太原理工大学GIS工程实践生产实习实习报告2

成绩：

《GIS工程实践生产实习》

实习报告

——基于GIS在石油天然气长输管道中的应用

专业：地理信息系统

班级：地信1201班

姓名：

指导教师：隋刚苏巧梅

二〇一五年一月

目录

一、实习目的 (2)

二、实习题目描述和要求 (2)

三、实习报告内容 (3)

1、地理信息系统总体架构设计 (3)

2、地理信息系统平台选型 (4)

四、实验总结 (11)

五、参考书 (12)

基于GIS在石油天然气长输管道中的应用

一、实习目的

GIS工程实践生产实习是配合“GIS设计与实现”课程教学而开设的实践环节，目的是让学生深入理解GIS设计与实现课程中讲述的内容，熟悉GIS工程的基本内容和实施GIS应用工程的一般过程；提高学生应用GIS工具分析问题、解决问题的能力。

二、实习题目描述和要求

通过对某一GIS行业应用进行系统分析，确定基本需求；

根据需求分析的结果设计相应的数据库，进行行业应用模型分析，描述相应功能实现的方法；

按着规定的格式书写课程设计报告

随着天然气管道运输和成品油管道建设的高速发展，管道输送已经发展成为石油天然气运输的主要方式。管道运输迅速发展使管道管理的复杂性加大，因此，需要采取更加有力的措施保证优化运行、降低成本及提高效率，保障管道的安全运行。实践证明，将GIS（地理信息系统）应用于长输管道设计、运营管理、设备管理及维抢修业务，可以极大地提高设计效率与设计的质量，为运营管理提供有力的技术支持。

地理信息系统（GIS）是一种利用计算机技术实现采集、处理、存储、管理、查询、分析和描述地球表面与空间地理分布有关数据的空间信息系统。是一门涉及测绘学科，环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科。地理信息系统具有：地理信息数据的管理、地图制图、空间分析、图形的可视化、空间数据查询和分析等功能。目前国内外已有许多成熟的商业化GIS软件工具，这些产品可以将复杂的地理学模型用计算机实现，形成了操作效率高、功能强大、易于扩充

的平台产品。利用GIS软件可以提高建立应用系统的速度，降低风险，提高应用系统的质量，使用户可以更专注于研究其专业问题。在国际市场上，占据市场主导地位的国外GIS软件有ArcGis、GeoMedia、MapInfo、SmallWorld、MGE、MICROSTATION等，国内的GIS软件有MAPGIS、SuperMap、GeoStar等。

三、实习报告内容

1、地理信息系统总体架构设计

由于管道业务和地理信息系统的特点，管道地理信息系统同其他信息系统存在着联系。地理信息系统为管道运营管理相关的信息系统提供地理信息服务功能。管道地理信息系统可以分为5个逻辑层次。

（1）物理数据层

利用成熟的数据库存储技术存储管道地理信息系统中的图形和属性数据。物理数据层可以支持海量的数据存储功能。

（2）专题数据层

根据数据的来源、维护方式和类型等不同将数据分为几种专题数据，对相同类别的数据进行集中管理。专题数据主要有基础地理空间数据库（基础地理、道路、河流、人文、气象等）；管道空间信息数据库（各种管网图、油库、地下储气库地理信息等）；图形属性信息数据库等。

（3）数据提供层

主要功能是提供各种地理空间数据读取、编辑、删除、输出等操作。数据提供层的作用是在图形物理存储与用户使用之间提供数据操作通道，同时为各种应用提供相应格式的图形数据。

（4）系统平台层

系统平台层提供完整的地理信息系统功能，包括采集、存储、管理、分析及显示地理信息系统平台。

（5）系统应用层

系统应用层将地理信息系统和具体的应用系统结合使用，为其他系统提供地理空间服务，同时可以将其他信息中产生的数据在地理图形中展示。

2、地理信息系统平台选型

地理信息系统的支撑平台选择是建设地理信息系统一项重要内容。平台的选择必须满足海量数据的存储、高效的并发访问等要求。由于管道业务的特点，结合目前GIS技术的发展，管道地理信息系统平台的选型应该考虑的内容：一是系统的可伸缩性、系统的安全性和系统的开放性；二是支撑面向对象的数据模型和组建化的GIS软件技术；三是支持长事务处理、版本及海量数据管理；四是能够提供全方位的企业级解决方案。

