（固体地球物理学专业论文）大庆油田基础gis空间数据管理系统的研制与开发.pdf

摘要 摘要 在现今高科技手段的辅助下，大庆油田对其地面建设系统进行了全面的航 测，得到了覆盖整个大庆地区的航测数据，并用i n t e r g r a p h 公司的设备和软件 进行了纠正定位处理，得到了约3 0 0 0 幅比例尺为l ：2 0 0 0 的正射影像栅格图， 并对这些正射影像图进行了矢量化，得到了相对应的单幅矢量地形图和区域矢 量地形图。针对这些海量的图形图像数据，传统的手工管理手段已暴露出它的 局限性，如何科学高效地利用这些海量数据，如何快捷地实现各种地面专题图 数据的制作、采集、更新和查询等，如何实现图形元素与属性数据的双向查询， 如何结合数据库实现图形图像的红线审批流程等正是本文所研究的主要内容。 本文就上述诸多问题，针对油田规划设计的特点，首先深入剖析了 m i c r o s t a t i o n 软件平台中矢量地形图和正射影像图的数据结构，根据其数据结 构建立了空间属性数据库，集成管理空间数据和属性数据，成功地将矢量地形 图中的各种图形元素提取出来存入空间属性数据库，并能按照各种查询方式从 数据库中读取需要的图形元素实时绘制各种专题图以及为图形元素添加空间属 性数据。然后研究了栅格数据在s q l 2 0 0 0s e r v e r 中以二进制形式管理的技术， 最后结合上述两项技术在m i c r o s t a t i o n 平台上实现并建立了大庆油田基础g i s 空间数据管理系统。 本系统是利用v b a 和m d l 语言实现对b e n t l e y 公司的m i c r o s t a t i o n 平台的 二次开发，在充分保留了该平台的强大c a d 功能的前提下开发实现了用户所需 的数据库管理系统和g i s 的多种功能。实现了多种类型的矢量地形图、正射影 像图的综合管理，各类专题图的查询、叠加、拼接、裁减和输出，矢量图形的 空间属性的添加和查询以及图形图像的红线批注、提交、审批等功能。该系统 基本上满足了大庆油田设计院的高效管理要求，并能为设计、规划等提供决策 参考，具有一定的实用价值。 系统运行正确且具有良好的速度和稳定性，但仍需长期不懈的努力和对系 统进行深层次的开发和完善。 关键词：m i c r o s t a t i o n ，s q l 2 0 0 0s e r v e r ，g i s ，正射影像图，矢量地形图，空 间数据库，大庆油田 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n g 、析mt h ea d v a n c eo fm o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , d a q i n go i lf i e l dh a s o b t a i n e da b o u t3 0 0 0o r t h o g r a p hi m a g e sw i t hs c a l eo f1 ：2 0 0 0a n dc o r r e s p o n d i n g v e c t o rt o p o g r a p h i cm a p st h r o u g ha na e r i a ls u r v e yo ni t sg r o u dc o n s t r u c t i o ns y s t e m t h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tb yh a n d w o r kh a sb e e nb e h i n d h a n df o rt h e s ee n o r m o u s i m a g e sa n dm a p s ，s ot h et h e s i sf o c u s e do nt h es t u d yo fh o wt og a t h e r , u p d a t e ，s e a r c h a n dq u e r yt h ed a t ao fv a r i e dg r o u n ds u b j e c tm a p s ，h o wt oq u e r ya n do u t p u ts p e c i a l t o p o g r a p h i cm a p s ，a n dh o wt or e a l i z et h er e d l i n es u b s y s t e mi n t e g r a t e d 、析md a t a b a s e i no r d e rt or e s o l v ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e ，f i r s t l y , t h ea u t h o ra n a l y z e dt h e d a t as t r u c t u r eo fv e c t o rt o p o g r a p h i cm a pa n do r t h o g r a p hi m a g ei nt h ep l a t f o r mo f m i c r o s t