GDInfo石化管线及设施三维信息管理系统设计方案文档格式.docx
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3)以先进的计算机、网络和软件技术为支撑,以发挥系统整体效益为重点,提高管线信息化建设的科技含量。
开拓设计理念,采用超前、创新的设计,使其在较长的时间内不落后,达到高起点,高标准。
4)建立切实可行的数据更新机制,实现数据的动态管理。
实现厂区基础地理信息从规划设计、竣工测量、数据更新的全过程动态管理,可实现数据管理、辅助分析决策、数据服务以及数据动态更新等目标。
5)具备数据采集、处理、统计分析、查询功能。
采用最优化的算法和程序代码结构,最大限度的提高软件的响应时间。
系统模块设计满足标准化、模块化、通用化标准。
6)在技术和系统容量上留有充分的扩展余地,在较长时间内保持系统的先进性,满足信息化建设可持续发展的需要。
7)系统从数据精度、数据质量、系统运行响应时间上满足系统性能要求,空间数据具备相应比例尺地图的精度指标,地理要素的内容以及数据结构能满足各子系统功能要求,属性数据完整、正确。
8)从技术上和管理体制上保障信息的共享和综合利用,保障系统建设的整体性、实用性、先进性、安全性、开放性、可扩展性和连续性,保证信息化系统持久的生命力。
4系统建设的原则
运用国内外成熟、先进的GIS及计算机技术,把握信息化发展的大趋势,结合企业的实际情况、特点、使用需求及对未来发展的要求,系统建设应遵循先进性、实用性、标准性、经济性、开放性、安全性、稳定性、扩展性等原则。
5数据建库设计
5.1数据建库的目的
炼化企业地理信息的大量的数据,如果不进行专门整理,只是简单地将每一幅图范围的空间地理信息数据保管起来,则有关应用的灵活性和效率将受到图幅分割的严格限制,而没有全局的和整体的概念,尽管实际图形数据是连续的、无缝的。
空间地理信息建库的目的就是要将所有相关的数据有效地组织起来,并根据其地理分布建立统一的空间索引,进而可以快速调度数据库中任意范围的数据、达到对整个地形的无缝漫游和管理以及分发服务。
根据显示范围的大小可以灵活方便地自动调入不同层次的数据,既可以一览全貌,也可以看到局部地方的微小细节。
炼化企业地理信息基础地形及地下管线数据库在整体上是一个集成化的逻辑数据库,所有数据应能够在统一的界面下进行调度和浏览,各种比例尺、各种类型的数据要能够相互套合或相互迭加以形成一体化的管线数据库。
5.2数据建库的原则
一体化空间数据库的建设要遵循实际情况,即在遵循逻辑上建成一个整体的空间数据库、框架统一设计的同时,各级比例尺和不同数据源的数据在物理上分别建库,由空间数据管理软件统一来协调与调度。
建库原则有:
(1)先进性原则:
在建库过程中必须采用先进的生产技术、建设方案、作业工艺和建库标准。
(2)高效运行化原则:
管线数据信息管理系统是一个运行化系统,机构设置、软件硬件配置要互相协调,生产的数据要符合规范要求,避免数据重复采集,建立的空间数据库系统要能够业务化运行。
(3)建库与更新有机结合:
在空间数据生产和建库的同时要进行数据更新,要建立更新的机制,一般2年更新一次。
建库后要能够保存和查询历史数据。
另外,在更新过程中,逐渐提高空间数据的质量。
(4)多种比例尺数据协调:
在生产多种比例尺的空间数据时,尽量避免数据的重复采集。
建立多种比例尺空间数据库时,建立库体之间的逻辑联系,使之形成逻辑上无缝的任意比例尺的数据库。
(5)标准性、规范性原则:
空间数据建设应执行国家的统一标准和规范,在没有标准规范时应根据实际制订可行的技术标准,并在国家下发新的技术标准后,能符合新的国家标准。
(6)实用原则:
空间数据建设应建立全方位、动态实时的数据库,并准时为各级领导提供科学的基础数据,为各专业部门提供空间数据的基础支撑,为扩大服务领域开发实用的系统
5.3数据建库的内容
(1)设备、管线数据结构
它是包括设备、管线点、管线线等要素构成的基本数据结构,其中包括要素间的空间关系及相关属性信息。
结构按管线种类进行统一组织,一般一种管线对应二个表结构,即点结构和线结构。
(2)地形数据结构