（1）地理空间数据的组织和管理

由于地理信息数据的特点，对地理空间数据应该分类进行管理，保证地理信息系统数据的准确性和时效性。管道地理信息的管理主要包括：一是基础地理信息，包括各管道和相关设施所在地的行政区划、基础地理、人文及气象等；二是地面建设信息，包括各管道和相关设施所在地的道路、库房、树木及电力设施等；三是各种管网图、管道的地上地下信息、油库、地下储气库地理信息及技术参数和运行参数；四是业务覆盖地区的用户信息，包括全国各地区各个级别的行政区划信息，用户的分布，用户的产品品种需求及用量等。

（2）地图的显示输出功能

系统可以根据业务需要灵活地在地图上显示需要的信息，可以将敏感的地理要素组合，生成各种专题图。管道地理信息系统提供强大的制图输出功能，用户可以根据需要将同一种地理要素以不同图像输出到地图中，可以根据需要在地图

上动态添加需要的地理要素、统计数据和图表等。地图的制图输出功能可以为管道日常管理、管道工程建设规划和施工生成综合图、专业图等。

（3）地理空间信息查询和分析

GIS数据描述的是位置、属性和时间3个方面空间信息。在GIS应用中，使用最广泛的是空间数据查询。利用地理信息系统的空间分析功能可以对某一地区进行管道设备信息、运行状态及维修计划等查询；建立具有拓扑结构的管道库，实现最短路径分析、连通性分析、爆管分析及缓冲区分析等功能；量测点间距离、点线距离、线与线间距离及折线长度等。使用先进的三维GIS技术可以真实再现管道空间位置情况。利用管道地理信息系统强大的地图显示功能，可以制定计划、编写报告时提供相应的地图，为计划和报告提供地理信息。

（4）油气勘探

利用现代GIS技术建立石油勘探综合管理信息系统，包括利用GIS制作出区域油气勘探综合部署图、勘探工程进度图和勘探成果图；也可以运用GIS的地图分层技术按照部门、专业等的分类分别建立空间图形数据库；还可以通过GIS的地理编码功能将原有数据库的数据与地理图形相连接，从而实现对空间数据的管理。管理人员可以随时选择、查询数据库中最新的有关信息并利用GIS 的数据表达功能得到数据表格、图形和专题分析图、综合对比分析图等方面的内容，及时、准确、形象、直观地了解有关形象并进行综合分析对比，从而准确、合理、迅速地进行勘探工作部署。地质勘探单位可以利用GIS建立地质、地层、构造、岩相古地理、沉积模式、古生物特征等不同专业的有关数据库，利用它们在图形符号、线型、填充模式、颜色、阴影等方面的变化，在平面图形上建立区域地质模型，以提高对调查地区地质内容的综合了解，提高地质勘探工作的工作效率和成功率。物探和钻探单位可以利用GIS建立包括地震解释资料、测井解释资料或钻探资料及其它勘探测试数据在内的综合空间线型数据库，并将地震剖面资料、单井测井资料、钻井资料及其它勘探测试资料与平面地理、地质资料有机地结合起来，从而实现对地质地层、区域构造及油藏储层进行三维空间的模拟。

（5）油气开发管理

GIS对于合理、高效地开发地下的油气资源也有很大价值，开发管理部门利

用GIS可以及时、准确、直观地了解油气资源的空间分布及其特征、油气开发的进展情况以及油井和油气管线的维护状况及其维修进度，从而正确地部署开发工作。利用GIS把许多不同类型数据库的数据综合到一起，并将它们放到地图上来进行综合分析，使得采油生产单位利用它不仅可以精确的确定油气井的位置，还可以在一张地图上了解到所有有关生产井的产量及其变化趋势、工作状况以及在油井管理、维护状况等方面的信息，因此可以用于准确的预测产量、管理生产。对于深埋于地下的输油管线的空间分布、输油能力、工作状况等方面内容的管理，如果运用现代GIS技术作为管理前台，管理人员可以合理的布线，充分地利用现有的输油管线，以便更好的控制成本。在管线出现故障时，通过分析地理位置和故障类型以及管线结构等因素，维修人员能够迅速找出故障点并加以解决。

其他诸如修井、固井、井下作业等方面的油气开发综合服务单位，也同样在管理生产和其它专业应用方面使用现代GIS技术。

（6）管道管理

石油天然气管道的管理是各个石油石化企业普遍关心的问题。传统模式下,种类繁多数量巨大的管网信息全部标注在图纸上,不仅装订存放不便,而且经过多次翻阅折叠后图纸破损,很容易造成数据丢失。紧急情况下的应变能力差，如发生爆管时，需要迅速提供应关闭的闸门和因此影响到的管网范围。传统管理方式在业务量逐渐增长的情况下，已经逐渐暴露出它的不适应性：耗费大量人力物力、数据准确性不高以及紧急情况下迅速反应能力差等等。因此，必须尽快以先进的计算机技术代替传统的管理方式。由于管道信息中有大量的地理属性数据，并且所有的信息只有通过地图才能表述出来，所以一般数据库系统所无法完成的。而GIS的信息可视化技术可以显示、存储和处理地图数据，并将各种属性数据与地图数据有机地结合起来，特别适合石油天然气管道信息的管理。

