基于GIS的燃气管网“一张图”应用研究

基于GIS的燃气管网“一张图”应用研究

李志德、王玉琪、李  超

铜川市天然气有限公司 727031 

摘要：本论文基于GIS技术，研究了燃气管网“一张图”的应用，旨在构建一个可视化、智能化的管网管理系统，实现管道网络数据的集中管理、实时监测和安全分析。本文首先论述了燃气管网“一张图”的特点及其应用范围。随后详细介绍了“一张图”系统的构建要点，并总结其实施难点与应对措施。希望本文的结论能对提高燃气管网管理效率、保障能源供应安全以及优化用户体验提供一定的借鉴。

关键词：GIS；燃气管网管理；“一张图”

引言

燃气作为一种清洁、高效的能源形式，已经成为城市能源供应的重要组成部分。然而，在燃气管网的规划、建设和管理过程中，由于管道数量庞大、传输距离长、运营环境复杂等因素的影响，传统的手工管理和单一数据存储模式已经难以满足需求[1]。而基于地理信息系统（GIS）的燃气管网“一张图”以其数据集成、分析和可视化展示的优势，成为解决燃气管网管理难题的有力工具。

1 燃气管网管理的重要性

燃气管网管理的重要性主要包括以下几个方面：

（1）保障能源供应安全：燃气管网是将天然气从生产地运输到用户终端的重要通道和媒介。管网的安全稳定运行对于确保能源的可靠供应具有重要意义。通过科学的管网管理，可以及时预警和处理管道泄漏、爆炸等安全事故，保障燃气供应的安全性[2]。

（2）提高燃气系统运行效率：通过对燃气管网的管理，可以实现对管道的合理规划、布局和运营调度，提高能源运输效率和配送效率。合理管理燃气管网可以减少能源损耗、降低供应链成本，优化能源分配和利用，提升整个燃气系统的运行效率和经济性。

（3）保护环境和减排：科学的燃气管网管理可以有效控制和减少甲烷泄漏，减少温室气体排放，降低对环境的影响。通过监测管网状况、管网维护和升级改造等措施，可以提高管道的密封性和可靠性，减少气体泄漏的可能性。

（4）提升用户体验和服务质量：合理的燃气管网管理可以优化燃气供应的质量和稳定性，确保用户享受到安全、稳定的供气服务。通过管网的监测和智能化管理，可以提前发现和解决管网问题，实现故障快速修复，提升用户满意度和信任度。

（5）支持城市发展和社会经济：燃气作为重要的能源供应方式，对于城市的经济发展和社会建设起到重要支撑作用[3]。合理高效的燃气管网管理可以提供稳定可靠的能源供应，满足城市的用气需求，促进产业发展，营造良好的营商环境，推动社会经济的繁荣和可持续发展。

2 基于GIS的燃气管网“一张图”的定义和特点

燃气管网“一张图”是指将燃气管网的所有关键数据和信息集中并统一地展示在一张地理信息系统（GIS）地图上的图形化表达方式。它以地理位置为基础，将管网设施、管线网络、节点设备、阀门等要素通过地图上的符号、颜色、线条等形式进行表示，以便于运维人员和管理人员快速、直观地了解和分析燃气管网的状态和运行情况。燃气管网“一张图”的特点如下：

（1）综合性：燃气管网“一张图”整合了燃气管网的各类关键数据和信息，包括管线的地理位置、尺寸和材质、压力值、流量等运行参数、设备的实时状态、事件记录等，将这些数据展示在一张地图上，方便用户从一个界面获取全面的管网信息。

（2）空间关联性：燃气管网的数据与地理位置密切相关。燃气管网“一张图”将燃气管网的地理空间信息与管网运行数据相结合，通过地图上的位置标识、空间关联等方式，让用户直观地了解管网分布、空间拓扑关系和运行状况。

（3）实时性：燃气管网“一张图”能够实时显示管网的运行状态和实时数据。通过与各类传感设备的连接和数据传输，可以实时更新燃气管网的运行数据，及时反映管网的运行情况。

（4）可视化与交互性：燃气管网“一张图”使用图形化的符号和颜色来展示各种燃气要素，提供直观的视觉效果。同时，用户可以通过交互操作来查询和分析特定的管网数据，比如点击管线获取详细信息、设置管线过滤条件等。

