（计算机应用技术专业论文）油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 能源资源是一个国家国民经济发展的重要保证，以石油工业为代表的能源工业越来 越受到世界各国的高度重视。信息技术的应用对于提高石油工业的勘探开发、数据采集 及分析、经营管理水平具有非常重要的意义。特种油开发公司是辽河油田重要的生产基 地，其信息化建设已经取得了长足的进步。公司超稠油开发经过了十年的发展，生产管 理已逐步向精细化、区域化方向发展，为更好发挥生产数据库系统的作用，扩大信息应 用覆盖面，提高工作效率，以生产动静态数据为基础，通过信息技术手段实现油井个性 化、可视化管理显得尤为重要。 本文研究的“油井分布及生产综合动态跟踪系统 来源于辽河油田特种油开发公司 的工程项目开发实际。系统构建了一个油井信息跟踪的开放式平台，所有的信息查询方 案均由管理人员配置，而整体流程的控制、各类数据的远程访问、结果数据集的整合与 组织、以及各种异常的处理，则完全由系统内部来实现，这样不但使得系统具有完全的 灵活性和开放性，而且使得系统具有较好的稳定性和高效性。系统采用a c t i v e x 技术， 实现了基于c o m 的油井可视化查询，不但改善了传统g i s 因不断请求服务器造成c p u 消耗过大的瓶颈问题，而且还避免了利用商用g i s 平台进行二次开发带来系统开发成本 过高的问题。系统将凸包理论引入油井可视化，有效地降低了区域边界绘制程序的设计 及实现的复杂度，提高了系统的运行效率。此外，系统还针对直接应用a d o n e t 底层 数据访问接口所带来的程序代码冗余、结构混乱、业务逻辑和数据访问高度耦合、不同 数据访问提供者接口不统一等问题，研究开发了一个数据访问泛化框架，极大地减轻了 系统开发的负担，也提高了系统的健壮性和开放性。 该系统已经于2 0 0 9 年4 月在辽河油田特种油开发公司正式上线运行，应用效果良 好，得到了特种油开发公司生产、注气、地质和机关科室等各方的好评。 关键词：开放式；可视化；油井信息跟踪；凸包理论；数据访问泛化 油并分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 a p p l i e ds t u d yo f o i lw e l ld i s t r i b u t i o na n dc o m p r e h e n s i v ed y n a m i c t r a c i n gs y s t e m l r a c i n gs y s t e m a b s t r a c t e n e r g yr e s o u r c ei sa l li m p o r t a n tg u a r a n t e ef o rn a t i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t a st h e m a i nr e p r e s e n t a t i o no fe n e r g yi n d u s t r y ，o i li n d u s t r yi sg i v e nm o r ea n dm o r ee m p h a s i sb ym a n y c o u n t r i e s 1 1 1 ea p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yh a sa t t a c h e dr e v o l u t i o n a r ys i g n i f i c a n c et o t h ei m p r o v e m e n to ft h eo i le x p l o r a t i o n d a t aa p p l i c a t i o na n dm a n a g e m e n t 硒w e l l s p e c i a lo i l e x t r a c t i o nf a c t o r y ，a ni m p o r t a n tm a n u f a c t u r eb a s eo fl i a o h eo i l f i e l d ，h a sm a d eg r e a ta d v a n c e i nt h ei n f o r m a t i o n a lc o n s t r u c t i o n a f t e rad e c a d eo f t h ee x t r ah e a v yo i le x p l o i t a t i o n , p r o d u c t i o n a n dm a n a g e m e n th a v eb e e nr e f i n e da n dr e g i o n a l i z e dg r a d u a l l y i no r d e rt oe x p a n dt h ec o v e r a g e o fi n f o r m a t i o na p p l i c a t i o n sa n di m p r o v ew o r ke f f i c i e n c y ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt oa c h i e v et h e i n d i v i d u a la n dv i s u a lm a n a g e m e n to fo i lw e l l sb yi n f o r m a t i o n a lt e c h n o l o g y t h eo i lw e l ld i s t r i b u t i o na n dc o m p r e h e n s i v ed y n a m i ct r a c i n gs y s t e mi nt h i sp a p e rr o o t si n ar e a lp r o j e c td e v e l o p e df o rs p e c i a lo i le x t r a c t i o nf a c t o r yi nl i a o h eo i l f i e l d a no p e n i n g p l a t f o r mf o ro i lw e l li n f o r m a t i o nt r a c k i n gi si m p l e m e n t e d a l lo ft h ei n f o r m a t i o nt r a c k i n g p r o g r a m si n t h es y s t e mi sq u e r i e db ym a n a g e r s ，b u tc o n t r o l so f e n t i r ep r o c e s s ，a c c e s so f v a r i o u s t y p e so f d a t a , i n t e g r a t i o no f r e s u l ts e t ，a n dh a n d i n go f o t h e ra b n o r m a l i t i e si si m p l e m e n t e db yt h e 。s y s t e mi t s e l f t 1 1 i sa r c h i t e c t u r ee n s u r e st h ec o m p l e t ef l e x i b i l i t ya n do p e n n e s sf o ru s e r , b e r e r s t a b i l i t ya n de f f i c i e n c yo fs y s t e m v i s u a l i z a t i o no fo i lw e l l sb a s e do nc o mi sr e a l i z e db y a c t i v e x ，w h i c hs o l v e st h ep r o b l e mt h a tt r a d i t i o n a lg i sc o u s u m e sc p ue x t r e m e l yc a u s e db y r e p e a t e dr e q u e s t st ot h es e r v e ra n d a v o i d st h eh i g hc o s to f c o m m e r c i a lg i sp l a t f o r mt h a ti su s e d f o rs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ，n l ec o n v e xh u l lt h e o r yi si n t r o d u c e dt oo i lw e l l sv i s u a l i z a t i o n , w h i c hr e d u c e st h ec o m p l e x i t yo fr e g i o n a lb o u n d a r yd r a w i n ga n di m p r o v e st h eo p e r a t i n g e f f i c i e n c yo fs y s t e m f u r t h e r m o r e ，ag e n e r a ld a t aa c c e s sf r a m e w o r ki si m p l e m e n t e dt os o l v et h e p r o b l e mo fc o d er e d u n d a n c y ，i n c o n g r u e n c ei n t e r f a c e sf o rd i f f e r e n tp r o v i d e r s ，a n ds oo n , i n a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gu s i n ga d o n e t c o n s e q u e n t l y ，t h ef r a m e w o r kr e d u c e st h eb u r d e n o fs y s t e md e v e l o p m e n ta n d i m p r o v e st