包括地形索引图、道路网等在内的不同比例尺的基础地形数据文件,这类数据文件根据企业生产要求,可以从设备、地下管线管理信息系统的地形数据文件中提取,也可以在管线探测时,测绘带状地形图。
5.4数据组织
系统管理的数据分四大类:
(1)基础地形数据:
主要存储站内1:
500地形图。
地形图库主要包含建筑物、装置、植被、道路、消防系统等等基本的地形信息。
(2)管道数据:
包括站内的油气输送系统、水系统、给排水系统、污水系统、供电系统、公用工程系统等各系统的管道数据。
(3)工艺流程信息:
经过处理获得各种系统的工艺流程信息,实现动态管理。
(4)设备数据:
针对装置内地上地下的设施设备建立专门数据库。
主要包含相关的泵、阀、塔、杆、罐、变压器等等各种设施设备。
将以上各类数据综合利用,根据特征分类,建立数据仓库,集中管理。
6系统总体设计
6.1系统技术路线
6.1.1数据库平台
系统选择网络版管理模式,管网数据就不能以文件方式独立存在,必须把所有管网数据放入大型数据库中,即必须选择当今主流关系型数据库作为管线数据的存放容器。
目前业界存在的数据库有Oracle、SQLServer、SyBase、Informix等,它们能够处理大量矢量、栅格地图,可以有效管理海量空间信息及其属性信息。
6.1.23DGIS软件平台
利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其它的2D或3D信息源,包括GIS数据集层等创建的一个交互式环境。
它能够允许用户快速的融合数据、更新数据库,并且有效地支持大型数据库和实时信息流通讯技术,此系统还能够快速和实时地展现给用户3D地理空间影像。
Ø
产品线齐全,涵盖了三维场景的制作,网络发布,嵌入式二次开发整个流程;
支持多种数据源的接入,其中包括WFS,WMS,GML,KML,SHP,SDE,Oracle,Excel以及3DMX,SketchUp等,方便信息集成;
通过流访问方式可集成海量的数据量,它可制作大体量、工业、高密度、高精度的三维场景;
飞行漫游运行流畅,具有良好的用户体验;
支持在网页上嵌入三维场景,制作网络应用程序;
地理坐标的支持程度:
准确、完善、灵活
6.1.3系统运行环境
6.1.3.1硬件配置
系统硬件平台是支持系统高效、安全、稳定运行的基础设施,它的使用寿命是最长的,而且一经建设后就相对固定,不易更新和改造,这就要求系统硬件平台建设必须有一定的先进性和前瞻性,保证满足未来5-lO年内的应用需求,要充分利用有限的投资,选用性能价格比最好的设备,既要避免不必要的超前投资,又要防止因重复投资或设备可用性差被过早淘汰造成的浪费。
系统网络硬件架构包括以下部分:
数据库服务器、系统管理服务器、客户端微机、数据备份设备、客户端输入输出设备、网络设备等。
根据需求,系统集成设计首先用服务器、交换机、TCP/IP、路由器、PSTN等技术将网络及客户机、远程网络等连接成一个有机整体的物理结构,采用局域网模式,合理地、科学地构筑网络结构。
实现信息资源的共享与发布,完成管线管理和相关业务处理。
服务器的选用主要应考虑速度、容量和可靠性三方面,它们应满足系统的设计要求。
速度和容量比较直观,可靠性方面的内容较多,包括自动恢复、多级容错、环境监视等,同时应考虑网络服务器UPS的选用。
客户端微机可以选用名牌机、品牌机和兼容机。
目前名牌机和品牌机较高档次的品种,都能满足系统的需要,根据灵活和经济的原则,也可以选用较高档次的兼容机、还可以选用无盘和有盘工作站,并考虑是否配备打印机、绘图仪等。
总之,做到适当考虑长远发展而又经济实用。
中心网络设备就是网络防火墙、路由器、集线器、UPS、交换机等的选用,根据客户端微机的数量和速度的要求来确定集线器的档次和数量。
输入输出设备包括:
扫描仪、数码照相机/摄像机、绘图仪、打印机等可根据实际需要配置。
6.1.3.2软件配置
服务器
操作系统:
WindowsServer2008
数据库:
Oracle11g或SqlServer2008
GIS平台:
3DGIS平台
客户端
Windows2000/XP/2003/Win7
应用系统:
石化管线及设施三维信息管理系统
