据；
u 搜索出故障点相关的竣工图，单体图等图形要素；
u 搜索应关闭哪些阀门，显示其位置；
u 同屏给出多级关阀方案，即当某个阀门出现不能操作时关上级关阀方案；
u 用特殊颜色显示受影响的管线和阀门等的情况；
u 用特殊颜色显示受影响的居民区。
（应关闭阀门的栓关小图）
（抢修派供单）
2.2.4管网维护维修
一、 检查维修档：
管网设施建立维检修档案，对巡线等管网及其各种设施的日常维护、维修进行统一管理、分析、安排。
二、 管网安全管理：
对使用年限、腐蚀程度、违章占压、管线露铁点等情况进行统计分析，消除安全隐患。
2.2.5辅助设计
l 现状条带图：某井位、阀门或管线周边一定距离内建筑物、管网等的状态。
l 与CAD系统无缝结合：系统提供模块，CAD系统平滑进出，建立工作流程，由管网所根据竣工图完善修改设计图。
l 设计图及相关文件（栅格图）的图档管理。
l 改扩建分析：管网改造或新建时，对现有管网设备的扩展能力进行分析。
2.2.6用户管理
一、 用户入网：新用户信息入库，并将其平面图送达设计部门做施工设计。
二、 收费：发布供气通知、收费并打印相关票据。
三、 查询：对用户信息（小区、楼号、单元、房间）、状态等图文信息进行多种条件的关联查询。
四、 统计——分析区域内用户的交费、供气情况，提供报表、直方图、饼图、折线图等各种表现方式。
2.2.7实时监控与调度
根据实时压力、流量等数据传感器传来的信号，系统自动接收信息，并将数据存储的数据库中，以利于数据的管理和绘制平面、三维、彩色三维水压等统计图（直线图、点密度图、三维直方图）。
根据监测情况，调整供气方案，并将调度指令下达。
2.2.8水力计算及仿真
与水力计算和仿真系统结合对管网进行深层次分析，需功能实现流向分析，等压线绘制，水力平衡计算等功能。这些功能建立在系统各项数据已完善的基础之上。
2.2.9 网络发布
使整个公司所有相关部门可直接在内部网上查到基于图形方式的管网信息数据。
2.2.10安全管理及其他
一、操作用户管理
可以增加、删除操作用户、修改用户口令和权限，以便对地图数据进行安全保密管理。地图数据和属性信息表数据进行备份、修改以备遇到以外事故破坏数据或系统时可以恢复。
二、故障恢复
管径等级编码可采取对系统数据根据需要进行数据备份等措施对硬盘损坏或系统故障等进行故障恢复提供数据备份工具与扩充数据库的功能。
三、字典维护
数据字典包括下列几类：
.材质编码
.施工单位编码
.管理（管养）单位编码
.压力等级编码
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3、系统性能与技术特点
3.1 界面友好
1) 系统采用标准化的菜单格式,用箭头键或鼠标进行功能选择,数据录入采用表格填充方式,屏幕表格尽量靠近手工表格,让操作人员采用象日常工作中填表一样的方法录入。
2) 系统具有良好的可视性、易操作性和界面容错能力,使操作人员的误操作不致引起系统或界面的混乱和破坏数据,确保数据安全。
3) 所有编码的数据均可直接或开窗提示录入,对有可能使用数据字典的地方,力求采用数据字典以减少汉字输入量。
4) 系统备有大量简明的提示及帮助信息,随时指导用户正确地进行操作。
3.2 数据的完整性
进入系统的重要数据在进入数据库之前应进行完整性检查,保证机内数据的完整性。
3.3 系统效率
系统响应时间满足实用要求,在程序开发设计方面注意算法的优化,对数据文件进行合理的组织索引,以提高响应速度,使其能满足实际应用的要求.各类数据处理精度满足用户实际需要。
3.4 关键技术
3.4.1面向对象技术
最优的软件开发方式，构造结构优良、可进化的软件产品
需求分析、设计、开发全过程采用ROSE面向对象管理工具
3.4.2海量空间数据存储技术
采用高性能、稳定、可靠、安全、24x7的企业级数据库系统
空间数据与属性数据全部存放在关系数据库中
3.4.3支持标准SQL查询分析
支持标准的SQL查询分析，可以直接与数据库连接
支持空间数据的SQL查询分析，实现属性数据和图形数据的无缝互查
3.4.4方便灵活的图层管理功能
采用工作空间建立地图图集概念，方便保存当前工作和恢复工作流程
同一图层包含点、线、面和标注各种地图对象，而不用分成点、线、面、标注等多个文件。
3.4.5丰富的专题图制作功能
