GIS系统在化工企业中的研究与应用
时间：2023-01-17 11:45:12 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
彭麒麟
（安阳化学工业集团有限责任公司 河南 安阳 455000）
GIS系统是分析和研究地理环境相关问题的一门学科。它利用计算机将卫星遥感测得的地理数据输入信息库进行存储，将地理环境的各种基础要素，包括地理位置分布情况和所具有的属性数据进行数字化存储，开发一系列分析比较功能，构建完整的数据管理系统[1]。
它通过将数据以动画及图形的形式直观地展示在三维地图上，可以实现多个系统的集成联动，通过丰富的地图表现形式，将数据与地理信息紧密结合起来，实现数据的可视化、智能化、自动化管理，对提高化工企业数字化管理水平有着重要意义。
GIS，即地理信息系统GIS（Geography Information System）是伴随计算机技术、地理科学、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科。地理信息系统是将地理数据、计算机软硬件，以及系统管理人员组织而成的对任意形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。从实际应用方面来看，地理信息系统已在地图测绘、重大灾害监测与评估、交通通信、石油化工领域得到了广泛应用。目前建设GIS系统国外较著名的软件有ARC/INF0、ENAMAP、GE等；
国内常用建设GIS系统的软件有MapGIS系列、Supermap GIS系列、MyGIS系列。这些优秀软件的产生，使得地理信息系统的使用范围越来越大，逐渐成为众多行业和部门管理信息数据必不可少的手段。
传统的GIS系统仅能应对一、二维世界中的问题，缺乏描述展示真实三维客观世界的能力，导致其在不同行业的发展与应用受限[2]。本文从3D-GIS角度出发，从平面和垂直两个方面来表达和描述空间对象之间的关系，实现对空间对象的三维空间分析与操作功能，将客观环境以一种更真实的方式展现给用户。
化工企业属于高危行业，压力管道及储罐多是高温高压、易燃易爆装置，有毒有害气体种类多，其生产环境对地理位置和状况也有特殊的要求，化工行业生产工艺复杂，应急处置救援难度较大，因此综合各方面地理信息、利用信息化手段对提高企业安全管理水平和应急救援能力起着至关重要的作用。利用GIS系统技术，将化工企业各项资源状况直观展示出来，使各级管理人员能够及时、准确、全面地了解企业生产安全及安全环保情况。基于GIS系统的辅助分析决策功能，为企业安全环保、应急救援提供决策支持，大大提高决策的科学性和及时性，进一步提升企业决策和管理水平。通过GIS系统的建设，既可以提升企业数字化、智能化水平，为企业长远发展奠定基石，也可以使企业全方位掌握自身“家底”情况，提升准确应对突发事件的能力，满足化工企业安、稳、长、满、优的运行需要。本文以某化工企业为理论研究对象，介绍了GIS系统在化工企业生产及救援中所起到的重要作用。具体分为以下几个方面。
2.1 系统需求及设计原则
某化工企业地理信息管理系统是以GIS技术为主要支撑，结合各项生产实际需求，采用可靠、先进、且扩展性强的平台进行建设[3]。通过对厂区进行实地测绘，建立三维实景模型，输出3D格式GIS地图数据，根据企业实际需求进行定制开发，该GIS系统平台是综合安全监控系统整合各业务部门的相关信息数据的空间展示和共享平台。
各类生产环保信息通过共享GIS平台的统一整合接入，实现多数据的共享、集成，应用于日常的应急监控业务体系，并为重大突发事件的指挥调度、决策分析、指令下达提供空间分析和决策支持。共享地理信息系统平台还是一个复杂的地理空间数据编辑应用平台，用于在关系数据库中建立和维护地理空间数据。它拥有高效率的编辑工具，还能提供灵活的、可互操作的、开放的结构并遵循工业标准，具有用于综合分析以及表达的强大功能。
