摘 要：分析了當前石油長輸管道日常巡檢工作所存在問題，提出了基于嵌入式GIS技術的輸油管道巡檢系統原型，用于解決輸油管道巡檢過程中巡檢不到位、設備漏檢以及巡檢信息傳輸滯后等方面的問題。介紹了系統的設計目的、系統組成、工作原理以及關鍵技術，為嵌入式GIS在輸油管道巡檢系統中的應用提出了一個可行的方案。
關鍵詞：嵌入式GIS  輸油管道巡檢 SqlServerCE 無線數據庫同步

１、引言 
上世紀八、九十年代，利用先進技術的歐美管道管理模式逐步轉向總部直接對現場進行維護管理，90年代中后期的北美和歐洲在管道行業全面提出和實施完整性管理。完整性管理是為了保障管道長久有效地使用，通過先進技術手段，分析風險，并采取有效措施進行防范和規避，保證管道處于受控的安全運行狀態，包括對管道經過的所有環境因素、第三方因素及管道自身因素的數據分析和管理。為此，需要對大量基礎數據進行收集和分析，給出評價建議，在危險沒有發生之前進行預防。
近年來地理空間信息科學飛速發展，為輸油管道的完整性管理提供了技術手段和保證，
其突出特點就是使用豐富的地理信息系統方法來描述輸油管道沿線精確詳細的運行狀況，構筑一個“數字管道”，使用它可以實時詳盡地了解輸油管道的各類信息并輔助工作人員進行業務操作與管理決策。
與此同時，隨著掌上電腦PDA處理速度的提高，基于PDA，集成嵌入式GIS、GPS、GPRS的石油管道巡線系統，可以準確地把生產現場的管道、設備運行狀態、巡檢人員的工作狀況等信息實時地進行采集和傳輸，在調度管理中心統一進行管理，實現無線遠程的辦公自動化。
本文提出了基于嵌入式GIS技術的輸油管道巡線管理系統原型，介紹了其中的關鍵技術。
２、輸油管道巡檢現狀
輸油管道的特點是跨度大、距離長、地質環境復雜。輸油管道的日常巡檢工作需要對自然環境的變化對管線造成的損壞，人為的對管道的破壞，設備老化情況，附屬設備運行情況等進行巡查，是石油管道運輸領域的難點。對輸油管道的日常巡檢工作進行有效的管理是保證輸油管道及其設備安全運行的一項基礎工作。
傳統的輸油管道管理模式為三級管理即總部管理——區域管理——站場管理，通過電話在總部和區域和各個站場之間逐級進行聯系，實現對管道的管理和維護。傳統的第一代安全巡檢系統采取人工記錄方式，該工作模式在生產中存在很大弊病，可能造成巡檢不到位、操作失誤、觀察不仔細等現象，使得巡檢數據不準確，設備故障隱患得不到及時的發現和處理。   
利用信息鈕和條形碼等較為先進的自動識別技術進行計算機管理的第二代安全巡檢系統曾得到普遍推廣應用并在安全生產管理中發揮了巨大作用。但第二代系統也存在許多不足之處，產品安裝復雜，而且長期暴露在野外，容易遭到損壞，不便于有效的管理，而且巡檢信息仍然是手工記錄；費時、費力且填寫內容不規范，使得線路巡檢信息匯總分析的工作量沒有實質性的減少。
綜上所訴，當前輸油管道巡檢信息化程度不高，缺乏對輸油管道巡線人員的監管，不能實現實時的數據采集和傳輸，導致管理的效率較低、管理的信息化程度不高。
３　基于嵌入式GIS的輸油管道巡檢系統設計
系統的服務端為輸油管道監管中心，監管中心采用WebGIS技術，以輸油管道電子地圖為基礎，實現對管道及其附屬設施的監控，實現對巡檢人員的位置監控，實現巡檢任務下達、巡檢報警處理、以及巡查日志的管理與統計分析等功能。
4  輸油管道巡檢系統功能   
4.1 嵌入式GIS
嵌入式GIS，它是運行在嵌入式設備(掌上電腦、PDA、智能手機)上的GIS系統。嵌入式設備，與臺式PC機相比具有運算能力低、存儲能力小、系統功能弱等特點，而GIS空間數據包括圖形數據、拓撲數據以及屬性數據等，其數據結構復雜、數據運算量大，因此針對嵌入式設備的特點并結合GIS應用程序的需求要重新設計GIS平臺。嵌入式GIS，是新一代地理信息系統發展的方向之一，尤其與GPS、GPRS技術相結合，使得PDA成為智能終端并廣泛地運用于導航定位、應急救災、巡線巡檢等領域。
通過運用嵌入式GIS技術，系統把輸油管道管線、管道附屬設施、管線周圍地形地貌以及建筑物等地物要素通過電子地圖的方式顯示在PDA上，巡檢人員可以對地圖進行漫游、放大、縮小以及地物屬性查詢等操作。系統緩沖區分析功能，可根據當前巡檢人員GPS定位信息，自動的搜索50米范圍內需要巡檢的設備，并通過語音提示以及在地圖上高亮顯示的方式提示巡檢人員，盡可能的減少漏檢情況。
4.2 GPS巡檢導航
PDA中內置的GPS接收設備，通過串口與PDA連接。系統通過實時地讀取串口中的數據來獲取當前定位信息。定位信息獲取后，系統將其與電子地圖配準，巡檢人員可以清楚的知道自己當前的位置；同時定位信息通過GPRS網絡實時地傳回到輸油管道監控中心，監控中心可以及時地了解每一個巡線人員當前的位置，實現對巡檢人員的遠程監控，同時監控中心數據庫詳細記錄巡線人員的位置信息，可以對任意巡檢人員的運動軌跡進行回放。
