毕业设计（论文）-基于ArcGIS的含油气盆地数据库设计与实现.doc

毕业设计（论文） 题目名称：基于ArcGIS的含油气盆地数据库设计与实现 学生姓名： 院 (系)： 地球科学学院 专业班级： 地信10901班 指导教师： 辅导教师： 时 间： 2013年4月1日 至 2013年6月17 日 目 录任务书. 开题报告指导教师审查意见评阅教师评语答辩会议记录中文摘要英文摘要前言第1 章 绪论11.1选题背景11.2课题研究目的21.3课题研究内容3第2章 系统开发环境及思路42.1 开发环境42.2数据库系统概述42.3系统的开发环境要求52.4系统的技术路线6第3章 系统需求分析和总体功能设计43.1需求分析73.2 系统功能设计7第4章 系统功能设计与实现44.1主要功能模块设计174 系统演示及功能介绍234.1 地图基本操作334.2 人口统计查询335 结语34参考文献34致谢35基于ArcGIS的全国含油气盆地数据库设计与实现 学生：彭海兵 地球科学学院地信10901班指导老师：李功权 地球科学学院摘要 随着信息化建设在油气行业的不断深入，一些大型的油气田已经基本实现了管理数字化，数据分析处理数字化，但如何将全国范围的油气田进行一个宏观的管理，进而给油气资源的勘探开发利用提供一个更合理的方案？要解决这些问题，就必须建立一个基于全国的油气盆地的数据库来进行分析。而随着计算机技术，gis技术和遥感技术的发展，建立一个基于全国的含油气盆地数据库成为可能。本文通过对国土资源管理信息化中数据库和系统建设的相关参考文献进行了综合分析，在阅读了大量相关方面的专业知识后，用已有的全国含油气盆地分布图为蓝本，以程序设计开发流程及数据库建设流程理论为指导，说明或图示了本文程序设计的总体目标、功能需求、程序开发运行环境（包括程序设计平台、所支持的数据库和GIS 平台、程序开发语言平台）；然后，利用 GIS 软件对已有的油气分布图进行了数字化，属性添加和属性表的建立。在 SQL Server 2005 支持下，对非空间经济数据进行概念逻辑结构设计。最后在 AE、C#.NET软件支持下，通过程序编写实现了程序用户登录、地图文件导入、图层显示与操作、图层属性条件查询等操作。关键词 ArcEngine 油气盆地 数据库 键入文字Database Design and Implementation of the national oil and gas basin Based on ArcGIS Student: Peng haibng School of Geoscience, Yangtze UniversitySupervisor: Li gongquan School of Geoscience, Yangtze UniversityAbstract With the information construction in the oil and gas industry going on, some of the large oil company has been basically achieved the digital management, data analysis processing digital technology, but how the nationwide oil and gas fields conducted a macro-management, and then to the oil and gas resources exploration, development,and how to provide a more reasonable solution? To solve these problems, we must create a database based on the countrys oil and gas basin analysis. With the development of computer technology gis technology and remote sensing technology, the establishment of a nationwide-based the petroliferous basins database it possible.In this paper, a comprehensive analysis of land and resources management information in the database system construction References, after reading a lot of related expertise, distribution figure modeled on existing national oil and gas basin development programming processes and database construction process theory, description or illustrated the overall objective of the programming