a t i o n ，a n ds u c c e s s f u l l yp i c k e du pt h ea t t r i b u t e so fd i f f e r e n tg r a p h i c a le l e m e n t s w h i c hc a nb ei n p u ti n t od a t a b a s el a t e r s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h ed a t as t r u c t u r ea n da t t r i b u t e s ，ad a t a b a s ew a sb u i l t w h i c hc a nm a n a g et h es p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t ed a t ai n t e g r a t e d a f t e rt h a t ，t h et h e s i sd i s c u s s e dh o wt oq u e r yt h e s eg r a p h i c a le l e m e n t sf r o m d a t a b a s ea n dd r a wt h e mi n t ot h es u b j e c tm a p si nt r u et i m ei nd i f f e r e n tw a y su s e r s p e c i f i e d t h e n ，i td i c u s s e dh o w t om a n a g et h ea t t r i b u t e sd a t ao fg r a p h i c a le l e m e n t s f i n a l l y , b yr e s e a r c ho fm a n a g e m e n tt e c h n i q u eo fr a s t e rd a t ai ns q l 2 0 0 0s e r v e r i nt h eb i n a r yf o r m ，t h ea u t h o rs u c c e s s f u l l yw o r k e do u tt h ew a ym a n a g i n gr a s t e rd a t a w i t hd a t a b a s e i nc o n s e q u e n c e ，t h eb a s eg i so f s p a t i a ld a t ao fd a q i n go i lf i e l dw a sb u i l t i nt h e p r e s u p p o s i t i o no fk e e p i n gt h ep o w e r f u lc a df u n c t i o n so fm i c r o s t a t i o n ，t h en e w s y s t e mr e a l i z e dm a n yc u s t o m i z e df u n c t i o n s ，s u c ha sq u e r y i n g ，s t a c k i n g ，m o s a i c i n g ， c u t i n ga n do u t p u t i n gd i f f e r e n ts u b j e c tm a p s ，m a n a g i n ga u r i b u t so fs p a t i a le l e m e n t s ， m a n a g i n gd i f f e r e n tk i n d so fv e c t o rt o p o g r a p h i cm a p sa n do r t h o g r a p hi m a g e s ，t h e r e d l i n es u b s y s t e ma n ds oo n t h es y s t e mw a sc u s t o m i z e du s i n gv b aa n dm d ll a n g u a g ei nt h ep l a t f o r mo f m i c r o s t a t i o n i tm e tt h er e q u e s to fe f f i c i e n tm a n a g e m e n to fd a q i n go i lf i e l da n d a b s t r a c t s u p p l i e dr e f e r e n c e si nd e c i s i o n - m a k i n gi nd e s i g n i n ga n dp r o g r a m m i n gf i e l d s of a r , t h i ss y s t e mt h et h e s i ss t u d i e dr a ns t a b l ya n de f f i c i e n t l y i nt h ef i n a l i t y , t h e a