（市政工程专业论文）基于GIS的油田管网信息系统的设计与研究.pdf

大连理工大学硕士研究生学位论文 摘要 近年来，为了加快石油行业的信息化进程，许多石油行业以先进的数据库技术、网 络技术、计算机技术、管理信息系统等i t 技术，投资建设了勘探数据库、开发数据库 及各种专业性管理信息系统，为石油各级部门提供了高效的辅助决策手段。 油田管网管理数据量大，既有空间位置数据，又有实体的属性描述数据，传统的 c a d 制图+ 属性数据库管理模式已经不能适应现代油田管网管理工作的需要，采用先 进的地理信息系统( g i s ) 技术，实现油田管网空间数据和属性数据的统一管理是必然 的趋势。 论文阐述了油田管网信息系统的建设思路和实现方法，针对油田的实际，以当前先 进的组件式地理信息系统( g i s ) 软件s u p e r m a pg i s5 和面向对象的可视化编程工具 v i s u a lb a s i c 6 0 构架的技术体系为基础，开发的一套方便、实用的油田管网信息系统。 实现了整个油田数据采集，管线图绘制，以及信息的浏览、查询统计、空间分析、综合 管理等功能。系统界面设计采用最常用的菜单和工具条的形式来驱动任务，把异构的平 台和智能化的功能内核，集成于用户化的界面中，模糊了g i s 的一些专业知识和概念， 更方便用户的使用。 论文首先介绍了g i s 的相关概念，并阐述了其发展方向。然后着重介绍了基于g i s 的油田管网信息系统的开发与设计方法，主要从系统的开发工具、系统目标、设计原则 以及数据库的设计等几方面的分析研究进行描述，最后介绍了系统的实现。 基于g i s 的油田管网信息系统的开发，显示出其在辅助决策、科学管理等方面传统 的管理模式无法比拟的优点，为实现数字油田奠定了基础。 关键词：地理信息系统( q t s ) ；油田管网；s u p e r m a p ；数据库技术 基于g i s 的油田管网信息系统的设计与研究 d e s i g na n ds t u d y o ft h eo i l - - f i e l dt u b en e t w o r ks y s t e m b a s e d o n g i s a b s tr a o t r e c e n t l y ，i no r d e rt oa c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to f t h eo i li n d u s t r y ，m a n yr e c o n n o i t e r d a t a b a s e o p e nu pd a t a b a s ea n do t h e rp r o f e s s i o n a lm a n a g e m e ms y s t e mh a v eb e e nb u i l tu s eo f i tt e c h n o l o g ys u c ha sa d v a n c e dd a t a b a s e ，i n t e r n e t ，c o m p u t e r , m a n a g e m e n ts y s t e ma n ds oo n a l lo f t h e s eh a v ei m p r o v e da b i l i t yo f t h ea s s i s t a n td e c i s i o n m a k i n gt oe v e r yd e p a r t m e n to f o i l i n d u s t r y t 1 em a n a g e m e n to fo i lf i e l dt u b en e t w o r kh a sab i gq u a n t i t yd a t a i th a sn o to n l ys p e c i a l d a t a b u ta l s oa t t r i b u t ed a t a t r a d i t i o n a lc a d & t h em o d eo fa t t r i b u t ed a t a b a s eh a v en o t a l r e a d ya d a p t e dt h en e e d o ft h em o d e mo i lf i e l dt u b en e t w o r k , i ti sn e c e s s a r yt oa d o p t a d v a n c e dg i s t h i sp a p e rp r e s e n t st h et h o u g h t w a ya n dr e a l i z a t i o nt ot h eo i lf i e l dt u b en e t w o r ks y s t e m i ti sd e a da g a i n s tt h ef a c to ft h eo i lf i e l d ，d e s i g nac o n v e n ta n da p p l i e ds y s t e m ，b a s e do n s u p e r m a pg i s5w h i c hi sac o m p o n e n ts o f t ：w a r ea n dt h ev i s u a lb a s i c6 0w h i c hi sav i