（环境科学专业论文）海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究.pdf

海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 s t u d yo f t h es e a b e dg e o e n g i n e e r i n gi n t e g r a t e di n t b r m a t i o ns y s t e ma n d i t sa p p l i c a t i o n si nc h e n g d a oo i lf i e l d a b s tr a c t m a r i n e e n g i n e e r i n gg e o l o g i ci n v e s t i g a t i o n i so n eo fi m p o r t a n tc o m p o n e n t si n o c e a n o g r a p h i cs u r v e y ，a n di ti si m p o r t a n tf o rs t u d y i n gt h es e a b e ds t r u c t u r ea n di t se v o l u t i o n w i t hd e v e l o p m e n to fi t ，m o r ea n dm o r em a r i n ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a ld a t ah a v eb e e n o b t a i n e d ，r e s u l t i n gi nav e r yl a r g ea m o u n to fd a t am a n a g e m e n ta n dp r o c e s s i n g b a s e d o l lt h e f r a m e w o r ko fe n v i r o n m e n te n g i n e e r i n gg e o l o g yt h e o r y ，t h i st h e s i sm a k e sg o o du s eo f c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dm e t h o d st od e s i g nm o r er a t i o n a la n de f f e c t i v es y s t e mf o rd a t a m a n a g e m e n t ，s t o r i n ga n da n a l y s i s f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o di s u s e dt o e v a l u a t et h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i cc o n d i t i o n a sa ne x a m p l e ，t h es e a b e dg e o - e n g i n e e r i n g i n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e m ( s g e ) s y s t e mi s u s e do ne n g i n e e r i n gg e o l o g i c a ld a t a m a n a g e m e n ta n da n a l y s i si nc h e n g d a oo i lf i e l d t h e a p p l i c a t i o no fm a t h e m a t i c st h e o r ya n dc o m p u t e rt e c h n o l o g yi no c e a ne n g i n e e r i n g g e o l o g i ci n v e s t i g a t i o nw i l li m p r o v et h es c i e n t i f i c a l n e s so fd a t aa r r a n g e m e n t , t h er a t i o n a l i t yo f d a t au t i l i z a t i o na n dt h ea v a i l a b i l i t yo fd a t ap r o c e s s i n g a tt h em e a n t i m e ，i to b v i o u s l y p r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to fr e v e a l i n go c e a ng e o l o g i c a l r u l e sa n dd e s c r i b i n gm a r i n e g e o l o g i c a lp h e n o m e n o ns c i e n t i f i c a l l y t h em a i ni d e ao ft h et h e