燃气管网的“一张图”通过集中展示以GIS为基础的各种信息，提供了全面、直观的管网数据和信息，为运维人员和管理人员的决策提供支持，有效提高了燃气管网的管理水平和运行安全性。

3 “一张图”在管网管理中的应用

燃气管网的“一张图”在燃气管网管理中具有广泛的应用，它能帮助实施管网的实时监控，有效提高了燃气管网的运行安全性和管理效率。以下是几个重要的应用方面：

（1）管网数据展示和管理：燃气管网“一张图”以地理位置为基础，将管线、设备、站点等关键数据集中展示在地图上。这使得管网管理人员能够直观地了解管网的整体结构和分布，并能够根据需要查询和管理管网的相关信息，如管线的属性、维护记录等[4]。通过“一张图”可以实现对管网数据的集中管理和统一展示。

（2）管网运行监控和预警：燃气管网的“一张图”可以实时显示管网的运行状态和实时数据，如压力、流量等。通过与传感器和监测设备的连接，系统能够监测管网参数，并提供预警功能，一旦检测到异常情况，如压力过高或泄露，系统能够及时发出警报，提醒管网管理人员采取相应的措施。

（3）故障识别和处理：燃气管网“一张图”可以帮助运维人员快速识别管网中的故障和问题。通过地图上的符号、颜色等视觉化方式，运维人员可以直观地定位故障点，并查看与故障相关的管网数据和维修记录。这有助于指导故障的快速定位和有效处理。

（4）维护和规划决策：燃气管网的“一张图”为管理人员提供了基于地理信息的决策支持。通过空间分析和可视化展示管网数据，管理人员可以发现管网中存在的风险、瓶颈和潜在问题[5]。这有助于确定优化管网维护和规划的策略，如确定维修的优先级、规划新管线的布局等。

（5）应急响应和灾害管理：在突发事件和灾害发生时，燃气管网的“一张图”可以支持运维人员和应急人员的快速响应和决策。通过实时更新的地图数据和预警功能，管理人员可以迅速定位管网的受损区域，及时采取应急措施，避免进一步的损失和风险。

4 “一张图”系统的构建

燃气管网的“一张图”系统的构建涉及数据采集与处理的多个方面，以下是该方面的阐述：

（1）数据采集：燃气管网“一张图”构建首先需要对管网的关键数据进行采集。数据采集可以包括以下内容：

①管线数据：收集管线的地理位置、长度、直径、材质等属性信息，并利用GPS测量仪等设备获取管线的经纬度坐标。

②设备数据：收集与管网相关的设备信息，如阀门、调压器、计量仪表等的位置和属性。

③图示数据：获取管网的平面示意图、总平面布置图等，用于作为底图进行信息叠加。

（2）数据整合与关联：采集到的各类管网数据需要进行整合和关联，以建立管网数据的拓扑关系。通过整合管线、设备和站点等数据，将它们的空间关系关联起来，使得各数据之间能够相互引用和查询。

（3）数据存储与管理：设计合适的数据库模型，将整合、清洗和转换后的数据存储于数据库中。可以选择适合地理空间数据存储的数据库，如PostGIS、Oracle Spatial等。数据库应能够支持空间数据的查询、分析和更新操作。

（4）数据可视化与展示：将存储在数据库中的管网数据通过地图界面进行可视化展示。通过选择合适的符号、颜色、线型等表达方式，使管线、设备和站点等要素能够在地图上直观地展示。

（5）数据更新与维护：管网数据是动态变化的，因此燃气管网“一张图”的构建需要能够支持数据的实时更新和维护。当有新的管线建设或设备更换时，需要及时更新地图上的数据，保持数据的最新和准确。

通过以上的数据采集与处理工作，燃气管网“一张图”能够实现对关键数据的整合、建立数据的拓扑关系，并以地图界面进行可视化展示。这样，管网管理人员可以通过该设计来实时了解管网的结构和运行情况，并进行数据的查询、分析和决策。

5 “一张图”的实施难题及解决策略

燃气管网“一张图”系统实施的局限性包括以下几个方面：

（1）数据更新困难：燃气管网涉及到大量的数据，包括管道的位置、直径、材质以及与其他设施的关联等信息。然而，这些数据可能随着时间的推移会发生变化，例如新的管道被建设，旧的管道被拆除等[6]。因此，燃气管网“一张图”系统需要进行定期的数据更新，否则系统的准确性和可靠性将会受到影响。