（7）地面工程管理

对于一个石化厂和生活基地来说，其占地面积足以与中小城市相媲美，而在厂区地上和地下有厂房、重要设备、电力、通信、水网、气网、输油管、储油罐、公路、铁路等设施，其复杂程度甚至超过一般城市的市政设施。利用GIS可

以解决以下问题：1）帮助管理人员掌握厂区设备档案情况，为各种设施及管网的巡检维护提供完整直观的信息支持；2）帮助规划设计人员掌握厂区设施设备与各种管网的分布情况。结合地理背景进行的模拟查勘和初步设计，有效地减轻了人员工作量，提高了规划设计的效率和科学性；3）帮助管理人员方便及时地掌握厂区建设、重要设施设备分布和设备运行的完整情况，为科学管理与决策提供及时可靠的依据。

油田地面工程包括油水井系统、油气集输系统、供水、注水污水系统、供配电系统、通信系统、道路系统等。

a.油水井系统

油水井系统主要反映油田开发生产中的各种井所处地理位置，表现在二维管理系统中为各类点符号标记，空间数据属性字段包括基本属性信息，可以井号为纽带关联其相关静态、动态开发数据库。

字段名称字段类型字段长度约束设置

油水井编号字符型12PRIMARY KEY

坐标数值型14

具体位置字符型12

油水井类型字符型10

排水体制字符型12

地面标高数值型12

井深数值型12

井底标高数值型10

施工时间日期型8UNIQUE

形状字符型14

规格字符型14

施工单位字符型12

b.油气集输系统

油气集输系统是一种网络系统，可分为输油网络和输气网络，具有网络数据的一般特性，基本构成包括节点、弧段和附件（管网的附属设施）。油气集输管网大部分固定埋藏于地下，因此可以对数据模型进行适当简化，不考虑面状拓扑关系，去掉多边形信息，减少数据量。此外，油气集输管网属于压力管网，多采用多源环型设计，目的为了尽可能减少意外事故所造成的影响。

c.供水、注水系统

供水、注水系统也属网络系统，其数据准备基本和油气集输系统相同，不同的只是在构建几何网络模型时油气集输系统是由多个源（source）流向一个汇（sink），而供水、注水系统是由一个源（source）流向多个汇(sink)。

d.供配电系统、通讯系统

供电系统、通讯系统多位于地表，无需构建几何网络模型，采用数据分层采集的方式采集相关线路和站点添加到系统中，按线路名称、站点编号连接起属性数据。

e.道路系统

油田专用道路可数字化为线文件，属性表内容可包括道路起点、终点、长度、路面类型、车道特征等，可单独作为一层也可并入基础地理数据。

f.油田站场

各类站场是油田地面设施中的重要部分，表现在二维管理系统中为各类点符号标记，属性字段包括基本属性信息，可以站场名称为纽带关联其相关静态、动态开发数据库。数字化为点文件后按照类别分别加入相应的几何网络系统中。（8）油气田综合生产管理及服务管

利用油田现有的网络环境，并结合GIS来建立油田的地理图形综合信息管理系统，有关管理部门可以在图形的基础上实现对油田的生产调度、统筹计划、物资管理、技术监督、事故处理、综合经营、市场规划、油田基建、安全环保、邮电通讯、交通运输、社会服务等方面的可视化管理。运用GIS强大的信息查询系统，管理人员就能在电子地图上迅速地了解到与其相关的各级部门的有关信息，通过运用各种专题直观图的方式进行综合分析后，就可以迅速、正确地对生产部署、资金统筹、物资调配等进行综合管理。在生产一线出现紧急事件时，

GIS能够帮助有关管理人员对事件现场及有关部门的应急措施进行迅速、正确的安排。在使用GIS对一个地区的人口数量和结构、住房状况、公共设施、水电供应及下水管道设施等因素进行综合的可视化分析后，市政规划和基建等有关部门就会对工作部署进行正确的判断。

