ArcGIS Engine在数字管道中的应用研究.pdf

2 0 1 0年 第 1 期 管 技 术 Pi p e l i n e T e c h ni q u e 2 01 0 No ． 1 A r c GI S E n g i n e在数字管道 中的应用研究 。 郭新宇 ， 李 平。 ， 李贞培。 ， 陈树敏 1 ． 辽 宁石油化工大学信息 与控 制工程学院 ， 辽宁抚顺1 1 3 0 0 1 ； 2 ． 西北工业大学 自动化学院 ， 陕西西安7 1 0 0 7 2 摘要 以中石化 甬沪宁长输油管道数 字化项 目为背景 ， 介绍 了A r c G I S E n g i n e 在 管道数 字化 中的作 用和任务 ， 分析 了以 C O M组件 为基础的 A r c G I S E n g i n e在． n e t 平台下的二 次开发技术。阐述 了 A r c G I S E n g i n e构建的数 字管道 系统的体 系结构 ， 描述了甬沪宁数字化管道 系统的实现方法。 关键词 A r c G I S E n g i n e ； 数字管道 系统； C O M组件 中图分类号 T P 3 9 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 0 0 1 0 0 0 70 3 Ap pl i c a t i o n a n d Re s e a r c h o f Ar c GI S En g i n e t o Di g i t a l Pi pe l i ne Sy s t e m GUO Xi n y u ， LI Pi n g ， LI Z he n p e i ，CHEN S hu - mi n 1 ． S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d C o n t r o l E n g i n e e r i n g ， L i a o n i n g S h i h u a U n i v e r s i t y ， F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f Au t o ma t i o n， N o h we s t e r n P o l y t e c h n i c a l U n i v e rsi t y ， X i ’ a n 7 1 0 0 7 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Wi t h t h e S i n o p e c s p r o j e c t o f Y o n g H u N i n g l o n g p i p e l i n e d i g i t i z a t i o n a s t h e b a c k g r o u n d ，t h e r o l e a n d t a s k s o f A r c G I S E n gi n e i n t h e p i p e l i n e d i g i t i z a t i o n i s i n t r o d u c e d ． B a s e d o n C O M c o m p o n e n t s ， t h e A r c G I S E n g i n e s e c o n d a r y d e v e l o p m e n t t e c h n o l o g y i n t h e ． n e t f r a m e w o r k i s a n a l y z e d ． T h e a r c h i t e c t u r e o f t h e d i g i t i z e d p i p e l i n e s y s t e m b u i l t b y A r c G I S E n gi n e i s e x pou n d e d a n d t h e i mp l e me n t a t i o n o f t h e d i g i t i z e d Y o n g Hu Ni n g p i p e l i n e s y s t e m i s d e s c r i b e d ． Ke y wo r d s Ar c GI S Eng i n e；d i g i t a l p i p e l i n e s y s t e m ；COM c o mpo n e nt s 0引言 数字管道是指以信息基础设施 为基础 ， 融合应用 遥感 R S 、 数据采集与控制系统 S C A D A 、 全球定位 系统 G P S 、 地理信息系统 G I S 、 业务管理信息系 统 、 计算机 网络和多媒 体技术 ； 在管道 的整个生命 周 期内通过对管道设施 、 沿线环境 、 地 质条件、 经济 、 社 会、 文化等各方面的信息在三维地理坐标上的有机结 合 ， 构成一个数字化管道 ， 为管道科研 、 勘察设计 、 施 工和运 营管理提供一个 高效率 的数据采集与处理工 具， 是一个数字化的管理和决策支撑系统 J 。