工具软件(可选):
Office、AutoCAD
6.1.4三维激光扫描技术
三维激光扫描技术是整个三维数据获取和重构技术体系中最新的技术,与传统的技术手段有很大区别。
它能够快速获取物体表面每个采样点的空间位置坐标,得到一个表示实体的点集合,我们称之为“点云”。
点云数据借助于计算机软件处理,用点,线,面、曲面等形式将立体模型描述出来,便可以重建出实体的表面模型。
三维激光扫描技术真正做到了直接从实体进行快速的逆向三维数据采集及模型重构,即从二维到三维的全景三维实测数据重构。
无需作任何实体表面处理,就可以获得景深很长,避免了光学变形因素带来误差的实体表面位置数据,激光点云中的每个点的三维坐标数据都是直接采集的目标真实位置数据,能够直接反映客观事物实时的、动态变化的、真实的形态特征。
6.2.1系统体系结构
在我们对客户提供资料理解的基础上,我们建议系统的总体框架采用目前IT技术中流行而较成熟的“N”层结构方案:
整个系统的逻辑框架如上图所示,主要可以分为几个层次:
①表示层:
主要包括个性化工作平台;
②应用逻辑层:
包括业务管理系统(三维管线管理、管网管理、维护检修系统、用户管理等)、用户认证访问控制和授权管理系统,以及以后可能扩展的其他应用系统;
③中间层:
主要包括数据访问、交换引擎、工作流引擎等运行引擎和二次开发接口等;
④数据层:
主要包括元数据数据库、基础空间数据库、管线专题数据库等;
⑤网络操作系统层:
主要包括网络硬件平台和操作系统。
同时,安全子系统和相关的标准规范将贯穿于系统的所有层次。
“多层结构”是在传统两层结构基础上发展而来,其优点主要有:
1)在一个共享的中间层封装了业务逻辑,不同客户端应用程序可以共享同一个中间层,而不必由每个客户端应用程序单独实现业务逻辑。
2)实现分布式数据处理。
把一个应用程序分布在几个机器上运行,可以提供应用程序的性能,通过冗余配置还可以保证不会因为局部故障导致整个应用程序崩溃。
3)有利于安全。
将一些敏感数据功能部分封装在中间层,并授予不同访问权限,可以保证对数据的访问限制。
6.2.2系统运行结构
根据系统建设目标,基于系统结构的确定有以下构想:
●采用面向对象技术,详细、认真、审慎地确定了信息系统的数据模型和数据操作处理。
注意结合数据存贮方法与数据库操作、应用功能的实现进行全面考虑。
●系统要与图纸档案系统集成,方便工作人员调用与查阅。
6.2.2.1系统运行模式
石化管线、设施三维信息管理系统采用C/S+B/S模式构建,在C/S运行模式主要是实现地形、管线及设施、设备数据管理,包含数据的录入、编辑、更新、查询、统计、三维分析,数据库备份恢复和系统管理等模块;
在B/S运行模式实现管线及设施信息发布到专网上,各单位可通过接入专网(需要保密和安全)来实现数据的共享,在B/S模式上可进行包含三维地图控制,三维数据查询、统计、三维辅助决策分析,三维应急等功能操作模块。
1)C/S模式
C/S结构具有良好的人/机交互能力,对图形数据具有很强的处理和编辑能力,对于空间数据的存取有效率高的特点,方便用户开展管理工作。
因此,本系统在厂内各部门之间建立C/S架构的局域网,主要由负责数据编辑/更新和系统维护等涉及大数据量的专业技术人员使用,用来进行系统配置、数据录入/建库/编辑、数据备份等工作。
2)B/S模式
B/S结构下的主要命令执行、数据计算都在服务器上完成,而且应用程序也安装在服务器,客户机几乎是零安装零维护,大大减轻了系统管理员的工作量,而且这种方式对客户端的用户数没有限制。
同时,由于所有日常办公操作可通过浏览器完成,可对进行数据查询、分析、数据量算等地图操作可大大降低对基层办公人员的计算机技术要求(会使用计算机打字、上网即可)。
结构图如图所示:
系统网络结构图
7系统特点
系统具有如下特点:
1)定制开发的应用系统
该系统根据实际情况和相关部门对其管理的功能需求而定制开发,能够满足业主方的各项需要,并能为业主方提供持续的售后服务。
2)海量数据管理
该系统可以实现数据的海量管理,系统将基础地形图、管线及附属设施的空间分布位置、属性信息集成于一体,实现对城市供水管线及设施的综合管理。
3)实用性强、操作简便
