基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)的研究

王 凡 方 明

(西安石油大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 陜西 西安 710065)

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基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)的研究

王 凡 方 明

(西安石油大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 陜西 西安 710065)

石油鉆井工程中，由于客觀和人為因素導(dǎo)致鉆井工程數(shù)據(jù)中存在著不確定性，且關(guān)系型數(shù)據(jù)庫傳統(tǒng)精確匹配式查詢難以處理，以致石油鉆井工程管理和決策分析不能及時獲取有效信息。提出采用網(wǎng)絡(luò)眾包的理論和方法，結(jié)合傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫查詢方式和眾包方式，研究構(gòu)建基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，設(shè)計給出相關(guān)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和眾包模式，有效擴(kuò)展以往管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，為在不確定環(huán)境下鉆井決策分析提供有力支持。

鉆井工程 眾包 不確定數(shù)據(jù) 管理信息系統(tǒng)

0 引 言

油氣鉆井工程中存在大量的數(shù)據(jù)信息，由于鉆井工程對象的油氣藏結(jié)構(gòu)復(fù)雜、深埋地下，存在著難于獲取、信息不完整、與實(shí)際存在偏差等問題。使鉆井工程數(shù)據(jù)存在著不確定性，給鉆井工程數(shù)據(jù)管理和決策分析帶來難題，影響了鉆井作業(yè)的效益和成敗[1]。以往主要是通過查詢借鑒其他鉆井企業(yè)相應(yīng)數(shù)據(jù)信息來彌補(bǔ)和完善相關(guān)不確定的數(shù)據(jù)信息，但由于缺乏統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)規(guī)范，各石油鉆井企業(yè)往往根據(jù)自身需求，分別設(shè)計、開發(fā)和采用相關(guān)的信息管理系統(tǒng)，導(dǎo)致不同企業(yè)鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息存在著不一致性。若采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫傳統(tǒng)的查詢處理方式，會造成無法匹配或返回一個錯誤的應(yīng)答。本文采用網(wǎng)絡(luò)眾包的理論和方法，將傳統(tǒng)方式和眾包方式相結(jié)合，提出一種基于眾包的油氣鉆井不確定數(shù)據(jù)信息處理方法，設(shè)計構(gòu)建相關(guān)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和眾包模式，以有效擴(kuò)展以往系統(tǒng)的不確定信息處理能力。

1 基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

在石油鉆井工程管理和決策過程中，需要能有效地對鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢、管理和利用。然而，由于客觀及人為等因素，鉆井工程數(shù)據(jù)中存在著缺失、不完整、不一致和人為差錯等不確定性，且傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢也多為精確匹配，使石油鉆井工程管理和決策不能及時獲取有效信息。因此，需要在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理方式的基礎(chǔ)上，引入人力資源，借助人的判斷來處理相關(guān)的不確定信息。眾包是由Howe于2006年首次正式提出[ 2]，它是指一個公司或機(jī)構(gòu)把過去由員工或者承包商執(zhí)行的工作任務(wù)，以自由自愿的形式，外包給非特定的大眾網(wǎng)絡(luò)或虛擬社區(qū)的作法，是一種在線、分布式問題解決模式。

基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)DUDMSC(Drilling Uncertainty Data Management System based on Crowdsourcing)將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理方式和眾包方式相結(jié)合，在對鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢、管理和利用過程中，當(dāng)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理方式無效時，系統(tǒng)采用眾包模式，將相關(guān)信息處理事務(wù)通過眾包平臺發(fā)布，借助網(wǎng)絡(luò)人力資源對不確定的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。為此，設(shè)計構(gòu)建基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由客戶端和服務(wù)器端組成，服務(wù)器端由管理控制層、計算機(jī)處理層和眾包處理層組成?？蛻舳酥饕С直镜劂@井企業(yè)常規(guī)確定性數(shù)據(jù)信息的查詢、管理和利用，對不確定數(shù)據(jù)信息由客戶端提交服務(wù)器端，服務(wù)器端的管理控制層通過語言處理平臺讀取數(shù)據(jù)字典，檢查是否存在該關(guān)系及相應(yīng)的字段，該用戶能否讀取它們等，若存在所查詢字段，則由數(shù)據(jù)處理管理平臺提交計算機(jī)處理層進(jìn)行傳統(tǒng)方式的查詢，否則提交眾包處理層，借助人力資源參與處理。