u t h o rn e e dw o r kh a r dt oe l i m i n a t eb u g sa n dd e v e l o pm o r eu s e f u lf u n c t i o n s k e yw o r d s ：m i c r o s t a i o n , s q l 2 0 0 0s e r v e r ，g i s ，o r t h o g r a p h ，v e c t o rt o p o g r a p h i c m a p ，s p a t i a ld a t a b a s e ，d a q i n go i lf i e l d 1 1 1 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：到了 加占年弓月；e l 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所耿得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：刮j 加年多月3 日 第l 章引言 1 1 本文的研究背景 第1 章引言 大庆油田作为我国的特大型企业，幅员三万多平方公里，从创立至今，油 田地面建设系统得到不断地发展，建设工程复杂而任务庞大。无论是科研开发 人员、规划设计人员，还是生产管理人员都必然面对大量多系统、多层次冗余 的信息。经过4 0 多年的开发建设，原油生产、城市建设、替代产业、油田及市 区的地面建设迅速发展起来，形成了以原油集输、油田气集输、注水、给排水、 污水处理、电力、通信、道路、消防、矿区建设、机修、油田化工、土地为主 的专业系统，且系统的规模逐渐扩大，对油田地面建设信息系统的需求也越来 越迫切。 在现今高科技手段的辅助下，大庆油田对其地面建设系统进行了全面的航 测，得到了覆盖整个大庆地区的航测数据，经过纠正定位处理，得到了约3 0 0 0 幅比例尺为l ：2 0 0 0 的正射影像栅格图，并对这些正射影像图进行了矢量化， 得到了相对应的单幅矢量地形图和区域矢量地形图。这些海量的图形和图像都 是相互分散独立的，手工对其进行查询、拼接、剪切等操作无疑是工作量巨大 且效率极其低下的；同时，由于i n t e r g r a p h 公司的m g e 软件的使用复杂，专业 性较强，普及程度较低。因此，建立一套方便易用融影像图库和矢量数据库为 一体的大庆油田基础g i s 空间数据管理系统就具有重要意义。 建立大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的主要目的是为了更有效地规划、 建设、管理油田。系统的建立将结合当今先进的数据库管理系统( d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m ，d b m s ) 和地理信息系统( 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 ， g i s ) ，综合管理这些海量的正射影像图和矢量地形图，并能够根据用户需求， 方便、迅速、精确地对油田地面建设空间信息及属性进行存储、查询、分析、 输出，以弥补手工绘制地形图或计算机绘图不能有效组织、管理、应用信息的 不足，提高油田规划的质量及效率，提高油田管理的水平，大大缩短规划工作 周期，进一步提高规划方案的准确性、科学性，使地面工程建设的规划设计工 作手段及工作效率产生一个质的飞跃n 1 。大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的 第1 章引言 建成将为油田各部门提供可共享的地面建设现状、统计分析等数据，为生产指 挥调度和管理决策提供科学依据，从而提高油田经营竞争能力和社会经济效益。 1 2 地理信息系统概述 1 2 1 地理信息系统的基本概念和发展 地理信息系统( 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 ，g i s ) ，是一种以计算机 技术为基础的将空间位置信息与属性数据结合在一起的系统。它是用来综合分 析和处理地球信息尤其是人类生存空间的各种地理数据，并用以支持决策的 t 具。它是随着社会争产力的发展，科学技术的进步，尤其是系统科学、制图 学、地理分析、遥感技术和计算机技术的发展而发展起来的。 从最初的概念来看，g i s 系统指的是将地球科学与属性数据相结合完成的一 种大型集成系统。但是，在实际应用中，以g i s 系统技术为基础建立起来的系 统已经应用到各种领域。其主要应用领域有： ( 1 ) 土地和资源评价管理：广泛应用于土地管理、水资源调查、矿产资源 评价( 矿产预测、矿产评价、工程地址、地质灾害等) 中； ( 2 ) 市政工程建设：应用于城市规划、交通、通讯网络、公共网络( 水、 电、气) 等中： ( 3 ) 环境评价和监测系统：主要用于环境影响评价、污染评价、灾害监测、 生态系统等； ( 4 ) 政府和企业提供管理、规划和决策工具：可用于企业生产经营管理、 税收、地籍管理、开发评价管理、公共设施建设、市区设计等； 由于地理信息系统发展的多源性，其功能具有可扩充性及应用的广泛性对 于不同的应用领域和开发平台，g i s 的实际应用功能也不尽相同，但其基本功能 有着相同的特征，即： ( 1 ) 数据采集、检验与编辑 一 主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的 完整性、数据值逻辑一致、无错等。