基于SkyLine的勘探區(qū)塊三維地理信息系統(tǒng)

杜 凡，安魚飛，衛(wèi) 超

（1.中國礦業(yè)大學 資源學院，江蘇 徐州 221116；2.西安煤航衛(wèi)星數(shù)據(jù)應用有限公司，陜西 西安 710054）

非常規(guī)勘探區(qū)塊三維數(shù)字沙盤系統(tǒng)實質(zhì)上是以GIS為軟件平臺，利用DEM、RS圖像和勘探開發(fā)、生產(chǎn)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)庫等構(gòu)建的包含油田各類相關(guān)信息的三維動態(tài)可視化應用軟件系統(tǒng)，可在非常規(guī)勘探中發(fā)揮重要作用。

1 系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 軟件平臺

Skyline軟件是利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、DEM和其他二維或三維信息源，包括GIS數(shù)據(jù)等創(chuàng)建的一個交互式環(huán)境。它允許用戶快速融合數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫，且有效支持大型數(shù)據(jù)庫和實時信息流通信技術(shù)，能夠快速和實時地展現(xiàn)給用戶三維地理空間影像。TerraSuite包含3類主要產(chǎn)品：①TerraBuilder，融合大量的影像、高程和矢量數(shù)據(jù)，以此來創(chuàng)建有精確坐標的三維模型地形數(shù)據(jù)庫。②TerraExplorer是桌面應用程序，使用戶可瀏覽分析空間數(shù)據(jù)，并可對其進行編輯；也可添加二維或者三維的物體、瀏覽路徑、場景以及地理信息文件。TerraExplore與TerraBuilder所創(chuàng)建的地形庫相鏈接，并可立即在網(wǎng)絡上發(fā)布。③TerraGate是服務器端軟件，允許用戶通過網(wǎng)絡來訪問地形數(shù)據(jù)庫。TerraGate的空間數(shù)據(jù)是實時的以數(shù)據(jù)流方式傳輸?shù)模拖褡x取本地機上的文件一樣流暢。

鑒于Skyline產(chǎn)品在三維數(shù)據(jù)壓縮、顯示、瀏覽等方面的優(yōu)勢，可利用Skyline系列軟件實現(xiàn)三維海量數(shù)據(jù)的存儲以及大范圍三維場景的顯示，借助軟件開發(fā)工具進行系統(tǒng)定制，滿足具體的應用要求。

1.2 系統(tǒng)場景構(gòu)建

系統(tǒng)場景構(gòu)建的具體技術(shù)路線如圖1所示。

場景構(gòu)建的具體步驟為：

1）生成DEM 數(shù)據(jù)：收集工作區(qū)的各級比例尺等高線數(shù)據(jù)或各種分辨率的航空、航天遙感影像立體像對, 建立地域DEM 。

2）遙感影像數(shù)據(jù)處理：利用地面控制點和DEM數(shù)據(jù), 對工作區(qū)的低、中、高分辨率遙感影像進行嚴密的精糾正后生成數(shù)字正射影像圖（DOM）。

3）生成基礎三維場景：將以上各種數(shù)據(jù)導入TerraBuilder中, 創(chuàng)建一個現(xiàn)實影像的、地理的、精確的地球三維場景（MPT文件）。

4）基礎地理和專題要素收集：收集工作區(qū)內(nèi)的地形圖，提取縣界、公路、鐵路、河流、居民地、自然地域名等基礎地理要素；收集勘探中的井位布置、地震線部署、勘探工程布置、水源地等地理信息。

5）數(shù)據(jù)處理：將收集的資料按照標準分要素進行數(shù)字化工作，再通過GIS軟件對其進行格式轉(zhuǎn)換，使之能夠在場景中加載。

6）數(shù)字建模：對一些油田地面建筑物、地標、探井或其他油田設備在3DMAX或其他建模軟件中建模。

7）將整理好的數(shù)據(jù)和模型加載到生成的三維場景中，對要素進行分類分組和數(shù)據(jù)屬性調(diào)整，形成最終的系統(tǒng)三維場景（FLY文件）。

1.3 系統(tǒng)功能設計

確定系統(tǒng)的技術(shù)框架，采用3層CS(BS)/AS/DS系統(tǒng)框架，如圖2所示。

1.4 系統(tǒng)功能設計

基于SkyLine的非常規(guī)勘探三維地理信息系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理、漫游瀏覽、信息查詢、測量分析、勘探業(yè)務功能、創(chuàng)建物體、輔助功能和其他模塊組成，見圖3。

每個模塊的具體功能為：

1）數(shù)據(jù)管理：通過信息樹中的開關(guān)可對場景內(nèi)的所有物體進行顯示或隱藏操作；還可對大小、顏色、方向等屬性進行調(diào)整。

2）漫游瀏覽：通過三維場景上的視圖操作（如縮放、拖曳、轉(zhuǎn)向等）來進行場景的瀏覽；還可打開地下模式，進行場景地下瀏覽，并實時顯示鼠標點擊處的WGS84經(jīng)緯度坐標。根據(jù)若干公共點計算出WGS84到北京54或西安80的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，對鼠標點擊處的WGS84坐標進行轉(zhuǎn)換，同步顯示北京54或西安80坐標。

3）信息查詢：查詢?nèi)S場景地物對象的基本屬性信息和實時更新數(shù)據(jù)。

4）測量分析：包含GIS測量和分析功能。測量包括測量距離（水平、高程差、空間）和面積周長；分析功能包括通視和視域分析、坡度坡向分析、填挖方量計算、威脅區(qū)分析、等高線和地形剖面分析、水淹分析等。