s u a l p r o g r a m m e dt 0 0 1 t h es y s t e mh a sr e a l i z e dt h ef u n c t i o ns u c ha sd a t ac o l l e c t i o n , p m t m c to f t u b em a p ，s c a ni n f o r m a t i o n ，q u e r ya n ds t a t i s t i c ，s p e c i a la n a l y s e s , g e n e r a lm a n a g e m e n ta n ds o o n t h ed e s i g no fs y s t e mi n t e r f a c eu s e st h ec o m m o nm e n ua n dt o o l b a rt od r i v et h ea s s i g n m e n t a n dt a k e st h ei s o m e r o u sf l a ta n di n t e l l i g e n tf u n c t i o nk e m e ia sa nu n i t i n t ot h ec u s t o m i z e d i n t e r f a c es ot h a ti tc o u l dm a k et h es p e c i a lk n o w l e d g ea n dc o n c e p to f g i sf u z z yt oc o n v e n i e n t t h eu s e r s t h ep a p e rp r e s e n t st h ec o n c e p ta n dd e v e l o p m e n to ft h eg i s a n dt h ew a yd e s i g n e dt h e s y s t e mf r o mh e r e a f t e ra s p e c t s ：t h ed e s i g n e dt o l lo ft h es y s t e m , t h es y s t e m sa i m s ，t h e p r i n c i p l e so ft h es y s t e ma n dt h ed a t a b a s ed e s i g n e de t cf i n a lt h ep a p e rp r e s e n t st h ef u n c t i o no f t h es y s t e m t h ed e s i g no ft h eo i lf i e l dt u b en e t w o r ks y s t e mw h i c ho f f e r st h er e m a r k a b l ea d v a n t a g e s o v e rt h ec o n v e n t i o n a lm a n a g e m e n tm o d ei na s s i s t a n tl e a d i n gd e c i s i o na n di m p r o v e m e n to f m a n a g e m e n te f f i c i e n c y i ts e t t l e sb a s ef o rd i g i t a lo i l f i e l d k e yw o r d s ：g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ；o i i f i e l dt u b en e t w o r k ；s u p e r m a p ； d a t a b a s et e c h n o l o g y 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：一日期： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：童丝丰色作者签名：童芏墨芏鱼 导师签名： 年月日 大连理工大学硕士研究生学位论文 1 绪论 1 1 前言 信息系统是计算机应用的重要领域，是国内外计算机使用最广泛，发展最迅速的系 统。随着我国经济的迅猛发展，经济的规模和经济活动的迅速扩大，规模经济正在形成， 各行各业对计算机信息系统的需求越来越迫切，要求也越来越高。经营管理现代化、科 学化，必须采用计算机信息系统，已经成为共识。 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 或g e o - - i n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称 g i s ) 是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门学科为一体的新型学科，由计算机 系统、地理数据和用户组成的，它把地理位置和相关属性有机结合起来，通过对具有空 间内涵的地理数据的获取( 集成) 、存储、检索、分析等操作，根据实际需要准确真实、 图文并茂地生产并输出地理信息，从而为资源管理、土地利用、城市规划、环境监测、 交通运输以及政府各部门行政管理提供新的信息，为工程设计和规划、管理决策服务。 