天然气是目前我国大力推广的能源,是城市燃气事业的主要组成部分。但是传统的天然气供应系统存在两方面急需解决的问题:传统管理方法的低效和管网系统的安全隐患。本文基于管理和应急两方面的需求,采用了基于网络服务的系统架构,尝试开发天然气管网专用的地理信息系统,并对管网系统架构、管网专用模型、管网应急抢修与监控和天然气泄漏扩散模型及仿真等四方面进行了深入研究。本文通过大量参考文献的分析、比较和研究,提出了基于网络服务的管网管理与应急系统架构。在此基础之上,利用ArcGIS系列软件搭建了系统平台,开发了基于网络服务的天然气管网管理与应急系统,并进行了应用测试。利用面向对象的空间数据模型,并根据天然气管网特点,制定了管网专用模型的设计原则,运用UML静态结构图建立了模型,通过原始管网数据的导入、编辑和整饰,并将模型应用到本系统平台,实现了对实际供气系统的模拟。本文对最短路径算法和管网监控进行了深入研究。其中,通过对模拟退火算法、遗传算法和蚁群算法等三种启发式算法进行比较分析,研究并实现了改进型蚁群算法的最短路径计算程序,用于在系统中计算泄漏点与维修站的最佳路线,有效地缩短了应急抢修的响应时间。通过图层与数据库的字段关联,实现了气压数据的监测与预警。根据天然气泄漏及扩散特点,对气体泄漏的高斯扩散模型进行了理论研究。并利用该模型计算出天然气扩散的范围和浓度分布边界值,模型计算结果在系统中得到了可视化的表现。本文还利用GIS空间综合分析功能对受影响的建筑和人口进行了统计分析。经试运行,本系统运行稳定,有良好的可视化表现能力,实用性强,运行效果良好。新研究的空间数据专用模型、改进算法及气体扩散仿真模型在系统平台中能够协同操作,实现了复杂的天然气管网管理及应急的大部分功能。本论文的部分成果可直接应用于天然气供应系统中,以改善目前的管理模式和安全应急现状。