天然气管网系统基础地理信息数据库建设及应用

天然气管网系统基础地理信息数据库建设及应用

武肖芳

身份证号142301199310176025 ， 辽宁省 沈阳市 110000

摘要：天然气管网系统是由气源、管网、用户及储气库等“源-网-荷-储”各要素构成的规模庞大、组成复杂的一体化水动力系统，是重要的能源输送基础设施。基础地理信息数据内容一般包含数字线划图(DLG)、数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字栅格地图(DRG)、大地控制测量数据、元数据等数据。基础地理信息数据可为天然气管理提供可视化展示、空间分析、距离量测等参考及依据，《中华人民共和国测绘成果管理条例》第二十一条:“建立以地理信息数据为基础的信息系统，应当采用符合国家标准的基础地理信息数据”。目前国家已经建设了基础地理信息数据库相关标准，例如《基础地理信息数据库建设规范》，建立了完善的基础地理信息数据库，然而天然气管道途经范围广、线路长，管道周边环境变化复杂，需要持续进行数据更新，如果每次数据更新都从相关部门采购，需要花费大量的财力，且造成数据冗余。目前现场采集的数据多为AutoCAD下的dwg制图数据，而制图数据本身存在着数据结构缺陷，不能满足Geodatabase数据库要求，故需建设一套既适合天然气管网管理数据库应用需求，又方便与国家标准基础地理信息数据对接的数据库建设方案。

关键词：天然气管网系统；基础地理信息数据库；建设应用

引言

面对日益大型化、复杂化的天然气管网系统，其规划设计、供需平衡、调度管理、操作控制面临严峻挑战，迫切需要先进的监测、分析及调度管理技术和手段。与此同时，中国天然气管道建设标准和硬件条件均已达到国际先进水平，新建管道项目普遍做到遥测、遥控，实现了自动化并获得海量实时运行数据，大大提高了管道运行管理水平。

1数据库设计

本方案选择天然气管网系统标准数据库Geo-database数据库。Geodatabase是按照层次性的数据对象来组织地理数据的，这些数据对象包括对象类(Object)、要素类(Feature Class)和要素数据集。Geodatabase数据库由一个或多个数据集组成，数据集由一个或多个具有相同空间坐标系统的图层组成，图层是用来显示地理信息要素的机制，每个图层代表一组属性相同的要素数据库组织及命名。(1)天然气管网系统基础地理信息数据库建设根据需要进行分库建设，例如从时间、数据类型、数据比例尺等方面进行分库，也可以按照管道管理范围进行数据分库。本方案从管道管理范围以及数据时间2个维度分为基础地理信息现状库和基础地理信息历史库。数据库的命名总体上应遵循信息全面、独一无二，且能准确概括所含数据集、图层内容的原则。本文按照“线路名称首字母大写+GIS+XZ”对数据库进行命名设计，例如:京石邯管线基础地理信息现状库对应JSH-GIS-XZ．mdb。(2)数据集组织及命名。一个数据库包含多个数据集，数据集是在数据库的基础上对其进一步地细化，数据集应在对数据进行分类的基础上根据数据具体内容以及数据应用需求进行组织。本方案同一数据库下按照数据类型、比例尺进行分集，当某一数据集下无数据时可删除，用户也可以根据需求进行数据集扩展。数据集名称根据其所包含图层内容的共同特征进行命名，其命名规则为“数据类型+MAP+比例尺”，例如:DLG_MAP_2000表示1∶2000比例尺DLG数据。(3)图层组织及命名。图层即数据库中的要素类(FeatureClass)，不同图层将数据按照不同几何特征进行存放。最常用的4种图层类型是点(Point)、线(Polyline)、面(Polygon)和注记(Annotation)。国家基础地理信息数据各比例尺有对应的图层命名规范，本文以1∶10000GLG为例。图层命名采用4个字符，前3个字符为数据内容的英文缩写，第4个字符代表几何类型，各比例尺数据分层参考对应比例尺的地形要素数据规范。(4)数据组织及编码。矢量地形数据实体作为单个图层中的独立单元，包含图形数据(几何属性)和非图形数据(非几何属性)，图形数据一般指实体的地理位置和形状，非图形数据包括标量属性和名称属性(如大陆名称、河流名称等)。数据编码就是给每一种实体定义一个唯一的要素编码，便于以后数据的采集、存储、检索、分析和交换等。地理信息数据管理中最主要的信息为要素分类代码(即CODE或GB码)，为了方便与个专业测绘单位数据对接，天然气管理系统基础地理信息数据参考国标《基础地理信息要素分类与代码》进行分类编码。

