GIS空间数据库技术在海洋石油信息化中的研究及应用

GIS空间数据库技术在海洋石油信息化中的研究及应用 中国海洋石油研究总院 信息数据中心，北京 100027 杨建钦 张云飞 张钦 摘 要: 针对GIS数据管理特点，本文对建立海洋石油空间数据库进行了探索。着重阐述了空间数据管理中遇到的问题，提出了空间数据库技术引入海洋石油的研究思路及建设步骤，为GIS图形化平台提供了强大的支撑。最后通过项目实践验证了空间数据库技术在GIS平台中的应用效果及意义。 关键词：勘探开发  海洋石油  GIS  空间数据库 Abstract: According to the characteristics of GIS data management, this paper establish the spatial database for offshore oil. Emphatically expounds spatial data management, and puts forward problems of the spatial database technology into the ocean petroleum research , provides a powerful support for GIS platform. Finally spatial database technology validated through project practice in GIS platform application ,and has its effect and meaning.  Key words: exploration and Development；offshore oil；GIS；spatial database； 引言 海洋石油专业GIS空间数据主要包括构造、圈闭、测线、油气田、海底管线、平台、井等勘探开发空间对象的位置及基础属性数据。这些数据是海洋石油主营业务工作的基础，在科研生产及专业应用中发挥着重要作用，也是公司重要的资产之一[1-4]。 在海洋石油信息化建设过程中，不同专业应用系统使用了多个软件厂商的GIS产品，使得GIS空间数据格式具有多样性和保密性的特点，影响了系统之间数据共享；由于数据格式转换中没有统一的，缺乏对空间对象统一的描述，因而转换后不能完全准确地表达原数据的信息，空间信息有丢失现象；随着科研生产的不断深入，工作中GIS成果图件的数量趋渐庞大，而存储形式以图幅为主、存储介质复杂、给日后的成果利用带来很大不便,产生信息数据孤岛如图1所示。 图1  GIS空间数据孤岛示意图 为提高数据的继承性、共享性，有必要结合海洋石油数据特点，建立空间对象数据库管理各专业的空间及属性数据,保证数据的唯一性，权威性，共享性[5-14]。本文引入空间数据库技术，建立空间数据库实现了GIS数据统一存储，并有效支持了中海油研究总院勘探开发公共GIS应用平台（简称“公共GIS平台”）。 1.海洋石油空间数据库技术研究 1.1 GIS空间数据库技术特点 空间数据库是GIS中存储的地理空间数据的总和，是GIS基本且重要的组成部分。空间数据库与一般数据库对比如表1所示。 比较项 传统数据库 空间数据库 数据量大小 相关性小 海量 空间关系 无 复杂且不固定 记录长度 结构化 非结构化图形数据 查询与操作 文本 文本、空间图形       表1 空间数据库特点比较 由于海洋石油信息数据自身的特点， 具有其天然的空间性。勘探、开发、工程、油田的主要信息实体：盆地、构造、测线、圈闭、矿区、油气田、平台、电缆、管道等都有其空间地理属性，与空间对象点、线、面类型具有一致性，并在信息系统中都有对地理位置的需求；海洋石油空间对象例如圈闭、矿区等有时空跨度大、类型和结构复杂、多来源、数据量大等特点[15-20]。 1.2空间数据库总体设计 由于空间数据的特殊性, 公共GIS平台针对一个个离散的空间对象灵活成图,一个空间对象只存储一次，避免了数据的大量冗余,并可以通过SQL语句方式灵活“抓取空间对象”,提高了数据传输效率。某圈闭空间对象存储的基础信息表和显示信息表，如表2，表3所示,通过ID进行关联。 表2 基础信息表 表3  显示信息表 其中空间信息以二进制字节进行存储,并制定了数据存储。如某圈闭由二段数据组成,共35个点,第一段20个点无特殊属性；第二段15个点组成,需要显示正断层标志等描述信息,存储明码如图2所示。这种存储方式有结构简单,扩展性强的特点,彻底解决了图形数据格式相互保密的问题，使数据及其存储方式成为共享，并且可以提供公开透明的数据结构，使图元的管理和利用更为方便。 图2  某圈闭图形及描述 1.3研究思路及建设步骤 1.3.1研究思路 通过建立公共GIS空间对象数据库，支持GIS平台并进行了项目应用开发，SOA技术实现了各专业信息跨系统的综合应用。 公共GIS平台架构如图3所示。 图3 基于空间数据库技术的公共GIS平台架构 1.3.2空间数据需求 首先确定公共GIS平台提供数据支持的石油空间对象的范围。