圖1 基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

在眾包處理層中，眾包管理平臺是實(shí)現(xiàn)眾包過程的核心，負(fù)責(zé)眾包系統(tǒng)的發(fā)包、接包、評價、質(zhì)量控制、眾包數(shù)據(jù)庫(元數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)庫)的管理等；眾包組織和用戶管理平臺是對眾包接包方的選擇和管理；人機(jī)用戶接口平臺包含用戶界面設(shè)計、表格編輯器、UI模板管理器,負(fù)責(zé)創(chuàng)建、管理和編輯用戶界面模板，支持眾包人員以友好界面便于參與眾包業(yè)務(wù)。在管理控制層中，數(shù)據(jù)處理管理平臺主要是對不確定數(shù)據(jù)信息處理業(yè)務(wù)的分配、調(diào)度和反饋等；類SQL語言處理平臺包含解析器和優(yōu)化器，主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫語言進(jìn)行語法分析、語義檢查、完整性檢查、查詢優(yōu)化等。

2 DUDMSC系統(tǒng)眾包管理平臺的總體結(jié)構(gòu)

DUDMSC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)中的眾包管理平臺是支撐基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理的關(guān)鍵。眾包系統(tǒng)一般由發(fā)包方、眾包引擎和接包方三部分組成[3]，DUDMSC系統(tǒng)眾包管理平臺設(shè)計由數(shù)據(jù)處理任務(wù)管理器、眾包引擎和眾包數(shù)據(jù)處理執(zhí)行器三部分組成。在該平臺中，為改變以往人員參與和數(shù)據(jù)使用的被動性，擬采用多Agent技術(shù)，將平臺各組成部分構(gòu)造成Agent，以多Agent協(xié)作組織和工作方式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的眾包數(shù)據(jù)處理模式。智能體(Agent)是一個具有感知能力、問題求解能力和與外界進(jìn)行通信能力的一個實(shí)體，作為具有自主特性的一種抽象實(shí)體，它能作用于自身和環(huán)境，并能對環(huán)境作出反應(yīng)[4]。該平臺的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DUDMSC系統(tǒng)眾包管理平臺總體結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)處理任務(wù)管理器是支持鉆井作業(yè)方(發(fā)包方)對需要完成的不確定數(shù)據(jù)處理任務(wù)進(jìn)行發(fā)布、處理結(jié)論的評價和質(zhì)量控制等。通過發(fā)包方任務(wù)描述Agent對任務(wù)進(jìn)行形式化的描述，任務(wù)發(fā)布Agent將任務(wù)和接包方信息發(fā)布到眾包引擎中的黑板、白板系統(tǒng)中，接包方管理Agent則對所確定的接包方進(jìn)行管理。結(jié)論評價Agent和質(zhì)量控制Agent對接包方提供的結(jié)果進(jìn)行審核評估，并進(jìn)行相應(yīng)的眾包決策質(zhì)量評價與控制。

眾包引擎是該平臺的核心。通過Agent黑板、白板系統(tǒng)獲取發(fā)包方對數(shù)據(jù)處理任務(wù)、預(yù)期結(jié)果、期限、質(zhì)量參數(shù)和獎勵政策等的形式化描述，由任務(wù)分解Agent將復(fù)雜任務(wù)分解為多個子任務(wù)，并由子任務(wù)發(fā)布Agent通過黑板、白板系統(tǒng)在網(wǎng)上發(fā)布，再由接包方選擇Agent支持接包方主動參與任務(wù)的外包服務(wù)。由結(jié)果接收Agent接收各接包方子任務(wù)結(jié)果，結(jié)果評價Agent對完成結(jié)果進(jìn)行評價，結(jié)果綜合Agent對各子任務(wù)完成結(jié)果進(jìn)行綜合集成。通過對各接包方結(jié)果的評價和集成，將結(jié)果存儲到眾包數(shù)據(jù)庫中，并通過Agent黑板、白板系統(tǒng)反饋給發(fā)包方，同時構(gòu)建相應(yīng)的元數(shù)據(jù)文件，以支持對語法、語義不一致數(shù)據(jù)信息的處理。交互管理Agent則支持所確定的接包方之間相互交互溝通聯(lián)系和知識經(jīng)驗(yàn)的借鑒共享。

眾包數(shù)據(jù)處理執(zhí)行器是支持接包方人員自主參與眾包數(shù)據(jù)處理工作，完成相應(yīng)的子任務(wù)外包服務(wù)。通過接包方感知Agent主動發(fā)現(xiàn)發(fā)包方各子任務(wù)，由任務(wù)投標(biāo)Agent以接包方知識能力、興趣偏好等構(gòu)造其投標(biāo)策略，結(jié)果生成Agent形成接包方子任務(wù)處理結(jié)果，并由結(jié)果提交Agent提交到眾包引擎中的黑板、白板中。在整個接包方任務(wù)執(zhí)行過程中，接包方人員通過用戶接口Agent的實(shí)例化用戶界面與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對話。