G I S 地 理信息系统 技术是数字管道的关键支撑技术之一。 在长输油气管道管理过程 中，G I S将管道沿线 的 地理环境 、 地面设施 、 交通、 人文景观 、 地质条件 、 各类 地质灾害和 自然灾害等影响管道 安全运营的主客观 因素和技术数据纳入数据库 ， 在地理坐标上得到有机 整合 ， 构筑数字管道 ， 实现系统间的数据交换和共 享 ， 保证数据的完整性 。在长输油气管道管理过程中， 应 用 G I S可以汇总海量资料 ， 提高管理效率和精度 ， 便于 基金项 目 中国石油化工股 份有限公 司科学技 术研究 资助项 目 3 0 5 0 5 1 收稿 日期 2 0 0 9一 O 11 6 收修改稿 日期 2 0 0 90 80 9 管道管理数据快速更新 J 。 目前 ， 在数字管道系统的开发 中， 与 G I S相关 的功 能多选择 G I S桌面软件或软件 自带的二次开发语言进 行 ， 使得系统过多地依赖 G I S软件本身 ， 缺乏 自定义功 能 ， 无法与其他 I T系统紧密结合 ， 可移植性差 ， 限制 了 系统在实际中的应用。 基于组件 式技 术 的 A r c G I S E n gin e可 以专 注于 G I S功能的 自定义定制和嵌入应用 ， 开发效率高 、 可移 植性好 ， 易与其他 I T系统结合 ， 有很强的灵活性和开 放性 。同时 ， 基于组件式技术的 A r c G I S E n g i n e构建的 数字 管道系统 ， 具有数据结构 复杂 ， 数据量 巨大的特 点 ， 可以将海量空间数据和属性数据安全有效存储并 通过 网络进行 信 息共 享 ， 提供 空 间分析 、 统计 等功 能 。 1 主要技术及开发平台概述 1 ． 1 CO M 技术 C O M是 Mi c s o fl公司提 出的一种 网络标准 ， 通过 这个标准 ， 可 以开发可复用的软件组件 ， 在一个分布 系统中进行通信 j 。组件 以一种实际可行 的方式 ， 满 足了很多面向对象 的原则 ， 这些原则现在 已经应用在 软件开发方 面。组件技术可 以在二进制水平 上重复 8 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t J a n ． 2 0 1 0 使用 ， 为软件复用提供 了极大的便利。随着计算机技 术和全球信息 网络技术 的飞速发 展， 产生 了组件 式 G I S C O M G I S ， 很好地解决了传统 G I S开发模式存在 的开发负担重 、 集成 困难 ， 以及二次开发语言复杂 、 难 于普 及 等 问题。A r c O b j e c t s是 美 国 E S R I公 司基 于 C O M技术所构建的 G I S组件集 ， 它提供了不同应用的 G I S 模块， 可伸缩、 跨平台等。这套共享的 G I S库为 A r c G I S D e s k t o p 、 A r c G I S E n g i n e 、 A r c G I S S e r v e r 提供共 同开发组件 ， 是 A r c G I S开发的核心。基于 A r c O b j e c t s 的开发必须在安装 了 A r c G I S D e s k t o p的情况下才能进 行。 1 ． 2 Ar c GI S Eng i H e A r c G I S E n g i n e是基 于 A r c O b j e c t s的一 组完备 的 嵌入式 G I S组件库和工具集 ， 是 A r c O b j e c t s的子集 ， 它 没有 A r c O b j e c t s 复杂的组织结构 ， 但是拥有 A r e O b j e c t s 的大部分核心功能。基 于 A r c G I S E n g i n e的 G I S开发 可以脱离 A r c G I S D e s k t o p进行开发。通过 A r c G I s E n g i n e ， 开发人员可 以将 G I S功能嵌入 自己的应用或现 有的商业软件 ， 也可以开发独立 的 G I S程序。A r c G I S E n g i n e 包含有低层次的 A P I 和高层次的控件 ， 使得开 发人员可以快速地开发出功能强大、 适应各种需求 的 G I S程序和系统， 给开发人员带来 了极大的灵活性和 便利 。 A r c G I S E n gi n e包括开发包 D e v e l o p K i t 和运行 时 R u n t i me 两部分。开发包包括控件 、 工具命令集 和对象库 3个关键部分。控件是 A r c G I S用户界面的 组成部分 ， 用 于对空间信息渲染 、 交互、 分析等 ， 是用 户和空间数据之间的人机接 口。工具命令集是 已封 装好的单个 G I S工具和命令的集合 ， 如地图的放大、 缩 小 、 平移等 ， 这些工具和命 令可 以直接和地图控件 等 关联 ， 从而快速实现对地图数据 的一般操纵。