s i so r i g i m a t e sf r o mt h ep r o j e c to f c h e n g d a oo i lf i e l ds e a b e d e n g i n e e r i n gg e o l o g i ce n v i r o n m e n ti n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e mr e s e a r c h t h i ss y s t e m i n t e g r a t e sv a r i o u sm a r i n ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o nd a t a , r e a l i z e ss c i e n t i f i ca n d n o r m a t i v ed a t am a n a g e m e n t , i n c l u d i n ge n g i n e e r i n gg e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o nd a t a , b a t h y m e t r i c d a t a ，s u b - b o t t o mp r o f i l ed a t aa n dl i q u e f a c t i o nh a z a r d sd a t a ，e t a 1 a n db u i l d sd a t a b a s ef o r t h e s ed a t u m a c c o r d i n gt ot h es p a t i a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fe n g i n e e r i n gg e o l o g i c e n v i r o n m e n te l e m e n t s ，t h i ss y s t e ms u p p l i e sm a n - m a c h i n ei n t e r a c t i v ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s p r o c e s s i n g , p r o v i d i n gu s e f u li n f o r m a t i o nf o rm a r i n ep r o j e c tp l a n n i n g ，g e o l o g i c a lh a z a r d s p r e v e n t i o na n dc o n t r o l ，m a n a g e m e n td e c i s i o n - m a k i n ge l ；a 1 w h i l ec o l l e c t i n ga n da r r a n g i n gt h eo c e a n o g r a p h i cs u r v e yd a t u m ，t h i ss y s t e mw a su s e dt o i i 国家海洋局第海洋研究所硕士学位论文 e v a l u a t et h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a le n v i r o n m e n to fc h e n g d a oo i lf i e l ds e aa r e a b a s e do n t h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n , t h i ss e aa r e aw a sd i v i d e di n t o5z o n e s e x c e l l e n t e n g i n e e r i n gz o n e ，b e t t e re n g i n e e r i n gz o n e ，m e d i u me n g i n e e r i n gz o n e ，w o r s ee n g i n e e r i n g z o n e a n dw o r s te n g i n e e r i n gz o n e i tc a np r o v i d eb e n e f i c i a li n f o r m a t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n g s e r v i c e sf o rm a r i n ee n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ne ta 1 。 k e yw o r d s ：e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n ：i n t e g r a t e de v a l u a t i o n ：d a t am a n a g e m e n t ： c h c n g d a oo i lf i e l d ；g c o - c o d i n g i i i 原创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作取得 的成果。