GIS系统平台的建设，应符合以下几点设计原则：（1）软件要求：基于windows平台进行定制开发，与企业内部局域网络互联互通，满足快速访问需求，可扩展性强，能与综合安防监控系统、危化品预警监测系统、生产运行指挥系统等软件实现对接。（2）安全性与稳定性：要求系统在整体的开发与设计、平台的运行与维护中确保安全稳定，要求各业务数据及生产基础数据等重要数据信息传输安全可靠。（3）可扩展性强：要求系统具有良好的兼容性和可扩展性，采用通用标准及相关网络协议，要求数据库平台能集成对接各类安全生产系统，并根据企业发展需求，预留二次开发扩展空间。（4）易维护性：要求系统平台设计层次清晰，接口标准化、软件设计规范化，易于维护管理使用，并具备良好的容灾备份功能，在出现硬件或软件故障时，能保证系统快速恢复。（5）先进性与实用性：要求结合化工企业实际生产特点进行开发，系统设计既要满足实际生产需要，也要结合最新网络技术及GIS技术发展，采用国内外先进技术，保证系统整体实用、可靠、先进。
2.2 系统结构设计
本文所研究的某化工企业GIS系统设计的目标是实现厂区三维地图数据展示、实现各类生产环保数据及应急救援指挥的可视化管理，其基础是通过采集各类生产数据上传至服务器数据库中，GIS系统通过SQL数据库链接各类数据信息，从而实现查询、空间定位、空间分析以及数据管理的功能。系统网络拓扑结构如图1所示：
GIS系统网络架构配置了3台服务器，①是数据库服务器，用于各类生产数据的采集、上传及存储，系统采用SQLServer 2010功能模块进行关系数据的开发设计；
②是GIS系统服务器，用于存储GIS系统空间数据信息；
③是应用服务器，用于实现GIS系统的数据集成、更新、运算，一方面完成与数据库服务器的数据交互，另一方面向客户端提供服务，是整个系统的核心，为各级用户提供GIS系统图形数据、各类表单、报表查询、更新及分析服务。
系统硬件采用深信服云服务器部署，服务器处理性能强大，可伸缩扩展性强，简单高效，满足多处理器服务器跨平台使用。系统采用一站式登录模式，提供个性化的登陆界面，通过与企业生产智慧管控平台，视频监控管理平台等系统集成对接，实现各类信息统一交换，实现各类资源在平台其他系统之间的共建共享。系统基于C/S架构模式开发设计，采用统一规范的数据标准及协议，具有易于维护、使用简单高效的特点，满足实际企业智能化、数字化生产需要，优化计算资源，提升系统整体使用效率。
2.3 系统功能设计
GIS系统功能包含区域图层展示模块、重大危险源集中管理模块、综合视频监控模块、环保指标动态监控模块、应急资源管理模块、应急响应救援模块几个方面。
（1）区域图层展示模块：根据厂区的实际地形，将遥感测控获得的地形数据通过数学和计算机算法数字化，以三维实景图的形式存储在计算机中，可随时查询、对比和调用。根据区域划分规则，将整个厂区进行图形化显示，划分厂区交通图、管网线路图、化工企业关键设备区域图、应急救援区域，以及包括罐区、压力管道容器等设备区域，以不同的颜色标注显示不同的功能区，同时具备缩放、平移、选择、定位查询以及地图标注、影像图叠加显示功能。
通过GIS系统平台，实现各类资源的分级、管控及预警，通过对特定部分的定位与查询，结合空间运算分析功能，为用户提供多属性不同需求的展示效果，见图2。
（2）重大危险源集中管理模块：针对企业危化品储罐、压力容器、工业管道及锅炉等重大危险源实行风险评价与分级管控，以GIS系统为基础，通过集成重大危险源系统、生产制造管理系统等数据资源，综合安全监控子系统可以将重大危险源的位置与状态信息统一显示在电子地图的图层上，使之具有空间属性。该功能实现对多种来源的资源进行管理，准确对危险源位置进行展示。
通过选择危险源动态专题图监视区域内危险源动态，如危险源存储地、数量、存储状况，以及分类统计信息、分布信息，还可查看危险源基本特征信息及周边环境基本情况，具体包含以下几个方面：①区域危险源显示：分类显示危险源分布情况，可选择危险源种类，可输入危险源名称，在地图上用鼠标选择区域后显示该区域的危险源；
②危险源定位：指定危险源所在的区域，可输入危险源特性；