系统注重实用性,根据用户的实际需求贴身定制,确保系统能够满足用户的实际需要;
本着以人为本的理念进行系统设计,使系统界面简洁、友好,系统的各项操作简便、灵活。
4)系统的可扩充能力强
系统采用模块化设计,可扩展性强,并可进行二次开发。
5)查询、检索手段丰富,分析功能强大
丰富的查询统计手段、强大的综合分析功能可为管线及设施管理提供全方位的帮助。
6)强大的输出功能
可输出单幅或多幅图件,也可以任意指定出图范围,可生成各种比例尺带整饰的完整图件。
也可输出各类统计表格和统计图,准确、快速的查询统计分析结果的输出,为日常的设施管理工作提供有力的帮助。
7)数据类型的多样化
系统兼容性提供多种数据格式间的转换接口,从而实现数据来源的多样化选择。
8系统功能
GDInfo三维管线信息管理系统将利用物探技术、测绘技术、计算机技术、GIS技术、网络技术、数据库、激光三维扫描等技术,把管线及设施信息以数字的形式获取和存储,对其进行输入、查询、统计、编辑、输出、综合分析等管理,为厂区的建设与发展提供准确的管线及设施基础资料。
系统以地形图库、综合管线库和设施数据库为基础,在这个基础之上,建立了图形管理模块、管网管理模块、管网综合分析模块、Web信息发布模块、用户管理模块等系统管理模块。
8.1二维基础功能
功能分类
功能
文件
地图管理,设置当前用户默认地图,切换用户,打印,退出;
视图
地图浏览
编辑
撤消,恢复,删除,复制,剪切,粘贴,绘图,基础编辑,运算;
选择
选择要素,矩形选择,圆形选择,多边形选择,缩放到选中要素,漫游到选中要素,选择全部,清除选择;
管网编辑
解析、参照加点,插入、移动、连接点,坐标、属性导入,属性克隆,导入坐标文件,快速数据粘贴,解析加线,管线的删除、废弃、恢复、反向;
查询
坐标定位、管线查询、管点查询、道路定位、文字定位、建筑物定位,分类汇总,复合查询,查询结果统计;
分析
水平、垂直净距分析,横、纵断面分析,距离、面积量算,碰撞分析、缓冲分析、连通分析、最短路径分析,关阀分析、预警分析,设施搜索,管线三维显示
标注
属性标注、扯旗标注配置,单一实体标注,角度量算标注,实体间距离量算标注,坐标标注,栓点标注,埋深标注,单一属性标注,扯旗标注,清除标注;
工具
图层控制,符号化,地图裁剪,地图导出,浏览属性库,设置系统标题,符号库管理,
管理
用户管理,日志管理,批量多媒体挂接;
备份管理
8.2三维信息管理系统功能
三维展示系统基于虚拟现实理论,以数字正射影像数据、地形数据、三维建筑模型数据和地下管线数据为核心,利用空间数据库技术、遥感技术(RemoteSensingRS)、地理信息系统(GeographicalinformationSystemGIS)、全球定位系统(GlobalPositioningSystemGPS)、网络技术、多媒体及虚拟仿真等技术,深入开发和应用空间信息资源,对石化厂区三维进行多分辨率、多尺度、多时空的三维描述。
本系统在实现城市风貌生动展示的同时,提供在三维可视化环境中的信息查询和分析。
8.2.1管线数据处理
对管线数据进行加工处理,使数据可以在三维场景中显示。
8.2.2漫游模式及操作方式
本系统中,丰富多样的导航模式,能够在在三维场景中自由漫游、浏览。
可以用鼠标、键盘和飞行控制面板的任意组合方式控制在场景中浏览的速度、高度及视角;
并有多种缩放级别,能够迅速缩放到需要的分辨率级别:
全球、国家、州、城市、街道、房屋;
3D模式与2D模式的切换,能体会到不同模式下的观看效果;
环绕模式,能够在不需要任何操作的情况下,动态环绕观看三维模型;
地下模式
8.2.3对象查询
选择场景中三维模型对象,并可对三维模型的属性信息进行修改。
信息
8.2.4场景选项
设置场景相关信息,例如修改场景描述信息,时间光照效果的改变,地形MPT数据的变更,导航控件、状态栏、比例尺的开始,以地下模式显示场景及隐藏地形MPT。
8.2.5三维特效及功能
在三维展示系统中,提供了太阳模式、显示云图、水面、地下模式等多种模式效果,更加增强了三维场景的真实感。
开启太阳模式后,可以通过调节时间滑块,来调整太阳在一个时间段内的光照变化情况。