除文中已经注明应用的内容之外，本论文不包含任何其个人或集体已经发表或 撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在本文以明确方 式表明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：枷l 量期：阳口产名月彩日 学位论文使用授权说明 本人完全了解国家海洋局第一海洋研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定， 即： 按照本所要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅读服务： 研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 研究所同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学术论文全文 数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论义作者签名抛。， 日期： 1 ， 彬彬 0 吵日 小膨、灯膨 7 明钼 罩 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 己i 吉 了1日 2 li u ：纪被誉为“海洋的i j ：纪，海洋开发、利用和保护已成为当今全球的热点。如 何合埋的利用海洋资源是未来社会经济可持续发展的重大l 、日j 题。海洋环境调企是实施海 洋战略，科学合珲地利用海洋资源的最重要战略步骤之一。 随着海洋工程调查的推广和深入，各地已积累了大量的地质和工程资料。大量多源、 异构数据向存储、管理、维护、快速查询、智能分析、可视化和自动制图提出了挑战。 如果能够对这些资料进行有效的管理和充分的利用，不但能够积累工程经验，对后续工 程的设计、施t 提供指导和借鉴，还可以为海洋t 程规划等宏观决策提供借鉴。 为了更好的利用海洋工程地质等海洋工程调杏数据，实现海洋工程环境数据的动态 管理和信息共享，初步建立了海洋上程地质环境综合信息系统( s e a b e dg e o i n v e s t i g a t i o n e n v i r o n m e n ti n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e m ，s g e ) 。该系统是在地理信息系统的支持下， 以海洋工程地质等相关数据、基础地理数据等为地理实体对象，集知识、分析和服务为 一体的综合性系统，从应用角度为海洋工程空间数据管理和信息共享提供了一种可行的 解决方案。s g e 系统的开发是为实现海洋资源、社会经济可持续发展的重要举措之一， 为科学合理地进行海洋工稃开发建设提供快速、可靠的信息服务。 奉义共分五部分：第一部分( 绪论) 主要回顾了当前海洋工程调查数据管理、维护 的研究现状及其存在的问题，同时介绍了本文的主要下作和创新点；在第二部分s g e 系统设计，在系统需求分析的基础上，介绍，s g e 系统的总体设计、功能设计和数据 库设计等相关内容；第- t 部分s g e 信息系统的实现，主要介绍系统实现的关键技术； 在第纠部分主要介绍s g e 系统在埕岛海域海洋工程地质条件评价中应用，按工程地质 条件的优劣，将埕岛海域海底划分成为5 个区域：工程地质条件好区、较好区、中等区、 较著区、若区；论文最后部分丰要对本文进行总结和系统功能的设想与展望。 作者十青岛 2 0 0 8 年5 月 海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 1绪论 1 1选题意义与依据 对于当前黄河口附近海域进行系统观测和研究的历史不过几十年，但科研工作者运 用获取的数据和资料发现和解释了该海域的多种自然现象，并从中总结了一些经验和规 律，为河口海岸学、海岸带研究等的发展做出了贡献，同时也为胜利油田海上油气田的 开发利用提供了重要的技术支持和服务。但随着科技的发展，社会的进步，海洋调查观 测方法、技术和设备迅速发展升级，获取积累的海洋工程调查数据已发展到t b 级的海 量数据1 1 | 。如何方便、高效地对数据进行存储与管理，更人限度地保存好、利用好这些 取之f 易的数据，已成为摆在海洋工作者前的问题之一。 从现有资料来看，各类海洋工程地质信息分散保存在相关部fj 和单位，数据标准不 统一。数据采集和存储一般遵循各自的行业标准，如石油行业标准、海洋测绘标准或其 他一些标准，至今还未形成一个通用的数据标准和数据交换格式。此外，由于各行业应 用目的和需求不同或数学基础符异，现有数据的举标系统、基准面、投影方式、空间数 据的表达方式等也各不同，使得海洋工程环境信息资料具有来源广、结构复杂、内容丰 富等特点【2 1 。冈此，有必要编制统一的、符合国家标准的海洋工程地质环境数据系列标 准，为海洋资料数据共享打好理论标准基础。 以往，海洋调查资料都是离散性的、静止的保存在文木上，从而导致资料可视化不 强、冉利用率偏低。非专业人员很难从中获取有用信息，在一定程度上降低厂资料的实 用价值，因此，如何提高资料的实用性、共享性、直观性，丌发出专业性不强、可视化 效果更好( 如动态模拟等) 的综合性信息模型，也是摆存海洋工作者面前的另一个问题。 