of this article, functional requirements, program development runtime environment (including programming platform, supported by the database and the GIS platform, application development language platform); existing oil and gas maps digitized using GIS software, add attributes and attribute table creation. Non-spatial economic data in SQL Server 2008 supports the concept of logical structure design. Finally, AE, C # NET software support, achieved by programming the program user login, the map file import, layer display and operation conditions of the Layer Properties query operation.Key words ArcEngine gas database 前 言地理信息系统(GIS) 是一项以计算机为基础的新兴技术, 在计算机软硬件支持下, 它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据进行有效的管理、及研究各种空间实体的相互关系。通过对多因素的综合分析, 它可以迅速地获取满足应用需要的信息, 并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。随着全国油田开发建设规模不断扩大, 油气勘探与生产业务迫切需要建设一套高效、统一的GIS 来支持，统筹规划全国油气田开发。如果能够建立集中统一的数据采集、数据处理和数据存储的油田地理信息管理与应用平台, 进而实现油田基础地理数据、地面工程基础设施数据、勘探开发地质单元数据等信息的图形图像化, 为油田勘探、开发、油气资源的有效分配等将起到决定性作用。这一数据库系统的建成将使使用者直接的看到一个大致的全国油气分布图，方便使用者使用，它充分利用到了gis的可视化，这使的该系统容易上手。而由于gis有一系列的决策模型，那么我们就可以通过它来进行决策。例如通过它我们可以分析出石油产品的用量分布再结合油气田的分布得出炼油厂的最佳位置，甚至可以为军事活动提供依据，因为石油与军事息息相关。若采用人工管理手段对这些与之相关的信息进行管理、查询、检索,存在着工作量巨大、工序繁琐、周期长、存放困难、效率低下等缺点,从而使资料的利用和开发水平远远低于积累速度,给油气田的管理与维护带来极大困难,不能满足工作的需要。综合上述可知这一系统的建立非常必要而紧迫。 1 绪论基于ArcGIS的全国含油气盆地数据库设计与实现第1 章 绪论在近几十年来的油气勘探开发研究过程中地震、遥感、物探、化探等勘探技术方法获得了飞速发展和广泛应用, 而我们对于油气盆地的研究数据非常庞杂,包括多种不同类型的数据,如地图、航片、卫片等野外地质调查所得的各种地质图件(例如地质构造图、地质图、地质剖面解释图、古构造恢复剖面图、地震剖面图、地质柱状图、测井曲线图等等)以及地质的各种描述文字报告、论文、专著、图件说明等文字信息、表格和物化探测量统计数据等。建立含油气盆地信息系统的目标就是实现对上述有关信息资料的科学管理,提高工作效率，同时为油气资源的合理开发利用决策。1.1选题背景下面介绍一下我国的国土资源管理信息化建设的发展。1999 年 10 月，我国国土资源信息化建设的“数字国土”工程正式启动，主要目的是“促进国土资源调查评价的信息化、政府管理的信息化和信息服务的社会化，在完成国家级任务的同时带动地方部门信息化的建设”。2004 年 1 月，国务院要求提出建设“金土工程”，其总体目标中要求“完成矿产资源国家安全保障及其他三大系统建设，并建立覆盖国家、省、市、县级国土资源电子政务管理的信息化系统”。2006 年 7 月，国土资源信息化“十一五”规划中要求“初步形成天上看、地上查、网上管的信息化运行体系”，并强调其中的“金土工程、数字国土等工程是国土资源信息化建设的重点工程，要按照信息化建设总体要求组织实施”。2009 年 6 月 7 日，全国“一张图”及土地变更调查工程建设总体方案通过评审，年底基于这张图的遥感影像本底数据库基本建成，还将进一步完善，并逐步扩展到矿产资源管理等方面。2009 年底，“数字国土”进入收工阶段，“金土”一期工程进行验收，“金土”二期工程上线。“金土”二期工程要求“建设全国国土资源遥感影像一张图；，搞好地质数据信息的集成化和产业化建设”。2010 年 10 月，“十二五”规划建议通过，其又将国土资源管理信息化工程列入规划框架中的六大工程之一。在这一国土资源信息化的浪潮下，各地各大油气田也都逐渐建立了自己的油气勘探开发管理数据库，这为建立一个全国性的油气盆地数据库提供了可能。