1、87GIS在油田地面工程信息可视化中的应用周盈 周斌 汤彩霞新疆油田公司采油一厂摘 要： 地理信息系统(GIS) 是近年来迅速发展起来的一门融计算机图形学和数据库技术于一体的新型空间信息技术,它把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机地结合起来,满足用户对空间信息管理的要求 ,并借助其特有的空间分析功能和可视化表达,进行各种辅助决策。 从而满足生产、科研、管理、决策等对空间信息的可视化需求。油田空间地面地理数据包括油水气井数据、油气水管线、油气水干 线、进井路、阀门、电力网、 计量站、变电站、油库、联合站、井场周围建筑、道路、水渠等地面地理数据，该部分数据是油田建设的基础数据，补充完善基础数据
2、是整个油田信息化的一个重要基础工作。基础数据不全将导致油田的某些业务或业务环节无法使用信息技术手段来处理，使信息系统无法真实的反映生产经营管理状况。关键词：地理信息系统(GIS)；油田地面工程信息；空间数字平台1 油田地面工程信息可视化1.1 概述GIS 的对象是地理实体,GIS 的操作对象是地理实体的数据。GIS 强调对空间数据的处理,它把现实世界中实体对象的空间位置与相关信息有机结合起来,满足用户对空间信息的管理与分析,并借助图形图像及3D 动画技术,实现空间信息的可视化表达。就GIS 而言，需要描述的数据有：a.图形数据，即与位置有关的坐标系统中点线面的基本图素数据。b.特性数据，即构造
3、图形时的要求如：线幅、线类型、颜色等数据c.属性数据，即与空间位置无关的对图形空间实体给以描述、说明的数据d.图形数据间的关联数据（空间实体的拓扑结构）,这些数据之间具有密切的联系, 由新疆油田公司组织开发的空间数字平台顺利解决了两者之间的联接、查询和管理的问题。GIS 中将空间实体对象用图形(空间) 数据和属性数据来共同描述,并分别使用不同的存储模块。 前者描述实体的几何空间数据和拓扑关系,后者用来描述实体的属性及两者的关联标识,空间数据和属性数据通过图元代码作为公共数据项连接起来,使得构成空间对象的每一个图元与描述该图元的属性建立一一对应的关系(图1) ,这种空间数据组织结构为数字模型的可
4、视化空间操作与分析提供了条件,从而为地面工程信息可视化奠定了基础。88空降数据库 属性数据库属性数据表空间数据表图元数据 1图元数据 2图元数据 n属性数据 1属性数据 2属性数据 n空间数字平台定制图元编号 图元编号图元对象空间数字平台发布元模型数据库图 11.2 数据存储模块根据油田地面工程数据实际情况以及空间数字平台软件要求，选用oracle数据库作为存储空间数据和属性数据的数据库管理系统，而在空间数字平台中定制的信息则存在在第三个数据库元模型数据库中。a.空间数据库 创建基于GeoMedia空间模型群的空间数据库（采用GeoMedia Professional 软件或建模系统），数据库
5、类型可以是Access、SqlServer7/ SqlServer2000或Oracle8i/Oracle9i，该空间数据库用来描述空间实体的空间数据和属性数据，是二维关系表。假如其它模型群的空间数据库，则可以将其转换成基于GeoMedia空间模型群的空间数据库。b.属性数据库 针对空间数据库的每一图元，均有对应的属性信息。c.元模型数据库 创建基于GeoMedia空间模型群的元数据库（采用建模系统），数据库中的二维表包括数据源定义表、类定义表、类_属性关系表、属性定义表、关系定义表、关系实体定义表、域定义表等，然后采用建模系统提供的创建类、属性等工具定义管理图册、图、层、层项、样式、标签、统
6、计、叠加等数据对象，同时采用采用建模系统提供的导入工具，将空间数据的数据实体对象导入到元数据库中。假如已有元数据库的脚本，可以执行脚本，然后采用建模工具对某些对象的属性进行修改即可。891.3 空间数字平台由新疆油田公司组织开发的油田空间数字平台是具有建库系统、管理服务、出图服务、发布服务及综合决策辅助分析一体化的基础GIS应用开发平台。系统基于InterGraph公司的GeoMedia Professional 4.0，使用Delphi6.0语言开发，采用三层体系结构（数据库、应用服务和客户三层），建库系统和管理系统采用C/S结构，发布采用B/S结构。通讯协议采用Socket，整个系统完全采
7、用面向对象的开发方式。空间数字平台功能涵盖了从空间数据采集、存储、管理、分析到输出全过程。主要包括以下几部分。建库系统平台提供一套灵活的预处理、矢量化和数据入库系统，升级已有单一建库方式，拓展形成多样化、一体化的数字建库平台；同时实现项目成果即时应用和入库。还提供了出图服务系统，根据数据库的数据，提供多种灵活的图形组织方式进行成图，形成具有综合空间数据库支持的出图服务系统。管理系统平台提供一套灵活的模型及其元数据建模和管理系统。具有行业信息模型建立能力，为各行业数据组织和应用开发提供服务平台。通过该平台可将与空间数据相对应的属性数据一一对应起来，使得在发布页面上轻点鼠标，便能获得图元对应的属性