h er o b u s m e s sa n do p e n i n g o fs y s t e mg r e a t l y s i n c ea p r i l ，2 0 0 9w h e nt h es y s t e mw a sc o m m e n c e di nt h ef o r m a le n v i r o n m e n t ，i th a sb e e n r e c e i v i n gh i g hp r a i s e sf r o ma l ls i d e so f t h es p e c i a lo i le x t r a c t i o nf a c t o r ya n dc o n s t r u c t o r s k e yw o r d s ：o p e n i n g ；v i s u a l i z a t i o n ；i n f o r m a t i o nt r a c k i n g ；c o n v e xh u l l ；d a t aa c c e s s g e n e r a z a t i o n 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请， 学位或其他用途使用过的成果。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。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：立包车金i i 坠毛i 盔生金j 址金上奠蛸叠l o k 雌 作者签名：型釜褒凌 日期：二丝生年生月j 型日 | 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，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，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1研究背景 能源竞争己成为当代国际竞争的重要内容，尤其以石油等为代表的战略能源竞争在 当今世界显得越趋明显和激烈。随着我国国民经济的发展和对能源行业的更加重视，石 油工业被推到了极其重要的战略地位。信息技术的应用对于提高石油行业的勘探开发， 数据应用，经营管理水平具有非常积极的意义。 辽河油田特种油开发公司是辽河油田重要的生产基地，其信息化建设位于全油田的 前列。经过近二十年的信息化建设，公司目前已经拥有了比较完善和丰富的石油生产数 据库。但现有的信息管理系统基本上都是针对某一特定人群服务的，具有一定的局限性。 因此，为了能更好的让管理人员从全方位了解生产的各方面情况，对现有数据进行有效 的整合，提出建设一个通用化、可视化的油井动态信息跟踪平台则显得尤为必要和重要。 2 0 0 8 年6 月中国石油辽河油田分公司正式批准了辽河油田特种油开发公司关于建 设油井分布及生产综合动态跟踪系统的年度科研计划，并委托大连理工大学数据库技术 研究室负责系统的设计开发。 1 2 我国油井信息管理系统现状 目前我国大多数的油井信息管理系统，主要功能是查询各种关于油井的生产数据。 如某油井的日产油量，日产水量，生产停产状态，注气动态，各周期产油量对比等等。 现有的油井信息管理系统主要有以下几点不足i lj ： ( 1 ) 信息量不足 传统的油井信息管理系统所提供的信息种类往往在系统的设计阶段就被确定了。但 是随着油田生产的不断深入发展，越来越多的新的生产指标需要提供给油田生产的管理 者和决策者，这时传统的油井信息管理系统会越来越显得信息量匮乏，甚至被淘汰。唯 一的办法就是通过修改系统的底层程序使其适应不断发展的油井生产状况。 ( 2 ) 服务不够个性化 油田有各种各样的部门，但每个部门的职能各不相同，其所关心的生产状况的角度 也不一样。传统的油井信息管理系统很少有针对不同职能的人群提供不同信息方案的功 能。即使提供这样的功能，也只是局限在既定的某一套方案，不能及时的根据不同的状 况修改信息方案的内容。 ( 3 ) 信息显示方式较单一 油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 传统的油井信息管理系统大多只提供各种生产数据的简单查询或者统计。很少把油 井的生产信息通过电子地图、各种统计图表等图形化的界面显示给用户。 ( 4 ) 数据整合度不高 传统的油井信息管理系统只局限于有限数量的油田生产数据库的生产数据。不能无 限地扩展。但是随着油田成产的不断调整和发展，越来越多新的生产数据库的加入是不 可避免的。 ( 5 ) 可维护性差 传统的油井信息管理系统只注重开发而不注重维护。许多信息管理系统在设计和开 发阶段投入了很大的人力和财力。但其使用寿命往往不是很长。其最主要的原因是系统 的可扩展性差，没有考虑到后期维护的代价。 由此可见，传统的油井信息管理系统不能很好的适应油田生产管理的需求，尤其在 油井空间信息的可视化和油井信息的个性化查询及服务方面存在着严重的不足。系统的 灵活性不足和可扩展性差不但制约着系统的服务质量，而且给油田的信息中心造成了因 数据资源无法整合的诸多不便。 