笔者从网上发现了大量的基于Arcgis的与油田有关的开发出来的系统，总结分析如下：一软件平台GIS 软件、程序软件及数据库软件的不断更新为 GIS 二次开发人员提供了更多的平台选择。GIS 平台从 80 年代产生的 MapInfo 到在我国实用的 MapGIS 再到近几年流行的 ESRI的 ArcGIS 以及其他类似软件都得到了较多的 GIS 开发应用，作为 ArcGIS 核心架构中的 ArcGIS Engine 控件组件因能简化 GIS 开发人员的代码编写工作量，所以本系统采取了基于ArcGIS Engine的开发各种语言程序软件如 VB/ Delphi/C/C+/C#中，VB 因其可视化强而应用相对较多，但随着.NET 这一款多程序编制平台的出现，架构于其上的开发语言尤其是 C#.NET 凭借其面向对象、可视化强、可继承与封装等特点被非计算机专业人员所使用；SQL Server、Access 数据库的应用成为数据库建设主流平台，其应用版本也处于不断更新中。二数据库系统建设中所设计的数据库，主要包括针对油田基础地质类的数据库（如地物化探、地学大断面数据、地质基础数据库、地质/遥感/地理/矿产数据库）、按产油地种类设计的数据库、针对油气资源管理某一方面业务的数据库（如储量/探矿权/采矿权、油气储量、矿物学数据库等）、针对矿产资源综合利用类的数据库（如地质环境、尾矿数据库等）、针对企业油田的数据库。本文从上述这两方面出发阐述了所开发的基于ArcGIS的全国含油气盆地数据库的目的，系统功能以及研发该系统的意义。 另外，本文部分数据因缺乏数据源所以无法实现。1.2课题研究目的基于前述背景，我们的目标是在已有的行业、部门规范和标准的基础上，在 ArcGIS 软件和关系数据库 SQL Server 2005 的支持下，结合空间与非空间数据库建设流程，利用收集的有关中国各个含油气盆地的各种资料及软件学习资料进行油气盆地与政区的地理信息数据库建设，并应用面向对象的开发方法，以 C#.NET 2010为程序开发平台，以 ArcGIS Engine 为 GIS 控件组件，在全国含油气盆地分布图与政区图层及经济数据库建设的基础上，编写程序实现矿政地理信息的地理图层导入，属性查询与统计的功能。1.3课题研究内容在上述选题及主要目标基础上，本文主要对如下三方面内容进行分析。（1）程序设计功能及开发平台简述本文程序开发要实现的总体目标；分模块说明程序要实现的功能需求；分析程序开发所选用的系统、关系数据库、GIS 和开发语言平台。（2）油田地理属性数据与管理数据相结合的数据库建设现所开发油田资源系统中所建立的数据库没能将全国各油气田统一起来进行数据调用，以及整合全国油气资源进行一个合理的分配决策系统。因此，本文以自编数据为依据，根据数据库设计理论，以 ArcGIS 为空间矢量图层平台，以 SQL Server 2005 为属性数据平台，分析其概念结构设计及属性字段添加过程，从而实现数据库的建设。（3）数据库数据的导入、查询与统计功能程序实现在开发平台下进行程序编写，以数据流程图、源代码和程序运行图示的方式，分析要添加的窗体、设置的变量及窗体之间的连接关系，实现空间图层数据导入、图层显示、图层属性与要素的对应显示、条件查询，分类查询存储与显示等功能。33第页（共11页）基于ArcGIS的全国含油气盆地数据库设计与实现第2章 系统开发环境及思路2.1 开发环境 系统操作平台目前 Windows 系统平台的应用比较广泛，本文的论文撰写、数据整理、数据库建设及程序开发所用软件都在 Windows 7环境下进行安装与运行。数据库平台与 SQL Server 2000 相比，Microsoft SQL Server 2005 在性能、可靠性、可用性、可编程性和易用性方面都进行了扩展。SQL Server 2005 包含了多项新功能如数据库引擎增强功能、数据访问接口增强功能、分析服务增强功能等。这使得 SQL Server 2005 成为大规模联机事务处理、数据仓库和电子商务应用程序良好的关系数据库平台。本文程序实现以山东莱西数据为例，所涉及数据量并不算很大，考虑到大量数据的可用性及程序代码对 SQL 语句的调用，本文采用 SQL Server 2005 关系数据库进行经济数据存储。GIS 平台国内外常见的 GIS 系统有 ArcGIS、MapInfo、MapGIS 等，其中，美国 ESRI公司的 ArcGIS 以其强大的分析功能成为主流的 GIS 平台。我国中地开发的MAPGIS 软件因其中文特性而应用广泛。在地理信息系统工具上开发应用地理信息系统不仅可以节省软件开发耗费，而且也可大大缩短软件的开发周期。ArcGIS Engine（简称 AE），是一个简单的、独立于应用程序的、开发人员用于建立自定义应用程序的嵌入式 GIS 组件的完整类库，是 ARCGIS 核心技术中的主要应用开发工具，也是构建 ARCGIS 系列软件的基础。另外，ArcGIS Engine 与 MAPObjects 很多控件相似，但编码方式不同，前者的面向对象写法是遵守 COM 的，其中 COM 是对象组件模型的英文缩写，遵守 COM 标准能使软件开发的效率及复用性得到提高。本系统选用了ArcGIS Engine。