针对海洋信息资料的海量化、多源化、异构化的特点，海洋工程工作、科研人员在 研究中提出了多种数据处理、分析的方法，如常用到的数据拟合、回归分析、数据插值、 数据融合等技术。如何将这些数据处埋技术方法岛效地应用到海洋研究工作中，并在应 用中获得适合海洋环境的专n k 数据处理模型，这是摆在海洋工作者面前的另一个问题。 现代社会分工趋向十细化、专门化与集体合作，海洋领域的科学研究也是如此。以 往，各专门行业的海洋工作者一般是独立完成海洋环境数据的获取、预处理、处理、制 图与分析，这样做的好处在于科研工作者对数据的完整性、可靠性等有充分的j ，解，但 弊端是科研成果的移植性差，各学科合作周期变长等。山于海洋t 程是一个多学科合作 的综合性系统工程，具有综合性、追求周期效益的特点，这就决定了它需要科研成果的 综合性指导，科研成果快速转化实际效应。因此，如何提高海洋科学研究的合理性、高 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 效性，实现科研成果的快速转化，综合性地指导实际工作，这是海洋工作者面对的第五 个亟待解决的问题。 为了更好地解决上述问题，发展综合海洋数据库技术、数学模型分析技术和可视化 技术是必须的。运用数据库技术可以方便高效地对数据进行存储、管理、维护与更新等； 运用数学建模技术对数据库管理的数据进行分析处理可以提升数据的可用1 峰、专业件， 从而更有利于海洋科研的发展；可视化技术使得科研工作者可以将获得的数据或经过数 学模型处理分析获得的数据直接转化为符号、图像、动画等直观的信息，米表现地理对 象或地理现象，通过对这些直观信息的处理与分析，便更利于科研工作者获得新的发现 和新的思维。 g i s 作为处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的工具，以其 出色的数据集成和空间数据处理及可视化表现能力，为我们管理和分析海洋调查各种资 料提供，一种有效的手段。运用g i s 技术构建海洋工程地质环境综合信息系统正是从解 决上述问题出发，通过建立综合信息数据库，提供快速便捷的查询工具、形象生动的图 形工具和其他高效的辅助分析工具，米提高认识、分析和研究海洋工程地质数据信息， 为海洋综合工程开发的规划、立项和实施服务、为领导决策提供依据。 本文研究的海洋工稗环境综合信息系统日标就释于：实现对多源片构海量数据的标 准化、有效管理，即对海底地彤、地貌、底质属性、工程地球物理、工程地质等各类基 础资料进行综合管理，同时丌展常规空间分析、工程地质环境综合分析评价等。以“局 部小区域”的海洋工程地质井位、管线勘查、水深调查、浅地层等数据信息为荩础，拓 宽至“开放式人区域 的海洋t 程地质戍用与丌发，从而为涉及油气勘探丌发的相关部 门或单位进行科研、工程设计、生产、管理和计划提供技术支撑与信息服务，提高资料 使用的准确性和科学性，减小海洋上程实施的“自目性”，避免造成数据资源浪费或进 行4 i 必要的重复工程勘探，预测避免海洋工程灾害，为海洋工程设施安仝运营提供技术 保证。这也是时代赋予海洋工作者，尤其是海洋工程地质工作者的重大历史使命和挑战。 1 2 国内外研究进展与趋势 过去，对地质数据的管理，主要采用手工记录数据、绘制图表，得到大量的记录数 据资料。虽然律后期数据处理过程中，采取了一定的方法术使之有序化，然而数据量太 大，给金询、检索、使用带来了很多不必要的麻烦。随着汁算机广泛普及以及技术的快 速发展，与计算机相关的技术在地质行j l 驴的心用( 硬件以及软件) 也非常普遍，并取得 很多惊人的成果【3 1 ，人们逐渐从建立表格、填充数据、归档保存的手工劳动巾解脱出来， 建立各种规模的数据库，并丌发出许多各具特色适用性强的信息管理系统以及技术支持 海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 决策系统，实现，数据从采集、管理剑传输的自动化、剀络化、信息化，利用这些系统 或通过网络访问，人们可以很方便地获得所需要的各种资料。 仅就工程地质勘查方面的软件而言，国内就有北京理正软件设计研究院的工程地质 勘察g i c a d 、煤炭工业部南京设计研究院的华宁岩土工程勘察软件h n c a d 等，一些 部门还建立了大型地质、水文地质、工程地质、地震、岩溶、水文等专业件的大型数据 库以及信息管理系统。比如上海市地质调查研究院设计开发的上海市工程地质信息系统 实现了工程地质数据库与地理信息的挂接，可以在地理底图卜用直接选取数据点的方法 来查阅单个工程地质钻孔的数据信息并进行工程勘察计算和剖面、平面分析；人津大学 开发的港u 工程地质资料管理系统将g i s 心用到港u 建设中，将那些已有的地质资料有 效地组织起来，进行统一的管理、分析和统计，确定整个港区工程地质勘察布点的总平 面图及港口地质剖面走向等。可以说，g i s 技术在地质行业的应用方兴末艾，前景十分 广阔。 19 6 5 年，w l c a r r i s o n 首先提出“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 ) 这一术语，便开始了其发展历史【4 5 】。地珲信息系统可以方便地对空间数据进行采 集、分析、管理、输出等，具有区域分析、多要素分析和动态预测的能力，易于与分析 模型结合。存高效处理空间数据的同时，还可以管理其相关拓扑信息，凼此，特别适合 用来建立以地质、地理等三维空间信息为突出特色的应用型信息系统。