1、基于 ArcGIS 管网爆管分析的算法优化和实现摘 要：在现代煤化工的管道网络建设中，管道会因水位，气压及其他外界因素的影响而发生爆裂甚至爆炸，这为煤化工过程中的气体，液体的产生和流通带来了极大的影响，也对管道建设与维护工作的开展带来了新挑战。随着化工建设中管子，弯头以及管接头等工程数量的增加，管道网络的质量问题日渐受到煤化工企业的重视，这也使得管子及其管件设备防护技术成为管网建设的核心。本文主要分析了 ArcGIS 管网建设中的模型建设与流向生成，并对管网分析算法的优化方式进行阐述，以优化理论为基础，进一步讨论了优化方案的具体实现方式。 关键词：ArcGIS 管网 爆管分析 算法优化 理论实
2、现 一、管网爆管分析算法研究背景分析 我国经济的迅速发展有力推动了城市建设，随着人们生活水平的提高，煤化工的工业技术要求也在不断提升。作为城市燃料生产的主要供给来源，煤化工企业的正常运营是城市能源持续供给的有力保障。作为煤化工企业建设工程的核心，管网结构铺设占据了煤化工建设工程内容的近 65%，且管件结构搭建和装置布置也愈加趋向于复杂化，这对煤化工管网建设工作的开展提出了更高的要求。在实际管网搭建工程施工中，由于煤炭原料气化和液化过程所涉及的管件设备大部分埋设在地下，这就导致了压力管易受到地下外界因素的影响而发生爆管事件。为实现对爆管事件及时有效的处理，煤化工建设管理部门应在爆管事件发生后及时
3、的采取针对性措施，并将爆管影响范围控制在最小。为实现对煤化工企业气体，液体燃料生产过程中地下管网的高效控制，并在最大限度上杜绝爆管事件的发生，我国多数煤化工工程都已建立起了地下管道管理系统，并且在不同程度上实现了爆管分析功能。 二、ArcGIS 管网模型构建及流向生成 ArcGIS 管网构建工程是以逻辑网络模型和几何网络模型为基础而实现的，几何网络和逻辑网络的关系如图： 由图分析可知，在几何网络结构中，要结合实际管件装置布局和具体位置设定，设立对应的管道接口和网络结构交汇点，如通过设立N1，N2 交汇点，使得煤炭在气化处理后能够同通过管网结构进行分支处理，其次在管网逻辑网络的构建中，也应对不同
4、接口和管件进行尺寸控制，如在煤碳气化处理管道的交点网络数据设定中，应将距交点距离较远点的标准值设定为 23m，而要将边缘管网的管道数据标准值控制在10 左右。在逻辑管网的构建中，将 ArcGIS 管网中的特定属性及连通信息以逻辑网络的形式展现出来。而 ArcGIS 几何网络模型则更为侧重对管网中要素的集合，通过建立起一定数量的交汇点以实现对管网中网路要素的描述。从模型中点与边的关系角度分析，逻辑网络模型是利用边元素表和点元素表呈现点与边的关系的，而几何模型则是通过在网络要素和逻辑网络中建立起一对一或一对多的关系，进而在模型中建立起管道网络关联。ArcGIS 管网模型的构建中，由于其能够描述煤化
5、工管道网络中物质的流向，所以管网模型在构建过程中能够建立起网络流的源点和终止点，以此表示网络中形成的流向。在进行爆管分析时，通常将水供给点，供热点等设置为流向源点，用户设置为能源的终止点，并以此为基础利用函数接口形成流向。在 ArcGIS 管网中最为普及的是已知流向，未知流向和为初始化流向三种流向方式，在树状管网结构中通常生成已知流向，环状管网结构中多数生成未初始化流向，而在多源点的情况下，则主要生成未知流向。 三、ArcGIS 管网分析算法优化方案设计 结合 ArcGIS 管网模型设计可知，在树状管网结构下，单一源点的建立要结合 ArcGIS 结构提供的函数接口才能实现，而煤化工气化管道和液