数据采集是g i s 系统建立的第一个环节， 是获取完备海量数据的关键。目前可用于地理信息系统数据采集的方法和技术 很多，如野外数字化采集、扫描数字化等，应根据系统规划方案和设备实际情 2 第1 章引言 况进行选择。 ( 2 ) 数据规范化 初始采集的各种数据具有不同的类型和数据结构，应按系统的要求对多种 结构的数据进行规范化处理。数据规范的主要内容是进行数据格式转化和数据 比例尺的变换。数据比例尺的变换涉及到数据比例尺缩放、平移、旋转等方面。 ( 3 ) 数据的组织 数据的组织是一个数据集成的过程，也是建立地理信息系统的关键步骤， 涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格矢量混合模型 是常用的空间数据组织方法。属性数据的组织方式有层次结构、网络结构与关 系数据库管理系统等，其中关系数据库系统是目前应用最广泛的数据库系统。 ( 4 ) 数据可视化 数据可视化的目的是将各种空间和属性数据以报告、表格、地图等形式反 馈给用户，供其进行处理和应用。一个好的地理信息系统应能提供一种良好的、 交互式的制图环境，以供地理信息系统的使用者设计和制作出具有高品质的地 图。 ( 5 ) 数据的查询、检索、统计和计算 数据的查询、统计和计算功能是地理信息系统最基本的功能，体现着用户 对系统的最基本需求。 ( 6 ) 空间分析 空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统和其它管理系统 的根本区别。其中的模型分析是指在地理信息系统的支持下，分析和解决问题 的方法体现，它是地理信息系统应用深化的重要标志。 地理信息系统按其功能和内容分为工具型地理信息系统和应用型地理信息 系统。所谓应用型地理信息系统，是指在工具型或基础型地理信息系统的基础 上，经过二次开发，建成满足专门用户解决一类或多类实际问题的地理信息系 统。因此，应用型地理信息系统的主要特点是，它具有特定的用户和应用目的， 具有为满足用户专门需求而开发的地理空间实体数据库和应用模型，它继承工 具型地理信息系统开发平台提供的大部分功能和软件，以及具有专门开发的用 户应用界面等。本文所研究的大庆油田基础g i s 空间数据管理系统就是应用型 地理信息系统。 第1 章引言 1 2 2 地理信息系统在油田中的应用现状 随着香港数码港，数字上海、数字北京等项目的实施，数字城市作为国家 信息化新的热点，建设浪潮席卷全国。g i s 系统以其强大的数据整合和数据表现 能力在各行各业得到了越来越广泛的应用，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。实际开发过程中往往是针对石油 行业的某一特定领域进行专项研究，如“油藏管理g i s 系统州幻、“石油勘探g i s 系统“1 、“油气田开发g i s 系统”瞄1 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”嘲。其它油 田也非常重视g i s 系统的推广应用，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 i 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。胜利石油 管理局经过多方调研、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川钌的建设及应用方案。中原油田天 然气产销厂研制开发了石油及天然气管网信息系统。该系统采用g i s 组件技术 将地理信息、生产信息、动态监测信息、多媒体信息等融为一体，实现了地下 地面化、藏量可视化的管理模式，为“数字油田的建设奠定了基础。可以看 出，g i s 系统的开发和应用是油田信息化管理的研究方向，是数字化油田的核心 内容。建立与油田现场情况相适应的g i s 系统将大大提高油田信息的管理水平， 提升油田的综合实力，增强在国际石油市场的竞争力，对油田的可持续发展具 有十分重要的意义。 1 3 本文的主要研究内容 针对当前大庆油田设计院在矢量地形图和正射影像图管理和使用中存在的 问题，结合数字油田建设的需要，以及g i s 技术和数据库技术的发展，本文_ 丌 展了大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的研究，重点放在了矢量地形图和正 射影像图在m i c r o s t a t i o n 平台下的数据结构及相关的应用研究，目的在于解决 现存的问题，提升油田的综合管理水平，提高油田的竞争力。 4 第l 章引言 研究的主要内容如下： ( 1 ) 对大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的各种数据进行深入剖析， 分析其数据结构，建立其数学模型，进行有效的组织，并在此基础上建立系统 数据库。 ( 2 ) 通过对m i c r o s t a t i o n 的二次开发，实现了图形元素和属性数据的关 联，进而构建了g i s 功能模块。 ( 3 ) 结合数据库技术，将数据库管理系统与g i s 有机地结合起来。 通过本系统的开发，用户可快速、准确地把矢量地形图中各图形元素的空 间数据和属性数据输入数据库，并对其进行各种查询和输出。自动对图形、图 像进行拼接、裁剪等操作，高效生成用户所需的各类专题图。利用数据库高效 可靠地管理所有的矢量图和栅格图。还可通过后续的开发实现系统优化、辅助 决策、生成各种报表等功能。 本系统在设计过程中遵循结构化的系统设计模式，首先对用户的需求和系 统需要处理的数据进行详细地分析和调查；然后对系统的总体目标、总体功能 和安全策略进行总体设计，明确系统的设计原则；在总体设计确定的目标和原 则下对数据库、各个功能模块和子系统进行详细设计，最终编程将其实现。 5 第2 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统分析 第2 章大庆油田基础g ls 空间数据管理系统分析 2 1 数据分析 数据分析的首要任务是全面准确的收集、整理、分析、选择数据，确定目 标系统中使用的全部数据。 大庆油田基础g i s 空间数据管理系统数据分为两大类：矢量数据和栅格数 据。矢量数据主要包括多种比例尺的地形图，如下： ( 1 ) l ：1 0 0 0 单幅矢量地形图( d w g 格式) ( 2 ) l ：2 0 0 0 单幅矢量地形图( d g n 格式) ( 3 ) l ：5 0 0 0 单幅矢量地形图( d g n 格式) ( 4 ) l ：5 0 0 0 区域矢量地形图( d g n 格式) ( 5 ) 1 ：2 5 0 0 0 区域矢量地形图( d g n 格式) ( 6 ) 1 ：5 0 0 0 0 区域矢量地形图( d g n 格式) 和l ：2 0 0 0 图框( d g n 格式) 等专题图。 这些矢量地形图都有6 3 个图层，包含测量控制点、地貌土质、电力系统、 独立地物、交通系统、境界线、居民地及垣栅、通讯系统、油田气及天然气系 统、油田注水、给排水、污水处理系统、植被、自然水系及附属设施共1 2 大系 统5 7 0 余种要素。 栅格数据主要包括： ( 1 ) l ：2 0 0 0 纠正定位的彩色航空正射影像地形图( i n t e r g r a p h 压缩格式) ( 2 ) l ：1 0 0 0 0 扫描单幅栅格图( t i f 格式) 2 2 用户需求分析 通过与最终用户的大量交流分析和实际调研，本文所研究的大庆油田基 础g i s 空间数据管理系统的用户需求如下： ( 1 ) 实现矢量地形图和正射影像图的综合管理，可以实现正射影像图校正、 定位、拼接、镶嵌与裁剪等功能。 6 第2 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统分析 ( 2 ) 实现任意专题地图叠加、编辑、显示、查询和输出，如单独显示油系 统，或油系统与道路系统的叠加。 ( 3 ) 实现图形与属性双向查询，既可以按照图形查询属性，也可以按属性 查询图形，同时还可以按代码查询图形及相应属性；可以按用户需求、按地名、 按坐标范围获取所需矢量图和正射影像图。 例l 、查询喇六联可直接用站名查询，也可查询所需范围内的所用联合站。 例2 、查询某一地区影像地形图和油井、管线，可直接用鼠标取出这一地区 的范围线或者给出坐标范围，并选择油井、管线、影像图，系统把查询到的结 果显示出来，而其他的如路、水渠等则不显示。 ( 4 ) 可以进行带状正射影像图的裁减和输出； ( 5 ) 可以按任意比例尺输出正射影像图、矢量地形图和影像矢量混编图： ( 6 ) 建立地名数据库，以方便用户对指定区域的快速查询； ( 7 ) 可以进行空间查询和空间分析。实例如道路两边拓宽5 0 米，可查询 统计出影响范围内建筑物、相关的建筑物占地面积等。 ( 8 ) 系统应当具有可维护性和可扩展性。 了解用户需求之后，本文进一步结合实际工作环境进行深入分析。目前， 大庆油田设计院使用的制图软件是b e n t l e y 公司的m i c r o s t a t i o n 软件，该软件 具有强大的c a d 辅助制图功能，其生成的矢量图为d g n 格式，这些矢量图以文 件形式储存在用户的电脑中。m i c r o s t a t i o n 也提供了与o r a c l e 数据库以及o d b c 和o l e d b 的接口，可以将数据库中的表行连接到任何类型的简单或复杂元素， 同时单个元素也可以链接到多个表用以实现最基本的g i s 空间属性查询功能。 其主要的系统架构如图2 1 。 d g n sr d b m s 图2 1m i c r o s t a t i o n 的g i s 功能数据库系统架构 7 第2 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统分析 从图2 1 中我们可以看到，这种架构重要的一点不足是不能实现跨文件的 查询。即当通过元素查询属性时，只能查询当前打开的矢量图中的元素在数据 库中的属性信息；当通过数据库中的属性信息查询元素时，若当前打开的矢量 图中没有包含所查询的属性信息对应的元素时，m i c r o s t a t i o n 提示用户没有找 到相应元素。