从2 0 世纪8 0 年 代至今，g i s 技术的应用已从数据管理、多源数据输入和绘图输出，发展到d e m 或 d t m 模犁的使用，到g i s 结合灾害评价模犁和扩展分析，到g i s 与决策支持系统( d s s ) 的集成，并逐步发展与深入应用1 5 1 。 在g i s 应用于地质环境及地质灾害中的研究早期，研究者多利用g i s 的数据处理、 数据管理、绘图输出等功能开发相应的应用模型或系统，具有代表性的有：1 9 8 6 年b r a b b e a r le 将g i s 应用于加利福尼亚s a nm a t e o 地区的地质灾害研究【f ；1 9 8 7 年，w e n t o r t h c a r t hm 和e l l e ns t e p h e nd 等利用g i s 对区域工程地质作进一步研究【6 j 。从1 9 9 0 年后， 研究者们开始注重g i s 的空间分析功能的应用研究，如1 9 9 0 年，印度的g u p t a 等人利 用g i s 的存储、更新、网络化、空间叠加分析等功能，分析了喜马拉雅山麓的r a m a g n a c a t c h m e n t 地区的滑坡灾害危险性评价【7 1 。基于g i s 的专、f k 模型研究也得到了很好的发 展，如g i s 与统计模犁相结合划分滑坡区域的研究【8 】；g i s 与力学模犁相结合，研究深 层滑坡灾害1 9 1 ；运用g i s 与t 程数学模型建市自然灾害及风险评估的决策支持系统i 1 0 1 等。随着技术的进一步发展，g i s 与可视化【1 1 1 ，虚拟现实、神经删络【6 j 等技术的应用研 究也进入高峰期。 随着海洋技术的发展，海洋数据和信息的数量、种类的猛增，如何科学地存储、分 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 析、管理这些数据和信息已成为海洋科学中一个重要课题。1 9 9 0 年，g i s 在管理和显爪 海洋数据以及三维建模、可视化和定量分析中的重要意义首次受到海洋学家和动态图形 专家的关注f i 引，随后欧荧一些国家对g i s 在海洋方面的应用进行了多方面的探索，如美 国全球变化计划支持的r i d g e 调企计划，利用g i s 技术进行遥感数据的检索、专题图 制作、叠加分析建立各要素关系【1 ；c d r u t m a n 等将g i s 技术用于海洋地球物理学科， 取得了良好效果【1 4 j ：美国夏威夷大学的太平洋制图巾心开发的处理海洋测深数据、重力 数据、磁力数据等的集成海洋信息系统f l 卯，着重开发了其空间海洋数据的处理、g i s 与 制图系统的集成、三维数据结构、海洋数据的模拟和动态显示等功能：1 9 9 7 年欧洲环境 署建立了支持欧洲海域评估的地理信息系统原形e u m a r i s ，用于分析环境状况和时空 变化发其影响1 1 6 1 ；美国国家海洋大气局( n o a a ) 的海岸研究中心为海洋资源开发建立 的“海洋规划与管理地理信息系统”和“地理规划信息系统”，可以帮助丌发人员在围 家海域和海洋法允许的范围内选择开发空间1 7 1 。 在困内，g i s 技术在海洋方面的应用还出于起步阶段，但在我国海洋工作者的不懈 努力下，也取得了很好的发展。如国家海洋局环境保护研究所的赵玲等人徉大连海域采 用g i s 技术，开发和利用海域资源综合信息，解决了资源与环境的合理利用与保护方面 的问题，对海域环境质量进行了评价【1 8 】：中科院遥感应削所进行的“渤海海洋油气遥感 探测机理研究”( 1 9 9 6 2 0 0 0 ) 1 1 9 】，以遥感数据信息为基础，建立海洋数据库( 其巾包 括地质、油气、遥感、地球物理、地球化学、海洋环境和气候等数据) ，结合研究目标 开发应用模犁( 海洋油气评价模犁) ，加强信息综合分析功能，实现其成果的可视化显 示，提高海洋数据的应用潜能，取得了良好效果；1 9 9 7 年，河海人学建寺了“汀苏海岛 资源环境信息系统2 0 l ，为江苏海岛环境信息提供服务；1 9 9 6 年，广州海洋地质调杏 局相继建立了“南沙海域油气勘探开发动态信息管理系统( m a p i n bg i s 环境) 、“南 海l ：5 0 万地形图库”( m a p g i s 环境) 2 1 】。在海洋数据信息管理方面，国家海洋局_ 二 所的杨国春【2 2 j 等人利用a r c g i s 的g e o d a t a b a s e 管理和分析海底探测数据，如浅层剖面 数据、海底地形地貌数据( 多波束的d t m 数据等) 和海洋沉积分布图件等，尤其对浅 剖数据的管理方面取得了一定经验。当前，在海洋工程环境综合评价领域，应用g i s 技 术仅仅处于起步阶段，丰要处于资料管理和决策提示水平。苏天赞【2 3 1 、苏国辉【2 4 j 等人对 海洋工程地质调查的数据库系统的建设工作做了有益尝试，提出了利用o r a c l e 数据库和 a r c s d e 空间数据索引技术来整合海底数据的方法，管理油田海域t 程地质数据；魏合 龙【2 5 】等人提出建设区域海洋地质数据库的建设纲要，试图建立区域海洋地质数据管理 库：梁瑞才【2 6 j 、郑彦鹏1 27 j 等人以渤海油田示范区地理信息系统建设为基础，探讨了多源、 多期次的油田海洋工程地质数据的标准化、存储等问题。