目前，g i s 在各行各业的应用和发展己成为势不可挡的国际灞流。 石油是我国国民经济的重要组成部分。我国石油覆盖全国的大部分地区，分散在全 国的几十个油田。近年来，为了加快石油行业的信息化进程，石油行业以先进的数据库 技术、网络技术、计算机技术、管理信息系统等i t 技术，投资建设了勘探数据库、开 发数据库及各种专业性管理信息系统。为石油各级部门提供了新的高效的辅助决策技术 手段，提高了石油行业的现代化水平和管理水平，降低了成本、提高了经济效益。 随着油田开发、建设的不断深入，各种管网及设备的管理日趋复杂，老油田尤为突 出。目前管网的管理仍靠手工，许多管网的资料也随着人员的变动而流失，致使管理困 难，常有压盖或挖断管线等事故发生。近年来，油田生产日新月异地迅速发展，传统的 文档资料保存和定性分析方法已逐渐地难以适应当前油田管网管理的工作需要，各种资 料和基础数据主要以文字报告、传统表格和专题地图等形式表述或存档，以致信息的查 询检索和综合提取旷日费时。为了改变这种状况，应该积极地吸收现代的技术手段，改 进以往的油田管网管理数据和信息的技术手段。把计算机技术，特别是地理信息系统 ( g i s ) 引入到油田管网管理中已成为必然趋势。 1 2 课题的研究意义 随着我国经济建设的高速发展，石油在生活的各个方面都起着举足轻重的作用。而 现行油田的井站之间的管网系统则由于管理手段、管理方式的陈旧，对石油的分配和 利用无法实现及时、有效、合理的优化配置和调度，造成极大的资源浪费。为合理的利 基于g i s 的油田管网信息系统的设计与研究 用现有的石油资源，必须采用技术先进的管理手段来提高石油的利用率和油田企业的管 理水平。g i s 所特有的空间分析功能和可视化表达方式正符合油田管网信息所具有的隐 蔽、复杂、动态、数据量大等特点。同时g i s 也是油田企业的各种信息有效聚合的粘合 剂，所有的信息通过和地理位置相关，就可以达到有机结合的目标。通过将各种信息在 g 1 s 平台上集成，从而为企业提供更深层次的信息化应用。 目前，我国对油田管网的管理绝大部分采用的是手工管理方式，作为管理依据的文 字档案及图形档案都存储于纸介质上，由于使用频率高，图纸资料破损严重，随着时间 的推移，纸张老化，字迹模糊。另外大量零散的图纸资料不但给查询工作造成了极大的 不便，而且也不易于进行统计分析，降低了决策的科学性。为了合理的利用现有的石油 资源，必须采用技术先进的管理手段来提高石油的利用率和油田企业的管理水平。随着 计算机技术的发展，油田管理水平也取得了飞速的发展，已经建成许多行之有效的管理 方式，先进的数据库技术也应用于油田管理中，为油田企业提供了高效的管理方法。但 是采用传统关系数据库技术管理油田管网数据，存在两个问题；一是很难表示出油田管 网所涉及的备种对象及相关信息之闻的空间关系，不能反映油田管网在时间帮空间上的 变化趋势；二是对于在长期的油田管网管理工作中，积累的大量多媒体信息，不能提供 图形化直观、快速的信息检索方法【l 】。近来，计算机技术特别是计算机图形处理技术、 地理信息技术( g i s ) 的发展为油田管网信息管理的现代化、科学化、综合化提供了前 所未有的契机。 基于g i s 的油田管网信息系统是综合的信息系统，是对油田管网进行科学管理的重 要手段。该系统的实现对油田建设、发展、规划及决策起到一定作用，以实现油田管理 定量化、信息化和网络化。系统融计算机和数据库于一体，是存储和处理空间信息的高 新技术，它把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地 输出绘用户。满足油田各部门对管网系统的运行管理、设计和信息查询的需要，借助其 独有的空间分析功能和可视化表达功能，进行各种辅助决策分析。 1 3 本文主要研究内容 本文着重于油田井站管网g i s 的应用与实现。油田井站管网信息系统是一个综 合系统，涉及计算机技术、工程技术、测绘技术、统计和分析等诸多方面。它不仅可以 取代笨重的图纸、成为管理人员的好向导；更重要的是利用统计分析功能，各级决策者 可以迅速获得所需的井站管网信息和相关的通信信息，帮助决策者进行诸如井站管 网规划，统计分析等活动，以改善决策的科学性和有效性，增强企业的竞争优势。 大连理工大学硕士研究生学位论文 本文围绕w i n d o w s x p 平台下开发油田井站管网信息系统为主线。项目背景是为 辽河金马油田建立一个井站管网的管理、维护、查询的灵活、实时、实用的总汇系统， 并为宏观管理提供决策依据。为此作者充分利用现代计算机以及信息处理方面成熟的技 术，解决了系统实现的关键技术问题。文章主要论述了以下几个方面： ( 1 ) 明确了与传统的管理油田管网的方式相比，使用基于g i s 的油田管网信息系统 管理油田管网的优势，总结了g i s 在油田管理系统应用的发展趋势。 ( 2 ) 为了高效，可靠地存储空间数据及相关的属性数据，需要建立良好的数据模型 和数据存储方法。为此，文章论述了空间数据存储的格式和方法，以及各种数据模型的 建立。 ( 3 ) 一个好的系统来源于一个好的总体设计，文章论述了工程的整体设计思路，包 括系统的平台体系结构、硬件结构、网络拓扑、模块构成等。 ( 4 ) 在s u p e r m a po b j e c t s5 下开发设计应用系统图形界面的方法和实现。 ( 5 ) 各个系统模块的具体功能和实现方法。 1 4 油田管网信息管理研究现状 1 4 1 地理信息系统概述 g i s 技术是六十年代起源于北美的- - i 1 分析和处理海量地理数据信息的新兴学 科f 2 。