6、化管道管网结构的搭建多采用多源点的环状网络结构，这就使得部分管网爆管分析方法无法准确的应用在煤化工工程的建设中，所以为提升煤化工管网工程的建设与管理的质量，应对管网分析算法作进一步的优化和改善，以实现对管道网络的有效管理。在 ArcGIS 管网分析算法的优化中，进一步强调了拓扑结构在网络中的建立，并结合了网络中点和边的连通性与物质的流向性，以有效控制爆管两端最近的阀门，进而实现对爆管事件的有效控制。ArcGIS 管网分析算法的优化方案中，应首先科学合理的设立起阀门数组和节点队列，并通过将搜索起始节点加入队列以进一步提升节点队列间的连接性。为提升 ArcGIS 管网中爆管阀门的搜索效率，应首先在
7、模型的有效边集合中选取一条边，并判定其流向，一旦发现该边流向为无流或顺向，则终止对该边的搜索，而若在边中发现逆向流，则要将就爆管点最近的阀门加入到阀门数组中，并依次重复管道流向的检测工作。为进一步优化煤碳气化处理后管道运输的 ArcGIS 管网分析算法，应利用元素两端的方向性进一步判断网络模型中的流向，如果经计算后流向是从模型边的起点到终点，那么该流向即为顺向流，反之则为逆向流。 四、ArcGIS 管网爆管优化方案实现方式探究 1.爆管分析的实现 在 ArcGIS 管网爆管计算分析中面临的主要问题是如何搜索爆管周围最近的阀门以及关闭阀门后对保管区域的影响，因此在爆管分析过程中通常会利用 NET
8、FLAG 技术为煤化工管道爆管位置设置标记。从爆管种类角度分析，ArcGIS 管网爆管通常分为边上爆管和点上爆管两种，边上爆管主要采用设置边标记的方法，通过判断模型边上的流向，以决定对阀门的搜索方向，而在处理点上爆管问题时，则是首先判定是否符合阀门处理的类型，当发现是处理类型后则直接在该点进行阀门搜索。在完成搜索阀门工作后，ArcGIS 管网系统依照优化方案将搜索后的阀门设置成为无效阀门，再利用 IFraceFlowSolver 函数接口进行函数查找，并将查找后的爆管接口与区域地点相连接，以这种方式确定爆管的影响区域。在完成煤化工管道爆管修复工作后，将管网恢复至正常运行的状态，以此保障城市管道
9、网络的稳定工作。在 ArcGIS 管网阀门搜索工作中应当强调网络模型中源点和流向的设置问题，在完成爆管点的搜索后，及时形成网络流向，以确保系统爆管分析功能的正常实现。 2.爆管分析的模块化封装 为实现煤化工管道 ArcGIS 管网爆管分析算法的有效优化，应从ArcGIS 系统的核心，即 Arcobject 组件的 COM 技术编写方面做进一步优化。COM 技术是微软公司开发的软件编写技术，在该技术中，一个或多个相关方法及属性在对象操作机制的调控下，有效实现了软件重用，程序封装及动态连接。 五、结束语 为实现我国煤化工管网爆管的有效控制，应以我国传统模式下的爆管分析方式为基础，结合建设的实际需求
10、采取科学有效的爆管分析计算方法。ArcGIS 管网爆管分析法作为时下最为普及的爆管分析方法，在煤化工管网建设中起着至关重要的作用，该技术中阀门搜索功能与爆管影响区域分析等问题的有效处理都为爆管处理工作提供了较大的便利，这在实际工作中具有重要意义。随着我国科学发展观的进一步落实，对于煤化工业生产要求不仅要实现节能减排，安全问题也是同等重要的，因此我们要在现有的技术基础上，不断完善爆管分析预防工作，提高管道建设的安全性与可靠性。 参考文献 1殷人昆，等数据结构（用面向对象方法与 C+描述 M.北京：清华大学出版社，2010 2杨姗姗.供水管网地理信息系统中爆管分析的设计与实现D.武汉：武汉大学， 2005-041 3吴玮，等基于 ArcGISEngine 的 GIS 开发技术探讨J.科学技术与工程， 2006， （1）1 4梁娟妹.给予接口的 ArcObjects 编程C.第六届 ARCGIS 既 ERDAS中国用户大会论文 集 120041 5程耀东，孙建国.基于组件的城市地下综合管网信息系统开发研究J.测绘与空间地理信息， 2005， （2）1 6陶国强 1 城市地下管线三维模型的实现J.测绘科学，2006， 30（6）1 7石吉宝，贾力辉 1 基于 ArcEngine 的城市供水管网信息系统的设计与实现J.四川测绘，2006， （6）1