对象库 是 A r c O b j e c t s 组件的集合 ， 包括几何 图形到制图、 G I S 数据源和 G e o d a t a b a s e等一系列库。开发人员可 以利 用这些库开 发 出从低 级到高级 的各种定 制的应用 。 运行时 R u n t i m e 是为能够运行基于 A r c G I S E n g i n e开 发的应用程序而提供的运行环境工具包。 1 ． 3 ． n e t 平 台和 C } } C 是面向对象的语言 ， 进一步提供了对面向组件 c o m p o n e n t - o ri e n t e d 编程 的支持。C 的垃圾 回收、 异常处理、 类型安全特性为构造强健和持久的应用程 序提供了支持。所有 C 类 型 包括 i n t 和 d o u b l e的 基元类型 都继承于一个唯一的根类型 o b j e c t 。因 此 ， 所有类 型都共享一组通用操作， 并且任何类型的 值都能够 以一致的方式进行存储 、 传递和操作 ， 具有 一 个统一的类型系统。C 程序和库还能够 以兼容的 方式逐步演进。 ． n e t f r a m e w o r k是一个平 台， 此平 台支 持 c 群 语 言。该 平 台支持多种程序开 发， 除 了典型的 Wi n d o w s窗体应 用程 序 和控制 台应 用程 序 ， 还支 持 We b应用程序、 We b服务等各种类型的应用程序。应 用． n e t fr a m e w o r k可 以满 足应用程序开发的大部分需 要。由于 其 强 大 的功 能 特 性 和 方 便 易 用 性 ， ． n e t f r a m e w o r k已经成为重要的开发工具。 2系统总体架构 在 V i s u a l S t u d i o 2 0 0 5所提供 的． n e t 开发环境 中， 运用 C 语言 ， 对 A r c G I S E n g i n e 作了二次开发， 构建了 甬沪宁原油管道数字化管理 系统。甬沪宁数字管道 系统基于 C ／ S结构 ， 采用 四层分布结构 ， 分别是 A r c ． G I S E n g i n e 应用程序、 G I S服务器、 数据通道 、 数据库。 系统总体结构图如图 1 所示 。 图 1系统总体 架构图 1 A r c G I S E n g i n e应用程序提供用户和系统交互 的界面 ， 是用户和系统之间的人机接 口。通过 A r c G I S E n g i n e程序所提供的人机界面， 操作人员不仅可以浏 览、 查询、 统计 、 分析 G I S服务器上的管道空间和属性 数据 ， 有权限的管理员还可通过 A r c G I S E n g i n e 程序对 G I S服务器上的数据进行输入 、 编辑和更新维护。 2 甬沪宁 G I S服务器是系统空间数据库 的物理 端 ， 提供各种数据存储和事务处理服务。系统采用专 用服务器保存系统数据 ， 以保证数据的完全性 、 一致 性 和完整性 ， 同时可通过 网络提供数据共享 ， A r c Ma p 、 A r c C a t a l o g 、 A r c G I S E n g i n e程序等均可通 过 网络远程 连接访问 G I S服务器 中的空间数据和属性数据。 3 数据通道由 A r c S D E构成 ， 通过 A r c S D E， 所有 的管道空间和属性数据都统一存储在关系数据库里， 为各种 G I S 功能提供数据服务。A r c S D E是应用程序 与关系数据库之间的数据引擎 ， 用于高效地在关系数 第 1 期 郭新宇等 A r c G I S E n g i n e在数 字管道 中的应用研 究 9 据库中存储各种空问数据， 支持多用户， 支持长事务 处理和版本 管理 ， 支持 流行 的 D B MS 如 O r a c l e 、 Mi - c r o s o h S Q L S e r v e r 、 I B M D B 2等 。A r c S D E 解 决 了 D B M S的多样性和复杂性 问题 ， 实现了空间数据和属 性数据的统一存储 ， 给用户提供 了极大的便利条件。 4 系统采用 S Q L S e r v e r 2 0 0 5作为关系数据库 ， 包含了系统的空间数据和属性数据 。文 中基 于 A r c G I S E n g i n e开发的 甬沪 宁数 字管道 系统 的设 计 目标 是 在计算机软硬件、 网络、 关系数据库的支持下， 利 用 G I S技术实现对 甬沪宁长输管道及其设施 、 周边情 况的空间和 属性信息进 行远程输 入 、 输 出、 编辑 、 查 询 、 统计 、 空间分析 、 更新维护等。 3系统功能设计和实现 系统的设计功能包括对数 字管道信息进行 显示 输出、 查询统计 、 数据编辑 以及空间分析操作等 ， 提供 多方面、 多层次的空间信息服务， 为数字管道的管理、 决策提供服务。 3 ． 1 基本地图操作 1 数据加载显示。