它是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的 和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。g i s 把地理位置 和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，满足城 市建设、居民生活对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视化表达，进 行各种分析、管理和决策。 自从1 9 6 2 年r o g e r f t o m l i n s o n 首先提出g i s 概念【3 】，并建设了国际上第一个具有 实用价值的g i g 以来，g i s 技术得到了蓬勃发展。8 0 年代，随着计算机技术突飞猛进的 发展，加上社会的迫切需要和经验与教训的积累，g s 在土地与房产管理、资源调查、 环境保护、市政建设与管理、区域与国家的宏观分析与调控等方面取得了显著成绩。 依照其应用领域，地理信息系统可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学 信息系统等；根据其使用的数据模型，可分为矢量、栅格和混合型信息系统；根据使用 对象，可分为专题g i s 和区域g i g 4 。专题g i s 是具有目标和专业特点的地理信息系 统，如森林动态监测系统、电力g i s 等；区域g i s 主要以区域综台研究为目标，分为不 同的规模，如国家级、省级、市级和县级等，为不同级别行政区服务的系统。中国虽然 基于g i s 的油田管网信息系统的设计与研究 从8 0 年代初才开始研究资源与环境信息系统，但近年来g s 建设以应用为导向，己建 立或初步建立了g i s 及其专题数据厍。 我国g i s 的发展虽然较晚，但其重要性引起了政府部门的高度重视，己在许多部门 和领域得至u 应用f 5 】。g j s 在我国的发展经历了四个阶段，即起步( ( 1 9 7 0 1 9 8 0 ) ，准备 ( 1 9 8 0 1 9 8 5 ) 、发展( 1 9 8 5 1 9 9 5 ) 、产业化( 1 9 9 6 以后) 阶段。8 0 年代初开始，我国地理信 息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、 初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了迸步，积累了经验，为在全国范围内展开 地理信息系统的研究和应用莫定了基础。自9 0 年代起，地理信息系统步入快速发展阶 段。我国开始实施蟪理信惠系统、遥感、遥测联合科技攻关计划，强调地理信息系统的 实用化、集成化和工程化，努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用 化以及遥感、遥测和地理信息系统技术一体化。 1 4 2 地理信息系统的概念 随着计算机的出现和发展，以计算机技术为核心的信息处理技术作为当代科技革命 的主要标志之一，已广泛渗入到生产和生活的方方面面，影响和决定着社会经济的发展， 成为衡量一个国家科技发展水平的重要标准之。作为主要研究地理空间信息的地理信 息系统也随着计算机技术迅速的发展起来。当今时代，以建立信息高速公路为龙头的全 球信息化浪潮正向我们扑面而来。在这场信息革命中，地理信息系统发挥着它特有的优 势。它是各种现代化方法采集、测量、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理和 空间分布有关的数据的一门综合性信息科学和技术，同时也是钡绘学、遥感学、地图学、 环境学、计算机科学、空间科学、信息科学、管理科学、卫星定位技术、人工智能与专 家系统以及现代通讯技术的有机结合。 地理信息系统的英文名称为g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s 。是指在计算 机软硬件支持下，对现实世界各类空间数据及描述这些空间数据的属性数据进行采集、 存储、建模、管理、运算、分析、显示，以提供对资源、环境和区域等方面规划、管理 和决策的人机系统。简单地说，g i s 就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地 球表面的空间信息。它最早萌芽于1 9 世纪6 0 年代加拿大土地资源管理项目，在最近3 0 年内取得了惊人的发展，并广泛应用于资源调查、环境评估、区域发展规划、公共设施 管理、交通安全等领域，成为一门跨学科、多方向的研究领域嘲。 1 4 3 地理信息系统的构成和研究内容 ( 1 ) 地理信息系统的构成【7 】 ：燧j t _ a z 大学硕士研究生学位论文 与普通的信息系统类似，一个完整的g - i s 主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、 计算机软件系统、地理数据( 空间数据) 和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系 统( 软件和硬件) ，空间数据反映g i s 的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工 作方式和信息表示方式。