随着对海洋工程环境的研究的 海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 进一步深化，采用先进的计算机应用技术使其卜断完善十分迫切。 综上所述，g i s 在海洋方面的应用止进入一个高峰期，“数宁海洋 的发展将更加 提升g i s 在海洋领域的作用。但l 一时，也应看到，g i s 在海洋工程环境信息管理、质量 评价等方面应用研究还不多。作为“数字海洋重要组成部分，大力发展“海洋工程地 质环境综合信息系统”是时代所趋。 1 3 研究内容与方法 本文针对海洋工程地质环境信息的特点，存充分分析用户的需求、专业特色等基础 上，采用g i s 的“空间数据库+ 计算机辅助制图+ 空间分析”的开发思想，开发海洋工 程地质环境综合信息系统。 海洋工程地质环境综合信息系统( s e a b e dg e o i n v e s t i g a t i o ne n v i r o n m e n ti n t e g r a t e d i n f o r m a t i o ns y s t e m ，s g e ) 是以海洋t 程地质信息为研究对象，在地球信息科学和计算 机技术的指导下，参照国家统一规范和数据格式建立的海洋工程环境综合信息系统。该 系统的用广群体是油田、海洋t 程管理等相关职能部门，一方而是管理相关的海洋t 程 地质环境数据，另一方面利用这些数据对研究区海洋工程地质环境做出初步评价，l 一时 系统还应对数据的变更做出反映，使之能够长期为海洋工程地质环境管理服务。 本文以海域开发过程中有关海洋工程地质资料，如工程钻孔、地质地球物理勘查信 息为切入点，按地理坐标和空问位置将海底地形、地貌、底质属性、海底以下浅部地层 结构以及工程建设情况等数据信息进行标准化、可视化处珲，研究海底并类海洋工稃地 质数据标准化及整合的方法和途径。通过数据的标准化建立数字海底系列数据库，并利 用g i s 技术开发一套集海底多源异构数据一体化存储管理、快速检索、融合显示、互动 查洵与分析并具有较高自动化成图能力的数字海底g i s 平台系统，实现资源共享、数据 的可视化管理及应用。在搜集、整理、分析已有海洋t 程地质资料基础上，研究海洋丁 程地质环境综合评价、海底演变预测等专业应用模型，对海域内的工程地质环境做出综 合评价，为海域海底资源丌采剐环境防护提供技术支撑和信息服务。 总之，系统设计目标是将本系统建设成为一个集数据采集、数据管理、数据分析、 结果显示和输出为一体的地理信息系统，使之成为海洋工程环境评价管理体系的基础。 1 4 本文章节安排 本文基本思路是基于对海洋工程环境的认识，从当前研究状况和科研条l ：，l ：出发，综 合胜利油田埕岛油田海洋开发环境调查获取的数据和历史资料，讨论有针对性的、实用 的海洋工程地质环境综合信息系统的研究、设计和开发。 系统研究的丰线是首先搜集积累埕岛油田海洋开发环境相关数据资料( 包括工稗地 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 质钻孔资料、浅层剖面资料、水深资料、石油管线资料等) ：然后对这些资料进行标准 化处理，建立海洋工程环境数据库；接下来建立数据分析方法模型库，并对标准化后的 数据进行净化、拟合、分析；将处理结果存入分析成果数据库或在可视化甲台进行可视 化管理与分析；最后，对埕岛油出海洋工程地质环境进行综合评价分析，获得相关的评 价分析结果。 奉论文主要分为五部分： ( 1 ) 绪论 主要阐述海洋工程地质环境综合评价系统研究的相关背景及意义：当前海洋调查数 据管理、处理、分析等的研究现状与趋势；本文主要研究工作和论文结构等。 ( 2 ) 第二部分s g e 系统设计 木章节首先对系统的需求性进行分析；再对系统的总体设计、功能设计及数据库设 计等相关内容进行分别阐述。 ( 3 ) 第三部分s g e 系统实现的关键技术分析研究 丰要对系统实现过程中的丰要技术，如数据库技术、可视化技术、无级缩放比例尺 融合技术、数据质量控制、多源异构数据的融合与整合技术、数据库管埋( 数据采集、 数据标准化、数据编码等) 、数学模型的选取等进行分别阐述。 ( 4 ) 第四部分s g e 系统在埕岛油田海域工程地质环境综合评价巾的应用 本章主要介绍s g e 系统在埕岛海域的应用。论述了本系统进行综合评价基本思路 与过程，最后展示了利用本系统对埕岛油田海域海洋工程地质坏境综合评价的结果。本 章节是本文的核心内容。 ( 5 ) 结论与展望 对木论文的上作进行总结，并对口后_ l 作作进一步展望和设想。 1 5 研究创新点 f 1 ) 思维上的创新 本文存收集、整理资料数据的基础上，首先对数据进行质量摔制处理，再进行标准 化、规范化处理，建立基本资料数据库，实现资料的科学合理管理与维护。尝试将g i s 技术应用于海洋工程地质环境综合管理和海底演变预测等中，针对海洋工程地质环境开 发相应的应用数学模型，对海洋工程环境做出科学综合评价等。 ( 2 ) 方法论创新 奉文在研究方法论上的创新，主要体现在“以点带面、以面验点”的工作思想。“以 点带面就是以海洋工程地质综合信息系统的丌发为起点，积极钻研与“数字海底 、 海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 “数字海洋等相关的知识与方法，以期在本系统研究基础上获得建设数字海洋的有益 尝试；“以面验点”土要体现在以海洋工程地质环境综合评价的面，来检验综合评价模 型等专家模块的适用性。 