同时，因为矢量图并没有同时储存在数据库中，如果矢量图丢失 或损坏，即使数据库中的属性信息仍然存在也变得毫无意义；而且当对矢量图 中的某元素进行修改或删除时，不能确保该元素在数据库中的属性数据也同步 地更新，这样就造成了使用的局限性以及可靠性的降低。 因此本文研究的大庆油田基础g i s 空间数据管理系统就要弥补 m i c r o s t a t i o n 软件平台的这些不足，建立符合用户需求的空间属性数据库，将 所有的矢量图和栅格图都用数据库进行统一管理，实现图形与其空间属性的双 向查询，并根据用户的需要增加特定的功能。比如：快速查询并读取某幅矢量 图、栅格图：根据地名查询并读取该地名所在的单幅或区域矢量图、栅格图： 根据地名和自定义的缓冲区范围查询并生成专题图；指定一条道路并给定缓冲 范围查询并输出该带状区域中的矢量图、栅格图等。 此外，本系统同时作为一个数据库管理系统，除具备上述的g i s 功能外， 还要拥有一些先进的管理功能，例如文件提交和红线审批子系统，该子系统利 用数据库技术，将原来分散储存在各个用户电脑中的待审批文件和通过审批的 文件用统一的流程进行管理，大大提高工作效率和正确性。 8 第3 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的总体设计 第3 章大庆油田基础g is 空间数据管理系统的总体设计 g i s 总体设计的主要任务是将系统需求转换为数据结构和软件体系结构，即 数据设计和体系结构设计。数据设计就是把分析阶段所建立的信息域模型变换 成软件实现中所需的数据结构。体系结构设计则是把系统的功能需求分配给软 件结构，并设计模块之间的接口关系。在总体设计阶段，各模块还处于黑盒子 状态，模块通过外部特征标识符进行输入和输出，从而更好地确定模块和模块 间的结构。 3 1 系统的总体目标 针对1 1 中提到的海量数据的矢量地形图和正射影像图，如何利用数据库 技术高效地管理这些图形、图像并且将矢量图与栅格图用g i s 系统有机地结合 是本系统所要解决的关键问题，同时也是一个难点。 ，一， 通过对原始数据的类型和最终的用户需求进行详尽的分析，本文研究的大 庆油田基础g i s 空间数据管理系统既包括基本的g i s 功能也包括一些扩展的 g i s 功能，同时还应具有数据库管理系统的功能，主要包含以下内容： 。 ( 1 )建立空间数据库，实现对矢量和栅格资料实施规范化、科学的动态 管理，便于数据的输入、更新和查询。 ( 2 ) 兼容多种空间数据矢量格式。 ( 3 ) 矢量图形的放大、缩小、移动、漫游、复位。 ( 4 ) 矢量图形的分层显示和管理、图层可视性、可选择性、可编辑性。 ( 5 ) 矢量图形的查询、拼接和裁剪。 ( 6 ) 空间数据和属性数据的一体化管理、双向查询。 ( 7 ) 缓冲区分析。 ( 8 ) 空间数据的编辑。 ( 9 ) 栅格图的查询、拼接和裁剪操作。 ( 1 0 ) 矢量图和栅格图的红线审批、提交功能。 ( 1 1 ) 系统日志功能。 9 第3 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的总体设计 该系统建立在网络化的计算机软硬件基础上，按照规范化的信息分类标准 和统一的地理空间关系对各类数据进行科学存储与管理，实现快速采集、建库、 及时更新、查询、空间分析以及数据发布、资源共享等。实现将大规模的、动 态变化的基础资料转换为数字化的、可操作的、可共享的信息资源，提供给相 关部门使用。 3 2 系统的设计原则 为实现3 1 中所制定的系统总体目标，在整个系统的建设中除遵循软件工 程的设计思想外，由于系统建设涉及勘查设计行业、g i s 技术、网络以及数据 库技术等多种技术的综合，所以在系统的建设中还应以“量身定做、实用、高 效、先进、稳定、可靠、智能化、可扩充性 为基本原则，建立“规范、安全、 开放”的g i s 空间数据管理系统。总的来说，进行系统的设计应遵从以下原则： ( 1 ) 量身定做： 量身定做是本系统最基本的原则，由于是对特定类型的数据资料进行管理 和处理，因此必须根据用户的需求去定制各种系统功能，尽量满足用户的所有 特定需求。 ( 2 ) 先进性和实用性 先进性是未来实用性的保证，应尽可能采用先进的技术、方法、设备等， 提高系统的技术水平。在软件开发思想上，严格按照软件工程的标准和面向对 象的理论来设计、管理和开发，从而确保了系统开发的高起点。只有使用先进 的系统，才是用户所欢迎的，也才能发挥出其真正的魅力。 作为一个应用系统，实用性是直接影响系统的运行效果和生命力的最重要 因素之一。该系统的最终用户是设计人员，因此系统始终以用户需求为导向， 在功能上紧紧围绕设计行业的日常生产和管理工作，结合先进、合理的开发管 理模式进行设计开发。同时充分考虑用户操作方便，界面友好，符合日常工作 习惯，能够使用户真正喜欢并使用它，能为用户解决他们所关心的问题。 ( 3 ) 兼容性和标准化 标准化是信息系统建设的基础，也是系统与其他系统兼容和进一步扩充的 根本保证。因此，对于一个信息系统来说，系统设计和数据的规范性和标准化 工作是极其重要的，这是各模块间可正常运行的保证，是系统开放性和数据共 1 0 第3 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的总体设计 享的要求。