系统构成如图1 1 所示。 图1 1 地理信息系统的构成 f i g 1 ic o t n p e s i n s o f g i s 计算机硬件系统 计算祝硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁 的、机械的、光的元件或装置，是g i s 的物理外壳。系统的规模、精度、速度、功能、 形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持或制约。g i s 由于 其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。构成计算机硬件系统的基本组件包 括输入，输出设备、中央处理单元、存储器等，这些硬件组件协同工作，向计算机系统提 供必要的信息，使其完成任务；保存数据以备现在或将来使用；将处理得到的结果或信 息提供给用户。 计算机软件系统 计算机软件系统是指必需的各种程序。对于g i s 应用而言，通常包括： 计算机系统软件 由计算机厂家提供的、为用户使用计算机提供方便的程序系统，通常包括操作系统、 汇编程序，编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等，是g i s 日常工作所必需的。 地理信息系统软件和其他支持软件 基于g i s 的油田管网信息系统的设计与研究 地理信息系统软件和其他支持软件 包括通用的g i s 软件包，也可以包括数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机 图像处理系统、c a d 等，用于支持空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口。 应用分析程序 是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任 务的程序，是系统功能的扩充和延伸。在g i s 工具支持下，应用程序的开发应是透明的 和动态的，与系统的物理存储结构无关，而随着系统应用水平的提高不断优化和扩充。 应用程序作用于地理专题或区域数据，构成g i s 的具体内容，这是用户最为关心的真正 用于地理分析的部分，也是从空间数据中提取地理信息的关键。用户进行系统开发的大 部分工作是开发应用程序，而应用程序的水平在很大程度上决定系统的应用性优劣和成 败。 系统开发、管理和使用人员 对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专业人员是地理信息系统应 用的关键，而强有力的组织是系统运行的保障。 空间数据 是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、 图像、文字、表格和数据等。是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘或其他系 统通讯输入g i s ，是系统程序的对象，是g i s 所表达的现实世界经过模型抽象的实质性 内容。在g i s 中，空间数据主要包括某个已知坐标系中的位置、实体问的空间关系和与 几何位置无关的属性。 ( 2 ) 地理信息系统研究的内容 地理信息系统是在地理学研究和生产实践的需求中产生的，地理信息系统的应用使 技术系统不断完善，并逐渐发展了地理信息系统的理论；理论研究又指导开发新一代高 效地理信息系统，并不断拓宽其应用领域，加深应用的深度；地理信息系统的应用，又 对理论研究和技术方法提出了更高的要求。这三方面的研究内容是相互联系相互促进 的。地理信息系统研究的内容主要有以下三个方面，如图l2 所示。 大连理工大学硕士研究生学位论文 地理信息系统 图1 2 地理信息系统内容体系 f i g 1 2c o n t e n to f g i s 统工具 1 4 4 地理信息系统的特点 为了满足各种应用空间对象的分布以及其相互关系的研究，g i s 必须具备以下基本 特点8 1 【9 1 【1 0 l 1 l 】： ( 1 ) 公共的地理定位基础。所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行 严格的空间定位，才能使其具有时序性、多维性、区域性特征，按空间要求进行复合和 分解，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，并迸一步支持空间问题的处理与决 策。 ( 2 ) 标准化和数字化。将多信息源的空间数据和统计数据进行分级、分类、规格化 和标准化，使其适应于计算机输入和输出的要求，便于进行更深入的对比和相关分析。 ( 3 ) 多维结构。在最常用的二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的 组合。并按时间序列延续，为决策部门提供实时显示和多层次分析的方便。 ( 4 ) 具有丰富的信息。g i s 数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包括与地理信息 有关的其它的信息，如人口分布、环境污染、区域经济情况、交通情况等。 1 4 5 地理信息系统目前研究领域与发展趋势 ( 1 ) 组件式g i s ( c o m g i s ) 组件式技术是新一代g i s 软件的重要基础，它与g i s 技术的结合使g i s 发展到了 新的阶段组件式g i s ( c o m g i s ) ，c o m g i s 是面向对象技术和组件式软件在g i s 软件开发中的应用。