1 3 可视化技术 可视化这个词的使用可追溯到至少4 0 年以前，它是一个心智处理过程，指在人脑 中形成对某物( 某人) 的图像，促进对事物的观察力及建立概念等，直到1 9 8 7 年美国 国家科学基金会报告界定了科学计算可视化新的含义：“可视化是一种将抽象符号转化 为几何图形的计算方法，以便研究者能够观察其模拟与计算的过程和结果，包括图像的 理解和综合，也就是说可视化是一个工具，用来解释输入计算机中的图像数据和根据复 杂的多维数据生成图像。它主要研究人和计算机怎样协调一致地接受、使用和交流视觉 信息。可见，科学计算可视化是通过研制计算机工具、技术和系统，把实验或数值计 算获得的大量抽象数据转换为人的视觉可以直接感受和交互处理的计算机图形图像，从 而来进行数据探索和数据挖掘【2 3 】。 正由于可视化技术具有交互的环境，多维的属性和强大的可视性特点，它以广泛的 应用于自然科学、工程技术、金融、通信和商业领域。在空间信息领域，如地质找矿、 气象预报等g i s 也起着越来越重要的作用。目前，可视化技术的研究热点有：体可视化 技术、可视化交互手段与工具、数据造型技术及数据场信息显示技术等【4 】。 可视化技术是地理信息系统所具有的重要功能之一。利用地理信息系统，人们可以 在数字地图、影像和其它图形的显示中，来分析它们所表达的各种类型的空间关系。在 可视化显示中，有关空间关系模式的研究常常需要对某些数据值做进一步的探查和分 一2 一 大连理工大学硕士学位论文 析。通过地理信息系统，用户可以直接查询到那些需要作进一步分析的数据，而无需像 地学传统方法那样，去校对图纸上的数据1 5 6 j 。 本文中油井的可视化是指油井分布的可视化，即通过油井的空间信息绘制出油井的 可视化界面，并能够实现放大、缩小、移动、导航、测距等类似地图的操作，并能在油 井可视化的分布图上查询油井的相关信息。信息可视化是指在油井分布可视化的基础 上，再将油井相关的生产数据通过柱形图、饼图、折线图等图形化的工具呈现给用户， 以把抽象、枯燥的数据以图形图像的方式展示出来，帮助油田相关的生产和管理人员理 解和发现潜在的规律和重要的生产趋势。 1 4 主要工作及论文结构 本课题来源于中国石油辽河油田分公司特种油开发公司年度科研项目“油井分布及 生产综合动态系统研究 。通过深入分析项目实际需求，引出系统开发中必须解决的关 键问题，本文针对这些问题给出了相应的解决方案和实现。 ( 1 ) 构建了一个油井信息跟踪的开放式平台，设计并实现了油井信息查询方案的 完全灵活配置，系统对管理人员提供配置信息项和组装信息查询方案的接口，管理人员 可以根据不用的需求，任意配置所需的查询信息项，以满足不用角色人员的关注需求。 而整体流程的控制、各类数据的远程访问、结果数据集的整合与组织、以及各种异常的 处理，则完全由系统来实现。这样不但使得系统具有完全的灵活性和开放性，而且使得 系统具有较好的稳定性和高效性。 ( 2 ) 采用a c t i v e x 技术，实现了基于c o m 的油井可视化查询以及相关的类电子 地图操作，使得用户可以通过缩放、漫游等类地图操作在可视化视图上跟踪所关注的油 井的相关动态和信息。基于c o m 的油井可视化查询，不但改善了传统g i s 二次开发因 不断请求服务器造成c p u 消耗过大的瓶颈问题，而且还避免了利用商用g i s 平台进行 二次开发带来系统开发成本过高的问题。 ( 3 ) 对凸包理论进行了深入研究，利用凸包算法实现了油井可视化中区域边界的 准确绘制。凸包算法不但能够很准确地绘制出油井各个分块区域的边界，而且相比较于 传统的利用样条函数拟合曲线方法在时间复杂度上要快很多。采用凸包理论使得油井区 域边界的绘制程序变得十分容易设计和实现，还改善了用户的体验。 ( 4 ) 研究实现了一个通用的数据访问泛化框架，该框架利用外观模式、工厂模式 以及单态模式等多种设计模式实现了多种类型数据提供者的统一接口化，框架同时封装 了数据访问异常的处理机制，把数据库的底层抽象异常映射到高层具体异常，并呈现给 业务逻辑。该框架简单易用，减轻了开发人员的负担，使得业务逻辑和数据访问松散耦 油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 合，提高了整个应用程序及系统的健壮性和稳定性。同时，该框架扩展性好，能够在多 个以数据访问为主要业务的系统中推广。 本文共分五章对研究内容进行介绍： 第一章：论文的绪论部分，主要介绍本文工作的研究背景，并对本文的主要工作做 了概括性的说明。 第二章：本章主要结合辽河油田特种油开发公司的信息化现状，深入分析了油井分 布及生产综合动态跟踪系统的功能需求、性能需求等，确定了本系统开发运行环境的硬 软件配置，分析了系统开发过程中的几个关键技术难题。 第三章：主要介绍油井分布及生产综合动态跟踪系统的整体框架设计，各个模块的 功能设计和系统数据库设计。 第四章：重点介绍了基于a c t i v e x 技术的油井分布可视化c o m 组件的设计实现， 以及凸包算法在油井区域可视化中的应用。 第五章：给出了数据访问泛化框架的设计与实现，实现了不同类型数据库访问的泛 化问题。 最后总结全文，并对后续研究提出了分析和展望。 一4 一 大连理工大学硕士学位论文 2系统分析 2 1 系统概述 本系统是为辽河油田特种油开发公司研究开发的一套开放式的系统。“油井分布及 生产综合动态跟踪系统”的主要功能是实现网络化的可视化平台，将单井和区域的动态 信息通过有效的处理，实时显示给用户。