为达到高质量的数据组织结构，整个系统设计，开发、建设都要求 按照系统建设规范的要求进行。 ( 4 ) 安全性和保密性 一 + 系统的安全性和保密性是一个良好系统的必要特征，按照系统的安全和保 密的“内容 包括：未经授权，用户不得对数据进行访问；完整性：系统用 户分级授权，经授权的用户只能对相应级别的数据进行访问和修改；不可否 认性：用户一旦对数据进行了修改，必须在系统日志中进行记录；数据保护 和有效的安全性。数据一旦遭到破坏，能够及时进行修复，同时能防止数据的 非法访问。 ( 5 ) 可靠性和稳定性 可靠性由软件系统的坚固性和容错性决定。系统的可靠性包括两方面：一方 面系统运行的安全性，另一方面是数据的精度和符号内容的可靠性。“多病 软 件不仅影响使用，而且会对所建信息系统的基础数据造成无法挽回的损失。系 统的可靠性是系统优越的重要指标。 一般的稳定性是指系统的正确性、健壮性两个方面。，一方面，系统在提交 前应该经过反复测试，保证系统长期的正常运转；另一方面，系统必须有足够 的健壮性，在发生意外的软、硬件故障等情况下，能够很好地处理并给出错误 报告，并且能够得到及时的恢复，减少不必要的损失。 ( 6 ) 智能化： 智能化是当前软件设计中通用的原则，考虑到最终用户的方便易用，系统 应尽量通过简单的操作界面，实现各种复杂的功能操作，并提供各种操作提示 和联机帮助。 ( 7 ) 可扩充性： 尽量在不改变程序代码的前提下，可扩充空间数据库数据。当然系统的智 能原则与可扩充原则有时是相互矛盾的，需要必要的协调。考虑到设计行业未 来发展和业务量较快的增长，系统采用灵活的设计方法，在管理系统的业务流 程及相关文档、资料格式需要变化时，能够进行动态修改、扩充等，既保证了 动态条件下业务流程的正确性，又保留了足够的业务可扩充性，使系统处于不 断完善过程中。 第3 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的总体设计 3 3 系统的开发环境 3 3 1 开发平台的选择 开发平台选择是否正确，直接影响整个项目是否能达到系统的设计目标， 完成系统所规定的任务。从系统的应用环境和所需完成的功能以及将来的发展 各个方面进行综合考虑，决定采用s q ls e r v e r2 0 0 0 作为数据库平台。 选择s q ls e r v e r2 0 0 0 作为系统的数据库平台主要考虑以下方面： ( 1 ) 数据库平台是整个系统的核心，必须具有良好的稳定性、安全性、 海量的存储能力、良好的数据备份和恢复能力。 ( 2 ) s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库有很好的稳定性、安全性。从数据存储、到 网络传输提供全方位的数据安全支持。 ( 3 ) s q ls e r v e r2 0 0 0 能很好的对数据仓库提供支持提供t b 级的数据存 储空间，能为系统开发提供强的大支持。 ( 4 ) s q ls e r v e r2 0 0 0 提供广泛的开发接口，可以利用存放在其他数据库 的信息。如i b m 的d b 2 、s y b a s e 以及o r a c l e 等等。 开发平台的选择需要考虑到与数据库系统的兼容问题，与原有系统数据的 兼容问题，因此，应具有多种数据库的接口能力，同时必须具有面向对象的开 发能力，综合考虑，本文决定使用m i c r o s t a t i o nv 8 软件的v b a 和m d l 语言进 行二次开发。 m i c r o s t a t i o n 为美国b e n t l e ys y s t e m 公司所研发，是一套可执行于多种软 硬体平台( m u l t i p l a t f o r m ) 的通用电脑辅助绘图及设计( c a d ) 软件。 m i c r o s t a t i o n 的前身名为i g d s ( i n t e r a c t i v eg r a p h i c sd e s i g ns y s t e m ) ，是一 套执行于小型机( m i c r ov a x - 2 ) 的专业电脑辅助绘图及设计软件，也因为它是由 小型机移植的专业电脑辅助绘图及设计软件，在软件功能与结构上不仅远优于 一般的p c 级电脑辅助绘图及设计软件，在软件效率表现上更有一般之p c 级电 脑辅助绘图及设计软件所远不能及之处。目前，在国内外广泛应用于工程、建 筑、机械设计、绘图、测绘等领域抽一。m i c r o s t a t i o n 的t h i r d - p a r t y 软件超过 i 0 0 0 种以上，其领域覆盖了土木、建筑、交通、结构、机械、电子、地理信息 系统、网络、管线、图档管理、影像、出图及其它应用。m i c r o s t a t i o n 已逐步 成为建筑、土木工程、交通运输、加工工厂、离散制造业、政府部门、公用事 1 2 第3 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的总体设计 业和电讯网络等领域的解决方案的核心。通过这些解决方案在设计、。