基于SuperMap的GIS課程實驗的設(shè)計

施 冬,何貞銘,吳東勝 (長江大學地球科學學院,湖北荊州434023)

地理信息系統(tǒng) (Geography Information System,GIS)是集計算機科學、空間科學、信息科學、測繪遙感科學、環(huán)境科學和管理科學為一體的新興學科[1]。石油院校資源勘察工程專業(yè)開設(shè)GIS課程可以滿足石油行業(yè)對GIS人才的急需,同時改善GIS從業(yè)人員的結(jié)構(gòu),拓展GIS應用。GIS具有較強的實踐性,因此在開設(shè)課程時既安排了基礎(chǔ)理論學時,還增加了與課程基礎(chǔ)內(nèi)容同步的實習課時[2],此外,還要考慮與相關(guān)專業(yè)緊密結(jié)合,對于油氣資源勘查工程的學生,應該以解決其專業(yè)問題為實驗目標,在一套油田實際數(shù)據(jù)支持下,通過GIS的不同實驗環(huán)節(jié),解決油田的實際問題。

SuperMap Deskpro是北京超圖地理信息技術(shù)有限公司基于SuperMap GIS核心技術(shù)研制的通用桌面地理信息處理平臺和GIS應用工具。下面,筆者根據(jù)GIS課程的特點[3],結(jié)合SuperMap Deskpro的功能,采用收集的油田實際數(shù)據(jù),設(shè)計了以下與GIS課程內(nèi)容相匹配5個實驗?長江大學校級重點專業(yè)建設(shè)項目。。

1 數(shù)據(jù)采集和處理 (實驗1)

GIS數(shù)據(jù)包括地理空間數(shù)據(jù)和相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)一般采用手工輸入或軟件自動生成 (采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)),地圖數(shù)字化和GPS是空間數(shù)據(jù)采集的2種常用方式。實驗收集了某油田比例尺均為1∶10000的沉積微相平面圖,儲層厚度、孔隙度和滲透率平面等值線圖,將這些圖件作為實驗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1)實驗方法和步驟 ①數(shù)據(jù)準備,準備好需要矢量化的地質(zhì)圖件,確定圖中點、線、面地理實體及表達,按實體性質(zhì)的不同分別歸入不同的數(shù)據(jù)集 (見表1),用掃描儀掃描該圖件,保存成柵格圖;②創(chuàng)建數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)集;③圖形導入與配準;④圖形矢量化;⑤數(shù)據(jù)檢查、編輯與處理;⑥屬性賦值與編輯;⑦成果顯示。

2)實驗目的 通過地圖掃描矢量化操作,掌握矢量與柵格數(shù)據(jù)集的建立方法,熟悉地圖掃描矢量化的基本流程與方法,掌握空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,通過對數(shù)據(jù)表的操作掌握屬性數(shù)據(jù)處理及連接方式。

表1 要素分類表

2 GIS數(shù)據(jù)庫的建立 (實驗2)

空間數(shù)據(jù)的組織和管理是GIS研究的核心。根據(jù)實習要求選擇數(shù)字化要素,進行數(shù)字化要素的分層和代碼設(shè)計、屬性數(shù)據(jù)表設(shè)計。實驗選取油田的實際鉆井數(shù)據(jù) (見表2)。

1)實驗步驟 ①根據(jù)所選資料特點,創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫;②依據(jù)所給定的屬性數(shù)據(jù)資料,設(shè)計屬性數(shù)據(jù)庫表格并輸入屬性數(shù)據(jù),建立屬性數(shù)據(jù)庫;③選擇合適的修飾參數(shù),顯示各類圖件。通過該實驗,有助于學生熟悉GIS中數(shù)據(jù)的處理方式和管理方式,掌握空間數(shù)據(jù)庫建立的原理和過程。

表2 鉆井數(shù)據(jù)表

3 空間查詢與分析 (實驗3)

地理信息系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于其強大的空間分析功能。實驗目的是熟悉SuperMap Deskpro中的空間查詢與分析功能。實驗內(nèi)容分為以下幾個模塊。

1)空間查詢 利用實驗2的成果進行圖查屬性、屬性查圖 (SQL查詢)和聯(lián)合查詢:①利用查詢菜單的 “空間查詢”功能,查詢河道分布區(qū)的鉆井,顯示查詢結(jié)果;②利用查詢菜單的 “SQL查詢”功能,設(shè)定參數(shù),查詢油井、油水井和水井;③應用給定標準對厚度、孔隙度、滲透率進行分級、分類處理,構(gòu)造相應的分類數(shù)據(jù)集 (面數(shù)據(jù)集)。

2)緩沖區(qū)分析 緩沖區(qū)分析是根據(jù)指定點的距離在點、線和多邊形實體周圍自動建立一定寬度的區(qū)域范圍的分析方法。比如,在某井位點多少范圍內(nèi)有多少油井?實驗的目的是理解掌握空間信急緩沖區(qū)分析的基本原理和方法,掌握SuperMap Deskpro緩沖區(qū)分析的技術(shù)方法,并能夠利用緩沖區(qū)分析方法解決油田實際問題。實驗內(nèi)容包括點、線、面數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)原理驗證分析、緩沖區(qū)分析的實際問題應用。

3)疊加分析 利用分析菜單中的 “疊加分析”功能,應用分類數(shù)據(jù)集進行疊加分析并顯示處理結(jié)果 (空間和屬性)。實驗的目的是理解疊加分析的基本原理,掌握在SuperMap Deskpro中進行疊加分析的操作方法。實驗內(nèi)容包括剪裁運算、擦除運算、并運算、交運算、同一運算。

4 空間數(shù)據(jù)的可視化分析 (實驗4)

該實驗目的是掌握DEM的建立過程,解決油田地下剖面模擬等實際問題。其內(nèi)容包括不同類型數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換 (TTN與DEM的等轉(zhuǎn)換)、模型的三維可視化操作等。

5 專題圖的制作與地圖排版 (實驗5)

在以上4個實驗的基礎(chǔ)上,以上述分析成果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以SuperMap Deskpro作為桌面GIS軟件,制作各類專題圖。①采用分級符號專題地圖表達單井產(chǎn)油狀況和厚度、孔隙度、滲透率等值線圖;②采用分級色彩專題地圖分區(qū)表達厚度、孔隙度、滲透率等參數(shù)的分級和分類結(jié)果;③采用統(tǒng)計專題地圖表達單井的儲層厚度、孔隙度、滲透率、含油飽和度等特征;最后應用地圖布局與排版方法將上述圖形輸出為正規(guī)的地圖。

該實驗是對前幾個實驗的總結(jié)和綜合,通過前幾個實驗的熟悉和練習,學生自己親手制作一張專題地圖。實驗目的是掌握數(shù)據(jù)的顯示與輸出方法、各類專題圖繪制、正規(guī)圖件排版等。

6 結(jié) 語

根據(jù)地理信息系統(tǒng)課程的主要內(nèi)容和特點,設(shè)計了以SuperMap Deskpro為軟件平臺、5個與課程內(nèi)容同步的實驗。通過這些實驗,既有助于學生對GIS課程內(nèi)容的理解和掌握,又提高了學生利用GIS解決油田實際問題的能力。

[1]吳信才.地理信息系統(tǒng)原理與方法 [M].第2版.北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[2]湯國安,周衛(wèi).“地理信息系統(tǒng)”課程的設(shè)計與實踐 [J].地球信息科學,2005,6(2):65-69.

[3]李強.基于ArcView GIS的地理信息技術(shù)實踐教學研究[J].陜西教育學院學報,2008,6(2):106-109.