MapInfo可进行丰富的专题图制作功能，不但包括独立值专题图、范围专题图、直方图、饼图、等级符号、点密度专题图，还包括可体现污染情况、高程等过度变化的渐变专题图
3.4.6针对行业的技术储备
支持行业标准的管网网络分析，建立管网拓扑关系。
支持应急处理方案，为紧急事务处理提供决策支持。
3.4.7方便灵活的多接口扩展
系统充分考虑CAD系统、MIS系统、用户管理系统、SCADA系统等其他系统的扩展接口。
融合多种数据源的数据：图象数据、CAD数据、其它地理信息系统的交换数据。
实现设计和管理系统有机融合。
4、系统方案设计
4.1 系统硬件平台
燃气管网管理信息系统数据量大,实时性能要求高,因此考虑在燃气公司中心采用一台高性能服务器。
A．主要用于整个燃气数据的存储与管理。
B．处理速度快，实时响应的要求高。
C．各站上，由于要及时修改管网现状数据，所以要求有较强的图形处理能力，我们推荐使用高性能微机一台。
D．对系统数据维护工作站，需要及时输入修改的管线信息，所以可选配以下设备：
数字化仪一台
绘图仪一台
打印机一台
4.2系统软件平台
4.2.1 Microsoft Windows SERVER操作系统
美国微软公司
Windows SERVER
在燃气公司中心我们推荐使用美国微软公司的Windows SERVER，其理由如下:
.NT是一个性能良好的网络操作系统，便于将来建立公司居域网。
.NT是一个跨平台操作系统，便于在不同的硬件平台间进行移植。在系统初建期可以在微机上开发和实验，条件一成熟就可以快速移植到更高档的计算机上。
在各工作站我们推荐使用美国微软公司的Windows，其理由如下：
.Windows已成为微机上的操作系统的最佳选择，其中英文版本已成为大部分微机的预装操作系统，随及其一起销售。
.操作简便,直观,容易学习。
.功能强大,Windows中包括了许多实用工具,比如图象(画笔)、文字处理(书写器)、通讯(终端仿真程序)、卡片管理(卡片盒)等.同时目前绝大部分软件都可以在Windows上运行,比如Word、Excel、电子邮件Mail、MapInfo等，可以实现办公自动化，并很好地进行地理信息系统集成。
.便于扩展和升级：微软公司已开发出于Windows完全兼容的更先进的操作系统Windows、Windows SERVER等，在Windows上开发的应用系统可以方便地移植到这些更新的操作系统之上。同时，Windows SERVER已经支持MIPS、Intel、ALPHA等多种计算机芯片，这意味着它可以在DEC、SGL等多种品牌的工作站上运行，这就使向更高级的机器上移植时可以保护已有的应用软件投资。
4.2.2地理信息系统（GIS）平台
燃气管网管理信息系统是一个典型的地理信息系统的应用。自从世界上第一个地理信息系统CGIS在加拿大问世以来，经过三十多年的发展，已经发展成为计算机行业中的一个独立产业。无论从技术上和市场上来说都已经与普通的计算机系统有巨大的差异。例如：
l 数据分为空间数据（即地图数据，比如地图中管线的坐标串、管线的连通性、变径点的位置等）和属性数据（即空间对象的数字、文字数据，比如变径点的前后管径，管线的材质、埋深等）。
l 空间信息与属性数据的联接：这是地理信息系统的关键技术之一，前后使用过两种技术，第一种是通过坐标（即空间位置）建立一种空间对象（比如变径点）和其相应属性（比如变径前管径、变径后管径）之间的对应：另一种是通过给空间对象和相应属性赋予相同的编码。目前这两种技术共存。
l 空间数据表示模型：这是地理信息系统的又一关键技术。其方法很多，目前比较流行的是用点、线段（弧段）和面（多边形）的表示方法，现在正在研究的是面向对象的模型。
l 地图分析技术：一般的画图或CAD系统也可以数字化和绘制地图，但它们与真正的地理信息系统的区别在于地图分析技术。比如联通性分析、环域分析（BUFFER）、叠加分析等。
……
在世界范围内管网管理信息系统都已被认为是地理信息系统的典型应用，其中的燃气管网的空间数据和属性数据联合操作、联通性（比如关闭阀门后的管线影响范围）、环域分析（查询距离街道边的M米内的所有管线）等都是必须用到地理信息系统的技术来解决的问题。根据我们的经验和燃气管线系统的特点，我们推荐使用美国Maplnfo公司的软件作为地理信息系统的开发和运行平台。
美国MapInfo公司