建造、运 营和政府资产管理方面的综合、紧密的集成和“协同工作 ，用m i c r o s t a t i o n 创建的数据价值正在按级数增长。基于m i c r o s t a t i o n 的行业应用解决方案，一 方面可以提高的生产效率，另一方面可以扩展的设计和工程数据。 m i c r o s t a t i o n 不仅适用于设计和工程项目统一的综合性平台，而且是 b e n t l e yv 8 软件产品的基础。与市场上其它的设计平台相比，m i c r o s t a t i o n 在 3 d 建模、数据通用性、提高工作组效率以及应用程序开发方面更胜一筹。 m i c r o s t a t i o nv 8 依靠用来建模的信息的高度语义内容，接近了从绘图和文档 产品到工程模型这一目标。这体现在三个基本的范围内：数据的交换、再利用 和协同工作能力：工作流程和用户层面的特征：宽泛的应用平台性能。此外， m i c r o s t a t i o n 具有数据的可互操作性、协同工作功能、变更管理、高级的建模 功能及可视化功能、可扩展性由于其所具有的强大的功能和二次开发能力，国 内外已经有了很多基于m i c r o s t a t i o n 平台的成功应用，例如苏州联创图讯软件 公司的基于m i c r o s t a t i o n v 8 平台开发的地形成图与管理软件，该软件地形成图 与地形图管理的专业应用软件。在充分结合地形测量作业和地形数据特点的基 础上，该软件提供了基于m i c r o s t a t i o n 的强大的地形图绘制工具，并实现了外 业测量与内业成图的紧密结合，地物绘制与d e m 生成紧密结合，图形生成与图 形管理紧密结合，c a d 数据与g i s 数据的紧密结合，从而提高测量工作效率和数 据利用率，使用户可以轻轻松松获得规范的地形图成果，并对已有成果进行有 效的管理。 综观m i c r o s t a t i o n ，它具有如下的功能和特点：j ( 1 ) 用户自定义线型功能。用户通过对点划线及其间隔长度的定义可实 现线型的符号控制、自动符号放置、线的偏移、线宽度等。 ( 2 ) 支持多种格式文件。对于设计文件，m i c r o s t a t i o nv 8 不需要任何 转换，可以直接读取和输出d w g 、d x f 、i g e s 和c g m 等格式数据n 们。 ( 3 ) 配合使用的数据库种类多。用m i c r o s t a t i o nv 8 开发地理信息系统， 可以选择d b a s e 、f o x b a s e 、o r a c l e 、s q ls e r v e r 2 0 0 0 等多种数据库管理系统来 管理属性数据n u 。 一。一 ( 4 ) 可以建立自己的用户界面工具。用户可以更改下拉式菜单、工具板 上的工具及对话框和设置框的域或按钮n 射。 ( 5 ) 提供b a s i c ，m d l ，v b a 等功能强大的开发语言，使用户能够在十分 1 3 第3 章大庆油田基础g i s 空间数据管理系统的总体设计 广阔的领域进行二次开发，满足不同的使用目的和需要。考虑到v b a 所提供给 用户完善的面向对象支持、友好的人机交互界面以及与数据库的完美结合，本 文拟使用v b a 开发，辅助以m d l 实现些v b a 比较难以实现的功能，并通过v b a 对其进行调用。 3 3 2 网络环境的选择 网络是整个系统运行的基础，应该从稳定、高速、安全、以及维护等方面 进行考虑。既要考虑到当前的数据的吞吐量，又要充分考虑到未来发展的需要。 应注意采用主流平台，同时也必须从价格上进行综合比较。 ( 1 ) u n i x 是具有优秀性能的网络平台，其安全性、稳定性都很好。但是其 维护对维护者水平要求较高，一般的企业人员很难维护。同时其价格不菲。 ( 2 ) l i n u x 除了价格上有所差别，与u n i x 相差不大。同样存在维护困难的 情况，如培养人员时间较长。 ( 3 ) n o v e l l 公司的n e t w a r e ，由于w i n d o w sn t 的出现使得其市场份额急 剧下降。同时技术发展较慢，可能不会成为将来的主流技术。 ( 4 ) w i n d o w sn t 2 0 0 0 ，w i n d o w sn t 其技术已日渐成熟，从出现后，占领 的市场份额不断攀升，具有良好的发展前景，同时继承了w i n d o w s 操作方便的 特点。 大庆油田设计院目前已经建立起完善的局域网系统，实现了带宽1 0 0 兆到 用户桌面，同时，用户使用的操作系统均为m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s 系统。 因此，选用w i n d o w sn t 2 0 0 0 作为网络平台，即充分利用了现有网络硬件资源， 又继承了用户对w i n d o w s 系统的熟练操作。 3 4 总体功能设计 根据大庆油田设计院的实际工作特点和3 1 所确定的系统目标，本文研究 的大庆油田基础g i s 空问数据管理系统应完成以下功能： ( 1 ) 矢量地形图和正射影像图的数据库综合管理：系统中所使用到的所 有矢量图和栅格图都是由数据库来进行管理的，因此，数据库的设计和建立至 关重要。 1 4 第3 章大庆油田基础g