江蘇油田地理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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　　摘要：江蘇油田經(jīng)過幾十年發(fā)展，積累了大量歷史數(shù)據(jù)。為有效利用、管理這些數(shù)據(jù)，使之為生產(chǎn)決策服務，該文借助開源軟件MapGuide搭建油田網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)集空間數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)于一體，通過FDO實現(xiàn)MapGuide與數(shù)據(jù)庫的連接，并對影像進行分片處理，加快訪問速度，實現(xiàn)油田信息共享、信息可視化查詢分析、地圖管理等功能，實驗表明了該系統(tǒng)的有效性。

江蘇油田地理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　關鍵詞：MapGuide軟件;MySQL數(shù)據(jù)庫;開源;地理信息系統(tǒng)

　　【Abstract】After several decades of development,Jiangsu oilfield has accumulated large amounts of historical data.For effective use of these datafor daily production and decision-making,the Geographic Information System(GIS)for Jiangsu oilfield is developed by using MapGuide.Thissystem contains spatial data,production data and images,while MapGuide connecting the database via FDO technology.In order to reduce useraccess waiting time,the large images are separated into small pieces.This system has lots of functions such as information sharing,data query andanalysis and map management.Practical results show its efficiency.

　　【Key words】MapGuide;MySQL;open source;Geographic Information System(GIS)

　　1、概述

　　江蘇油田開發(fā)所積累的大量歷史數(shù)據(jù)在使用過程中存在如下問題：(1)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。有些數(shù)據(jù)存儲在excel表中，有些存儲在數(shù)據(jù)庫中，有些是CAD文件，有些空間數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)采用北京54坐標，有些采用西安80坐標，這就造成了在使用過程中的諸多不便。(2)存儲方式多樣。有些是紙質(zhì)的，有些是電子的。(3)由于文件眾多，已經(jīng)更新的數(shù)據(jù)，在文件中未能同步更新，導致時效性差，準確度較低。利用GIS技術有助于更好地管理、利用這些數(shù)據(jù)來為生產(chǎn)、決策服務。它不僅能夠很好地管理數(shù)據(jù)，進行直觀的可視化表達，還為管理者提供決策支持。在開發(fā)江蘇油田地理信息系統(tǒng)時，如果采用一些商業(yè)軟件，比如：ArcIMS,MapXtreme,MapGIS-IMS,SuperMap，除了要承擔較高的開發(fā)成本(這些軟件花費少則幾萬，多則幾十萬)之外，在軟件選擇時，還要考慮GIS平臺和數(shù)據(jù)的兼容性[1]，且它們的開放性有限。相比之下，開源軟件具有費用低(甚至零花費)、擴展性強等特點，而且開源軟件一般都遵守OpenGIS規(guī)范，可定制性強，便于二次開放。綜合考慮性能和成本因素，本系統(tǒng)的構建采用開源軟件，GIS軟件采用MapGuide，數(shù)據(jù)庫采用MySQL。

　　2、系統(tǒng)設計

　　2.1系統(tǒng)總體結構設計本系統(tǒng)采用多層分布式應用模型，可以有效地分散數(shù)據(jù)層、邏輯層和表示層。多層結構設計最大的好處在于它的拓展能力和負載均衡能力[2]，系統(tǒng)結構如圖1所示。瀏覽器TomcatServletMapGuide ServerJavaBeanJDBC影像文件數(shù)據(jù)庫JspApache客戶端網(wǎng)絡服務器應用服務器數(shù)據(jù)層圖1系統(tǒng)結構作者簡介：崔倫輝(1985-)，男，碩士研究生，主研方向：WebGIS，空間數(shù)據(jù)庫;張萬昌、徐士進，教授、博士、博士生導師

　　2.1.1客戶端系統(tǒng)客戶端為“瘦”客戶端，僅需一個瀏覽器，不需要安裝其他任何軟件�？蛻舳碎_發(fā)采用Ajax技術，MapGuide為便于二次開發(fā)提供了MapGuide Viewer API，借助API函數(shù)實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的顯示和維護。

　　2.1.2 Web服務器[3]系統(tǒng)的Web層由Jsp和Servlet組成。它們的管理和執(zhí)行是靠Tomcat和Apache完成的。

　　2.1.3應用服務器應用服務器層主要包括業(yè)務邏輯和GIS服務器�？臻g數(shù)據(jù)的操作通過FDO實現(xiàn)MapGuide Server與數(shù)據(jù)庫的連接，屬性數(shù)據(jù)的操作通過JDBC實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的連接。

　　2.1.4數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)庫服務器和影像文件。數(shù)據(jù)庫存儲空間數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)，影像文件包括江蘇油田區(qū)域的QuickBird和中巴資源衛(wèi)星影像文件。

