江蘇油田地理信息系統的設計與實現

江蘇油田地理信息系統的設計與實現

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

　　關鍵詞：MapGuide軟件;MySQL數據庫;開源;地理信息系統

　　【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

　　江蘇油田開發所積累的大量歷史數據在使用過程中存在如下問題：(1)數據格式不統一。有些數據存儲在excel表中，有些存儲在數據庫中，有些是CAD文件，有些空間數據坐標系統采用北京54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。有些是紙質的，有些是電子的。(3)由于文件眾多，已經更新的數據，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、利用這些數據來為生產、決策服務。它不僅能夠很好地管理數據，進行直觀的可視化表達，還為管理者提供決策支持。在開發江蘇油田地理信息系統時，如果采用一些商業軟件，比如：ArcIMS,MapXtreme,MapGIS-IMS,SuperMap，除了要承擔較高的開發成本(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平臺和數據的兼容性[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，本系統的構建采用開源軟件，GIS軟件采用MapGuide，數據庫采用MySQL。

　　2、系統設計

　　2.1系統總體結構設計本系統采用多層分布式應用模型，可以有效地分散數據層、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]，系統結構如圖1所示。瀏覽器TomcatServletMapGuide ServerJavaBeanJDBC影像文件數據庫JspApache客戶端網絡服務器應用服務器數據層圖1系統結構作者簡介：崔倫輝(1985-)，男，碩士研究生，主研方向：WebGIS，空間數據庫;張萬昌、徐士進，教授、博士、博士生導師

　　2.1.1客戶端系統客戶端為“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_發采用Ajax技術，MapGuide為便于二次開發提供了MapGuide Viewer API，借助API函數實現了空間數據的顯示和維護。

　　2.1.2 Web服務器[3]系統的Web層由Jsp和Servlet組成。它們的管理和執行是靠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務邏輯和GIS服務器。空間數據的操作通過FDO實現MapGuide Server與數據庫的連接，屬性數據的操作通過JDBC實現與數據庫的連接。

　　2.1.4數據層包括數據庫服務器和影像文件。數據庫存儲空間數據和業務數據，影像文件包括江蘇油田區域的QuickBird和中巴資源衛星影像文件。

　　2.2數據庫的設計江蘇油田地理信息系統的數據源可以概括為3類：(1)基礎數據。包括油井、水井、管線、房屋等信息的空間數據資料;(2)生產數據。包括設備、儀表、站庫設施等屬性信息;(3)遙感影像數據。其中，第(1)類和第(2)類數據存儲在數據庫中;第3類數據按文件方式存儲。空間數據庫部分根據實體性質，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、聯合站、中轉站等;線狀地物包括輸水管線、輸油管線、輸氣管線等。每一地物類型在數據庫中存儲為一張表，對應MapGuide中的一個圖層。設備、儀表、泵、罐等屬性數據存儲為一般的關系表。根據原始數據的內容、特征和生產需求，將數據庫中的空間數據劃分為以下11層：油井層，水井層，計量站層，配水間層，聯合站層，中轉站層，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系統安全設計安全性是一個系統的必要特征，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、介質安全、數據庫安全、系統安全、網絡安全、設備安全[4]，如圖2所示。設備安全網絡安全系統安全數據庫安全介質安全病毒防治信息安全圖2安全體系結構在開發江蘇油田地理信息系統的過程中，要考慮的安全因素包括數據庫安全和系統安全。(1)數據庫安全。采用基于視圖的數據訪問機制，用戶只能使用已授權的功能，可將訪問權限控制在記錄級，為防止介質崩潰，定期備份數據庫數據。(2)系統安全。通過設置NT的域用戶管理，在網絡內部使用代理網關，設置網絡防火墻，限定IP地址訪問，安裝防病毒系統等方式來提高系統的安全性。