空 间数据 的加载 由 Ma p C o n t r o l 控件实现 ， Ma p C o n t r o l 控件的方法实现了图层 的加 载、 删除、 显示等功能 ， 如 A d d L a y e r 方法可以加载一个 图层 ， D e l e t e L a y e r 方法可以删除一个 图层。通过 Ma p - C o n t r o l 控件加 载远程数 据库 的图层 的步骤 是 产生 P r o p e r t y S e t 类的一个实例并设置连接属性 ， 包括远程 服务器的 I P ， 数据库 的实例 、 名称 ， A r c S D E用户名、 密 码 、 版本等 ； 通过 S d e Wo r k s p a c e F a c t o r y 类连接数据库 ； 通过 I F e a t u r e Wo r k s p a c e接 口打开数据库 的图层 ； 加载 打开的图层 。系统加载数据后界面见图 2 。 图 2 A r c GI S E n g i n e 程序 主界面 2 用户可对管道地图进行放大、 缩小、 平移等漫 游操 作， 还提供 了全景 、 分 层 管理 、 鹰 眼 、 导航 等 功 能。 3 ． 2查询功能 查询功能包括空 间信息查 询 、 属性信息查询 、 模 糊查询、 由空间信息查询属性信息、 由属性信息查询 空间信息等， 还可以通过鼠标点选地物从而获取地物 的详细信息。由 Q u e r y F i h e r 类可以实现属性信息到空 间信息的查询 ， 由 I F e a t a r e接 口可 以实现空间信息到 属性信息查询。以下实现了属性信息到空间信息的 查询代码 。 I Q u e r y F i h e r q u e r y f i h e r n e w Q u e r y F i h e r C l a s s ； q u e r y f i l t e r ． Wh e r e C l a u s e ” 名称 ’ 上 海石化 ” ’ ； ／ ／ 设 置 查询条件 I F e a t u r e L a y e r f e a t u r e L a y e r n u l l ；I F e a t u r e Cl a s s f e a t u r e C l a s s n u l l ； I F e a t u r e Cur s o r f e a t u r e Cu r s o r n ul l f e a t ur e La y e ra x Ma pC o nt r o l 1 ．Ma p． g e t L a y e r 0 a s I F e a t a r e L a y e r； ／ ／ 获得查询图层 f e a t u r e C l a s sf e a t u r e L a y e r ． F e a t u r e C l a s s ； f e a t u r e C u r s o r f e a t u r e C l a s s ． S e a r c h q u e r y fi l t e r ，f a l s e ； ／ ／ 查询符合条 件的空问要素 I F e a t u r e f e a t u r e f e a t u r e C u r s o r ． N e x t F e a t u r e ； ／ ／ 获得 第 一 个满足条件的空间要素 通过选择该系统的任务栏 中的查询功能 ， 得到查 询窗口 见图 3 ， 可供用户进行查询。用户可以根据 查询实体的属性 ， 分类查找 ， 提高查询的效率。 图 3查询窗 口 3 ． 3 数 据输 出 数据输 出包 括地 图 的打印输 出 ， 图层 导 出为图 片 ， 导出为其他格式文件等功能。 3 ． 4 数据编辑 有权限的管理人员 可对系统数 据进 行编辑。包 括添加删除 图层 ， 添加删除实体要素 ， 修改实体要素 的空间位置、 属性数据等。 加载图层后 ， 数据的操纵主要由 A r c G I S E n g i n e 工 具和命令集来 实现 ， 这些 工具 和命令包 括 图层 的放 大 、 缩小 、 平移等 已封装好的 G I S功能。工具和命令可 以放置在工具条上 ， 设置工具条和某 下转第 l 6页 1 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t J a n ． 2 0 1 0 2 ． 1 ． 2 以牛东油为基础需要开展的物性测试 同以牛圈湖油为基础需要开展的物性测试 。 2 ． 1 ． 3 以三塘 湖原 油为基础 需要 开展 的物性测 试 同以牛圈湖油为基础需要开展的物性测试 。 2 ． 2 2 0 o 9年 1 2月测试重点 随着牛东区块的进一步开发 ， 设计单位将于 2 0 0 9 年 l～ 2月继续进行原油物性测试 ， 通过调整不同掺混 比例， 将混合原油凝点至少控制在 9℃ 以下。为了验 证产量变化后三塘湖原油能否顺 利注人鄯 一兰管线， 需要重复进行 2 ． 1 ． 3的测试。 2 ． 3 2 O O 9年 91 O月测试重点 为了使三塘湖原油冬季安全注入鄯 一 兰管线， 进 入冬季生产前 ， 必须掌握冬季拟输三塘湖原油的物性 及其 掺人其他原油后的物性 ， 为此 ， 需要再次重复进 行 2 ． 