2天然气管网在线仿真理论

2.1实时数据前处理

实时数据是在线仿真的基础条件之一，在线仿真是由实时数据驱动的自动仿真，实时数据的多寡和好坏直接关系到仿真建模、仿真结果及后续的功能应用。实时数据可以来自1个或多个SCADA系统，亦或是由多个SCADA系统组成的实时数据库。目前实时数据库已很普遍，用来收集、存储及发布来自全国各地油气管网实时运行数据，同时在办公网络或私有云分享数据和信息。实时数据应包含与在线仿真目标相对应的所有数据类型，如气体组分、设备开关状态、设备运行参数、气源或分输点流量、站点阀室及主要工艺设备的压力、流量、温度等。

2.2在线仿真结果可视化

在线仿真结果通过数据库或OPC发布，与实时数据一起，形成一个在线仿真结果共享应用平台，为特定部门和用户提供专项展示和分析，使其最大限度掌握管网系统相关领域运行现状和历史、监测运行状态、发现可能存在的问题并及时应对和响应。

3天然气需求侧综合管理技术

天然气用户特性是指用户某一时期在某一维度所展现的用户趋势。用户特性分析是需求侧管理的基础，准确地掌握用户特性能够在研究中为用户选取适用的需求预测模型，还能依据用户特性对用户进行分级。具体分析步骤可分为数据收集、数据预处理、指标建立、用户指标提取、用户指标分析以及用户特性归类6个步骤。其中，可按照需求保障属性，将用户分为需完全保障、可少量压减、可压减、可中断用户。通过用户特性分析，可以匹配电能、可再生能源与用气需求供需关系，如在用电富裕地区推广气改电，小型气电厂改为风电厂或水电厂。天然气需求预测是通过对天然气需求历史数据进行分析，掌握其历史规律，分析外在因素对其产生的影响，采用合适的数据方法与预测模型对未来可能发生的天然气需求量进行预测。只有准确地掌握用户用气规律，才能更好地进行资源规划、运行方案制定以及调度优化。在现有研究中，多借鉴欧美地区预测方法，依据历史消费数据进行时间序列分析，进而对需求量进行预测。但欧美地区天然气行业已发展成熟，其影响因素相对稳定，而中国天然气行业还未实现完全市场化，资源与需求在特定时期会受到相关政策影响而产生较大变化，如“煤改气”政策、“双碳”目标的提出。因此，为了适应中国天然气行业发展现状，需要考虑政策、气温、人口、GDP、能源构成、新能源赋值、能源互联网建设等多用气影响因素，才能较为准确地预测未来的用气需求量。

结语

总之，利用天然气管网系统的“基础数据管理”模块，可以实现1∶10000基础地理信息数据库建设及应用，通过应用发现该方案可以快速实现基础地理信息数据更新、入库，为天然气管理提供基础支撑。

参考文献

［1］国家测绘地理信息局，国家测绘地理信息局测绘标准化研究所．基础地理信息数据库建设规范:GB/T33453—2016［S］．北京:中国标准出版社，2017．

［2］肖亮亮，王长海．综合交通地理信息要素结构设计［J］．西部交通科技，2021(5):154-157．