基于插件技術(shù)的油藏模擬軟件底層框架設(shè)計

宋文娟

【摘 要】采用專業(yè)通用模板技術(shù)、架構(gòu)技術(shù)、插件技術(shù)、數(shù)據(jù)管理與圖形顯示引擎技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油藏數(shù)值模擬軟件前后處理系統(tǒng)的底層框架構(gòu)建，建立模塊插件統(tǒng)一開發(fā)模板，以模塊插件統(tǒng)一開發(fā)模板為基礎(chǔ)，設(shè)計并開發(fā)系統(tǒng)插件添加工具、模塊參數(shù)卡管理與解析工具多種模塊化架構(gòu)配套工具。基于插件技術(shù)的油藏模擬軟件底層構(gòu)架設(shè)計通用性強(qiáng)、可拓展性強(qiáng)，能夠滿足油藏數(shù)值模擬軟件在逐步發(fā)展工程中不斷完善、即時集成的需求。

【關(guān)鍵詞】插件式；底層框架；油藏模擬平臺；模板技術(shù)

0 引言

油藏數(shù)值模擬是現(xiàn)代油藏開發(fā)中最重要的技術(shù)手段，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到油藏開發(fā)的各個環(huán)節(jié)。商業(yè)化的數(shù)值模擬軟件開發(fā)是各個油田都在關(guān)注的重要應(yīng)用問題。油藏數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)從工作流程上一般分為前處理、主模型和后處理三大部分。前處理根據(jù)地質(zhì)資料、PVT數(shù)據(jù)等生成相應(yīng)的模型，并根據(jù)控制參數(shù)完成模型集成工作；主模型依照前處理得到的模擬模型進(jìn)行模擬運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；后處理對主模型得到的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行綜合分析、方案設(shè)計和方案優(yōu)化，最終得到最優(yōu)方案，并完成報告編寫的工作。本研究主要針對油藏數(shù)值模擬軟件的前后處理系統(tǒng)底層平臺設(shè)計，采用規(guī)范的軟件工程方法，提升完善現(xiàn)有軟件系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)平臺的先進(jìn)性、軟件易用性、系統(tǒng)高效性、系統(tǒng)安全性。

1 總體結(jié)構(gòu)

1.1 主體體系結(jié)構(gòu)

一個系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，由軟件的大粒度結(jié)構(gòu)組成，它描述系統(tǒng)的組成部分，以及在高的層次上這些組成部分如何互動。軟件體系結(jié)構(gòu)是影響一個軟件產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的核心因素。軟件產(chǎn)品的質(zhì)量有許多方面的因素，包括：健壯性、靈活性、高性能、簡潔性、可維護(hù)性、可理解性，特別是軟件產(chǎn)品與用戶環(huán)境和數(shù)據(jù)的整合，這些都與軟件體系結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

為使該系統(tǒng)各個組成部分實(shí)現(xiàn)內(nèi)部高內(nèi)聚、相互間低耦合，本研究軟件體系結(jié)構(gòu)主要參照SALSA（科學(xué)分析層次體系結(jié)構(gòu)），包括：交互界面層、分析層和數(shù)據(jù)存取層。

具體到本研究，軟件主體體系架構(gòu)包括：交互界面層、功能模塊層、數(shù)據(jù)IO與圖形接口層，還包括并行服務(wù)與通訊服務(wù)接口。

1）交互界面層包括所有的用戶交互界面，形成用戶交互平臺，負(fù)責(zé)顯示用戶界面并接收用戶操作，并將用戶操作傳遞給功能模塊層和圖形顯示層。

2）功能模塊層包括所有的應(yīng)用模塊，其中包括系統(tǒng)所提供的接口以及用戶根據(jù)接口所編寫的應(yīng)用。功能模塊層完成用戶所要求的操作，將數(shù)據(jù)讀寫請求發(fā)送給數(shù)據(jù)IO層。

3）數(shù)據(jù)I/O與圖形顯示接口層包括對文件以及數(shù)據(jù)庫的管理和提供顯示繪圖服務(wù)，為上層應(yīng)用提供各個方面的數(shù)據(jù)讀取和圖形顯示服務(wù)。例如參數(shù)數(shù)據(jù)、曲線圖、圓餅圖、等值線圖等等。另外，數(shù)據(jù)I/O層還包括不同數(shù)據(jù)格式間的轉(zhuǎn)換操作，將系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)格式和其他軟件所能識別的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。

4）系統(tǒng)將數(shù)據(jù)索引保存在數(shù)據(jù)庫中。

1.2 系統(tǒng)平臺架構(gòu)

依據(jù)SALSA系統(tǒng)架構(gòu)模型，本研究基于NIST/ECMA的模型，參考項目應(yīng)用特點(diǎn)，形成系統(tǒng)平臺架構(gòu)：

第一層：用戶控制層，包含若干“用戶界面（UI）”模塊。對于客戶端，可以有兩類用戶界面，一是基本用戶界面模塊，采用Qt架構(gòu)構(gòu)建基本用戶界面，另外一個是3D可視化模塊，用OpenGL開發(fā)。對于基本用戶界面，將用戶界面集成為用戶主控制臺。

