石油行業三維組態技術的運用

三維組態技術在石油行業中的應用越來越廣泛。以三維的GIS平臺為基礎建立起來的石油GIS三維系統其實是石油管網管理信息系統，該系統對埋地集輸管網進行實時狀態監管，讓自動化程度較低傳統集輸管網管理系統得到改進，管網監管、維護、修理和更換更科學、智能，有助于提高石油生產系統的經濟效益。

【關鍵詞】三維GIS電力自動化系統 集輸管網 組態技術應用

1 石油三維組態自動化系統

傳統的管理系統中，一旦油田中的部分油水管網出現泄露，就會嚴重影響水源的安全、環境和人身健康。為減少這種由繪圖不準確造成的誤差危害，需要進一步開發構建基于GIS的三維電力集輸管網信息管理系統。該系統能夠對工作油田的所有的地面空間信息和管線的屬性參數進行實時查詢、儲存、記錄、分析和處理，完成油田埋地集輸管網的3D立體式動態管理，可加強管理的自動化程度、降低故障率，增強可靠性。

本文分析并構建了一個三維GIS自動化系統，該系統以工作油田生產及管理的優化流程應用模型為基礎，運用三維環境數據庫技術、現實環境虛擬建模技術、多層次細節技術、地理信息和虛擬現實集成等技術進行所有勘探區不同層次的衛星數據的完美鑲嵌和地理環境的真彩色還原，組成了三維虛擬現實系統，實現信息數據的可視化及多維化再現，再經過智能化分析處理模型系統，向石油企業提供更好的經營管理和環境信息數據，可提高系統的管理性能。

2 系統總體建設

2.1 系統層次特點

依據層次化的理念進行設計。首先是構建一個能夠顯示整個油田的真實地理空間環境位置的3D數字油田情景。根據應用信息中心中提供的DEM、DOM和DLG參數信息和屬性，進行高效集成，組成的數字情景具有3D效果，各種信息3D可實現可視化的查詢及數據分析，組成以“數字地球”為原型的地理空間數據和石油專業數據的集合幾何體，真實、生動、全面地展現整個油田的實際狀態，并且能對需要了解的對象進行迅速定位、飛行、瀏覽及各種相關屬性信息的查詢。

其次，構建一個具有3D數字化網絡特點的油田平臺。油田服務平臺實現3D數字化及網絡化，可精準查詢和訪問油田的地面設施位置及屬性，便于對應業務單位高效及時完成專業工作。

再有，完成石油GIS三維系統構建。比如：油田的三維地下環境管理系統、管線三維系統、故障處理及預警系統、油田的三維規劃系統、生產三維指揮網絡等。構建的系統通過二三維的結合，重點三維系統開發，實現所有信息統一系統化管理。

2.2 開發平臺簡述

該石油行業的三維GIS系統的開發平臺為美國Skyline公司生產的Skyline Terra Suite系列的產品，是現在全球技術含量最高的情景3DGIS平臺。該平臺集中了衛星數據、航空影像、數字高程模型及部分2D和3D數據源，涵蓋了GIS數據集等構建的交互環境。可以幫助用戶將數據和數據庫進行迅速地融合和更新，而且涵蓋了大型數據庫技術及信息流實時通訊技術，還能將三維地理空間影像展示給用戶。

2.3 建設系統的技術應用

2.3.1 影像處理集成

系統中應用的影像及DEM處理技術多采用遙感影像處理軟件實現的，這些軟件集成了影像糾正、平衡色彩、圖像增強和數據鑲嵌拼接、各種數據的配準和坐標轉化、多分辨率資源的疊加和匹配、影像和DEM的數據的3D融合集成多種功能。并應用Terra Builder集成軟件進行3D數據集合，具有很強的三維合成技術，能進行多種數據的集合，還具有多種遙感影像處理技術，還能進行影像的坐標轉化、修改及顏色調整。

2.3.2 發布數據功能

石油行業中地理數據信息量大、較為繁瑣，在3D系統中需要對這些數據進行處理和集合，其中的Skyline平臺上的Terra Gate較好地處理了這個問題，其中的Terra Gate軟件應用全新技術進行數據的發布，這種技術能幫助用戶無限制、無阻礙、流利地進行海量3D數據的瀏覽。

2.3.3 建模功能

Skyline平臺中的Terra Explorer Pro軟件，具有強大的三維建模和分析功能，能夠進行基于數據集合程序建模和數據分析；另具WFS及WMS功能，其多功能性可實現多維系統集合。COM接口能進行用戶自定義，可滿足用戶特殊需要。