它的出现为传统g i s 面临的多种问题提供了全新的解决思路。 基于g i s 的油田管网信息系统的设计与研究 由于传统的g i s 软件开发具有开发负担重、集成困难、专业语言不易掌握的缺点， 迫切需要一种新型的g i s 软件技术体系，以满足日益增长的g i s 应用需求，并跟上软件 技术发展的潮流。c o m g i s 正是这样一种全新的g i s 软件技术体系，鉴于c o m 技术具 有语言无关性、进程透明性、可重用性等优点，使得目前基于c o m 的d d e 、a c t i v e x 技术与可视化语言成为g i s 软件开发的主流。应用这种开发方式可以对应用程序的局部 进行更新，保持其它功能不变，而不必对整个系统进行升级。它的开发不需要专门的 g i s 语言，可以直接嵌入到m i s 开发工具中。另外更重要的一点就是开发人员可以根据 自己的需要从对象库中选取系统所需要的功能加以实现，把这些组件快速地组装到 起，不仅大大简化了开发过程，而且极大地缩短了系统的开发周期，并且随时可以根据 实际需要进行灵活方便的系统定制与升级。 目前很多g i s 软件开发商已经着手进行组件式g i s 的研发，并取得了非常显著的效 果。例如国内的由武汉大学研制的g e o s t a r 、国外的由e s r i 公司研制的a r c g i s 软件等 就是由于全面采用了c o m 技术，才得以在业界得到迅速而广泛的应用并获得广大用户 的好评。所以c o m g i s 是未来g i s 软件发展的主要方向之一。 ( 2 ) i n t e m e t 或i n t r a n e tg i s 信息高速公路的建立极大地方便了世界各地用户间信息交换与信息查询。由于g i s 能提供丰富的空间查询、空间分析及属性管理功能，因此g i s 正在成为i n t e r n e t ( 国际 互联网) 或i n t r a n c t ( 企业局域网) 的一个主要内容。目前用于i m e m e t g i s 系统开发的 工具主要有e s r j 的m a po b j e c t si m s ( i n t e m e tm a ps e v e r ) a r cv i e wi m s ，m a p i n f o 公 司的m a j px t r e m e 以及网络版的a u t od e s k 等。 ( 3 ) 数据仓库( d a t aw a r e h o u s i n g ) 由于空间数据量非常大，这些数据大都分散在政府和私人机构及公司的各个部门， 数据的管理和使用变得非常复杂。但同时由于这些空间数据具有极大的科学和经济价 值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据库的建库工作，在这些国家一般都有许多 研究机构和政府部门参与到空间数据库建立的研究工作中。目前在北美、欧溯、澳大利 亚等国提出了s d i 或n s d i 的概念。s d i 的全称是s p a t i a l d a t ai n f r a s t r u c t u r e ，n s d i 的含 义是n a t i o n a ls p a t i a ld a t ai n f r a s t r u c t u r e ，其字面意思是( 国家) 空间数据基础设施。9 8 年6 月份在加拿大首都渥太华召开的第十届国际地理信息工程学术会议更把s d i 作为本 次会议的主题，可见国际上对地理空间数据基础设施建设的重视。我国国家测绘局也积 极地推进我国s d i 的建设工作，并提出规划模式，部分内容已经在实旋当中。 大连理工大学硕士研究生学位论文 ( 4 ) 3 d g i s 地球以及各种物体都是以三维空间的形式存在的，因此目前二维g i s 技术或二维半 ( 平面x ，y 坐标加高程) g i s 对于完整的描述地球上的对象是有一定限制的。真正的 三维o i s 必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的空间数据库，解决三维 空间操作和分析问题。主要研究方向包括：三维数据结构的研究，主要包括数据的有效 存储、数据状态的表示和数据的可视化；三维数据的生成和管理；地理数据的三维显示， 主要包括三维数据的操作、表面处理、栅格图像、全恩图像显示，层次处理等。需要用 三维空间来描述的应用领域有如下几个方面：气象学、地质学、采矿学、石油勘探与开 发、计算机辅助设计与制造( c a d c 碰) 、医学影像和机器入学等。一个三维g i s 空间 信息系统应该能够模拟、表示、管理、分析与三维实体相关的信息，并提供决策支持。 ( 5 ) g i s 与g p s 和r s 的集成 g i s 、r s 与g p s 是目前对地观测系统中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应 用的3 大支撑技术( 简称“3 s ”) ，是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规 划与管理、环境污染控制、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段，也是地学研究 由定性化走向定量化方向的科学方法之一。