长输管道工程跨越距离远，沿线的地形、地貌、人文和经济环境复杂，经常涉及地质、地理的敏感地区和人口密集、经济发达区；大量的管道环境的图形、图像信息需要进行数字化处理；长输管道的施工和运营过程是大范围、多层次的大系统运作过程，需要及时、准确的信息交互、协调和沟通，如设计资料、施工管理、运销调度、设备管理、应急抢险等；安全是长输管线运营的关键，信息化是保障运营高效、全面、安全、低成本的可靠保证。随着IT技术的飞速发展，改变了传统的信息交互方式，数字化管道的概念应用运而生。在科技、信息及测控技术日新月异的今天，信息化、数字化和系统化正逐渐成为人们工作和生活的一个显著特点，管道建设也不例外。数字管道应该成为新世纪我国长输管道工程建设和管理的一个方向和趋势。
    1.什么是数字管道
    数字化管道是对真实管道及其相关事务统一、全面的信息化表述，其含义就是信息化的管道。它是利用遥感、数据收集系统、全球定位系统、地理信息系统、业务管理信息系统、计算机网络和多媒体技术、现代通信等高科技手段，对管道资源、环境、社会、经济等各个复杂系统的数字化、数字整和、仿真等信息集成的应用系统，并在可视化的条件下提供决策支持和服务。它能够在管道的整个生命周期内，为管道可行性研究、勘察设计、施工和运营管理提供高效率的数据采集与处理工具和协助管理、决策支持的系统。
    2.数字管道的特点
    数字化管道实现了整个管道的虚拟现实表达，使得管道能够在真实、可视的三维环境下展示到用户面前，用户通过交互方式对管道的公用信息进行查询和操作，对管道的三维虚拟漫游犹如在真实的三维世界中，充分体现了数字管道的空间特征。
    （1）充分采用国家空间数据基础设施数据，并通过航空摄影测量和卫星遥感影像获得最新的地形、地质、水文、环境数据，与过去传统数据获取方式相比，内容更丰富，更新速度更快，数据描述更加完整，数据表达也更加直观。遥感技术大大缩短了周期，降低了成本，提高了精度。
    （2）地理信息系统（GIS）提供了地理信息服务。它集成管线周围一定范围的地理、人口、环境、植被、经济各类资源数据，利用GIS的空间分析功能进行叠加分析、缓冲区分析、最短路径分析等操作，可以进行线路总体规划和评估，为决策和管理提供重要的依据。还可以采用GIS技术对管道风险进行管理，指导系统编制维修计划，并采取相应的补救措施，当风险指数达到警戒线时，自动启动相应的应急预案，尽可能地降低管道事故发生率。
    （3）采用CAD技术和网络技术，将管道施工设计图纸、施工数据、人员资料、管理文档等全部实现数字化管理，通过局域网或互联网传送到数据库中，将各个专业各个单位不同数据融为一个整体，有效的消除了“信息孤岛”，实现了信息的共享和协同工作。
    （4）采用大型数据库对数据进行存储。空间数据中心可以管理、存储在数字管道建设和运营中获取的所有数据。在管道建设的每个环节，都建立相应的数据库，并使得每个阶段的数据成果和系统相互衔接。
    （5）利用SCADA系统的在线数据，实现了管道的全自动控制。通过主机和微处理器为基础的远程终端装置RTU、PLC或其他输入/输出设备的通信收集数据，实现整个数字管道的监测监控，保证了系统的安全运作和优化控制。
    3.数字管道的架构
    所有的建设都在于应用，成功的数字化归根到底是系统的应用。对数字化管道而言，应用系统的架构在设计、建设和应用过程显得十分重要。一般地讲，数字管道应用系统由辅助规划设计、基于GIS的管道施工管理、管道设施管理、管道运行管理、管道完整性管理5个系统组成。整个数据管道是围绕核心数据中心（核心数据库）为核心建设起来的。核心数据中心用来管理、存储和共享数字管道建设和运营中获得的所有数据。

     本系统目前不包含企业产品销售、人力资源管理、财务管理、ERP等MIS和OA等更高级的应用系统。在架构企业信息平台后，可以将这些系统集成在这个平台之下，从而形成完整的管道信息化应用系统。
    3.1辅助规划设计
    管道辅助规划设计系统包括管线路径比选子系统和辅助设计子系统。管线路径比选子系统用于在管道规划、可行性研究和勘察设计阶段对管道全线或部分的走向进行对比选择。管线路径比选系统主要由线路走向图绘制、主要材料设备快速计算、投资估算和方案优选几个功能模块组成。辅助设计子系统通过基础地理信息查询显示模块提供图上显示功能。设计者根据这些数据并结合工艺条件计算，可绘制方案图，并采用GIS软件的三维模拟显示功能查看方案的立体空间效果。最后打印出选定的方案图。系统采用了统一的数据库管理系统，实现了空间数据和属性数据的完美结合，并具有图形处理功能强大、空间分析功能独特等特点。
    3.2基于GIS 的施工管理
    基于GIS的管道施工管理系统包括进度计划、征地动迁、资源配置、现场部署、大件运输等5个子系统。计划进度管理主要对项目计划进度进行管理，并与GIS系统相结合，在地图上显示各单项工程和施工作业现场的形象进度情况，同时存储了管道安装工程和站场建筑安装工程的工期定额，以备编制进度计划时参考。征地动迁管理主要对工程建设征地动迁信息的录入编辑，将征地动迁数据在地图上进行显示。资源配置管理对施工过程中的人力资源、主要材料设备、大型施工机械等进行地理空间的部署和调配。现场部署对管线施工作业带、站场和重点穿跨越工程的施工现场在地图上进行部署。大件运输对大口径管道、压缩机组、大型储罐等大件设备的运输线路在地图上进行标注，同时可以在地图上查看大件运输的状况。
    3.3设施管理