　　3、系統實現

　　系統在設計開發過程中，運用系統工程的理論和方法，對各業務模塊進行統一的系統功能分析，各功能模塊之間采用統一的對象模型、標準代碼體系、約定的處理方式及通用接口，充分利用MapGuide軟件所提供的現有功能，并拓展油田實際生產過程中的具體需求功能，力求開發出界面友善、功能完善、結構靈活、性能良好的系統。3.1 MapGuide簡介開源MapGuide包括MapGuide Server和MapGuide WebServer Extensions。Server在操作系統中是作為一個服務來運行的，既可存取本地服務器上的數據，也可存取通過FDO技術連接到其他服務器上的數據。Web Server Extensions提供了完整的API函數，它是用戶與Server交互的“橋梁”，支持PHP,.NET,Java這3種開發語言。MapGuide Studio為用戶提供一個便于發布地圖的管理工具，在Studio中發布地圖應用的步驟是：(1)創建Data Connection;(2)創建Layer，選擇Map中需要顯示的Layer;(3)生成Layouts，發布地圖應用。3.2數據的預處理3.2.1空間數據的處理原始空間數據只有點坐標，且不同廠區采用的坐標系不同，為方便管理，將它們統一轉換到WGS84坐標系下，并在ArcGIS中生成shp文件，然后導入到MySQL數據庫中。每個圖層對應數據庫中的一張表，表中包含屬性數據和空間數據，為使FDO能夠讀取數據庫中的數據，需要創建幾個輔助表。比如，表f_attributedefinition定義了每個空間數據表的屬性字段類型;表f_classdefinition定義了每個空間數據表的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影像數據的處理江蘇油田位于東經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據。為了直觀地顯示，購買了油井密集區0.6 m分辨率的QuickBird影像，其他地區使用免費的19.5 dm分辨率的中巴資源衛星影像。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、基于同態系統消除陰影技術、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星影像融合，進行配準校正，得到江蘇油田全區0.6 m分辨率的影像。由于數據量較大，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，使系統在不同比例尺下顯示不同的內容，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，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據，通過屬性數據可以查詢和定位到滿足條件的圖形數據，同時，也提供模糊查詢功能。3.3.2生產預警由于設備在生產過程中會老化甚至出現故障，為便于管理者掌握設備、管線的第一手資料，系統提供生產預警功能。比如，對于維修次數超過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數據報表系統根據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的緩沖區分析和距離量算功能，綜合考慮地形、地質等因素，最終確定管線走向。3.3.5地圖編輯系統提供了對點、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的數據進行維護;2級管理員僅對管轄范圍內的數據進行維護;注采部門人員僅能添加新井。

　　4、結束語

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

　　參考文獻

　　[1]鄭斌,唐旭.基于開源GIS的城市基準地價信息發布平臺的設計與實現[J].國土資源科技管理,2006,23(5)：69-74.

　　[2]劉梅彥,袁梅冷.基于J2EE平臺的網絡輔助教學系統的設計與實現[J].計算機工程與科學,2007,29(1)：41-44.

　　[3]馮宇.基于開源WebGIS的干線公路網用地控制系統[J].公路與汽運,2007,(2)：44-47.

　　[4]梁瑞才,鄭彥鵬.渤海油田示范區地理信息系統(GIS)的規劃設計[J].海洋科學進展,2006,24(2)：238-243.

　　[5]虢建宏,田慶久.遙感影像陰影多波段檢測與去除理論模型研究[J].遙感學報,2006,10(2)：152-159.

　　[6]湯焱彬,孟令奎.一種中小城市實用WebGIS架構方案[J].地理空間信息,2005,3(1)：21-24.

【江蘇油田地理信息系統的設計與實現】相關文章：

《地理信息系統原理及應用》多媒體教學軟件設計和實現03-01

地理信息系統中路徑分析的研究與實現11-22

地理信息系統設計研究11-25

都市頻道制作網的設計與實現01-07

新聞發布系統的設計和實現03-07

基于PQRM的PACS系統設計與實現03-07

高校信息查詢系統的設計與實現03-28

郵件服務器設計與實現03-08

網上商城的設計與實現ASP11-23

基于Perl的DoS工具設計與實現03-10