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 2 s g e 系统设计 仟意一个科学的信息系统都应是计算机信息技术、数据和数据处理技术的综合体， 在开发和使用该系统时，不仪需要对技术本身有足够的了解，还需要规划有效而可行的 组织和管n t 2 8 1 。进行s g e 系统设计时，需要对系统片j 户需求进行调查，对所选对象进 行初步调查研究，在明确系统目标的基础上，开展对新系统的深入研究和分析，对系统 目标、功能和结构进行总体规划，从宏观上控制系统的建设规模、技术水平和今后的发 展方向。规划体系结构设计时，要结合系统的数据流程和实施过程，既要着眼十技术应 用的合理性和相关技术的发展水平，还要考虑有关部门的技术条件、设备条件、经济能 力，又要与我国国情和海洋工程的实际需要相结合。 g i s 的开发过程通常要包括以下几个主要阶段：需求性分析、系统总体设计、系统 详细没计、系统运行和维护等，并且应在一个阶段的工作完成后眄进行下一阶段的工作， 每一阶段的工作有其明确的完成标志，这样才能对g i s 的开发过程进行严格而有效的管 理。 2 1系统需求性分析 需求分析是对用户要求和用户情况进行调查和分析，这是系统开发的准备阶段，是 后面几个阶段的基础。需求分析是从用户最初的非形式化需求到满足用户要求的软件产 品的映射过程，实际卜是一个对用户意图不断进行揭示和判断的过程，其目的在于细化、 精化软件的作用范围，确定拟开发软件的功能和性能、约束、环境等f 2 9 。一个好的系统 设计必须以精确的需求分析为基础。 研究海洋工程地质环境要素指标的过程中，由于涉及的特征因子复杂、评价因子众 多，同时在数据表达上既有属性特征又具有空间特征，因此有! 必要建寺相应的地理信息 系统，实现对工程地质环境要素等诸多类型的数据信息进行统一管理和分析，并在此基 础上为海洋上程建设提供技术支持雨旧艮务。 2 1 1 功能性需求分析 建立本系统的目的：为海洋工程环境数据管理提供系统支持，并依靠这一系统来完 善管理。根据这一目的，结合用户特征、区域特征和任务特征来确定系统的功能目标。 ( 1 ) 区域特征 系统研究的尺度是对某一海域的海洋工程地质环境数据进行综合管理，因此，在建 立相应的信息系统中，其各类数据的采集、存储与操作必须在本海域尺度下进行。换言 之，数据的粒度是某一特定海域。 海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 ( 2 ) 用户特征 从用户特征而言，首先要明确用户的范围，即使用软件的是哪些人；其次要弄清楚 用户的需求；再次要对片j 户需求进行规范化：最后拟定系统实现的功能。 本系统的主要用户是油出、海洋规划等相关职能工作人员，用户可能缺乏相关专业 知识背景。凶此，系统设计过程中要求系统做到灵活、易操作、人机界皤友好等。 ( 3 ) 任务特征 从任务特征卜，主要为油田、海洋工程管理人员提供海域工程地质环境数据信息的 管理，实现数据信息的查询、统计、更新、存储等。 ( 4 ) 功能特衙 海洋工程地质环境综合信息系统的总体目标足为海洋油气资源勘探与开发过程中 有关海洋工程环境条件资料的标准化、可视化、信息化羽i 网络化发展提供技术平台，研 究海底各类海洋工程地质数据标准化及整合的方法和途径。通过数据的标准化，建立相 关数据的系列数据库，j i ：利用g i s 技术开发一套集海底多源异构数据一体化存储管理、 快速检索、融合显示，具有较高自动化成图能力的g i s 甲台系统，实现资源共享、数据 的可视化管理及应用，同时对典型海域地质灾害进行评价研究，初步建立区域工程地质 综合评价模型等。 2 1 2 非功能性需求分析 ( 1 ) 可靠性 可靠性被定义为在一定的环境中以用户能够接受的方式在运行时所表现m 来的始 终如一的能力【2 9 1 。要保证系统的可靠性，就需要涉及软件、硬件两方面的内容。 ( 2 ) 可用性 系统要做到人机界面友好、操作简单、维护方便、可长期使用等，为相关职能部门 提供方便可靠的服务保证。 2 。1 3 数据需求分析 明确j ，系统的功能后，需要对实现系统各部分功能所要的数据进行描述，并对数据 的类型、精度、来源、格式等元数据进行描述和说明。 2 。2 系统总体设计 建设海洋t 程地质环境综合信息系统是一项复杂的系统丁程，在项目的开发过程中 不仅要求用户、开发人员、上级主管部门、数据拥有部门多方面的积极参与、配合，还 需要进行项目分解、人员配置、进度安排等组织、管理工作，工作涉及项目立项、调研、 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 总体设计、详细设计、软件开发、调试、验收等过程。因此，总体设计在整个系统的建 设过程中具有纲领性地位，系统的总体建设必须贯彻系统工程的思想，以系统工程为指 导思想，结合具体情况，统筹兼顾，合理安排。 系统建设一般包括四大步骤：前期准备工作、系统研发、系统调试运行和使用f 3 0 1 。 ( 1 ) 前期准备工作 根据项日需求说明书，编写系统可行性报告，对系统建设目的、要求、运行环境、 系统功能、心用前景、效益评估等诸方面进行论述。可行性报告是系统建设的出发点， 需要用户和升发人贝共同制定。 ( 2 ) 系统研制开发 系统研制足系统建设的主体，主要由开发人员来完成。系统研制分两个主要过程， 首先是系统的总体设计，结合国内外研究成果、可行性报告、系统用户需求说明书，进 行系统的总体设计，确定系统设计的众多问题；其次足系统的详细设计，在完成总体设 计之后，进行具体实际操作的详细设计。