系统根据油井和区域的实际位置，动态地绘制 出单井和区域的分布图，用户可以通过点击图中的某个单井或区域，来实时地获取相应 的单井或区域动态信息。系统也是一个关于油井生产综合信息跟踪的完全开放式的平 台，通过由具有一定权限的管理员灵活配置多种查询方案并分配给不同的角色，系统依 据管理员的配置从不同的数据源获取相应的数据集，并经过一定的整合和组织呈现给不 同角色的终端用户，从而实现灵活且可扩展的数据查询。查询方案中信息项的数据源可 来自任何不同的数据库或者网站，管理员可随时修改己配置的查询方案，打破了传统信 息管理系统无法根据实际情况调整信息项的弊病，充分利用了油田各种关于油井生产的 数据资源。系统采用b s 结构，瘦客户端的设计，使得全部功能都可以让用户只通过m 浏览器就可以完成，做到随时随地办公。 2 2 现状分析 油井分布及生产综合动态跟踪系统的建设，必须考虑以下四点： ( 1 ) 涉及数据库用户较多：由于本系统设计数据库用户较多，方案设计初期包括： 地质静态数据、采油动态、注汽动态、作业动态、措施动态等。随着数据系统的不断完 善，还会增加采油工程、油井测试、注汽锅炉分布、集输油罐动态、化验等与生产密切 相关的数据及应用的进一步开发建立。 ( 2 ) 网络物理链路较多：所查询使用数据分布在三个地点：公司机关数据库、地 质研究所数据库、公司前线数据库。这些针对数据库的连接以及数据库用户的连接，如 果完全固定写入程序，将给后期维护带来很大的工作量。而且按照有关规定及安全考虑， 各种数据用户密码应该定期更新的。 ( 3 ) 使用范围较广；用户为全公司网络用户，包括：公司领导、地质所、工艺所、 作业区、机关科室等。各用户关注侧重点不同，如公司领导侧重公司总产量、作业区总 产量、重点井组总产量等，地质所及作业区比较关注单井动、静态信息，工艺所侧重措 施效果分析，机关科室侧重单井的钻井、作业、注汽等的工作量。如果完全按照同一标 准进行查询服务，效果不会很好，并且只能应用一套在短期内最全最详细的“配置查询 方案，这样会加重系统负荷，影响到系统的运行效率。 油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 ( 4 ) 数据应用需求不断扩展：在区块、单井的图形展示基础上，各种数据的查询、 计算、图表演示是需要不断变化的。比如对单表的查询、多表的组合查询、各表字段的 重新组合排列等，图表中的形式变化，如：柱状、饼型、折线等的使用。系统可显示对 象的范围也在不断扩大，如：单井、平台、作业区、锅炉、储油罐、井站等。 基于以上四点，系统的设计与开发必须保证系统能够有良好的通用性和开放性，以 满足不同人员对特定信息关注的需求和油田生产动态的实时变化的状况。 2 3 功能分析 辽河油田特种油开发公司目前拥有连接公司机关，前线作业区，以及油田总局的高 速企业办公网络。各个生产作业区有完备的生产数据库，每天的生产数据通过前线作业 区的人员及时录入和更新，公司地质所有公司所有井位的地理信息数据，各个机关科室 有详细的办公数据。公司信息中心有一支熟悉计算机软硬件管理和维护，数据库操作( 比 如能够熟练地编写s q l 语句和存储过程等) ，油田专业软件开发的专业队伍。 目前公司有好几款查询和分析油井生产动态的软件，但是这些软件都有一个共同的 缺陷：缺乏灵活性和可扩展性。本系统的设计和开发必须要克服以上两个方面的缺陷， 其主要的功能需求主要有以下八个方面： ( 1 ) 油井分布及生产综合动态跟踪系统中所有信息项的数据源不能固定。一个信 息项的数据可以来自一个数据库，也可以来自多个数据库；可以来自一类数据库，也可 以来自多类数据库。 ( 2 ) 油井分布及生产综合动态跟踪系统中所有信息项的数据获取方式有三种：通 过构造s q l 获得；通过编写并调用存储过程获得；通过已有系统某些信息项的链接获 得。 ( 3 ) 油井分布及生产综合动态跟踪系统中所有信息项不能固化在系统的程序中， 系统对具有特定权限的管理人员提供配置信息项的接口，包括信息项的名称接口，信息 项的数据源接口，以及信息项的内容接口。具有一定权限的管理人员可以随时修改或者 删除已配置的信息项。 ( 4 ) 油井分布及生产综合动态跟踪系统的菜单项不能固化在程序中，系统对具有 特定权限的管理人员提供菜单项的配置接口。 ( 5 ) 具有特定权限的管理人员可以对已配置好的菜单项和信息项进行随意的组 装，形成多种信息查询方案，并分配给不同的角色。具有不同角色的用户进入系统后会 看到管理人员为其分配好的信息方案，以供其查询。管理人员可以随时修改或者重新分 配已配置或者己分配的方案。 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 单井可视化查询。要求能够在给定待可视化对象的数据集( 主要包括代可视 化对象的地理坐标，颜色，形状及名称) 的情况下，可视化待可视化的对象；能够在可 视化的视图上对可视化区域的任意位置放大，缩小，并保证可视化视图不失真；能够随 意地移动可视化视图；能够提供可视化的导航视图，以方便用户在放大、缩小、移动等 类电子地图的操作后跟踪当前可视化在整个可视化区域中的位置；能够在可视化的视图 上查询选定的可视化对象( 某个油井) 的相关信息及动态；能够恢复可视化视图到初始 状态。 ( 7 ) 区域可视化查询。能够按照不同的标准可视化不同的区域，并能够准确地绘 制出各个区域的边界。 ( 8 ) 系统能够对信息项的内容进行数学统计，并能够用折线图、饼图、柱形图等 统计图可视化地表示。信息项的内容可以导出到e x c e l 、w o r d 等办公软件中。 油井分布及生产综合动态跟踪系统在功能方面的核心要求就是开放性和可视化，即 要求系统的信息完全对管理人员开放，确保系统具有足够的灵活度；同时要求系统能够 提供油井的可视化或者类似电子地图的信息查询。 2 4 性能分析 油井分布及生产综合动态跟踪系统在设计开发过程中，强调系统要具备“实用、灵 活、简洁、先进、安全、开放、标准的特点。系统设计采用“自顶向下与“自底向 上”相结合的方法，力求达到更高级、更完善的结构化、模块化和标准化水平。具体的 设计开发原则主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 实用性 系统采用b s 结构进行开发，所有客户端操作只需通过浏览器即可完成，大大降低 了对客户端机器性能的要求，也减少了系统运行维护的成本。本系统结合现有的油井 管理数据库系统，并通过有效地处理单井、区域的生产动态信息，将分析结果通过网络 化的可视化平台，实时地显示给应用用户，为生产者方便快捷地做出正确决策提供依据， 从而提高油田的生产管理水平。 同时实用性还体现在系统将对用户进行良好的权限控制，不同的用户将更具权限只 能对授权的数据进行授权的操作，而不能越权访问 ( 2 ) 灵活性 灵活性是本系统需重点解决的问题，系统可以由不同级别的管理员预先设置好不同 功能及数据内容的多套方案，管理员可按权限分派给不同用户，而用户则根据所分派的 油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 方案自由选择使用本系统，另外内部可查询的数据分类和数据的统计图表显示等也可灵 活定制。 ( 3 ) 先进性 基于数据库系统的信息查询技术发展日新月异，技术方案、平台、支撑软件、工具 软件、开发环境等新技术层出不穷，故系统选择了基于开放性的主流技术方案，以适应 计算机技术的飞速发展，使开发的系统具有先进性和较长的生命周期。 ( 4 ) 开放性 油井分布及生产综合动态跟踪是一项长期的工作，单井和区域的生产动态在不断地 变化，单井的数量以及区域的划分可能也会有所变化，因此，这要求系统具有良好的可 扩展性和易维护性，以适应对系统做出实际修改和功能扩展。 ( 5 ) 稳定性 系统开发采用面向组件的分层架构，整个软件的体系结构分为表示层，逻辑层和数 据层三层结构。而在可视化的控件的开发中，则采用m v c 设计模式。数据访问通过设 计一个通用的数据访问架构实现。这样使系统尽量地“低耦合，高聚合”，保证了系统 的稳定性。 ( 6 ) 标准性 系统的设计与开发完全按照辽河油田信息建设的相关标准和规范执行。 2 5 系统软硬件环境 本系统的主要开发和运行环境主要有： ( 1 ) 服务器操作系统：w i n d o w s2 0 0 3s e r v e r 。 ( 2 ) w e b 服务器：d e l lp o w e r e d g e6 8 5 0 上的i i s6 0 。 ( 3 ) 数据库服务器操作系统：u n i xs o l a r i 。 ( 4 ) 数据库服务器：s u n f i r ev 8 9 0 上的o r a l c e9 i 。 ( 5 )客户机操作系统：w i n d o w s9 8 n t 2 0 0 3 x p v i s t a 。 ( 6 ) 开发工具：v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 。 ( 7 ) 网络协议：t c p i p 。 2 6 关键技术分析 2 6 1 c 0 8 组件技术 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，组件对象模型) 是一种以组件为发布单元的对象 模型，它使各软件组件可以用一种统一的方式进行交互。c o m 既提供了组件之间进行 一8 一 大连理工大学硕士学位论文 交互的规范，也提供了实现交互的环境，它也可以是不同语言协作开发的一种标准1 7 j 。 a c t i v e x 是微软基于c o m d c o m 规程开发的用于i n t e m e t 的一种对象链接与嵌入技术。 其主要思想就是想让一个软件通过一个通用的机构为另一个软件提供服务。a c t i v e x 与 实现它的编程语言无关【8 j 。 由于基于c o m 的a c t i v e x 在第一次被请求时就下载到了客户端，在以后的所有请 求中，a c t i v e x 总在客户端运行。对于传统的g i s 软件，客户端显示的是图片，每次用 户请求都需要向服务器重新请求一张图片，这种方式的服务器c p u 性能将消耗很大， 导致服务器有着性能瓶颈，而且服务器上的进程控制也会有很多问题，因为服务器上提 供地图服务是以s e r v i c e 形式提供的，即使m a p x t r e m e 以可视控件形式提供，其内部还 是需要s e r v i c e 提供地图服务的。