美国Maplnfo公司是成立于1986年的一家专业地理信息系统公司，1994年正式成为股票公开发行的公司，在此之前公司已经连续30个季度盈利并且增长。目前在北美和欧洲的十个国家设有办事处，在全球40多个国家设有分销商，
用户可以选择16个语言版本的Maplnfo产品，并且在全球拥有5000个软件使用权以及更多的最终用户，成为世界桌面地理信息系统技术和市场的领导者。
MapInfo产品
Maplnfo6.0支持多用户结构和先进CLIENT/SERVER结构。
l支持多种数据库（Oracle、Sybase）连接，便于扩展。
l强的空间和属性信息查询能力。
l良好的汉化环境。
l拥有较强的二次开发工具MapBasic或MapX与VB、VC等开发工具结合，便于系统功能进行扩充。
l可以运行于Windows95/98、Windows SERVER之上，并同时具有微机版本和工作站版本，系统升级或扩充时可以很好地保护已有投资。
因此，我们推荐使用地理信息系统MAPINFO作为开发和运行平台。
4.3 应用开发
为了能实现功能需求中所述的功能，并满足其性能要求，需要利用Maplnfo 的开发工具 MapBasic 或 MapX 与 DELPHI、VC、VB 等开发工具结合进行再开发。开发的工作量直接跟应用系统的功能和性能有关。
4.4 数据
4.4.1 数据准备和入库
数据是建立地理信息过程中很重要的一个部分，直接影响到系统的成功与否。
数据准备是一个费时、费力的过程，但其准确性及完整性是整个系统数据准确及完整的基础，基础资料包括准确的管线地理信息资料，管线属性信息资料，用户信息等。
解决：建立数据录入的流程，确定专人负责资料整理、录入、校核及修改。
4.4.2 数据更新
市内地形数据的变更，管线信息的变更等都需及时送到系统中，否则会出现系统数据与真实数据不一致的情况。
解决：建立并下发数据修改更新制度，所有数据产生方及修改方要及时将信息反应到系统中。
5 GPS定位系统
5.1项目背景
随着城市化建设不断提高，城市配套的基础设施建设不断完善，城市可持续发展不断要求城市的管理日趋科学化、现代化。随着人民生活水平的提高和国家能源结构的调整，天燃气正逐步进入千家万户，然而，燃气作为一种高能能源，在存储、运输、使用过程中都存在不同程度的危险，有可能对人民群众的人身安全和财产安全造成相当大的危害，随着城市区域不断扩大，管网错综复杂、设施更新维护日益频繁，传统的人工管理方式、纸质记录方法、陈旧的管理理念已经无法满足日益壮大的城市管网运行管理。
燃气管线和管线附属实施的巡检工作是各燃气管网运维部门有效保证管网设备安全、提高输气可靠率、确保输气管道最小故障率的一项基础工作。目前，普遍采用的是人工巡视、手工纸介质记录的工作方式，这几种方式存在着人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作、巡检数据信息化程度低等缺陷。
如何有效提高巡检工作质量？如何有效地将巡检数据信息化？如何消除巡检工作过程中的安全隐患？这些问题困扰了巡检部门很多年，进行了多方面的尝试，比如采用条码、IC卡、信息钮等手段对巡检人员的工作进行监控，但是实际效果并不理想。最大的原因是要在现有的管道和设备上安装新的设备，不仅安装工作量巨大、成本高昂，而且由于设备多在野外、风吹雨淋、强电磁场、人为损毁等原因，现场设备上安装的条码、IC卡和信息钮等信息设备损坏严重，增大了巡检工作的工作量，因此都没有得到大规模的使用和推广。
5.2系统简介
输气管线置于野外，无人看管，遭到自然或人为因素的破坏，需要定期巡检。野外巡检工作辛苦，加之管线在大部分情况下又处于良好状态，使得巡检人员麻痹大意，往往不能按规定程序进行巡检。这样就不能从根本上杜绝事故隐患。
管网智能巡检系统的推出，彻底改变了巡检工作中的诸多问题，主要体现在以下方面：
* 不需要在巡检设备和管道上安装任何设备，大大降低了系统的采购和维护成本；
* 有效地保证了巡检人员巡检质量，提高了设备和管道的安全可靠性，消除安全隐患；
* 采用无线网络和GIS技术，实现管道巡检工作的信息化管理。
燃气管道巡检系统针对巡检工作实际需要及特点，具有巡检线路安排、远程数据同步、人员实时定位、数据永久保存、工作状态监督、隐患及时上报、问题处理记录、数据汇总分析等功能，并可与管道企业现有信息系统无缝连接，有效的了解、检查巡检工作状态、及时的发现管道的缺陷情况，提升输气设备运行安全性、降低生产运营成本、提高工作效率，具有低成本，轻便易操作，设备使用时间长等显著优点。