　　2.2數(shù)據(jù)庫的設計江蘇油田地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源可以概括為3類：(1)基礎數(shù)據(jù)。包括油井、水井、管線、房屋等信息的空間數(shù)據(jù)資料;(2)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。包括設備、儀表、站庫設施等屬性信息;(3)遙感影像數(shù)據(jù)。其中，第(1)類和第(2)類數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中;第3類數(shù)據(jù)按文件方式存儲�？臻g數(shù)據(jù)庫部分根據(jù)實體性質(zhì)，可以將地物劃分為點狀地物和線狀地物。由于QuickBird影像比較清晰，因此避免了將房屋、罐等面狀地物按點存儲。點狀地物包括油井、水井、計量站、配水間、聯(lián)合站、中轉(zhuǎn)站等;線狀地物包括輸水管線、輸油管線、輸氣管線等。每一地物類型在數(shù)據(jù)庫中存儲為一張表，對應MapGuide中的一個圖層。設備、儀表、泵、罐等屬性數(shù)據(jù)存儲為一般的關系表。根據(jù)原始數(shù)據(jù)的內(nèi)容、特征和生產(chǎn)需求，將數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)劃分為以下11層：油井層，水井層，計量站層，配水間層，聯(lián)合站層，中轉(zhuǎn)站層，注水站層，輸油管線層，輸水管線層，輸氣管線層和影像層。考慮系統(tǒng)的安全因素，不同人員擁有不同權限，因此，要明確設備、設施等實體的隸屬關系。以油井為例作一介紹，油井作為點狀地物存儲，其表結構如表1所示。2.3系統(tǒng)安全設計安全性是一個系統(tǒng)的必要特征，按照安全保密重要程度由大到小的排列順序，依次為信息安全、病毒防治、介質(zhì)安全、數(shù)據(jù)庫安全、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡安全、設備安全[4]，如圖2所示。設備安全網(wǎng)絡安全系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)庫安全介質(zhì)安全病毒防治信息安全圖2安全體系結構在開發(fā)江蘇油田地理信息系統(tǒng)的過程中，要考慮的安全因素包括數(shù)據(jù)庫安全和系統(tǒng)安全。(1)數(shù)據(jù)庫安全。采用基于視圖的數(shù)據(jù)訪問機制，用戶只能使用已授權的功能，可將訪問權限控制在記錄級，為防止介質(zhì)崩潰，定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。(2)系統(tǒng)安全。通過設置NT的域用戶管理，在網(wǎng)絡內(nèi)部使用代理網(wǎng)關，設置網(wǎng)絡防火墻，限定IP地址訪問，安裝防病毒系統(tǒng)等方式來提高系統(tǒng)的安全性。

　　3、系統(tǒng)實現(xiàn)