因此，用基于c o m 的a c t i v e x 技术实现油井的可视化 不但可以避免服务器压力过重的弊病，还可以避免用商用g i s 平台所带来昂贵的成本一j 。 2 6 2 凸包理论在油井可视化中的应用 油井可视化中一个主要的内容就是要准确地绘制出各个区域的边界。传统的区域边 界的绘制大部分都采用样条函数拟合曲线的方法。虽然样条函数拟合曲线方法能够较好 的绘制出各个区域的边界，但是复杂的多维高次方程组的求解会使得程序的设计和实现 变得相当的复杂。同时，冗杂的求解计算处理也会影响可视化的性能以及用户体验。 为了解决上述问题，本文采用凸包理论中的寻找凸包算法。所谓凸包就是指覆盖平 面坐标系内若干点的面积最小的凸多边形。凸包算法就是寻找某平面内具有特定特性的 一组点的最小凸多边形的处理方法。凸包算法的时间复杂度，主要取决于对点集排序的 时间，所以一般可以达到o ( n l g n ) 。所以采用凸包理论不但可以很好地完成区域边界绘 制的问题，还可以提高可视化的性能，改善用户的体验。 2 6 3 数据访问泛化技术 油井分布及生产综合动态跟踪系统是一个油井信息跟踪的平台，无论是系统的信息 方案配置信息，还是油井的生产信息，都存储在后台的关系数据库中。而后台的关系数 据库的类型有多种，既有o r a c l e 数据库，也有s q ls e r v e r 等其他数据库。所以数据访问 代码在本系统的所有代码中占了很大的比例。庞大而冗杂的数据访问逻辑和其他业务逻 辑严重耦合，加上对不同类型数据库的访问代码的重复冗余，使得整个系统的后台逻辑 代码显得相当混乱和不易维护。同时，多次反复的数据访问很容易造成数据库连接的泄 漏，严重地影响了整个系统的性能。 为了解决上述问题，本文需要开发一个数据访问泛化的框架，将多种数据库的访问 逻辑封装在框架内，开发人员在编程时，不必关注数据访问提供者的类型，只针对框架 油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 提供的对外接口编程即可。同时，框架也将数据访问中最易出现错误的异常处理、连接 的关闭和释放等流程控制屏蔽在其内部，框架会主动把发生异常的高层应用信息反馈给 开发人员。这样，框架的实现和应用不但大大地降低了业务逻辑和数据访问的耦合，还 减轻了开发人员的工作量，也使得系统具有了更高的可靠性和安全性。 2 6 。4 多种设计模式有机结合 油井分布及生产综合动态跟踪系统在设计时需要用到多种设计模式。系统整体采用 普通的三层构架模式( 即表示层、业务逻辑层和数据层) ，以保证系统整体符合“高聚 合，低耦合 的“开闭”原则。 在油井可视化的a c t i v e x 控件中采用m v c ( m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ) 构架模式，这 是因为油井可视化的a c t i v e x 控件的功能设计中有许多鼠标操作事件和视图渲染事件， 以及多种视图的显示变化和比较复杂的逻辑处理计算。这些特点非常适合用m v c 架构 模式中的视图、控制器以及模型来区分。因此，油井可视化的a c t i v e x 控件采用m v c 架构模式，可以使油井可视化应用程序的层次结构变得相当清晰，耦合度大幅降低。 在数据访问泛化的框架中，使用外观模式( f a c a d e ) ，工厂模式( f a c t o r y ) 和单态 模式( s i n g l e t o n ) 实现数据访问的泛化。分别针对上述三种模式的特点，实现框架中主 要核心类的功能，极大地提高面向接口的数据访问的抽象层次，降低框架实现的复杂度。 2 7 本章小结 本章结合辽河油田特种油开发公司的信息化现状，深入分析了油井分布及生产综合 动态跟踪系统的功能需求、性能需求等。根据辽河油田特种油开发公司现有的信息基础 设施，确定了本系统开发运行环境的硬软件配置。最后分析了系统设计与开发过程中几 个关键的技术难题。 大连理工大学硕士学位论文 3 系统设计 3 1 系统整体框架设计 该系统为b s 模式的结构，采用了基于多层分布式应用开发技术( m i d a s ) 的三层 分布式结构【1 0 】，分别为： ( 1 ) 数据层：作用是数据的组织与管理，实现数据访问的安全性和数据本身的完 整性。 ( 2 ) 服务层：是联系数据层和应用层的桥梁，主要功能是响应并实现应用层对数 据层的数据请求。 ( 3 ) 应用层：主要实现与用户的交互并借助服务层有效表达用户的请求结果。 在数据层，。主要包括空间数据库，生产动态数据库，注气动态数据库等与生产相关 的所有现有的、以及将来可能建设的数据库，方案配置数据库和系统管理数据库。 在服务层，主要集中了可视化引擎，查询方案配置平台，系统管理引擎等三个子系 统，这三个子系统构成了油井分布及生产综合动态跟踪系统的核心。还包括一个通用的 数据访问框架，所有来自服务层的数据访问请求都必须交给这个数据访问框架，由它负 责底层各类数据库的操作。 在应用层，主要为终端管理人员和各类用户提供智能化的交互界面。数据层的数据 通过服务层的逻辑处理，传送到应用层，最终显示给用户。 各层级结构的具体内容和逻辑关系如图3 1 所示。 