总体设计总揽全局，确定系统整体框架，而详 细设计实现具体操作，细化总体设计，实现系统功能。 ( 3 ) 系统调试运行 系统调试运行是对系统进行全面的测试和检查，验证系统是否满足系统需求说明的 要求，及时发现系统运行巾的错误，检查系统结果是否可靠等问题。 ( 4 ) 系统使用 在完成系统测试之后，按照要求完成系统用户手册、程序说明书、测试报告等一系 列文档，与执行软件一起交付用户使用，并在实际应用过程中解决新现的问题。为适 应用户的新要求，系统还可以作适当的修正，进一步的完善。系统的后期维护也足g i s 上程的重要内容，应该引起足够的重视。 海洋工程地质环境综合信息系统是一个综合性系统。它既要面对海洋工程管理层， 开发可供业务化运行的系统，应具有操作简单、界面友好以及图、文并茂等特点，即对 多源空间数据管理、应用模型开发和辅助决策支持，实现海洋工程环境数据的管理与辅 助分析功能。又要面向社会普通用户，提供海洋工程环境数据的浏览、查询和检索等功 能，实现海洋工程环境数据资源的共享和信息服务。 2 2 1 系统的开发模式 当前，系统开发模式总体上有三种方式： ( 1 ) 原型设计方法 由m a j a c k s o n 和f p b r o o k s 提出的软件开发原犁模犁，打破了传统自项向下的 海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 开发模式，是当前比较流行且实用的开发模式1 3 。 原型法的基本思想是：当用户预定义了系统的一般性日标，但不能表示出详细的输 入、输出、处理及需求时，可以先建立系统的一个初始版本提供给用户试用，经过片j 户 反馈，进行改进后成为第2 代、第3 代版本，直至整个系统的最终完成。创建原型的方 法丰要有两种，一种是先完成系统的核心部分，再逐步增加它的功能组件；另一种是先 完成所有功能组件的主要部分，再逐步增加次要部分的功能。两剩- 方法都是根据前面的 反馈进行原型的调整和精化，整个过程是迭代进行( 见图2 1 ) 。 图2 1 原型法工序 f i g 2 1p r o t o t y p m ga p p r o a c hp r o c e d u r e 原型法的优点在于它能够很快完成可操作原型并提供给用广，这样用广会变得更积 极主动，容易及时发现错误并判断足否满足需求| 3 2 。 ( 2 ) 结构化设计方法( s t r u c t u r e dd e s i g n ，s d ) 结构化设计方法通常是一种系统工程分析方法，结合厂结构设计的概念，将大系统 分割为多个彼此独立的子系统，采用自上而下的并行方法进行设计、开发，在项目的后 期再将各自独立的系统结合起来统一集成( 见图2 2 ) 。这种方法要求在各子系统的设 计巾始终符合大系统的要求【3 引。 结构化设计的工作步骤： 根据系统设计要求进行系统的逻辑设计： 将系统分解为成功能相对独市、可独寺丌发的多个了系统： 同时独立展开各个子系统的开发研制； 在各子系统分别完成系统功能要求后，可以进行子系统的内部测试，对存在的 问题进一步完善和改进； 将所有的子系统按各功能接口进行连接集成，整体测试，以达到整个系统的要 求。 该方法的关键是开发人员要从全局考虑，在保证系统逻辑设计、系统接口的问题得 到解决后，合理地将系统进行分解。子系统分解的好坏直接影响到子系统的并行展开。 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 固 图2 2 结构化设计结构图 f i g 2 2s t r u e t t n e dd e s i g na r c h i t e c t u r e 图2 3 面向对象设计结构 f i g 2 3o b j e c t - o r i e n t e dt t e s i 缈a r c h i t e c t u r e ( 3 ) 面向对象的设计方法( o b j e c t o r i e n t e dd e s i g n ，o o d ) 目前在计算机领域中止在流行面向对象的设计方法，它改变了常规的编程方式。对 象足传统数据结构中加入处理数据的过程和函数所构成的实体，足数据和程序的集合。 面向对象设计方法的特点是产生动作的指令和被处理的数据是不分离的。如果把软什设 计比喻为产品设计，那么对象就是产品的零件设计者可以用来组装各种产品。 面向对象设计法的工作步骤( 见图2 3 ) ： 根据总体设计的要求进行系统的逻辑设计； 海洋工程地质环境综合信息系统及其在埕岛油田的应用研究 利用面向对象语言提供的对象设计工具，设计完成一定功能的对象，并建立应 用程序的运行界面； 针对每个对象进行相应的属性设计； 开发人员根据系统设计的需要编制或嵌入应用模型程序； 系统调试。 奉系统具有明确而固定的任务，就是利用g i s 来实现对海洋工程环境信息统一的管 理、分析和统计，改善数据采集、分析、表示方法及过程，并对工区的工程适宜性进行 评估等，将分散的空间数据组织在一起，形成完整的系统供用户使用。 在综合权衡开发的灵活性和难易程度后，本文采用面向对象设计思想，选用 v b v i s u a lc il 作为开发工具，用m i c r o s o f ta c c e s s 数据库来进行前后处理模块和评价模 块之间的数据交换，对数据库的建立、操作均通过o d b c 数