3 GIS數據庫

GIS數據庫是3D系統建立的核心技術之一，能提供信息的決策支持，并擁有將所需要的公共數據信息進行存儲、管理和服務支持的功能，并各系統之間數據交換，為系數據處理奠定良好的技術基礎。

3.1 數據庫

3.1.1 空間信息庫

該系統需要對很多以矢量形式存儲的數字地圖進行分析處理，采用的處理機制是WMS/WFS。數字地圖主要分為兩大類，其一是基本電子地圖：用來介紹石油行業的資源基本數據，以數字形式進行存儲，包括油田的管道、建筑、交通設施和電力設施等；其二是石油要素：用來展示油田特征，以數字形式儲存。

3.1.2 屬性信息庫

屬性信息庫主要分為三大類別：一是管線類，涵蓋管線的編號、管道的材質、內外徑、起始站點、投產時間、壁厚和防腐層等信息；二是油井類，包括油井的名字、分類、該地質條件下的石油儲量和可采量、出油率、原油密度及相對密度、粘度、凝固點、壓縮系數、體積系數、剩余價值等數據；三是站類，有站庫名字、責任人、聯系方式等重要信息；還有應急庫的名稱、責任方式及搶險物資信息等。

3.2 數據組織管理

3D自動化系統包含多種數據類型，用戶應用關系數據庫中的結構化數據及非結構化數據，進行參數的信息存儲、共享和分布處理。為了能夠用關系數據庫處理系統數據，需要處理的數據量過大并且性能過低，最好選擇大型庫Oracle為庫管理系統。該系統還能處理好空間和非空間的數據問題。共同標識能實現空間數據及屬性數據的相統一，通過對空間所有數據對象信息分類建立唯一的數據標識字，并且在表達該對象的屬性表中同樣建立唯一的這樣標識項，使得能夠在同一時段訪問兩類數據庫。

4 系統功能

4.1 設計初衷

該3D系統重要組成部分是圖形庫、可視化及集輸基礎數據庫，三者關系如圖1所示。

由圖1顯示可知，圖形庫和集輸基礎數據庫構成是系統底層，可存儲多種類型的圖形和集輸管網的各類信息和數據。信息和數據以圖形格式儲存，經過可視化及模塊化關聯整合后，構成了不同的完整模塊。系統不斷延伸拓展，構成了基于數據庫及圖形庫的逐漸完善的集輸管線的地理數據信息系統。

4.2 系統構建流程

正在使用的石油油田的3D管網的信息管理系統如圖2所示。其中包括了六個主要模塊：地理空間信息數據庫、基本地理信息數據、油田專業數據、油田三維GIS建設平臺、實時更新數據維護機制以及系統的備用開發模塊。

4.3 三維GIS平臺功能

3DGIS平臺支持基礎地理數據信息及油田基礎設施數據功能，還能實現其他功能，如：對地理空間信息數據進行公布并提供查詢；對地圖進行縮放和漫游；以鷹眼和比例尺建立基礎設施的圖例；在地圖中測量地理中的長度、周長、面積；選擇地圖集：根據作業和專業類型進行分類作圖；控制圖層功能：對圖集中各個層次實施控制、顯示、隱藏的操作；地理坐標定位：按照實際位置在地圖進行顯示定位；查詢基礎設施位置：按照各個基礎設施名稱在地圖上查詢并定位；查詢區域：根據矩形、多邊形和圓形對特定范圍的設施進行統計查詢；分類統計基礎設施：分類匯總該工作區數據庫中的基礎設施；設計規劃：在3DGIS數據的基礎上對油田實施規劃、分析和設計等；維護：對數據進行實時的錄入、刪除和修改等；

管理功能：由管理員整體配置管理系統，比如配置管理系統用戶、IP地址、操作權限、地圖邊界等信息。

4.4 應用現狀

3DGIS系統集合了二維和三維的數據和信息，能夠實現3D立體平臺信息觀測與查詢、信息實時化分析及系統功能拓展開發。利用該平臺，還能設計其他生產需要的系統軟件，例如調度管理、石油專家系統等應用軟件。此外，企業可根據提供數據及信息的管理系統，開發出兼容石油的勘探、地面建設、儲運銷售和企業管理等多專業相綜合的管理軟件，實現系統管理可視化、綜合化和數字化。

5 結束語

GIS系統以地面信息數據系統為基礎，抵消信息孤島，構成綜合性的管理信息系統，整合各種開放、生產和應用數據庫，可為石油行業生產進行設計、分析和產出規劃。

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作者簡介

葉麗（1974-），女，廣西壯族自治區藤縣人。廣西大學電力系統及其自動化專業碩士。現為廣西電力職業技術學院講師/技師。研究方向為自動化技術。

作者單位

廣西電力職業技術學院 廣西壯族自治區南寧市 530007