圄国圄国圄 油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 可视化引擎取得空间数据库中的数据，绘制可视化界面；查询方案配置平台把配置 好的方案存入方案配置数据库，当应用层有查询命令时，查询方案配置平台会从方案配 置数据库中读取相关配置的信息，然后根据此信息从生产动态、注气动态等与生产有关 的数据库中读取数据，通过应用接口f a c a d e 传输给应用层；系统管理引擎主要是管 理用户信息，权限信息等平台管理信息的。 在系统总体框架的设计中，为了增加整个平台的可扩展性和降低平台各个功能模块 之间的耦合程度，笔者将可视化功能模块和油井动态信息跟踪应用环境分开设计，即引 入了控件容器层的概念【1 1 1 。可视化引擎是一个基于a c t i v e x 技术的控件，可以嵌入支持 c o m 技术的任何第三方系统。如图3 2 所示。同时也应用了f a c a d e 设计模式，该模 式不仅简化了整个控件系统的接口，同时对于控件内部与外部应用程序来说，从某种程 度也达到了一种“解耦 的效果，即内部子系统的任何变化不会影响到f a c a d e 接口 的变化。 服 务 层 v - i 一1 l 空问数据ii 实体名称、图lf 筛选条件j 1 源接i ：3 l1 例选择接口l 接口 三三! 可 视 化 引 擎 图3 2 控件容器框架 f i g 3 2 f r a m e w o r ko fc o n t r o lc o n t a i n e r 簪“ 大连理工大学硕士学位论文 3 2 系统功能模块设计 油井分布及生产综合动态跟踪系统主要由系统管理模块，查询方案配置模块，油井 可视化模块，综合查询模块及系统通知及留言模块等五部分组成。系统主要模块如图3 3 所示。 图3 3 系统主要模块 f i g 3 3s y s t e mm a i nm o d u l e s 3 2 1系统管理模块设计 对于本系统，系统管理模块从功能上可分为用户管理，角色管理，消息管理，访问 控制管理，个人资料管理等五部分。如图3 4 所示。 图3 4 系统管理模块功能划分 f i g 3 4 f u n c t i o n so fs y s t e mm a n a g e m e n t ( 1 ) 角色管理：主要功能是添加、删除角色。 油井分布及生产综合动态跟踪系统应用研究 ( 2 ) 用户管理：主要功能是添加或者删除用户、分配或者更改用户的角色、恢复 用户的登录密码等。 ( 3 ) 消息管理：主要功能是编辑、发布、删除系统消息。 ( 4 ) 访问控制管理：主要功能添加、编辑授权访问本系统的i p ( 或i p 段) 。 ( 5 ) 个人资料管理：主要功能是添加或者修改自己的用户资料，如添加或者修改 联系方式，修改登录密码等。 前四个管理功能是有超级管理员才能够使用，第五个管理功能对所有的本系统合法 用户都开放。 3 2 2 查询方案配置模块设计 查询方案配置模块是本系统最核心的模块之一。其功能主要是为各类用户配置查询 方案( 所谓查询方案，就是某类用户进入该系统后能够获取的一组信息的集合) 。查询 方案的数据来源主要有三种：s q l 语句产生的数据集；存储过程产生的数据集；通过外 部链接产生的数据集。不论是s q l 语句，还是存储过程，还是链接都是由具有配置权 限的管理员来配置。该平台只负责整合外部请求和相应的配置，构造相关命令并从数据 库中获取对应的数据，形成完整的信息项，最后通过应用层呈现给用户。每一套方案对 应一个角色，查询方案和角色之间是一对一的关系。基于先角色后方案的原则，也就是 说所有的方案都必须有对应的角色。 由于一套查询方案的数据来源有多种，有的数据可能来自s q ls e r v e r 数据库，有的 数据可能来自o r a c l e 数据库，有的数据还可能来自其它类型的数据库。各种数据库服务 器的物理地点也可能分散在不同的地方。基于以上这些特点，系统开发了通用的数据访 问泛化框架，使得所有的数据访问与数据源的来源无关，实现数据访问的泛化。关于通 用数据访问泛化框架的相关设计思想及实现方法在第五章将会详细介绍。 整个查询方案配置平台的体系结构如图3 5 所示。 下面着重论述配置平台，x m l 文件，查询引擎三个模块的功能及设计原理。 ( 1 ) 配置平台 配置平台的主要功能是提供方案配置参数的接口，检查配置参数的语法错误，保存 和修改配置完的方案，组织和管理已配置的方案。 方案配置参数有两大类：一般参数和扩展参数。一般参数主要包括方案名称，信息 项名称，s q l 语句，字段名称，数据库连接串，存储过程名，外部链接名称，外部链接 地址等；扩展参数主要是为了配置筛选条件的种类及相关属性。 大连理工大学硕士学位论文 根据数据来源类型的不同，把方案配置分为三类：s q l 类型，存储过程类型和外部 链接类型。相应地，每种类型对应的配置参数也不尽一样。 s q l 类型配置参数：信息项名称，s q l 语句，字段名称，数据库连接串。 存储过程配置参数：信息项名称，存储过程名，数据库连接串。 外部链接配置参数：信息项名称( 链接名称) ，链接地址。 i i i i i i i i i w i n d 。哪，j l i n u x 一彳7 平台j i i i i i i i l i i 图3 5 查询方案配置模块体系结构 f i g 3 5 a r c h i t e c t u r eo f p r o g r a mc o n f i g u r a t i o n ( 2 ) x m l 文件