需要说明的是“3 s ”集成不是简单的三个组 成部分的叠加，而是一种有机的、在线的连接，同时具有实时的、动态的特性。它是一 项技术难度极高的高科技，需按照“统筹规划，分步实施”的原则进行，具体来说，就 是在开发研究时，从简单到复杂，从低成本到高成本，逐步推进。其中，当前开发出来 的一个比较成功的系统当属加拿大卡尔加星大学开发的移动测绘系统( m o b i l em a p p i n g s y s c e m ) 。该系统除包含“3 s ”外，还充分利用了现代通讯技术以及专家系统( e s ) 技 术。它能根据c o d 实时摄影系统摄取的数字影像，实时地、准确地求出路线上目标的空 间坐标，并动态地传输到g i s 中，利用g i s 中已有的数字地图来作为参照系统。发现目 标的实时状态。 ( 6 ) 开放式( o p e n ) o i s 目前一种多用户、跨平台的o p e ng i s 技术正在被国外的许多研究机构、政府部门 和高等院校研究和开发利用。开放式g i s 的研究和应用使得各政府部门及企业之间不同 格式的数据能够方便地互访，有利于网络g i s 及分布式g i s 空间数据库的建立，使g i s 的应用领域及其功能大大拓宽。 ( 7 ) 虚拟现实技术 虚拟现实技术又称灵境技术，是指通过头盔式的三维立体显示器、数握手套、三维 鼠标、立体声耳机等手段和工具使人能完全沉浸在计算机生成创造的一种特殊的三维立 体环境! 它与计算机网络技术和地学相结合可产生虚拟地理环境! 虚拟地理环境具有如 基于g i s 的油田管网信息系统的设计与研究 下特点：地学工作者可以进入地学数据中，有身临其境之感；具有网络性，从而 为处于不同地理位置的地学专家开展同时性的合作研究、交流与讨论提供了可能! 目前， 由于虚拟地理环境为地学工作者提供了可重复的信息模拟实验的可能，任何一个地学分 析模型均可以由其他人在虚拟地理环境中运行模拟，受到检验，从而加速地学理论的发 展与成熟，在某种意义上来讲，也极大地推动了地理信息系统的迅猛发展! ( 8 ) 面向对象( o b j e c to r i e n t e d ) 技术 面向对象g i s ( o o g i s ) 研究的兴起缘于o o g i s 能使g i s 系统更好地反映现实地理空 间各种空间要素及其相互关系，甚至空间现象与过程。面向对象的g i s 中所有的地物以 对象形式封装，用户可以在现有抽象数据类型和空间操作箱上定义自己所需的数据类型 和空间操作方法，增强了系统的开发性和可扩充性，为g i s 的智能化奠定了基础。概括 起来，采用面向对象技术的优点：所有空间实体以对象方式进行封装管理，可以清 晰地表达其空间关系：以对象为基础消除了分层的概念，这样当空间查询涉及两类 对象时，毋须进行叠加操作：可以处理复杂的空间对象类型：便于分布式数据管 理；提高了数据操作和转换的透明度；允许用户自定义对象，提岗系统的开放性 和可扩展性；增强了用户对空间概念的理解，提高了系统应用水平。 面向对象的思想已广泛地应用于程序设计及开发中，克服了传统的编程方式的固有 缺点，使之更接近现实，便于用户及开发人员辨认和使用。如a r c g i s 软件，它成功地 运用这一思想进行应用程序设计，增加了它所开发的应用的可读性及大众性。虽然当前 这一技术得到了业内广泛支持，但是在一些原理上仍有待于迸一步获得突破，当然这需 要广大从事g i s 行业的成员的悉心研究及g i s 软件用户的大力支持。 ( 9 ) 时空系统( s p a t i o t e m p o r a ls y s t e m ) 传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性，在许多应用领域 中，如环境监测、地震救援、天气预报等，空间对象是随时间变化的，而这种动态的变 化的规律在求解过程中起着十分重要的作用，过去g i s 忽略时态主要是受器件的限制， 也有技术方面的原因。近年来，g i s 中时态特性的研究变得十分活跃，即所谓“时刻系 统”。通常把g i s 的时间维分成处理时间维( t r a n s a c t i 0 1 1t i m ed i m e n s i o n ) 和有效时间维 ( v a l i dt i m ed i m e n s i o n ) 。处理时间又称为数据库时间或系统时间，它指在g i s 中处理 发生的时间；有效时间亦称事件时间或实际时间，它指在实际应用领域事件出现的时间。 时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。目前比 较流行的作法是在现有数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时闻，在对象 模型中引入时间属性，在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一系列问题仍有待 进一步研究。 大连理工大学硕士研究生学位论文 1 4 6g i s 在油田管网信息系统中的应用研究 石油是我国国民经济的重要组成部分。我国石油覆盖全国的大部分地区，分散在全 国的十几个油田。油田管网与地理位置相关，为建立油田管网信息系统提供了必要的前 提条件。一方面已建的数据库及各专业的信息系统主要以管理为主，缺乏地理空间信息 的支持和服务，使其进一步应用受到限制；另一方面只有通过油田管网信息系统才能有 机的整合和连接已有数据库及各专业管理信息系统，这是由油田管网信息系统具有空间 特征决定的。