第二層：應(yīng)用執(zhí)行控制層，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能模塊的集成、執(zhí)行和監(jiān)控。功能包括：批量作業(yè)執(zhí)行控制、與用戶的交互執(zhí)行的控制。

第三層：應(yīng)用功能層，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用模塊功能。應(yīng)用功能層可以被許多功能模塊調(diào)用。應(yīng)用功能層交互工具和算法工具。

第四層：應(yīng)用平臺層，解析用戶的操作，執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫，執(zhí)行圖形顯示，它提供應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)/系統(tǒng)環(huán)境的接口。包括數(shù)據(jù)管理，項目管理，存取控制等等。本研究采用XML標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)編目。

第五層：存儲與外部設(shè)備管理層：管理數(shù)據(jù)庫、文件、圖形的存儲位置、存儲方式以及輸入輸出設(shè)置。數(shù)據(jù)分層次管理，數(shù)據(jù)庫只保存索引。

第六層：調(diào)度與通信服務(wù)層：完成系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度、資源調(diào)度以及并行處理。

1.3 軟件框架設(shè)計

本研究基于框架進(jìn)行軟件開發(fā)。軟件框架是一個可以復(fù)用的類，表示特定領(lǐng)域的可復(fù)用的設(shè)計。可以利用框架，通過擴(kuò)充類、實(shí)現(xiàn)接口和掛接方法，定制一個軟件。框架就是可以擴(kuò)充的程序骨架，用戶提供的方法填充這個骨架，并剪裁為特定的應(yīng)用軟件。

深入剖析數(shù)值模擬應(yīng)用的業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流，以數(shù)值模擬流程為主線，采用管道/過濾模式和數(shù)據(jù)存儲中心模式相結(jié)合的框架進(jìn)行開發(fā)，以追求系統(tǒng)的易用性、高效性、開放性、可維護(hù)性為原則。

本研究的軟件模塊編程采用Plugin技術(shù)，即插件模塊。軟件框架編寫標(biāo)準(zhǔn)的接口，用戶根據(jù)軟件框架提供的接口編寫插件，可以動態(tài)的連接到軟件框架中而不用重新編譯框架。插件模塊相對獨(dú)立，不影響其他模塊以及框架的運(yùn)行，用戶可以很方便的維護(hù)軟件功能。

每一個插件模塊都能夠從系統(tǒng)的框架中得到所需的公開接口進(jìn)行功能上的調(diào)用。并且，每個插件模塊都有自己的接口與實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樾?設(shè)計以及安全上的原因，插件的接口分為公共的和私有的，插件的實(shí)現(xiàn)一般也都被隱藏。

本研究將主要采用插件模塊方法進(jìn)行開發(fā)，并且降低插件之間的耦合度，使得系統(tǒng)健康、高效、可復(fù)用并易維護(hù)。

2 程序組織結(jié)構(gòu)

2.1 圖形顯示設(shè)計

圖形顯示引擎是圖形元素（點(diǎn)、線、面、體、圖件等）的描述、數(shù)據(jù)的圖形顯示解析、用戶的操作解析以及圖形配置的集合。主要完成系統(tǒng)交互、顯示工具的開發(fā)。該技術(shù)可以提高系統(tǒng)的開發(fā)效率，提高系統(tǒng)風(fēng)格的一致性、可擴(kuò)展性。

2.2 數(shù)據(jù)庫管理設(shè)計

數(shù)據(jù)管理引擎是指數(shù)據(jù)庫表的管理功能的集合，包括文件的及目錄結(jié)構(gòu)的定義，數(shù)據(jù)類型的定義，數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)讀寫請求、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)相關(guān)功能。該技術(shù)可以提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及易用性。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型較為復(fù)雜，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分類，并建立數(shù)據(jù)字典以及數(shù)據(jù)字典管理工具，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理接口，使系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的讀寫都可以通過數(shù)據(jù)管理平臺實(shí)現(xiàn)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

2.3 開發(fā)模板技術(shù)

開發(fā)模板是為軟件開發(fā)人員提供的工具軟件進(jìn)行代碼編寫的方法，工具軟件包括程序框架工具、參數(shù)和數(shù)據(jù)讀寫接口、參數(shù)卡生成工具以及參數(shù)解析引擎等。該技術(shù)可以提高系統(tǒng)的開發(fā)效率，提高系統(tǒng)的一致性、安全性、可擴(kuò)展性。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)設(shè)計了油藏數(shù)值模擬軟件平臺的底層主體架構(gòu)，主要特點(diǎn)如下：

1）采用專業(yè)通用模板技術(shù)、架構(gòu)技術(shù)、插件技術(shù)、數(shù)據(jù)管理與圖形顯示引擎技術(shù)來構(gòu)建系統(tǒng)底層框架，控制流程管理；

2）實(shí)現(xiàn)多種功能強(qiáng)大、類型齊全的圖件繪制、顯示和打印功能以及豐富的人機(jī)交互功能；

3）實(shí)現(xiàn)三維可視化模型顯示及人機(jī)交互功能；

4）實(shí)現(xiàn)多種類微機(jī)群的并行模擬計算，以及數(shù)據(jù)傳輸、進(jìn)程控制等功能。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]