8、信息。发布系统平台在现有图形系统的功能基础上，增强和增加发布功能，形成综合空间数据库的发布服务平台，重点是空间分析和不同数据格式的数据源的发布。在空间数字平台的模型基础上，形成综合空间数据库的发布服务平台，实现空间数字平台与信息发布一体化。2 油田地面工程信息可视化实现过程GIS 提供了绘制各种类型图元的方法,主要包括点、线、多边形等简单的图形。 对于复杂物体,利用基本图元显得比较麻烦。 为此,可采用一种拓扑点连接法,利用该方法不需要进行复杂的数学计算,当数据点足够多时就可以绘制出极为精确的图形。 GIS三维空间数据模型主要是表达空间目标的几何信息和属性信息,同时相对独立地表达空间目标的拓扑关
9、系。GIS 的可视化过程,即实现模拟数据到图像的变换,主要有以下几个步骤。a.数据采集：通过GPS探测、调查、观测以及现有的数据文件中提取所需的数据，数据来源多种多样，有些来自图形和表格，或者地图、航拍相片和卫星相片等。油田地面工程信息可视化采用最多的是GPS探测和实地测量。b.格式转换：把收集的地理数据转化为满足系统需要的数据格式。数据的获取常用的GIS 软件如GeoStar、MAPGIS、SUPERMAP、ARCGIS等，最后经过转换，通过某一空间数据引擎转载到ORACLE数据库。90图 2 油田空间数字平台架构表示层 服务层 数据层元模型数据库空间数据库专业数据库图形建库服务元数据服务图
10、形发布服务企业信息应用服务系统数据库建库系统发布系统元模型系统发布系统报表系统油田空间数字平台企业信息管理平台定制系统图形定制服务91图 3c.校正和编辑 在地理数据数字化过程中，常常会产生一些错误，包括多边形不闭合、空间点或线的丢失和重复、多边形重叠以及结点代码和属性码不能符合拓扑一致性要求，这就要通过图块拼接、边缘匹配、图形校准等功能对数据校正编辑。d.属性查询：通过对实体及其相互间拓扑关系的操作，获取有关属性信息。GIS将空间数据库对应特征的相互关系进行编码，通过在屏幕上拾取特定空间对象，在相应的数据库中查询相关信息。e.数据分析：主要包括数据的聚合、特征提取、面积和空间距离的量算、最短
11、路径分析、数字地形分析、空间统计分析和地理模型等。这些空间分析可为用户提供家决各种问题的有效手段。f.图形展示：将各种分析处理结果以形象的方式在输出介质上显示。这些分析和处理结果包括用于清晰刻画各种地理现象分布的地图和一些油田特有的流程图，并以多种形式输出供决策者使用。3 发展前景GIS 在油田地面工程信息可视化研究中的应用还有待进一步发展,应用的发展既要与GIS 本身的发展相结合,又要与油田地面工程专业相结合,同时,应用研究的深入进行也将赋数据采集格式转换校正和编辑属性数据库空间数据库数据检查空间数字平台定制图形展示 数据分析 信息拾取 92予GIS 发展趋势以新的内涵.a. GIS 数据精
12、度. 在GIS 中,从数据的收集、准备、扫描,到数据的各种处理和分析,每一个环节都可能产生人为误差或累计误差. 虽然空间数据的来源机理还有待进一步研究,但仍应考虑采取一定的手段来尽量减少误差.b. 4D GIS. 在施工可视化中,众多描述对象都在不断变化,时间是一个很重要的因素,仅将时间特征作为属性数据库中的一个属性还不能很好地解决问题. 对时间序列的需求将意味着在三维GIS 数据模型中加入一个时间维,最终实现对三维实体本身、三维实体间的关系,以及三维实体随时间变化的情况准确、有效地描述和表达.c. WebGIS. Internet 可以提供强大的地理信息发布媒体,它与GIS 融合,正逐渐形成
13、一新的技术WebGIS. 可视化中大量数据的交流和传输问题可借助这种新技术得到解决. 和传统GIS 相比,WebGIS有更广泛的访问范围、平台独立性、降低系统成本、更简单的操作和平衡高效的计算负载等优点 . 需要加以控制的是数据的保密性,从而保障数据安全.4 结束语石油工业的生产活动是从采集信息、处理信息和解释运用信息开始的。油田空间信息数据的建设和应用是油田后期精细化管理中的一个重要环节。这需要立足地面地理信息系统完善的数据，整合为集成了地面、井区、管线信息的空间信息数据库，同时基于该数据库提供三维可视化空间信息系统应用。近年来, GIS 作为信息产业的重要组成部分, 正以前所未有的速度向前发展, 把握当前国际上GIS 的技术走向和市场需求, 对于我们开发具有自主版权的GIS 至关重要, 同时也有利于我们去预见GIS 的发展趋势, 站在更高更远的角度去扬长避短, 缩短与国外的差距。