C#.NET 开发语言及平台C#开发语言是一种面向对象、属性、文本、事件、图形、GUI 接口和部件的可视化语言。它的编写代码与 C+和 Java 相似，是 C 和 C+语言的升级。C#语言由微软团队在专用于 Windows 操作系统的.NET 平台下开发，在.NET 高级平台下，C#能比其他语言更容易地编写程序和开发软件。2.2数据库系统概述数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统,一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户构成。应当指出的是,数据库的建立、使用和维护等工作只靠一个DBMS远远不够,还要有专门的人员来完成,这些人被称为数据库管理员。 在一般不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的。随着计算机技术的发展,其应用远远地超出了这个范围。在应用需求的推动下,在计算机硬件,软件发展的基础上,数据管理技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。与人工管理和文件系统相比,数据库系统的特点主要有以下几个主面:数据的结构化；数据的共享性高,冗余度低,易扩充；数据独立性高；数据由DBMS统一管理和控制。 目前,数据库己经成为现代信息系统的不可分离的重要组成部分。具有数百万甚至数十亿字节信息的数据库己经普遍存在于科学技术、工业、农业、商业、服务业和政府部门的信息系统。20世纪80年代后不公在大型机上,在多数微机上也配置了DBMS,使数据库技术得到了更加广泛的应用和普及,是计算机领域中发展最快的技术之一。SQL SERVER 2005不仅吸收了许多新的功能以增加系统的运行性能,而且还使数据库的管理工作更加轻松。在过去,数据库都是安装在服务器或是工作站上的,所用的操作系统都是UNIX或专用系统,价格比较高,SQL SERVER 2005可以安装在个人计算机上,价格要低的多。2.3系统的开发环境要求本次开发的油气盆地数据库系统对操作系统的要求如下：硬件要求：CPU：Intel(R) Core(TM)2 520MHz以上磁盘空间：2.5G（完全安装）内存：1GB以上显示：1024*768，256色软件要求：操作系统：Windows XP操作系统开发平台：Visual S 20082.4系统的技术路线本文技术路线如图 2-1 所示。资料收集整理功能分析 程序设计思路开发平台分析概念设计逻辑设计全国油气盆地数据库设计属性数据整理归纳基础矢量图绘制 功能模块程序实现完成论文 图 2-1第3章 系统需求分析和总体功能设计3.1需求分析需求分析是软件定义的最后一个阶段，它的基本任务是回答“系统必须做什么“这个问题。需求分析的任务不是确定系统怎样完成他的工作，而仅仅是确定系统完成哪些工作，也就是对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。可行性研究阶段产生的文档，特别是数据流成图，是需求分析的出发点。数据流成图中已经划分出系统必须完成的许多基本功能，系统分析员将仔细研究这些功能并进一步将它们具体化。需求分析的结果是系统开发的基础，关系到工程的成败和软件产品的质量。因此，必须用行之有效的方法对软件需求进行严格的审查验证。3.2 系统功能设计系统开发的总体任务是要实现全国含油气盆地的数据库设计与实现。系统功能分析是在系统开发的总体任务的基础之上完成的。全国含油气盆地数据库主要有以下几项功能:油田基本信息的管理:包括油气产量,所在行政区域,油井数量，员工数量，年产值。油田地质信息管理：所属沉积盆地类型，地层年代，油井深度油田人事管理：油田商业业务管理：油气田相关属性查询：油气井数量，油气年产量，年产值，所产油气去处油气需求供给发布:供给量，价格，油气品质3.2.1数据库概念与逻辑结构设计表名 面积大于等于10万的沉积盆地属性 编号，名字，面积，油气井数量，油气产量 表名 面积中的的沉积盆地属性 编号，代号，是否含油气井，是否有油气显示 表名 面积为10-1万平方公里及已见工业油气井属性 编号，代号，是否含油气井，是否有油气显示表名 油气田属性 编号，代号，所在沉积盆地，产油量表名 油气井 属性 编号，代号，所在沉积盆地表名 油气显示属性 编号，代号，所在沉积盆地表名 油层地质属性 油井编号，所属盆地，油井所属地质年代，沉积类型表名 油井所属行政区划属性 油井编号，所属盆地，所属行政区划概念结构设计的 E-R 图如图 3-1 所示。其中，矩形框中的信息表示实体对象，椭圆形框中的信息表示相应实体所具有的属性，菱形框表示实体之间的关系，关系连线上的数字或字母表示实体之间的对应关系（一对一、一对多、多对多），其中，p、n、m、q 为非负实数。人事管理基础地理信息交通路线包含行政区名称行政区面积盆地名字各个行政区油气井分布含油气盆地行政区需油量包含油气井数量油气产量行政区人口分布图交通路线油气去处所属行政区 图 3-1属性数据的逻辑结构设计是将数据实体之间的联系转换成关系模型，即确定关系模型的属性和码。属性就是关系模型的属性字段，码就是关系模型的关键字。不同的数据对象之间要有一个标识其唯一性的关键字，即主键（PK），主键可以由一个属性或多个属性字段的组合来表示，主键值不能为空值。