③危险源周围环境：可查询危险源周围人员、物资及设备信息；
④报警：如有报警信息，闪烁图标显示，同时系统弹出报警提示框（支持语音报警提示，可配置），可进行报警处理操作，报警处理后，不再闪烁。以GIS技术为基础，采用空间分析方法对企业有毒有害、重大危险源等区域非法入侵进行自动识别，实现全程动态监管，见图3。
（3）综合视频监控模块：以GIS系统的方式显示厂区道路、生产装置、重大危险源、管廊管道信息的实时状态，通过GIS地图对视频监控画面进行统一可视化调用，实现球机控制及设备状态监控功能，实时监控险情发生状态，当有报警时会有声音（或语音）提示，同时在该专题图中自动标注显示，方便企业人员快速发现险情，及时进行处置。通过GIS的空间拓扑分析功能，进行辅助分析和决策，通过整合对接各相关应用系统，提升综合视频监控系统的自动化、智能化水平，更好地满足生产实际的需要。
（4）环保指标动态监控模块：化工企业对环保要求较高，面临更为严格的环境监管，企业三废的排放需严格控制，GIS系统通过集成环境质量指标监控等系统数据信息，在综合安全监控子系统中，可以显示特定区域内气象指标（温湿度、气压等）、环保指标（污水流量、pH、含量等）等的数据动态，有效地保证了环保措施的落实和三废的达标排放，进一步提升企业经济效益及良性绿色发展。
（5）应急资源管理模块：针对化工企业易燃、易爆物质种类多，对安全要求较高等特点，通过在GIS系统上整合各类应急资源、应急队伍、逃生路线以及应急预案等信息，对各类应急资源进行组织分类，便于用户查询学习，在三维地图上能够准确查看目标位置，分析测量资源与需求地的实际距离，实现对应急资源信息进行实时更新，同时与关键设备及装置信息建立连接，实现各类应急资源的动态化管理，提高应急指挥的准确性和有效性，为应急救援、应急处置提供科学决策支持。
（6）应急响应救援模块：借助GIS系统实现危化品泄露、有毒有害气体扩散、火灾、爆炸事故的应急救援，根据灾情事故发生的位置、结合事发环境的风向、风速等信息，通过模型分析事故发生影响范围、逃生路线以及安全距离等关键数据，将现场事故态势、影响范围及后果、应急处置情况借助三维地图形式可视化展示出来，实现信息直观、快速传递，有利于救援部门快速制定救援措施及方案。应急救援功能具体表现为以下几个方面：①事故范围自动展示，对事故影响范围进行圈定显示，根据现场环境，划定警戒线、封锁线，实现三维可视化展示。②规划分析最佳救援方案，通过救援路线匹配分析，规划最佳逃生路线，同时在地图中显示安全区、疏散区及应急避难场所，对可能受到影响的范围进行警戒提示。③自动匹配GIS系统应急救援方案，通过查询应急资料、对不同事故类型采取不同应急处置措施，辅助指挥车辆救援、应急物资调配，从而提升应急指挥协调能力。
本文以某化工企业为研究对象，对GIS系统进行了介绍，论述了其在化工企业安全环保监测、视频在线监控及应急救援等方面发挥的重要作用。将GIS系统运用到化工企业信息管理中，通过构建以GIS系统为基础数据库的多信息共享平台，实现了化工企业安全生产、环保管理及应急救援等多资源的有机结合，取得了以下成果：
（1）利用GIS系统强大的图形信息处理能力，通过集成对接各类安全生产环保系统、安防视频监控系统等，实现厂区环境的可视化展示，简化了系统操作界面，方便企业员工操作，提升了企业管理水平，最大程度上实现了各类信息的综合利用，实现全局性资源的统一调配、管理，发挥了智能化系统的整体优势。
（2）在GIS技术的支持下，为企业安全生产、事故预防、应急救援等提供辅助决策支持，进一步提高了决策的规范化、科学化水平和解决突发事件的应急指挥能力。
（3）GIS系统在化工企业应用前景广阔，系统可扩展性强。未来通过融合AI、VR虚拟技术、遥感成像、云计算等先进技术，建设三维空间虚拟化模型，在安全生产领域人员和信息领域人员的共同参与下，逐步探索实现应急救援处置全流程的数字化、可视化展示，大幅提升企业安全风险防控能力。
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