　　系統(tǒng)在設計開發(fā)過程中，運用系統(tǒng)工程的理論和方法，對各業(yè)務模塊進行統(tǒng)一的系統(tǒng)功能分析，各功能模塊之間采用統(tǒng)一的對象模型、標準代碼體系、約定的處理方式及通用接口，充分利用MapGuide軟件所提供的現(xiàn)有功能，并拓展油田實際生產(chǎn)過程中的具體需求功能，力求開發(fā)出界面友善、功能完善、結構靈活、性能良好的系統(tǒng)。3.1 MapGuide簡介開源MapGuide包括MapGuide Server和MapGuide WebServer Extensions。Server在操作系統(tǒng)中是作為一個服務來運行的，既可存取本地服務器上的數(shù)據(jù)，也可存取通過FDO技術連接到其他服務器上的數(shù)據(jù)。Web Server Extensions提供了完整的API函數(shù)，它是用戶與Server交互的“橋梁”，支持PHP,.NET,Java這3種開發(fā)語言。MapGuide Studio為用戶提供一個便于發(fā)布地圖的管理工具，在Studio中發(fā)布地圖應用的步驟是：(1)創(chuàng)建Data Connection;(2)創(chuàng)建Layer，選擇Map中需要顯示的Layer;(3)生成Layouts，發(fā)布地圖應用。3.2數(shù)據(jù)的預處理3.2.1空間數(shù)據(jù)的處理原始空間數(shù)據(jù)只有點坐標，且不同廠區(qū)采用的坐標系不同，為方便管理，將它們統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到WGS84坐標系下，并在ArcGIS中生成shp文件，然后導入到MySQL數(shù)據(jù)庫中。每個圖層對應數(shù)據(jù)庫中的一張表，表中包含屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，為使FDO能夠讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，需要創(chuàng)建幾個輔助表。比如，表f_attributedefinition定義了每個空間數(shù)據(jù)表的屬性字段類型;表f_classdefinition定義了每個空間數(shù)據(jù)表的classid;表f_classtype定義了類別;表f_schemainfo中記錄了模式信息;表f_spatialcontextgroup中記錄了坐標系信息。3.2.2影像數(shù)據(jù)的處理江蘇油田位于東經(jīng)117.5°～120.5°，北緯32°～33.5°之間，覆蓋面積約為30 000 km2。油田分布零散，缺乏大比例尺的基礎數(shù)據(jù)。為了直觀地顯示，購買了油井密集區(qū)0.6 m分辨率的QuickBird影像，其他地區(qū)使用免費的19.5 dm分辨率的中巴資源衛(wèi)星影像。由于QuickBird影像中存在的陰影會影響視覺效果，因此需要剔除。常用的陰影剔除方法有基于直方圖的方法、基于同態(tài)系統(tǒng)消除陰影技術、歸一化處理，以及紋理分析。本文采用由虢建宏等人提出的一種多波段陰影檢測法和基于能量信息補償去除陰影的理論模型法來去除QuickBird影像中的陰影[5]。將剔除陰影后的高分辨率影像與中巴資源衛(wèi)星影像融合，進行配準校正，得到江蘇油田全區(qū)0.6 m分辨率的影像。由于數(shù)據(jù)量較大，為加快瀏覽速度，將影像進行分片處理，共將影像分為8級。3.3系統(tǒng)功能3.3.1 GIS基本功能包括用于地圖瀏覽的放大、縮小、漫游功能，并設定參數(shù)，使系統(tǒng)在不同比例尺下顯示不同的內(nèi)容，同時，用戶可以靈活設置各個圖層的顯示或隱藏，任意選擇激活當前要操作的圖層，突出顯示某些環(huán)境要素，滿足地圖綜合和專題制圖的需要。地圖打印功能：用戶可以在限定范圍內(nèi)，選擇要打印地圖的大小與比例尺;距離量算功能;圖屬互查功能：通過圖形的點選擇、矩形選擇、圓選擇功能來查看選擇圖形要素的屬性數(shù)據(jù)，通過屬性數(shù)據(jù)可以查詢和定位到滿足條件的圖形數(shù)據(jù)，同時，也提供模糊查詢功能。3.3.2生產(chǎn)預警由于設備在生產(chǎn)過程中會老化甚至出現(xiàn)故障，為便于管理者掌握設備、管線的第一手資料，系統(tǒng)提供生產(chǎn)預警功能。比如，對于維修次數(shù)超過3次的油井、水井，使用超過5年的油井管線，使用超過6年的注水井管線和計量站集油管線，使用超過8年的配水間注水干線和總干線都會預警。3.3.3數(shù)據(jù)報表系統(tǒng)根據(jù)用戶的查詢條件生成各種類型的工程報表，直接打印或保存到Excel中。3.3.4布線決策在管線的布設上，借助GIS的緩沖區(qū)分析和距離量算功能，綜合考慮地形、地質(zhì)等因素，最終確定管線走向。3.3.5地圖編輯系統(tǒng)提供了對點、線等地圖要素進行增、刪、改的維護功能。當新增加井位時，管理員能在地圖上直接添加新井，也可通過輸入坐標的方式添加新井;同樣，對于需要新增的管線，可以直接在地圖上添加，也可以通過坐標輸入。技術人員可以在權限范圍內(nèi)修改井、站、管線等地圖要素的屬性信息。3.3.6用戶權限管理為保證系統(tǒng)安全，將用戶級別分為6級，不同人員擁有不同權限。比如，普通用戶只能瀏覽;1級管理員可對全廠地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行維護;2級管理員僅對管轄范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進行維護;注采部門人員僅能添加新井。

　　4、結束語

　　本系統(tǒng)借助開源WebGIS軟件MapGuide，采用開源數(shù)據(jù)庫MySQL，通過FDO來連接MapGuide與MySQL，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲，對影像數(shù)據(jù)進行分片處理，加快數(shù)據(jù)的瀏覽訪問速度。由于系統(tǒng)采用MapGuideStudio開發(fā)，MapGuide Studio對系統(tǒng)進行了封裝，因此系統(tǒng)界面不太美觀，有些功能也不易添加(如鷹眼功能，即根據(jù)鼠標捕獲地物，彈出屬性標簽;鼠標滾輪的放大縮小功能)。下一步系統(tǒng)將嘗試改善界面，增加系統(tǒng)功能，并將該系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)集成，充分發(fā)揮基礎數(shù)據(jù)的作用，為用戶提供一個直觀的操作界面。系統(tǒng)的建成將加快江蘇油田“數(shù)字油田”建設的步伐。采用開源軟件，不僅節(jié)省費用，而且能夠開發(fā)出功能強大的系統(tǒng)，對于中小企業(yè)地圖發(fā)布來說，無疑是個很好的選擇[6]。

　　參考文獻

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