海上地震采集環境信息系統設計與實現

王繼鵬 金云智

[摘? ? 要] 近幾年中海石油高速發展，中海石油（中國）有限公司湛江分公司各種勘探作業急劇增多，尤其是在2018年公司提出到2025年上產2 000萬方規劃以來，勘探工作量急劇增加。在工作量增加的同時也為海上地震勘探作業管理帶來新的挑戰，如何有效地集成現有相關數據，實時掌握各類海洋地理信息，規范地震勘探作業。尤其是海上地震作業，容易受自然環境和地理信息等因素的影響，需要設計和開發一套管理信息系統，該系統應具有地震作業前繪設計管理、海洋地理信息管理、海上地震作業監控和坐標轉換等功能模塊。依現有數據為基礎，結合軟件工程原理，設計并開發出海上地震采集環境信息系統，該系統的實施滿足海上地震勘探作業需求，增強企業信息化管理能力，提高地震勘探作業工作效率。

[關鍵詞] 地震采集;前繪設計;作業監控;地理信息;坐標轉換

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 01. 077

[中圖分類號] TP315? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2020）01- 0194- 03

1? ? ? 引? ? 言

國內外在海上油氣勘探中，依靠的是地震勘探方法，而常規海上地震勘探方法有海上拖纜和海底電纜[1]，在開展地震勘探作業前都需要進行地震前繪設計。根據地震勘探作業要求，結合專業定位軟件，對整個作業區布設并進行地震前繪設計，為地震勘探作業提供實施方案。由于海上自然環境惡劣、地理信息復雜等因素，造成地震勘探成功率低。為管理地震前繪設計、作業監控、自然環境和地理信息等數據，而設計海上地震采集環境信息系統。該系統包含地震前繪設計、自然環境展示、地理信息展示、地震勘探作業進度監控、坐標轉換和文檔存儲等功能。該系統的設計和實施，為海上地震采集作業提供數據和信息支持，提高地震采集質量，尋找有利勘探目標，提高勘探成功率。

2? ? ? 系統的架構設計

基于海上通信的局限性和地震采集作業的特殊性，海上地震采集環境信息系統采用三層C/S設計模式開發，即表現層、功能層、數據層[2]。

最上層的表現層主要用于向地震采集人員提交系統的展示界面同時為用戶提供地震前繪設計請求;中間層的功能層，主要是該系統的業務邏輯設計和算法;底層數據層是數據庫服務器，存儲系統的結構化和非結構化數據。

3? ? ? 功能設計

根據業務調研分析結果，結合海上地震采集作業實際，規劃海上地震采集環境信息系統功能分為地震前繪設計、地理信息、地震作業監控和坐標轉換等模塊，如圖1所示。數據采用SQL Server數據庫，數據范圍是對象數據、設施數據、光纖數據、潮汛數據和臺風數據等，其中對象數據來源A2，設施數據來源海上生產設施管理系統，光纖數據來源通信公司，地理數據來源政府數據庫。

4? ? ? 系統的實現

根據系統架構設計和模式設計，海上地震采集環境信息系統的技術實現為：底層數據存儲采用結構化數據與非結構化數據分離的方式管理，結構化數據采用SQL Server管理，文檔采用MongoDB非關系型數據庫管理。MongoDB是一款基于分布式文件存儲的文件型數據庫，它是介于關系型和非關系型之間的數據庫，為后續文檔的應用提供擴展接口;功能層使用Python語言編寫，實現數據的訪問數據處理和業務算法的編寫等;上層表現層采用.NET架構和AxMapControl控件，實現GIS圖形界面的開發，而AxMapControl是MapControl經過包裝后的ActiveX控件，實現在Winform編程中可視化顯示，有效縮短軟件開發周期。

4.1? ?前繪設計

地震前繪設計是海上地震采集的前期準備工作，為海上地震采集設計提供依據，為海上地震采集提供定位導航。地震前繪設計功能分為二維地震前繪設計和三維地震前繪設計。

二維前繪設計是通過讀取首尾坐標文件，根據文件內的測線端點坐標和測線名稱，在地圖界面繪制二維測線;針對已繪制的二維測線進行編輯，參考前繪測線周圍的其他測線數據，對二維測線進行修改，可以通過選擇測線手動輸入首尾點坐標、選擇測線后拖動首尾端點、延長、縮短的方式進行修改;在測線編輯完成后，按照設定的參數，導出所有測線特定炮號的坐標，導出二維前繪設計P190文件。

三維前繪是在設計界面讀取格式固定的三維工區拐點坐標文件，按照文件內點順序在地圖內繪制面元素;設定相應的參數，包括纜間距、纜數、炮間距、測線名稱前繪、工區起始邊界（測線以起始邊界為起始位置，自西向東繪制與起始邊界平行測線）等;按照參數計算出航行線寬度，以邊界長度與航行線寬度或炮間距進行計算，對邊界的長度進行規整;系統根據上述設定的參數，自動生成測線，根據邊界進行裁剪;測線生成后，如需編輯，激活工具欄內的“編輯器”，對測線進行延長、縮短、平行復制、改變位置等編輯;在測線編輯完成后，按照設定的參數，導出所有測線特定炮號的坐標，導出三維前繪設計P190文件。