建立海洋石油空间对象数据库的关键是确定入库的石油空间对象的范围，即确定哪些石油对象信息是平台系统的源头数据。例如，探井数据库中的井名、井口坐标、开完钻日期、完钻深度、完钻层位、施工单位、补心类型及海拔等不可变的公共属性信息就属于源头数据。分为普通地理和石油专题两大类,如图4所示。 图4  空间数据库的存储方式 1.3.3空间数据图层管理 图层是GIS在地图上表达地理信息的基本单位，是GIS系统的主干。通过设计空间数据库图层表实现了空间对象分级管理如图5所示，优点有：方便对图层统一编辑，包括GIS前台图形的颜色、符号等地理要素的显示；方便对空间对象的应用服务进行管理。 图5  空间对象图层表的管理界面 2 应用效果 公共GIS平台主界面的左边是海洋石油四海域GIS底图,右边是空间对象的类别列表，如图6所示。该公共GIS平台在海洋石油领域有了广泛应用： （1）已作为有限公司勘探信息系统的应用平台，并在四个分公司进行了推 广应用，可对地震数据库、分析化验库、静态库、动态库及文档库等勘探信息系统数据库群进行应用服务集成，提高了各系统的使用效率。 （2）该平台也被海管/海缆完整性管理信息系统选为应用平台，并在海管的 完整性查询、动态监测、应急物资管理及海域使用区管理等方面发挥了重要作用，并在四个分公司进行了推广应用。 （3）平台也作为海外勘探数据库系统的综合应用界面，支持了整个系统的 应用和服务集成。 （4）中海油研究总院的环境目标数据库系统也在该平台下展开工作，有效 支持了环评专业应用。 图6 公共GIS平台应用界面 3 结束语 空间数据库技术引入海洋石油领域，是GIS数据管理方式从文件到GIS图形管理方式的飞跃，其重要意义在于：（1）充分分析并管理了勘探开发所有产生数据的源头，为GIS成图和平台对其他专业数据库的综合应用奠定了基础。（2）设计了高效的、合理的数据结构及数据组织方式，使快速、任意组成一幅图形应用界面成为现实。（3）数据格式第一次真正掌握在了海洋石油自己的手里，开放透明的数据格式可方便支持其他的软件开发接口及交换数据,使得数据共享成为现实 。(4)统一了各系统的GIS空间数据来源，保证了数据的权威性,减少了数据的重复建设,节约了企业资金。 参考文献 [1] 王子煜，陈秀万.油田地理信息系统的基本框架及其实现[J].计算机应用研究,2004,21(5) [2] 李庆忠.地球物理勘探技术推动了我国石油工业的迅速发展[J].中国工程科学,2001,3(8) [3] 王权，杨斌，张万里.数字油田及其基本架构{J}. 油气田地面工程，2004 [4] 陈俊, 宫鹏.实用地理信息系统—成功地理信息系统的建设与管理{M}.北京:科学出版社,2001 [5] 张怀莉,王卫安.几种Web GIS 技术解决综述.东北测绘，2003；9（12）：13～15 [6 ]陈述彭, 鲁学军, 周成虎. 地理信息系统导论. 北京:科学出版社，2000 [7]宋关福等.WebGIS—基于Internet的地理信息系统.中国图像图形学报,2002;3,251～254 [8] 李黎,等. WebGIS 在城市测绘单位的应用. 测绘通报,2001；(4): 6～9 [9 ]周世雄. NT网络数据库速成. 北京:中国铁道出版社,2002 [10] Zhang L i, et al. Geograph ic info rmation system in the Internet age. A cta Geodaetica et Cartograph ica Sinica, 2002,27(1):9～15 [11] 赵永平, 承继成. 地理信息数据描述中元数据标准化的研究. 中国标准化, 2003;(3) : 6～9 [12] 李浩川. 基于网络环境下的地理空间数据组织、管理及其在可持续发展决策支持系统中的应用[硕士论文].北京大学, 北京:  2000,7 [13] 张正栋, 邱国锋, 郑春燕,等. 地理信息系统原理、应用与工程. 武汉:武汉大学出版社,2005. [14] 何生厚,毛锋. 数字油田的理论设计与实践. 北京:科学出版社,2001. [15] NILES RITTER，RUTH MIKE．GeoTIFF format specification GeoTIFF revision1.0[EB/OL]．, 1995 [16]姚庆栋等著.图像编码基础.北京：人民邮电出版社，1998 [17]刘修国，花卫华等．GeoTIFF 中GeoTag 域解析．中国地质大学学报，2003;27（3）：246～249 [18] 邬伦,等. 地理信息系统原理、方法和应用. 北京:科学出版社,  2001 [19] RAFAEL C. GONZALEZ ,RICHARD E.WOODS 著阮秋琦阮宇智等译.数字图像处理 . 北京：电子工业出版社,2003 [20] 宋关福，刘鼎等.组件式地理信息系统的研究和开发.中国图像图形学报,2003;4,313～317