1 ． 3的测试。 2 ． 4 2 0 0 9 2 0 1 0年冬季运行监测重点 为了使冬季运行正常进行 ， 需要派驻专业测试队 伍在 四堡泵站进行监测。每次注入前需要测试拟输 三塘湖原油的物性 ， 如物性较 差， 还需要进行降凝剂 感受性测试 。 3结束 语 根据 目前的测试结果 ， 尚无法明确 四堡热泵站及 其下游加热炉的加热能力是否满足要求、 是否需要新 增加剂橇座 ， 而牛 圈湖油是三塘 湖原油的基 础， 所以 以牛圈湖油为基础需要开展的物性测试急需进行 。 随着物性测试的进一步展开， 后续测试可以部分 简化 。 根据以往监测结果 ， 除三塘湖原油外 ， 其 他原 油 物性也 可能不断变化 ， 必要时可以直接去油 田取样 ， 保证物性测试数据留有一定余量。 参考文献 [ 1 ] 中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司．三塘 湖油田原油输送管道工程说明书 S P C一0 0 0 0 0 0 0 0 ．北 京 中国石油集团工程设计有限责任公司， 2 0 0 8 2 0 2 5 ． [ 2 ] 中国石油大学 北京 油气储运工程系． 三塘湖油样的基 础物性 和流变性 ． 北京 中国石油大学 北京 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 北京迪威尔石油天然气技术开发有限公司． 三塘湖原油 降凝试验报告． 北京 中国石油集团工程设计有限责任公 司 ， 2 0 0 8 ． 作者简介 姚峰 1 9 7 9 一 ， 硕士 ， 主要从事油气储运工艺方面的 工作。 上接 第 9页 个 图层相关联 ， 当需要完成某些 任务 时 ， 只需点击这些工具或命令就能在关联图层上实现 相应的 G I S功能。 3 ． 5 空 间分 析 空间分析是 G I S系统的核心功能。考虑到数字管 道的特点 ， 系统实现 了缓冲区分析 管道泄漏灾害预 测分析 、 网络分析 最短路径分析 、 纵断面显示 、 距 离量测、 面积量测等功能。 通过 I T o p o l o g i e a l O p e r a t o r 接 口可以实现缓冲区分 析 、 叠置分析等空间分析。图 4的圆形区域显示 了当 管道某点发生泄漏时受影响的地区， 从图中可以方便 地看到哪些城镇受到影 响， 以及受影响的程度， 从而 达到管道泄漏灾害预测分析的 目的。 图 4 泄流分析 以下是缓冲区分析的实现代码。 E S R 1 ． A r c G I S ． G e o m e t r y ． I P o i n t p o i n t ； ／ ／ 已知的管道泄漏点 I T 叩o l 0 g i c a l 0 p e r a t o r t o p o p E S R I ． A r c G I S ． G e o m e t r y ． I T o p o l o g i c a l O p e r a t 0 r p o i n t ； d o u b l e b u ff e r D i s t a n e e8 ； ／ ／ 设置缓冲带宽度 I P o l y g o n b u f f e r P o l y g o n； b u f f e r P o l y g o n I P o l y g o n t o p o p ． B u f f e r b u ff e r D i s t a n c e ； ／ ／ 缓冲区分析 4结束语 文中基 于 A r c G I S E n g i n e 、 A r c S D E和 S Q L S e r v e r 2 0 0 5 ， 构建了甬沪宁数字管道系统 ， 实现了数字管道信 息的显示输 出、 查询编辑 、 空 间分析 等功 能。系统采 用 C ／ S和分布式结构体系， 架构灵活、 分工明确 、 易于 移植 、 便 于维护 ， 在一定程度上提高了数字管道的决 策管理效率 ， 促进 了数字管道 的信息共享 ， 同时为更 好地建设数字管道提供了借鉴和参考。 参考文献 [ 1 ] 袁先勇， 青鹏， 周传军． 长输数字管道建设探讨． 石油工程 建设， 2 0 0 8 4 9一l 1 ； 3 4 ． [ 2 ] 魏波， 汤军． 基于 G I S的油田数字化管道的实现． 石油工 业计算机应用， 2 0 0 8 1 3 3 3 4 ． [ 3 ] 杨海燕， 周荣福， 谷双喜． 基于 A r c G I S E n g i n e的 G I S开发 的系统设计与实现． 国土资源信息化 ， 2 0 0 8 1 1 61 8 ． [ 4 ] 邵建民， 吴国芳 ， 张洪志． C O M技术研究． 哈尔滨建筑大 学学报 ， 2 0 0 0 8 1 3 11 3 4 ． [ 5 ] E S R I ． A r c G I S产品介绍． 北京 E S R I中国 北京 有限公 司 ， 2 0 0 4 ． 作者简介 郭新宇 1 9 8 4 一 ， 在读硕士生， 研究方向为工业过程 的先进控 制与优化 。