经过多次现场实验，实践证明该系统可以有效的降低人为因素带来的漏检或错检等问题。由于采用了该系统，管道和设备检修部门在巡检工作上第一次实现了无纸化数据采集，同时使设备和管道管理部门有效的监督巡检人员的工作情况，实现巡检工作电子化、信息化、智能化，从而最大程度提高工作效率，保证了输气设备的低故障率安全运行，推动燃气企业的科技创一流工作。
5.3建设目标
本巡检系统将实现以下目标：
（1） 实现天然气管道巡检管理的实时化、科学化，提高维护管理水平及工作效率；
（3） 通过使用GPRS网络将巡检数据以及定位数据实时传输到巡检管理部门。
（4） 通过对巡检系统数据的汇总和分析，及时发现管道线路中的故障隐患。
（5） 科学的管理和安排巡检人员的巡检工作。
（6） 为巡检维护管理工作提供一种科学有效的手段。
5.4总体结构
示意图如下：
巡检人员在外出巡检时，通过PDA巡检器，自动（每隔1分钟，间隔可设置）或手动向中心发送一条报文，汇报当前巡检人员的位置，时间，速度等信息，若发现故障，则把故障类型、设备编号并结合当前的GPS定位信息发送到监控中心。为了提高定位准确率，采用了先进的坐标推算筛选法，取最优点保存发送。
监控中心接收到上报信息并进行运算处理存储。系统对接收到的信息通过系统进行读取，分解出隐患发生的时间、地点、设备类型，发现者，并把这些数据信息自动存入数据库服务器，并同时在平台上发布。
监控终端借助GIS系统在电子地图上实时地显示巡检状态，如显示各个巡检人员发现的故障点，各类故障的紧急情况，处理情况，目前状态，各巡检人员在某一时刻的位置和巡检路线。
系统还可以对存放在数据库中的各类历史数据进行统计、汇总、分析，用各类图表或报表的格式显示某种故障在某段时间内发生的频率和发生对象，供管理人员通过预测分析加强管理和制定应对措施。达到事前控制的目的，以减少事故发生率，确保安全大生产的顺利进行。
5.5系统网络需求
系统网络分为两部分：内部办公网络，移动G网，intel网。
监控中心在企业内部办公局域网的平台上使用，并开通互联网连接。
远程巡检终端（PDA）在巡检现场，信息接收采用移动G网的GPRS方式，每部终端都需开通移动GPRS服务。监控中心则要求在信息接收服务器上提供一个外网IP地址以及端口号，用以接收GPRS数据。
智能掌上电脑(UMPC)，通过互联网连接服务器端，与之通讯。
5.6 巡检软件主要功能
1、实时及历史轨迹回放功能：
可显示巡检人员的当前位置、各点的时间、巡检时长、巡检路程、时速、巡检有效性（如到达巡检点则图标变成红色，否则不变色）；
2、施工图纸、文件、图片、数据等资料集中管理：
可将一些重要管网工程施工图、迁改资料情况、用户资料等进行集中管理，可在电子地图上查阅或更新、有效防止因人员变更造成资料流失。管理者只需简单的操作即可在第一时间内了解相关的资料文件，为决策提供依据。
3、快速查找设施位置功能：
由于受道路修建、违章开挖等影响，在抢修现场可能会遇到标识或设施被人为移动等情况，影响了现场人员对地下管道位置的辨认，进而影响了抢修的进度……而现在，现场抢修人员只需使用专用GPS巡检器，通过系统的管网位置查找模块，便可快速确认设施或管网位置，从而赢得宝贵的抢修时间；
4、隐患管理
GPS可通过预设的32个隐患（隐患名可预设，6个汉字）及各隐患对应的16个参数（参数名6个汉字，可预设；参数可通过手动数字录入）来描述隐患。发现隐患时，只需选择相应的的隐患及参数，即可将当前位置、隐患及参数一并发送到服务器、并在GPS上保存记录，操作简便。用户可在图上实时查看隐患分布及处理状态等；
5、资源普查功能：
用户可在进行管网路由数据采集的同时建立完整的管网路由、设施资料及分布图，完成一次资源普查工作。
6、管网迁改标识管理
通过本功能可将管网迁改及相关资料进行标识并集中管理，可在电子地图上对迁改资料查阅或更新，为抢修或维护提供第一手资料。
7、管网图层自动更新
可根据经纬度信息自动更新管网图层；同时可通过设置按线路等级、架设、区域方式设置不同的线型、颜色等进行显示；
8、现场盯防管理
可考核盯防时长、进出盯防区域时间、盯防时长等情况，并提供实检、漏检的统计报表及明细，并可在电子地图上实时监控轨迹或回放历史轨迹。