因此，通过油田管网信息系统整合己建数据库及各专业管理信息系统不仅 可以保护已有投资，快速实现石油行业信息化，而且这也是石油全行业信息化即实现“数 字油田”的最佳途径或许是必由之路。 油田勘探开发积累大量空间数据和属性数据，这些地面数据和地下数据具有动态变 化的特点，需要实时更新。为处理和管理油田勘探和开发生产的大量数据，我国各大油 田纷纷研制和引进了勘探开发数据库等软件包，但这类数据库之间缺乏有机联系且无法 进行统一查询和空间分析。 2 0 世纪9 0 年代以来，地理信息系统在石油界得到较为普遍的应用，如石油勘探、 油田开发、油田地面建设、石油管道等。地理信息系统不仅突破了传统的表格、菜单查 询的框架，更利用了人类对图形信息的喜爱，和地理查询界面自然的吸引力，软件的运 行环境和效果得到企业决策层和地质界的认同。尤其是些通过地理空间查询，向地下 地质空间实体延伸的应用功能，更给人以耳目一新的感觉【1 2 】f 1 3 】。由于地理空同查询方式 较少受到用户逻辑思维的干扰，地理信息系统同时又是个信息资源平台，地理信息软 件的应用生命周期远远长于其他应用系统或软件。地理信息系统经过近几十年来的发 展，已成为信息技术中最活跃、影响最大的学科之一，也是变化最快，应用最广的技术 之一【1 4 1 。 计算机技术的快速发展已成为带动和促进地理信息系统发展的有利条件，这包括硬 件和软件两个方面。计算机硬件性能在提高，价格在下降，而其尺寸也在减小，目前台 式p c 机和便携杌在地理信息系统中超着越来越大的作用。大约十年前，几乎所有地理 信息系统都要安装在以u n i x 为操作系统的大型计算机或服务器、工作站上，但今天几 乎所有的软件都已有面向以微机为硬件环境的版本。用户局域网( l a n ) 和广域网 ( w a n ) 及i n t e m e t l m r a n e t 为地理信息系统的推广和应用提供了前所未有的基础网络 设施条件1 邪6 】【m 。 在软件方面，从操作系统至4 应用软件，以及软件的开发环境和可用于遗理信息系统 开发的语言，都有了快速的发展。u n i x 、w i n d o w s 、n t 、l i n u x 等操作系统功能越来 基于g i s 的油田管网信息系统的设计与研究 越强，地理信息系统应用软件功能也日益增强，开放标准使地理信息系统开发日益高效 化、易用方便【1 8 1 。 目前。地理信息系统与信息技术的相关系统相结合己成为现代社会中起重要作用的 实用技术。地理信息系统与遥感( r s ) 、全球定位系统( g p s ) 、自动制图和设施管理 ( a m f m ) 、办公自动化( o a ) 、管理信息系统( m i s ) 、计算机辅助设计系统( c a d ) 相结合，为各行各业提供了现代化的空间和专业信息采集管理、查询、显示、输出和应 用手段，使常规管理模式、生产措施，决策方案获得根本变革。地理信息系统的应用已 达到了一个新的发展阶段【2 0 1 【2 ”。 国外，首先，国际各大石油公司，如s h e l l 、s e h l u m b e r g e r 、b p a m o c o 等，建立 了与公司相适应的高速计算机网络传输平台，信息化基础设旄已经比较完善，内部的勘 探开发研究和生产、销售、技术服务等生产经营管理活动都运行在统一、稳定的网络上。 不仅日常生产和管理信息通过网络传输，大块的地震数据也已经在网络上接收和处理， 从而提高工作效率，降低运营成本。 其次，利用数据银行等数据管理与应用技术，国际大部分油气公司实现了以集中的 方式对勘探开发的原始数据和成果数据类信息进行统一的管理，为专业技术人员决策分 析、科学研究( 包括地震资料处理解释、地质综合解释、油藏描述、测井处理解释等) 和生产管理人员的决策提供全面的信息支持。 另外，在信息管理方面，各油气公司均实现了规范化、系统化和网络化，能够为各 层次的管理人员提供及时、全面的信息服务。但管理的方式各据特色，有的公司以成本 为核心管理生产信息，有的以产量为核心管理生产信息；有的建立了基于数据库的生产 信息管理系统，有的采用e x c e l 等简单表格的方式管理、使用和共享生产信息。 在国内，相对于g i s 系统在其他行业的应用而言，其在石油行业的应用还处在初级 阶段，但相关研究正如火如萘的开展。如“油藏管理g i s 系统”2 2 1 、“石油勘探g i s 系统”【23 1 、“油气田开发g i s 系统”【2 4 】等等。大庆油田在g i s 系统的研究和应用方面 走在各油田前列，1 9 9 6 年就开始对g - i s 系统在油田中的应用课题进行研究，并于1 9 9 9 年开发出具有油田特色的“大庆油田地面建设信息系统”c 2 5 1 。其它油田也非常重视g i s 系统的推广应用，胜利石油管理局的有关领导及技术人员经过多方调研、考察及反复论 证后，于2 0 0 3 年确定了以a r c i n f o 系列软件为核心的“胜利油田地面建设信息系统” 的建设及应用方案。塔里木油田正在进行“数字油田”课题的攻关，工作的重点就放在 g s 系统建设和相关数据库的开发方面。其计划开发的g i s 系统包括基础地理g i s 系统、 地面建设g i s 系统、勘探开发可视化系统三个部分，与油田现有的g i s 系统相比，内容 更丰富，功能更齐全。中原油田天然气产销厂委托陕西煤航地理信息有限公司研制开发 大连理工大学硕士研究生学位论文 的石油及天然气管网信息系统。该系统采用