3 DUDMSC系統(tǒng)眾包SQL語言的設(shè)計

在DUDMSC系統(tǒng)中，為明確對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行眾包操作，在傳統(tǒng)SQL語言基礎(chǔ)上，參考有關(guān)方法進(jìn)行了擴(kuò)展[5-7]，設(shè)計了類SQL 語句的眾包SQL語句(C_SQL)，C_SQL的語法結(jié)構(gòu)與SQL基本相同。根據(jù)鉆井工程不確定數(shù)據(jù)處理的需要，在DUDMSC系統(tǒng)中，設(shè)定兩種需要眾包的情形。一種是對鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息表中某些字段數(shù)據(jù)不確定的眾包，另一種是對鉆井某個數(shù)據(jù)信息表的內(nèi)容整體眾包。

當(dāng)需要對鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息表中某些字段數(shù)據(jù)進(jìn)行眾包時，如石油鉆井物料種類和規(guī)格型號繁多，且與井深、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)，不易選擇，產(chǎn)生不確定信息。對此，在定義相關(guān)鉆井物料數(shù)據(jù)庫表時，通過引入crowd屬性類型，將需要眾包的字段定義為crowd類型，見例1。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過系統(tǒng)語言處理平臺解析，就可對crowd類型字段采用眾包方式獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

1.2.3 統(tǒng)計學(xué)分析。采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，服從正態(tài)分布的計量資料，以（x-±s）表示進(jìn)行描述，采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析組間差異，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

例1：石油鉆井物料數(shù)據(jù)庫表規(guī)格型號眾包的定義

Create table Drilling_ Material

{

Material_Id int primary key,

Material_Name varchar(50),

Material_Type crowd varchar(20),

Material_Price varchar(20),

……

}；

當(dāng)需要對鉆井某個數(shù)據(jù)信息表的內(nèi)容整體眾包時，如石油鉆具組合設(shè)計隨著鉆井勘探的深入、鉆井作業(yè)面的偏遠(yuǎn)荒蕪和地質(zhì)條件的復(fù)雜等，其所面臨的環(huán)境越來越困難，鉆具組合設(shè)計所涉及到的因素和限制條件較多，為提高設(shè)計的效率、可靠性和適應(yīng)性，需要利用分布在不同地區(qū)的眾多設(shè)計人員的知識、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行眾包設(shè)計[8-9]。對此，在定義相關(guān)鉆具組合數(shù)據(jù)庫表時，通過引入crowd關(guān)鍵字，將需要眾包的數(shù)據(jù)庫表定義為crowd類型，見例2。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過系統(tǒng)語言處理平臺解析，就可對crowd類型數(shù)據(jù)庫表采用眾包方式獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

例2：石油鉆井鉆具組合數(shù)據(jù)庫表眾包的定義。

Create crowd table ODBOM

{

Well_Id int primary key,

P_id varchar(8),

P_name varchar(20),

Ch_id varchar(8),

Ch_name varchar(20),

quantity int(3),

Layer varchar(3),

……

};

為了表示眾包列中還沒有獲得的值，在C_SQL語言中擴(kuò)展了SQL語言中的NULL為CNULL，其含義與NULL相同。

4 結(jié) 語

基于眾包的鉆井不確定數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)采用眾包方式，利用的是豐富的外部人力資源和智慧，實(shí)現(xiàn)了對鉆井不確定數(shù)據(jù)信息的處理，解決了由于信息不完整、不一致所導(dǎo)致的傳統(tǒng)信息系統(tǒng)對于某些查詢操作返回錯誤應(yīng)答的問題，使傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)從單一、非開放式、內(nèi)部小閉環(huán)的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣⒏_放、跨部門的系統(tǒng)，進(jìn)一步拓展了以往管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，為在不確定環(huán)境下鉆井決策分析提供了有力的支持。

[1] 劉本勇.石油鉆井工程項(xiàng)目管理[M].北京:中國石化出版社,2015.

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[8] 方明,李潤洲,王魁生.石油鉆井物料清單的構(gòu)造方法與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].計算機(jī)工程與設(shè)計,2010,31(8):1844-1847.

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THESTUDYONDRILLINGUNCERTAINTYDATAMANAGEMENTSYSTEMBASEDONCROWDSOURCING

Wang Fan Fang Ming
(InstituteofComputer,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an710065,Shaanxi,China)

During the oil drilling engineering, due to objective reasons and man-made factors, there are uncertainties in the drilling engineering data and difficulties in the traditional exact matching query of relational database, and the oil drilling engineering management and decision analysis cannot be timely access the effective information. Our solution to this problem is to propose the theory and method of the network crowdsourcing. Combined with the method of traditional database query and crowdsourcing, it is studied and constructed the drilling uncertainty data management system, and designed the overall structure of the system and crowdsourcing model, which extended the previous management information system data processing ability. Our approach provides a powerful support for the drilling decision analysis in the uncertain environment.

Drilling engineering Crowdsourcing Uncertainty data Management information system

2016-09-01。王凡，碩士生，主研領(lǐng)域：管理信息系統(tǒng)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。方明，教授。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.08.010