系統巡檢導航功能，可以自動的求出下一個巡檢設備與當前GPS定位之間的最短路徑，
為巡檢人員指路，避免了由于對管道線路不熟悉，而出現的漏檢，同時提高了巡線的效率。
4.3 數據采集與數據傳輸
系統巡檢PDA終端可以采集的數據包括GPS定位數據、突發事件報警圖片與報警聲音以及巡檢任務表單等。數據采集完后可以實時地通過GPRS無線網絡上傳到監控中心。
1、GPRS無線網絡連接
巡檢終端PDA通過GPRS網絡接入到Internet，實現與監控中心的網絡連接。GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的簡稱，是一種以全球手機系統（GSM）為基礎的數據傳輸技術。GPRS具有數據傳輸高速、永遠在線等特點，其傳輸速率可達到56Kbps甚至114Kbps速度10倍于GSM，能夠滿足系統數據傳輸需求，還可以穩定地傳送大容量的高質量音頻與視頻文件，同時由于建立新的連接幾乎無需任何時間(即無需為每次數據的訪問建立呼叫連接)，因而隨時都可與網絡保持聯系。
2、 定位數據的傳輸
GPS定位數據通過讀取GPS接收設備串口得到，數據結構比較簡單，僅包括當前位置的經度和緯度坐標的坐標對以及巡檢人員的代碼信息。由于定位數據的數據量小，對實時性要求高，因此系統采用UDP協議來上傳定位數據，UDP協議具有單向性，效率高能夠滿足系統需求。巡檢終端PDA中不存儲定位數據，可以減輕PDA的存儲壓力。
3、SqlServer CE無線數據庫同步與多媒體數據傳輸
巡檢終端PDA后臺采用SQL Server CE數據庫來存儲日常巡查記錄表。MS SQL Server CE是Microsoft SQL Server Windows CE Edition的簡稱，是微軟公司開發的，運行于移動設備（WinCE操作系統）上的嵌入式數據庫系統，它將Microsoft SQL Server功能延伸到PDA設備上。同時它為開發者提供了一套編程模型，基于該模型，開發者可以快速建立基于PDA的數據庫應用程序。
與基于PC機的程序開發不同，基于移動設備的程序開發，首先是在桌面開發環境（如VS.NET ， EVC）中開發，然后編譯并部署到客戶端移動設備中運行。開發環境中SQL Server CE提供了一套嵌入式數據庫引擎類，用以在應用程序中操作嵌入式數據庫；客戶端環境中SQL Server CE提供基于移動設備的數據庫控制臺，操作移動設備中的嵌入式數據庫；服務器端環境中，SQL Server CE提供基于IIS的SQL Server CE服務，遠程數據訪問模型（RDA）與合并復制（Merge Replication）就可以通過IIS與SQL Server數據庫進行同步通訊。Sq l Server CE的總體架構如下圖所示：
系統PDA巡檢終端，與傳統輸油管道巡線系統相比，采用手持PDA設備，通過集成GIS、GPS、GPRS技術，不但能在第一時間采集到現場數據，而且能對線路問題、設備故障、安全隱患進行精確定位，并通過GPRS傳回控制中心，實現對輸油管道巡檢過程的全過程監控。

巡檢員遇到突發事件后，點擊地圖上相應事發位置，系統將彈出報警表單，報警表單上包括巡檢員姓名、報警時間、報警設備以及報警內容等項目。其中巡檢員姓名、報警時間、報警設備是系統自動添加，無需巡視員填寫，以縮短操作時間，同時巡檢員還可以通過系統直接采集報警圖片與報警聲音等多媒體信息。
一條報警信息采集完畢以后，系統將其所有相關內容包括聲音和圖片信息保存為SQL Server CE數據庫中報警表單里的一條新記錄，SQL Server CE是基于WinCE操作系統的嵌入式關系型數據庫，系統通過嵌入式ADO類來操作數據庫中的表單，圖片、聲音等多媒體數據分別以二進制數據格式即BLOB格式保存到報警信息表的記錄中。將一條報警信息保存為數據庫中的一條記錄，保證了報警信息的完整性與一致性，避免了在相同PDA中不同報警信息內容的混淆與丟失，也避免了不同PDA同時向服務器端上傳報警信息時，報警內容的混淆。
SQL Server CE數據庫中的報警表單與服務器端SQL Server數據庫中報警表單的無線同步，就實現了報警信息的上傳。
5  結束語
基于PDA，集成GIS、GPS與GPRS的輸油管道巡檢系統，解決了傳統輸油管道巡檢過程中巡檢人員監控、管道設備數據采集、巡檢歷史記錄歸檔以及巡檢日志查詢等方面的難題。實踐證明基于嵌入式GIS技術的輸油管道巡檢系統的應用，極大的促進了輸油管道管理的信息化進程，使得對輸油管道的管理工作更加規范、高效。
隨著PDA性能的不斷提高,以及嵌入式移動GIS技術、無線數據傳輸技術的發展，基于PDA設備以嵌入式GIS作為平臺、以無線數據同步更新為數據流的應用，將普遍運用到包括災害應急、設施巡檢、日常巡查等領域。