GIS空間數據庫技術在海洋石油信息化中的研究

楊建欽，王煒華

(1.中海油研究總院,北京 100027;2.中海石油氣電集團有限責任公司,北京100027)

隨著我國海洋石油信息系統項目的迅速開展，對專業數據管理提出了更高的要求。海洋石油專業GIS空間數據主要包括構造、圈閉、測線、油氣田、海底管線、平臺、井等勘探開發空間對象的位置及基礎屬性數據。這些數據是海洋石油主營業務工作的基礎，在科研生產及專業應用中發揮著重要作用，也是公司重要的資產之一[1]。

在海洋石油信息化建設過程中，不同專業應用系統使用了多個軟件廠商的GIS產品，使得GIS空間數據格式具有多樣性和保密性的特點，影響了系統之間的數據共享；由于數據格式轉換中沒有統一的標準，缺乏對空間對象統一的描述方法，因而轉換后不能完全準確地表達原數據的信息，空間信息有丟失現象；隨著科研生產的不斷深入，工作中GIS成果圖件的數量趨漸龐大，而存儲形式以圖幅為主、存儲介質復雜、給日后的成果管理帶來很大不便,產生信息數據孤島，如圖1所示。

為提高數據的繼承性、共享性，有必要結合海洋石油數據特點，建立空間對象數據庫，管理各專業的空間及屬性數據,保證數據的唯一性、權威性、共享性[2]。 本文引入空間數據庫技術，建立空間數據庫實現了GIS數據統一存儲，并有效支持了勘探開發公共GIS應用平臺（簡稱“公共 GIS平臺”）。

圖1 GIS空間數據孤島示意圖

1 海洋石油空間數據庫技術研究

1.1 海洋石油空間數據庫特點

空間數據庫是GIS中存儲的地理空間數據的總和，是GIS基本且重要的組成部分[3]。空間數據庫與一般數據庫對比如表1所示。

表1 空間數據庫特點比較

GIS空間數據庫在海洋石油領域的應用是由海洋石油信息數據自身的特點，即具有其天然的空間性決定的。勘探、開發、工程、油田的主要信息實體：盆地、構造、測線、圈閉、礦區、油氣田、平臺、電纜、管道等都有其空間地理屬性，與GIS空間對象點、線、面類型具有一致性，并在信息系統設計中都有對地理位置的強烈需求；海洋石油空間對象例如圈閉、礦區等有時空跨度大、類型和結構復雜、來源廣、數據量大等特點。

1.2 空間數據庫總體設計

通過分析ArcGIS及Oracle等空間數據庫結構，結合海洋石油空間數據的特殊性,設計適合海洋石油的空間數據庫。公共GIS平臺針對一個個海洋石油離散的空間對象靈活成圖,在空間數據庫中，是將每一類空間對象獨立描述和存儲的，分兩張表存儲,即主表存放該對象的屬性信息，子表存放其經緯度坐標、顏色、線寬度等顯示信息。

例如某圈閉空間對象存儲的基礎信息表和顯示信息表，如表2、表3所示,通過ID進行關聯。在基礎屬性表中定義了每一個空間對象的最小矩形，使得在圖形顯示及空間分析效率方面有了質的提升。

其中空間信息以自定義二進制字節存儲在Border-Coord字段中,并制定了數據存儲規范。其結構如圖2所示。這種存儲方式具有結構簡單、擴展性強的特點,徹底解決了圖形數據格式相互保密的問題，使數據及其存儲方式能夠共享,并且可以提供公開透明的數據結構，解決了圖元的管理和共享問題。

1.3 研究思路及建設步驟

1.3.1 研究思路

通過建立公共GIS空間對象數據庫，利用GIS圖形展示技術，支持GIS平臺，并進行了項目應用開發，利用了SOA面向服務的理念，在不改變現有的石油專業數據庫的前提下，以GIS應用平臺為基礎，通過空間對象與異地異構數據庫群掛接，實現各個系統之間物理上的完全獨立、邏輯上的完整統一[4]。公共GIS平臺架構如圖3所示。

表2 屬性信息表

表3 顯示信息表

圖2 BorderCoord二進制字段結構

1.3.2 空間數據需求

首先確定公共GIS平臺提供數據支持的石油空間對象的范圍。建立海洋石油空間對象數據庫的關鍵是石油對象信息是平臺系統的源頭數據。例如，圈閉數據庫中的圈閉名、圈閉坐標、發現日期、層位、發現單位等不可變的公共屬性信息就屬于源頭數據。數據庫表分為普通地理信息表、勘探、開發、環境和描述信息表5類,描述信息表確立空間對象的服務和安全管理體系,如圖4所示。

圖4 空間數據庫的存儲方式

1.3.3 空間數據圖層管理

圖層是GIS在地圖上表達地理信息的基本單位，是GIS系統點、線、面圖形管理的主干。通過設計空間數據庫圖層表實現了空間對象分級管理如圖5所示，優點有：方便對圖層統一編輯，包括GIS前臺圖形的顏色、符號等地理要素的顯示；方便對空間對象的應用服務進行管理[5-6]。

圖5 空間對象圖層表的管理界面

2 應用效果

公共GIS平臺主界面如圖6、圖7所示。左邊是海洋石油四海域GIS底圖,右邊是空間對象的類別列表，中間是GIS圖形主界面。該公共GIS平臺在海洋石油領域有了廣泛應用：

(1)已作為有限公司勘探信息系統的應用平臺，并在四個分公司進行了推廣應用，可對地震數據庫、分析化驗庫等勘探信息系統數據庫群進行應用服務集成，提高了各系統的使用效率；

(2)該平臺被海管完整性管理信息系統選為應用平臺，并在海管的完整性查詢、動態監測、應急物資管理及海域使用區管理等方面發揮了重要作用，并在分公司進行了推廣應用；

(3)平臺作為海外勘探數據庫系統的綜合應用界面，支持了整個系統的應用和服務集成；

(4)GIS平臺被納入總公司“十二五”信息化規劃統一推廣的信息系統。

圖6 公共GIS平臺應用界面

圖7 空間對象圖層表界面

空間數據庫技術引入海洋石油領域，是GIS數據管理方式從文件到GIS圖形管理方式的飛躍，其重要意義在于：(1)充分分析并管理了勘探開發所有產生數據的源頭，為GIS成圖和平臺對其他專業數據庫的綜合應用奠定了基礎;(2)設計了高效、合理的數據結構及數據組織方式，使快速、任意組成一幅圖形應用界面成為現實;(3)數據格式第一次真正掌握在了海洋石油自己的手里，開放透明的數據格式可方便支持其他的軟件開發接口及交換數據,使得數據共享成為現實;(4)保證了空間數據的權威性,減少了公共數據的重復建設,節約了企業資金。

[1]王權，楊斌，張萬里.數字油田及其基本架構[J].油氣田地 面 工 程 ，2004,23(12)：47-48.

[2]陳俊,宮鵬.實用地理信息系統—成功地理信息系統的建設與管理[M].北京：科學出版社,2001.

[3]陳述彭，魯學軍，周成虎.地理信息系統導論[M].北京：科學出版社，2000.

[4]張云飛，張欽,楊建欽,等.基于空間對象的公共 GIS模型及其在海洋石油信息化中的應用[J].中國海上油氣,2009,21(3)：211-214.

[5]GOODCHILD M F.Integrating GIS and spatial data analysis：problems and possibilities[J].International Journal of Geographical Information System,1992,6(5)：407-423.

[6]HE S H,THEORY M F.Design and practice of digital oil field[M].Beijing：Science Press,2001.