并出现阴影变化的效果(阴影变化画面);
显示云图后,可以出现云图的流动效果(画面);
显示水面后,可以在水面上产生波浪、流动的效果(画面);
开启地下模式后,可以清晰的看见地下场景,并且能够让视角跳到地下,以地下的视角来观看地下三维模型,更加增加真实感;
8.2.6测量分析功能
在现实中,为了得到建筑物占地面积、土地面积等参数,需要投入一定的人力与资源进行测量,再通过复杂的计算才能得到这些数据,而通过本系统中的测量工具,只需要轻轻点动鼠标,就能够轻易的量测出水平距离、空间距离、垂直距离等,可以测量任意地形面积;
水平距离
空间距离
垂直距离
这些在建筑施工、土地规划等方面可以快速提供准确的数据,免去实地探查、测量的周折,为各项工作节约了时间并减少了人力等资源的投入;
在现实中,要在短时间内测量出任意三维空间的面积,并非易事,但是在本系统中,只需要轻轻一动鼠标,就可以计算出任意三维空间的建筑面积,这为现实工作提供了便捷和决策依据,将会大大提高工作效率;
8.2.7地形开挖功能
隐藏在路面下的错综复杂的地下管线看不到摸不着,给道路施工带来了不便,盲目的道路开挖很容易造成地下管线的损坏,为厂区施工带来了风险,而有了地形开挖功能,就可以最大限度的避免这种事件的发生。
通过该功能可以轻易了解厂区任意位置下面复杂的地下管线分布情况,可以模拟现场开挖,掌握开挖施工给地下管线带来的影响,能够快速科学的掌握需要开挖多大的深度,以及开挖后管线的曝露情况等,能够很好的指导现场施工,减少盲目施工带来的破坏及损失;
地形开挖功能:
通过该功能,可以在地表生成一个透明的洞,能够清楚的看见路面下的地下管线情况;
8.2.8快速定位
如果知道设备设施名称,可以通过输入关键字进行模糊查询,如下面,输入“XX”关键字,搜索出相应结果,点击其中一条结果,就可以直接定位过去;
8.2.9管线查询功能
厂区管线种类繁多,数量大,当需要找到某一特定的专业管线的某一特征管道时,按照传统模式,将不得不翻阅大量的专业图纸、甚至翻阅档案资料,短时间内也不能得到满意的结果,而使用本系统中的管线查询功能起到事半功倍的效果。
8.2.10断面分析功能
通过横断面分析,能够快速分析出地下管线的分布情况,能够快速、直观的获取其属性信息,了解其相对位置关系等特点,为掌握地下复杂管线分布带来了便捷;
通过纵断面分析,能够详细的给出地下任意某一特定管线的分布情况,能获取其属性信息,为详细掌握地下某一特定管线的分布带来了方便;
8.2.11设备设施管理
石油石化设施设备是企业生产的基础,是整个企业安全运营的核心。
设施设备管理系统为石化厂的运营管理提供支持,帮助运营者直观、形象、全面地掌握设施设备运行状况,提高管理水平及降低维护成本。
系统按工艺流程与设施、设备相关联。
显示运行中的设施、设备的相关属性信息,如名称、压力等。
当突发事故发生时,可查看与事发设备相关联的设备、管线、阀门等,以便于应急指挥人员根据事故情况及时做出应急措施,最大限度地减少事故损失。
8.2.11.1设备设施基础信息管理
设备设施,按照规则,生成设备编码,作为设备的唯一标识。
在三维系统可以对设备编码进行录入,可以对设备编码进行快速定位,并可以通过设备编码查询设备的详细信息。
8.2.11.2设备完整性管理
设备完整性管理是指采取技术改进措施和规范设备管理相结合的方式来保证整个装置中关键设备运行状态的完好性。
通过系统的设备设施档案管理、设备评估分析功能,可以随时掌握设备设施的健康状况,保证生产工作有序进行。
8.2.11.3设备设施实时监控
设备设施实时监控功能能让用户实时获取当前运转的设备的各种参数信息,进而通过分析这些数据,实际控制相关的设备,对现场的控制极为方便和可靠。
8.2.11.4维护检修计划管理
现代化工企业设备向大型化、自动化方向发展。
工艺流程设计时,已不再多考虑备用设备,这给设备设施维护管理提出了更高要求。
设备的维护管理,虽不产生直接的经济效益,但对延长设备的使用寿命,充分发挥设备的潜力,提高设备的完好率,降低设备维修成本有着不可忽视的作用。
通过维护检修计
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