基于Android的數字油田移動信息系統構建

劉挺，蔡永香 （長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100）

肖克炎 （中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037）

在信息技術迅猛發展的今天，智能手機的軟硬件水平，移動通信以及計算能力得到了很大的提升［1］，移動應用逐漸從大眾領域深入到企業領域內，給企業生產管理帶來了極大的便利和效率，越來越受到各行各業的重視。移動GIS是結合移動互聯網、移動終端，以及移動定位技術的GIS系統，是繼桌面GIS、WebGIS之后的技術熱點。從大眾點評到滴滴打車、移動版百度地圖，移動GIS已經成為了移動開發領域內的研究熱點［2］。隨著數字油田的推進，基于移動智能端的辦公越來越受到各油田的重視，在解決數據實時傳輸等方面，給油田管理人員提供了隨時隨地的辦公服務，提高了油田生產和管理的工作效率［3－7］。

目前，移動GIS在數字油田上的應用仍處于探索階段。袁滿等結合3G通信、GPS定位以及無線數據同步等技術，借助ArcGIS Mobile移動平臺開發出油田移動GIS，解決了油田日常生產管理中數據不能實時傳輸的問題［8］。Chunling Y，Guo L和Yuan M等構建了基于SVG的油田移動GIS地圖服務系統［9－11］，采用SVG格式定義和傳輸地圖要素或圖層。在網絡安全方面，油田信息網絡主要采用的是局域網［12］，王英華等為移動GIS接入油田網絡提供了可參考的安全策略和技術［4］。移動GIS在數字油田上的應用主要體現在管線巡檢方面，宋偉強和肖光榮等采用移動GIS輔助油田管線巡檢，為站庫管理人員提供了方便［13－14］。國內油田的數字化已經邁入了云計算時代［15］，私有云能夠為移動GIS提供數據源［16］，秦國軍提出了通過虛擬化技術構建油田私有云服務的基礎構架［17］，為搭建油田云平臺以及提供移動GIS云端產品提供了理論基礎。但是，目前移動應用在數字油田上的應用僅限于油田移動辦公，與移動GIS相關的應用多限于油田地面管線巡檢，選擇的移動平臺限于Mobile。據統計，2014年3月，谷歌的Android在中國智能手機市場的占有率達到了82.7%，為油田管理人員和研究人員外出交流的過程中查看工區井位圖、油氣井柱狀圖以及油氣井成果圖件等信息提供了方便。為此，筆者提出了構建基于Android的數字油田移動信息系統的建設思路。

1 系統體系結構

系統采用MVC 3層架構體系進行設計，包括數據管理層、通信服務層、以及終端表現層。其體系架構如圖1所示。

1.1 數據管理層

數據主要分為業務數據和空間數據。業務數據包括勘探開發數據、測井數據等。空間數據包括工區井位圖、工區管線圖、工區地形圖等數據。

1.2 通信服務層

主要負責接受客戶端請求，然后對數據層數據進行處理，最后將分析處理的結果數據返回給客戶端。Android客戶端訪問GIS資源時，利用 REST （Representational State Transfer的簡稱，表述性狀態轉移）服務接口，向GIS服務器端發送請求，服務器根據客戶端的請求直接返回服務本身的資源，或者將本身資源進行處理后的結果返回。服務本身的資源如地圖，圖層等，處理后的資源如圖層的查詢結果集等。

1.3 終端表現層

負責對業務數據的顯示，以及對地圖進行顯示和操作 （如放大、縮小、漫游等）。為提高交互效率，可以在部署應用時直接在移動端加載緩存地圖。如果終端支持離線功能，可以將空間數據直接保存在本地，如ArcGIS 10.2針對移動端，全面支持離線功能［18］。