5）勘探業(yè)務：包含利用坡度坡向分析和地形修正工具，通過導入坐標串在場景中導入矢量線等，將已有矢量線導出坐標，填挖方量計算，導入矢量柵格數(shù)據(jù)。

6）創(chuàng)建物體：可在三維窗體中創(chuàng)建標注、視頻、二維物體、三維物體和觀察記錄點以及飛行路線。

7）輔助功能：在三維窗口中，可隨時跳轉(zhuǎn)至特定坐標處并可把窗口顯示的三維畫面按照設置好的分辨率進行輸出打印。

1.5 系統(tǒng)程序開發(fā)

本系統(tǒng)以MS Visual Studio 2005為開發(fā)工具，利用C#作為開發(fā)語言,利用ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎鏈接Oracle 10g 存儲的勘探海量數(shù)據(jù)，同時采用SkyLine軟件的TerraDeveloper軟件開發(fā)包作為COM 組件。

TerraDeveloper軟件開發(fā)包提供的TerraExplorer Objects組件是整個TerraSuite系列產(chǎn)品的應用開發(fā)平臺。TerraExplorer Pro實際上就是調(diào)用TerraExplorer Objects接口開發(fā)的成熟產(chǎn)品。TerraExplorer Objects組件通過接口的形式為軟件開發(fā)者提供了TerraExplorer Pro中的絕大多數(shù)功能。在MS Visual Studio 2005中把引入的TerraExplorer對象聲明為對象變量, 即可調(diào)用TerraExplorer Objects組件, 輕松實現(xiàn)三維GIS方面的功能。系統(tǒng)使用了TerraExplorer Objects組件中IProject、INavigate、IProjectTree、ICreator、IAnalysis和ICommand等接口。

2 系統(tǒng)應用

該系統(tǒng)已經(jīng)應用于中石化下屬的一些非常規(guī)勘探部門（見圖4），為非常規(guī)勘探工作提供了很多有用的功能。

1）根據(jù)大比例尺數(shù)據(jù)生成的、趨于真實的場景，使工作人員對工作區(qū)有了非常直觀的視覺印象，可隨時查找某一地點的坐標并查看那里的地形地貌；

2）可在地表進行各種測量及GIS分析；

3）利用坡度坡向分析和地形修正工具來為工作人員選擇站場布置提供輔助分析功能，且可計算建設站場施工需要的填挖方量（見圖5）；

4）通過導入坐標串在場景中布設地震線、勘探線、管線、電力線路等，同時也可根據(jù)在場景中手繪的地震線、勘探線、管線、電力線路等導出坐標（見圖6）；

5）可導入地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖、規(guī)劃圖等進行疊加分析，為勘探施工提供分析依據(jù)；

6）提供高分辨率的三維場景畫面輸出打印（見圖 7）。

3 結(jié) 語

本文利用三維GIS技術(shù)，針對非常規(guī)勘探工作中遇到的實際需求，研究開發(fā)了基于SkyLine的非常規(guī)勘探區(qū)塊三維地理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)已經(jīng)應用于中石化華東分公司、江漢油田、南方分公司等單位，取得了明顯的效益和滿意的效果，具有良好的應用前景和推廣價值。

隨著系統(tǒng)在非常規(guī)勘探工作中的進一步應用，結(jié)合相關(guān)技術(shù)發(fā)展，筆者認為下列方面還需進一步研究：①能方便地與其他石油系統(tǒng)使用的軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；②將系統(tǒng)搬遷到手持終端，讓工作人員在野外也可使用這套系統(tǒng)查看地貌，進行各種測量分析。

[1]李佼，吳健平，胡英杰.基于TerraExplorer Pro的三維城市瀏覽系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2009(6)：240-242

[2]鄧潔，夏春林，王潤芳.基于SkyLine Terrasuite的城市三維景觀的建立[J].遙感技術(shù)與應用,2008(5)：529-532

[3]唐先明，李媛媛，曲壽利.四川盆地油氣勘探三維地理信息系統(tǒng)與應用[J].地球信息科學學報,2009(2)：209-215

[4]李雄，涂偉，魏力強. 地理信息系統(tǒng)在油田勘探開發(fā)中的應用及其發(fā)展趨勢[J]. 西部探礦工程, 2008(5): 69-71

[5]宋躍濱，孫曉生. 石油行業(yè)GIS技術(shù)應用現(xiàn)狀與展望[J].測繪與空間地理信息, 2007(1): 54-56

[6]武藝，趙冬至，黃鳳榮，等.基于Skyline的流域河口生態(tài)安全評價三維場景實現(xiàn)技術(shù)[J].海洋環(huán)境科學，2012(1): 88-91

[7]侯妙樂，劉忠貞，孫維先. 基于Skyline的三維數(shù)字校園[J].北京建筑工程學院學報，2008(4):18-21

[8]Skyline Software System Inc TerraDeveloper Paper[EB/OL].http://www.skylinesoft.com/，2012-05-01

[9]Skyline Software System Inc TerraExplorer Help Paper[EB/OL].http://www.skylinesoft.com/，2012-05-01

[10]Matthias K. Visualization of Geographically Related Multidimensional Data in Virtual 3D Scenes[J]. Computers & Geosciences，2000(1):101-108

[11]Houlding S W.3D Geoscience Modeling-computer Techniques for Geological Characterization[M]. New York： SpringerVerlag,1994

[12]Ishidat, Akahaniji，Hiramatsuk,et al. Digital City Kyoto ：Towards A Social Information Infrastructure[J].Lecture Notes in Artificial Intelligence,1999(1652):23-35

[13]袁存忠.基于Skyline的福建省三維地理信息公共平臺的研建[J].測繪通報,2009(2):54-56