    管道设施管理系统包括：管道设备管理、通信设施管理、电力设备管理3个子系统。设备管理子系统主要包括管道设施类别管理、在线设备查询统计、设备档案管理三个大的功能模块。通信设施管理子系统主要对通信线缆及通信设备为管理对象，以通信管理系统、基础地理信息管理子系统、工程建设基本信息管理子系统等为数据源，通过管道通信网络以及Internet实现通信线缆及通信设备数据的有效共享。电力设备管理子系统对各类站场的主要变配电设备、主要用电设备的属性数据及主要运行状态参数提供录入、编辑、查询、显示、统计、打印输出等功能，为高层管理人员查询电力系统运行状态和进行相关决策提供帮助。
    3.4运行管理
    管道运行管理系统由管道运行状态查询显示、管线巡检GPS跟踪管理和管道事故抢修预案管理3个子系统构成。管道运行状态查询子系统是SCADA系统数据与管道地理信息系统结合的应用系统，管道运行状态数据通过管道地理信息系统实现在地图上直观地显示，为管道运行管理、决策分析等提供直接参考。管线巡检GPS 跟踪管理子系统采用GIS/GPS技术，实现巡检工作电子化、信息化、智能化，最大程度的提高工作效率，保证设备和线路的高效率、低故障率安全运行。事故维抢修预案管理子系统为事故抢险处理各阶段提供信息并辅助生成抢修实施方案。
    3.5完整性管理
    管道完整性管理系统由事故隐患管理、管道风险评价、管道维修计划管理3个子系统构成。管道事故隐患管理子系统对可能会引起管道事故的各种隐患与管线巡检信息进行采集、录入、查询、统计和管理。管道风险评价子系统包括高后果区分析和管道剩余强度和剩余寿命的计算。也包括对于管道剩余强度和剩余寿命的计算。管道维修计划管理子系统是根据管道隐患管理和风险评价子系统的分析和评价结果制订管道维修计划并对维修计划的执行情况进行跟踪管理的应用子系统。
    4.数字管道的关键技术
    建设数字管道是现代计算机技术、网络技术、遥控及检测技术的发展结果，就数字管道的架构而言，关键技术主要体现在地理信息技术、遥感技术、全球定位技术、海量数据的存储与处理技术和多分辨率的数据融合技术上。
    4.1地理信息技术
    地理信息系统（GIS）是基于空间信息的技术手段，是一种兼容存储、管理、分析、可视化表达各种空间地理数据等功能为一体的集成化计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。地理信息系统软件平台一般具有空间数据、属性数据输入、查询、空间分析、属性分析等功能。
    4.2遥感技术
    遥感（RS）技术是指各种非接触的、远距离的探测技术。主要指从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术。遥感根据所用技术的特点不同分为图像类型和非图像类型。图像类型中主动方式的有微波雷达和激光雷达，被动方式的有光学摄影(用宽谱段摄影、多光谱摄影和高光谱摄影)、光电摄像(用各种摄像管的电视摄像机系统)和光学机械扫描(用多光谱、高光谱扫描仪)。非图像类型包括雷达高度计、激光雷达、以及电磁场、重力场、辐射场、温度场和气体分析等的遥感技术。
    4.3全球定位系统
    全球定位系统（GPS）是美国国防部为适应军事需要而建立的全球定位导航系统。它是利用工作卫星的信号，准确测定待定点的位置。它可以用于舰船、飞机、车辆等一切需要知道自身位置的目标定位和导航，同时，它又可以用于大地测量、工程测量等一切工程的精密定位。
    4.4海量数据的存储与处理技术
    随着数据库技术和数据采集技术的不断发展，人类每天获得的数据量剧增。如何有效地组织管理和充分利用这些海量数据，将是人类不断探索与研究的一个新课题。在长输管道设计、建设、运营管理过程中所产生的数据，具有数据量大、结构复杂、存储介质多样，格式多样等特点，对这些数据的存储和处理必须采用海量数据的传输、存储和处理技术。
    4.5多分辨率的数据融合技术
    图形信息处理过程要依赖于一定的比例尺。但长输油气管道信息是以固定的基本比例尺存储于数据库中的，为每一种所需比例尺的数据都建立数据库显然是不现实的。因此，有必要在数字管道系统中开发多分辨率数据融合功能以支持多比例尺操作，即利用基础数据库本身来生成各种所需比例尺或分辨率的数据。这不仅可以节省大量人力、物力、全面降低数据采集、存储、维护、更新的费用，而且可以提高现有数据库的价值和整个数字管道的效率。
    5.数字管道的意义
    采用GIS技术对管道风险进行管理，指导系统编制维修计划，并采取相应的补救措施，当风险指数达到警戒线时，自动启动相应的应急预案，尽可能地降低管道事故发生率。数字化管道采用CAD技术和网络技术，将管道施工设计图纸、施工数据、人员资料、管理文档等全部实现数字化管理，有效的消除了“信息孤岛”，实现了信息的共享和协同工作。核心数据中心可以管理、存储在数字管道建设和运营中获取的所有数据，使得每个阶段的数据成果和系统相互衔接。SCADA系统通过主机和微处理器为基础的远程终端装置RTU或其他输入/输出设备的通信收集数据，实现整个数字管道的监测监控，保证了系统的安全运作和优化控制[5]。数字化管道实现了整个管道的虚拟现实表达，使得数字化管道能够在真实、可视的三维环境下展示到用户面前，用户通过交互方式对管道的公用信息进行查询和操作，对管道的三维虚拟漫游犹如在真实的三维世界中，充分体现了数字管道的特征和意义。

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