圖1 移動GIS油田信息系統體系結構

2 系統功能設計

2.1 數據管理

通過GIS服務器將地圖發布為服務。油田勘探開發過程中會產生新的數據，如在工區增添新井，鋪設新的管道后需要將相應的信息更新在地圖上。

2.2 數據傳輸

非空間數據可以通過移動端和Web應用服務進行傳輸。

2.3 GIS功能

移動端實現對地圖的基本操作，如放大、縮小、漫游等。用戶可以與圖交互查詢要素的屬性信息。

3 關鍵技術

在構建基于Android的數字油田移動信息系統中涉及到的關鍵技術有移動通信、移動定位、移動數據庫、云GIS等技術。

3.1 移動通信

現代移動通信技術發展迅速，隨著3G無線網絡的信號覆蓋到越來越多的地區，3G無線網絡884kbps高帶寬數據傳輸已完全滿足視頻實時、流暢、清晰傳輸的要求。3G網絡的普及為數字油田的移動信息化帶來了契機。由于油田分布廣，地處偏遠，鋪設有線網絡成本高，采用3G網絡，即可流暢的加載地圖數據和業務數據。作為3G的延伸，4G（第四代移動通信技術）是集3G與WLAN于一體，能夠以10Mbps的速度下載，能滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求，但該技術目前仍處于發展階段，引入4G通信技術也是將來油田移動GIS的發展趨勢。

3.2 移動定位

移動終端采用多種定位方式，Android應用中定位方式有3種：GPS定位、網絡定位以及基站定位。若移動端的地圖參考坐標系與定位采集坐標使用的參考坐標系不同，還應考慮不同參考坐標系下坐標的轉換，將采集點的坐標轉換為與地圖一致的坐標系下的坐標，正確顯示地物的位置信息。通常采用的坐標轉換方法有7參轉換和3參轉化，考慮到油田應用數據對位置精度的要求較高，這里推薦使用精度較高的7參轉換方法。

3.3 移動數據庫

移動客戶端存儲空間相對較小，數據量較大時會影響數據加載的速度。因此 ，可以在移動端保存經常訪問、變化不大且數據量不大的幾何地圖數據和屬性數據 ，再次訪問這些數據時不必再從服務器端下載 ，而是直接調用緩存中的數據 ，這樣可以明顯加快數據加載和顯示的速度 ，而且網絡連接中斷也不會影響客戶端的操作。

SQLite是一款輕型的關系型數據庫，其占用資源非常低，在嵌入式設備中，幾百K的內存就足夠。該數據庫目前已經在很多嵌入式產品中得到使用。如ArcGIS for Android 10.2支持離線數據，允許用戶將業務數據保存在SQLite數據庫，并在離線環境中進行查詢、編輯和更新；支持離線分析，允許用戶在移動端緩存網絡數據集，并在離線環境中進行地名檢索、路線規劃等網絡分析功能，使得移動GIS用戶擺脫網絡束縛，更加自由的工作。在構建移動數字油田GIS可以采用中地公司的MapGIS Mobile 9移動開發平臺或者Esri公司的ArcGIS for Android移動開發平臺等，借助于地理數據庫對要素圖層進行存儲和管理。

3.4 云GIS

云計算是一種對IT資源的使用模式，它對網絡、服務器、存儲、應用和服務等資源提供共享的可配置的訪問方式。按照服務方式，GIS云也分為3種：公有云，一個獨立的第三方供應商提供，多個企業和用戶共享使用的云環境；私有云，為了企業單獨使用而構建，提供對數據安全性和服務質量的有效控制，企業可以在該基礎設施上控制部署應用程序的云環境；混合云，公有云和私有云混合使用的云環境，部分安全性要求高的業務和服務使用私有云技術，其他的使用公有云技術。

目前在國內市場，對云GIS服務提供支持的有Esri和超圖公司［16］，中地公司于2014年5月發布了國內首款具有云GIS特性的軟件MapGIS 10。中國數字油田已經跨入云計算時代，油田信息化建設逐漸開始引入云計算技術。在構建自己的企業私有云的基礎上，油田構建基于移動GIS的數字油田將變得更高效，如Esri的ArcGIS for Server為私有云構建提供了Android客戶端到服務端的解決方案，油田企業可用Portal for ArcGIS來打造一個私有的，或非云環境中的Online平臺。該平臺集地圖、服務、應用于一身，按照組織人員的不同分工對資源進行集中組織和管理，并在組織結構內實現資源的靈活共享。

4 結語

介紹了移動GIS在數字油田的應用情況，提出構建基于Android的油田移動信息系統的建設思路和介紹了相關關鍵技術。利用現有成熟的移動GIS開發平臺，開發周期更短，系統更加穩健，在實際構建油田移動信息系統中具有一定的參考價值。

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