（9）石化企业安全防范

石化企业安全防范主要为设备状态监测、故障诊断、紧急报警、污染物扩散模拟、预制处理方案、厂区危险设备和预防设施的管理、石化企业安全指标宏观管理等重要环节，利用GIS结合石化设施设备的大量信息与空间地理环境有着密切联系的特点，可开发出一套基于空间地理信息的石化企业安全防范管理系统。可实现石化厂区设施设备管理、污染物扩散模拟、设备状态监测和故障诊断系统、紧急报警处理、石化危险管线的管理、应付危险情况的预制方案的管理、石化企业安全信息宏观管理、重要设备雷击预防与应急维护信息定位等。（10）管道工程建设辅助规划

管道工程辅助规划的主要内容：一是新建管道的规划设计。在进行新的输油气管道规划设计中，利用遥感数据和地理信息建立管道线路的最小费用模型，模型可根据管道长度并充分考虑地表特征、地理状况、地面覆盖等因素，进行管道的最少费用分析，优化规划设计方案；二是将施工进程中的各类设施数据信息及地理空间位置坐标输出到其他的管理信息系统中进行设备维护和运营管理。（11）设备管理

通过管道地理信息系统可以迅速了解资产的地理分布，可以使人员和设备配置更加合理，提高维护效率。当发生紧急事故时可以科学准确地做出应急措施。（12）管道运行的实时监控

将地理信息系统和SCADA系统相结合，可以对油气管网和关键站进行监控，并将管道的状态信息显示到GIS图形中。保证管道的安全平稳运营，提高管网系统整体运行的可靠性。

（13）风险管理

在地理信息系统基础上进行的风险管理，可以评估管道沿线某段发生管道破裂的概率和后果，对管道风险进行半定量的管理；可以进行敏感性分析，对防止管道破裂而进行的维护项目效果进行评估；为潜在发生管道破裂的地点设计模拟情景，使用地理信息系统制定和评估补救计划；将管道分段，建立每段独立的管道评估和风险档案。利用风险评估数据作为故障管理的基础，为故障分析建模，加强风险评估和维护程序；构建突发情况响应、缓解和补救计划的场景等。（14）管道完整性管理

管道完整性管理涉及管道本体、防腐、地质灾害和站场设施等诸多方面。利用地理信息系统，可以根据管道管理部门的指导方针和操作规程创建完整性管理和检修计划。

（15）市场情况分析

根据地理空间信息中的行政区划、人口分布、交通、历史情况等，利用GIS 分析功能，可以辅助制定销售计划，调整管网运营状态。

四、实验总结

(1)需要进行数据质量检测与查错机制的研究。数据质量好坏直接影响到系统运行结果的准确程度，而在实际应用系统的建立过程中，不可避免地会由于数据采集方式和精度，数据格式转换方式，信息系统数据处理能力等原因造成数据质量

参差不齐。因此，有必要在信息系统中建立数据差错机制，从数据准确度方面保证系统的性能。

(2)进一步探讨对不同格式数据在数据库中的存储和兼容。前文提到地理信息据库的一大特点，是能存储声音、图片、图像等多种多媒体数据来描述和模拟空间实物。当前多媒体数据库的开发已有较深入的研究，并得到了实际应用。在本文中由于工作时间所限，没有涉及到地理信息数据库中多种格式数据的存储和检索。

(3)充分发掘系统的网络功能。地理信息系统与网络结合，将在信息交流速度、传输精度等方面使管理水平更上一步。但由于网络地理信息系统涉及理论范围较广，为突出本文重点，在后文的数据管理方案和功能设计中没有对其深入讨论。作为一种专业管理工具，城市排水管网地理信息系统应能通过网络于自动化办公等系统相结合，才能更好发挥出它的作用。

(4)进一步讨论叠加分析、网络分析等功能在城市排水管刚管理中的应用。这些功能可用于管理者对排水管网的现状、影响因素、变化趋势进行模拟和分析。在本文研究的基础上，应进一步对地理信息系统分析功能进行研究，使其成为功能更加强大的信息化管理工具。

五、参考书

地理信息系统设计与实现（第二版），（吴信才等）.电子工业出版社,2009 GIS设计与实现教材，李满春，任建武等，科学出版社，2003

地理信息系统开发——ArcObjects方法，韩鹏等，武汉大学出版社，2005.9设备设施管理地理信息系统，张书亮、闾国年等编著，科学出版社，2006.6用MapX开发地理信息系统，齐锐，清华大学出版社，2003.11

Visual C++开发GIS系统，陈建春，电子工业出版社

地理信息系统（GIS）开发工程案例精选，王占全，赵斯思等，人民邮电出版社，2005.10

https://www.360docs.net/doc/7d17774193.html,/（ESRI中国网站上的行业解决方案——白皮书）