（2）空间参考问题：燃气管网“一张图”系统通常使用地理坐标来表示管道的位置，而地球的表面是一个三维曲面。因此，在进行空间参考时，需要考虑地球椭球体模型和大地水准面等因素，以确保管道位置的准确性。此外，燃气管网往往涉及到复杂的地形和地貌特征，如山地、河流等，也需要考虑这些因素对系统实施的影响。

（3）安全与隐私问题：燃气管网是一个涉及到能源供应和公共安全的重要基础设施，其安全性和隐私性非常重要。在实施“一张图”系统时，需要保证系统的安全性，防止未经授权的人员获取、修改或泄露敏感信息。同时，还需要考虑个人隐私，对于一些敏感信息，如管道的具体位置、安全隐患等，需要进行保护和限制访问。

针对燃气管网“一张图”系统实施的局限性，可以采取以下解决措施：

（1）数据更新：定期进行燃气管网数据的采集和更新，可以利用现代化的无人机、高精度GPS等技术手段进行实时监测和数据收集。并且建立完善的数据管理机制，确保数据的质量和准确性。

（2）空间参考：在“一张图”系统的实施中，考虑地球椭球体模型和大地水准面等因素，采用适当的地理坐标系统和坐标转换方法，确保管道位置的准确性和地图的精度[7]。对于复杂地形和地貌特征，可以结合现代遥感技术进行三维地图建模和分析，提高系统的空间参考能力。

（3）安全与隐私：制定严格的数据安全管理和权限控制规范，采用加密、防火墙等安全技术保护系统的安全性。同时，建立健全的访问控制机制和隐私保护制度，设置权限和访问限制，确保敏感信息的安全和隐私。加强对系统安全漏洞的监测和及时修复，定期进行系统安全评估和漏洞扫描，以确保系统的安全性和稳定性。

通过采取上述措施，可以克服“一张图”系统实施的局限，提高系统的准确性、可靠性和安全性。

6 结语

综上所述，基于GIS技术的燃气管网“一张图”系统在提高管网管理效率、保障能源供应安全、提升用户体验等方面具有重要的应用前景。我们希望本论文的研究结果能够为相关领域的决策者和研究者提供有益的借鉴和参考，推动基于GIS技术的管网管理在实际应用中取得更大的成功。

参考文献

[1]本刊通讯员.惠东发布燃气专项规划：新增燃气管网585km，实现全市“一张网”[J].城市燃气,2023(07):51.

[2]张轩,郝泽强.以GIS及物联网为依托的地下燃气管网监测系统的构建[J].化学工程与装备,2023(06):96-98.

[3]王泽洲.浅析国有燃气企业管网应急抢修工作[J].城市燃气,2023(06):25-28.

[4]李云云,李美莹,王欢等.基于优序图法和隶属函数的燃气管道腐蚀评价模型[J].粘接,2023,50(06):119-122.

[5]汤敏.物联网在燃气管网数据采集系统中的应用[J].现代工业经济和信息化,2023,13(05):142-143+182.

[6]曹媛,贾蓉.三维可视化技术在城市燃气数字化治理的应用[J].煤气与热力,2023,43(05):39-42.

[7]孙海峰.城市燃气管网运行安全隐患分析与防范对策研究[J].山东化工,2023,52(09):221-224.

姓名：李志德

出生年月日：1972.8.24

籍贯：山西临县

单位：铜川市天然气有限公司

职称：工程师

研究方向：科技创新信息化建设

邮寄地址：陕西省铜川市耀州区新区金谟西路天然气公司

联系方式：18909195866

姓名：王玉琪

出生年月日：1987.7.25 

籍贯：河南浚县

单位：铜川市天然气有限公司

职称：助理政工师

研究方向：科技创新信息化建设

邮寄地址：陕西省铜川市耀州区新区金谟西路天然气公司

联系方式：13389191231

姓名：李超

出生年月日：1989.10.27

籍贯：陕西铜川

单位：铜川市天然气有限公司

职称：无

研究方向：科技创新信息化建设

邮寄地址：陕西省铜川市耀州区新区金谟西路天然气公司

联系方式：13359196261