4.2? ?地震作業監控

地震作業監控模塊需提供作業日報讀取、前繪設計數據匹配和作業進度展示等功能。

作業日報讀取是通過讀取地震作業日報Excel文件或者其他格式的作業日報數據，將數據加載到系統數據庫內，系統根據作業日報數據，在作業監控模塊內工區列表處，加載相應的工區名稱和概略信息。

前繪設計數據匹配是在地震作業日報讀取至系統后，導入前繪P190文件，系統自動計算作業日報內完成測線的坐標，自動完成作業日報與前繪設計數據的關聯，把作業日報內完成測線的坐標計算并錄入數據庫中，并在地圖界面內進行展示。

作業進度展示是在地震作業的日報和前繪設計文件已錄入，通過匹配的信息，在地圖界面內展示日報測線和前繪測線，可以查看某條測線的完成日期、完成時間等具體屬性信息，具備日時效餅狀圖、工區時效餅狀圖、工區時效柱狀圖生成功能。例如用戶點擊某一天的日報后，系統GIS界面內當天的作業日報進行高亮顯示，系統根據作業日報和前繪設計信息，自動生成日時效餅狀圖、工區時效柱狀圖和工區時效餅狀圖等。

4.3? ?地理信息

地理信息涉及的空間范圍大，專業數據種類繁多，特別是來源各部門的不同專業數據格式、不同比例尺寸和不同類型等數據[3]。為整合這些地理信息，系統開發時通過高層模型設計和文件格式轉換，把收集到的地理信息按照結構化格式保存到數據庫中，提供給初始化系統圖層加載;后續用戶收集的地理信息，通過系統數據加載功能，把不同格式的數據加載到當前視圖中，供用戶使用。

地理信息模塊需具備地理索引文件加載和地理圖層數據選擇等功能。對于不同來源的地理索引文件，提供數據導入和加載的工具，把數據加載到后臺數據庫中[4];對于加載成功的地理數據，用戶通過系統界面選擇已加載的地理數據，把地理數據展現在GIS界面上[5]。在GIS界面，不僅提供地理圖像的放大、縮小、平移、測量和全圖等基本操作，還提供地理要素查詢、對象定位和坐標定位等功能。

4.4? ?坐標轉換

從2018年2月1日起，國內勘探業務全面推廣應用CGCS2000坐標系，海上勘探鉆井、地震作業現場導航定位須采集CGCS2000坐標系，需要把以前的WGS84坐標數據轉換成CGCS2000坐標數據。兩個基準之間轉換必須通過空間直角坐標系轉換，在WGS84基準下，將平面坐標轉換為大地坐標，也就是經緯度坐標，轉換成空間直角坐標，通過基準轉換模型，得到CGCS2000空間直角坐標，再轉換得到CGCS2000大地坐標，進而投影得到平面直角坐標，如圖2。

系統為滿足地震勘探作業對坐標轉換的需求，根據布爾沙七參數轉換模型中平移變換開發出坐標轉換工具，該工具可提供單點坐標轉換和批量坐標數據轉換。用戶選擇好待錄入文件內數據的坐標系，例如輸入的為WGS84的大地坐標或平面坐標，然后選擇要計算的坐標系，選中相應的坐標文件，進行轉換。

4.5? ?文檔管理

海上地震采集過程中涉及大量的文檔數據，如測區環境調查、觀測系統、前繪設計等，本系統采用MongoDB作為非結構化數據的存儲和管理數據庫，MongoDB是一個基于分布式文件存儲的數據庫系統。在高負載的情況下，通過添加更多的節點，可以保證服務器性能。

文檔存儲模塊采用GridFS方式進行文檔的存儲和管理。GridFS可以更好地存儲大于16M的文件，通過將大文件對象分割成多個小的chunk（文件片段），每個chunk將作為MongoDB的一個文檔（document）被存儲在chunks集合中。在上傳文檔時選擇主體對象，在數據庫中自動關聯文檔到主體對象，主體對象與GIS坐標的關聯，實現GIS圖形界面文檔查詢功能。

5? ? ? 總? ? 結

該系統實現地理信息的圖形化展示，為海上地震前繪設計提供GIS導航和圖形化操作[6]，優化前繪設計方案，提高地震采集作業的精準度;實現地震采集作業的實時監控，及時掌握當前工區的地震作業情況，提高地震采集作業的工作效率;實現地理坐標數據的轉換，為地震采集導航提供數據支持。

主要參考文獻

[1]李欣.海上地震采集觀測系統研究現狀與展望[J].西南石油大學學報：自然科學版，2017，36（5）：67-79.

[2]屠越棟.基于WebGIS的礦產資源調查評價系統設計與實現[J].地理空間信息，2019，17（5）：27-31.

[3]劉紀平，王亮.NSDI 支持下的防汛信息系統建設與應用[J].測繪通報，2000（11）：7-20.

[4]方銀霞.地理信息系統在海洋領域的應用[J].海洋通報，2000，19（3）：85-89.

[5]梁瑞才.渤海油田示范區地理信息系統（GIS）的規劃設計[J].海洋科學進展，2006，24（2）：238-243.

[6]王芳.海洋地理信息系統研究進展[J].科技導報，2007，25（23）：69-73.