当数据实体之间的关系是关联关系时，用外键（FK）来连接其对应的关系模式，当进行主键表与外键表的连接时，外键值不能为空。本系统系统的部分逻辑结构关系如图3-2 图3-2 根据实体属性建立的属性表 图3-3 图3-4 图3-5 图3-6 图3-73.2.2整个数据库实现流程图数据库的实现包括油田地质图层及其属性数据库和非空间经济属性数据库的建立，空间图层的建立在 GIS 软件中完成，非空间属性数据库的建立在关系数据库 SQL Server 2005 中完成。数据库实现流程如图 3-8 所示。 油田数据处理 SQL Server 数据库服务器连接ARCgis地形图绘制 概念逻辑结构表字段建立寻找校正点坐标油田属性字段值输入矢量图层的校正属性数据库图层属性字段建立与值输入空间数据库因为导入的地图图层没有地理坐标，为了能添加油气盆地 ，油气田（点）图层，需要在图中寻找比较明显的地点，即校正控制点，并得到其经纬度，。不同阶的多项式几何校正变换最少控制点数在理论上为：一阶多项式几何校正（理论最小值）为 3 个控制点，为了保证较高的校正精度，实际选择的控制点至少为理论数的 3 倍，即 一阶多项式几何校正推荐最小值为 9 个控制点,这里尽可能多选，选择了 14 个控制点。ArcMap 中用 GeoReference 工具条配准地形图，矢量图的校正可以利用已配准过的地形图，也可直接利用（3）中 14 个坐标控制点和 ArcMap 中的 SpatialAdjustment 工具条进行校正。本文选用后者并采用一阶多项式几何校正，校正残差值为 0.007620，即回归坐标值与实际坐标值相差约 27.432，如图 3-8 所示。 图 3-8第4章 程序设计功能实现4.1主要功能模块设计4.1.1系统登录设计 安装 VS.NET 2010，并选择 C#为程序开发语言，然后安装 AE 开发控件组件，并导入组件授权文件。打开 C#.NET 开发环境后，添加 AxMapControl、授权控件等 AE 开发控件，在授权控件中选中产品组件授权文件，当 AxMapControl控件在窗体中成功显示时，说明授权成功，就可以开始编写程序了。 启动系统，显示登录界面，登录用户名和密码的数据与 SQL Server 数据库连接，具有动态性。登录人员可以为数据管理员，也可为一般用户，管理员可对数据库中的数据及源程序进行更改，一般用户只能利用软件进行属性数据查询与统计；用户只有输入管理员赋予的正确的用户名和密码才可登录，否则显示错误提示信息。登录窗体界面如图 4-1所示。 图4-14.1.2地图操作当用户通过登录窗体成功登陆之后，会进入系统的主窗体，加载全国含油气盆地数字化地图。如图4-2 图4-2地图文档加载代码private void button1_Click(object sender, EventArgs e) loadMapDocument(); private void button3_Click(object sender, EventArgs e)loadMapDocument2(); private void loadMapDocument() System.Windows.Forms.OpenFileDialog openFileDialog; openFileDialog = new OpenFileDialog(); openFileDialog.Title = 打开地图文档;openFileDialog.Filter = map documents(*.mxd)|*.mxd; openFileDialog.ShowDialog(); string filepath = openFileDialog.FileName; if (axMapControl1.CheckMxFile(filepath) axMapControl1.MousePointer = ESRI.ArcGIS.Controls.esriControlsMousePointer.esriPointerHourglass; axMapControl1.LoadMxFile(filepath, 0, Type.Missing); axMapControl1.MousePointer = ESRI.ArcGIS.Controls.esriControlsMousePointer.esriPointerDefault; else MessageBox.Show(filepath+不是有效的地图文档:); private void loadMapDocument2() System.Windows.Forms.OpenFileDialog openFileDialog; openFileDialog = new OpenFileDialog();openFileDialog.Title = 打开地图文档; openFileDialog.Filter = map documents(*.mxd)|*.mxd; openFileDialog.ShowDialog(); string filepath = openFileDialog.FileName; if (axMapControl1.CheckMxFile(filepath) ESRI.ArcGIS.esriSystem.IArray arraymap= axMapControl1.ReadMxMaps(filepath, Type.Missing); int i; ESRI.ArcGIS.Carto.IMap map; for ( i = 0; i arraymap.Count; i+) map = arraymap.get_Element(i) as ESRI.ArcGIS.Carto.IMap; if (map.Name = Layers) axMapControl1.MousePointer = ESRI.ArcGIS.Controls.esriControlsMousePointer.esriPointerHourglass; 地图图层属性信息查询，如图 图4-3查询功能核心代码如下：Private void axMapControl_OnMouseDown(object sender, IMapControlEvents2_OnMouseDownEvent e) ILayer pLayer; IFeatureLayer pFL; IFeatureSelection pFeatureSelection; IEnvelope pEnv; IGeometry pGeometry; ISpatialFilter pSpatialFilter; ISelectionSet pSelectionSet; IEnumIDs pEnumIDs; IFeature pFeature; pEnv = new EnvelopeClass(); double ext = 0; /点选的扩展矩形 IEnvelope mapExt = this.axMapControl.Extent; /地图显示范围 int mapWidth = this.axMapControl.Right - this.axMapControl.Left; ext = 5 * (mapExt.XMax - mapExt.XMin) / mapWidth; pEnv.PutCoords(e.mapX - ext, e.mapY - ext, e.mapX + ext, e.mapY + ext); pGeometry = pEnv as IGeometry; pSpatialFilter = new SpatialFilterClass(); pSpatialFilter.Geometry = pGeometry; pSpatialFilter.SpatialRel = esriSpatialRelEnum.esriSpatialRelIntersects; FrmIdentity frmidentity = FrmIdentity.CreatForm(); frmidentity.StartPosition = FormStartPosition.CenterScreen; frmidentity.Show(); frmidentity.AttributeTreeView.Nodes.Clear(); frmidentity.AttributeTreeView.ShowLines = true; frmidentity.AttributeTreeView.ShowPlusMinus = true; TreeNode rootNode = new TreeNode(); rootNode.Text = 属性信息; Font font = new Font(黑体, 10); rootNode.NodeFont = font; /添加根节点“属性信息” frmidentity.AttributeTreeView.Nodes.Add(rootNode); for (int i = 0; i 0) /构建图层节点并添加到根节点 layerNameNode.ForeColor = Color.Green; layerNameNode.Text = 图层名： + pFL.Name; rootNode.Nodes.Add(layerNameNode); pEnumIDs = pSelectionSet.IDs; long id = pEnumIDs.Next(); while (id != -1) pFeature = pFL.FeatureClass.GetFeature(int)id); for (int j = 0; j pFeature.Fields.FieldCount; j+) if (j != 1) /构建字段值节点并添加到图层节点下 TreeNode fieldInfoNode = new TreeNode(); fieldInfoNode.Text = pFeature.Fields.get_Field(j).Name + : + pFeature.get_Value(j).ToString(); layerNameNode.Nodes.Add(fieldInfoNode); /如果是shape字段就显示GeometryType else TreeNode fieldInfoNode = new TreeNode(); try fieldInfoNode.Text = pFea