基于SpringBoot+Vue框架的采氣方案系統(tǒng)開發(fā)

徐小輝，劉江濤，高 涵，丁艷艷

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

1 引言

采氣工程方案在設(shè)計過程中要以氣藏特征、測井資料、生產(chǎn)情況等資料為基礎(chǔ)，進行流體特征、完井參數(shù)、生產(chǎn)管柱、增產(chǎn)措施、動態(tài)監(jiān)測等方面進行計算、分析、優(yōu)化。傳統(tǒng)的設(shè)計過程中往往借助專業(yè)軟件及各類Excel等小程序進行設(shè)計，這種模式存在著算法不統(tǒng)一、管理零散、操作復(fù)雜、處理時間長等問題。

本文針對傳統(tǒng)方案設(shè)計模式的問題及缺點，設(shè)計并實現(xiàn)了一套以SpringBoot+Vue為框架的B/S方案快速設(shè)計系統(tǒng)，借助后端SpringBoot+MyBatis+Redis+MySQL的服務(wù)平臺，前端采用Vue+ElementUI+Echarts的解決手段，通過采用前后端分離技術(shù)，能夠快速搭建、配置、開發(fā)、調(diào)試采氣工程方案快速設(shè)計系統(tǒng)，將方案設(shè)計與最新的信息化技術(shù)有機的結(jié)合，讓用戶能夠更好的專注于業(yè)務(wù)邏輯處理，加快方案編制的速度，提高方案優(yōu)化數(shù)據(jù)的準確度。

2 系統(tǒng)的需求及建設(shè)目標

2.1 系統(tǒng)建設(shè)目標

在采氣工程方案設(shè)計過程中，需要根據(jù)收集到的地質(zhì)、試油、測試、分析化驗及前期探井評價井或同區(qū)塊其它開發(fā)井的生產(chǎn)資料進行整理、歸類，并將所需數(shù)據(jù)作為錄入項放入到專業(yè)軟件或各類Excel等小程序進行氣體組分及特征參數(shù)計算、射孔參數(shù)優(yōu)化、地層出砂預(yù)測、井筒攜液及沖蝕流量預(yù)測，油管強度校核、措施施工壓力預(yù)測、井口壓力計算、井下節(jié)流氣嘴優(yōu)選等各項業(yè)務(wù)功能運算，為方案設(shè)計內(nèi)的各部分業(yè)務(wù)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 系統(tǒng)需求

為了實現(xiàn)各項業(yè)務(wù)需求，需要平臺提供全套系統(tǒng)功能模塊：1、用戶基礎(chǔ)功能模塊：包括用戶管理模塊、用戶登陸及認證模塊、用戶角色管理模塊；2、導(dǎo)航功能管理模塊：包括框架菜單分級管理模塊、路由導(dǎo)航模塊、角色權(quán)限分級模塊；3、數(shù)據(jù)通信管理模塊：包括前后端數(shù)據(jù)通信接口管理及交互模塊、數(shù)據(jù)權(quán)限分級管理模塊、前端各組件封裝及通信模塊；4、前端界面交互模塊：包括ElementUI基本界面設(shè)計、數(shù)據(jù)表格內(nèi)容分頁顯示模塊、Echarts數(shù)據(jù)可視化展示模塊；5、系統(tǒng)配置、構(gòu)建及發(fā)布模塊：包括后端Web服務(wù)配置部署發(fā)布模塊、前端平臺發(fā)布模塊。

系統(tǒng)平臺還要求前后端框架平臺具有較好的代碼易維護性、數(shù)據(jù)交互的格式規(guī)范性、頁面響應(yīng)快速、用戶端交互簡潔易用、兼容性好、可擴展性強等需求。

3 系統(tǒng)框架設(shè)計及功能模塊設(shè)計

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計

本系統(tǒng)運用前后端分離的MVVM軟件架構(gòu)設(shè)計模式，采用B/S系統(tǒng)構(gòu)架，后端使用目前最流行的框架SpringBoot，并采用MyBatis訪問MySQL數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，Redis做數(shù)據(jù)緩存。前端采用Vue.js框架，能夠更好地處理頁面交互和邏輯，解決了常規(guī)Web開發(fā)中數(shù)據(jù)通信、操作DOM、渲染數(shù)據(jù)等難題，系統(tǒng)具有運算速度快、操作更簡單、易于統(tǒng)一維護、擴展性強等特點。前端同時采用ElementUI和Echarts是系統(tǒng)擁有更好的用戶界面及數(shù)據(jù)可視化展示效果。前后端分離的設(shè)計模式下，前后端之間彼此獨立，前端負責(zé)頁面交互和數(shù)據(jù)展示，著重提升用戶使用體驗。后端負責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的處理和提供數(shù)據(jù)，著重提升系統(tǒng)的性能，職責(zé)劃分更加清晰，降低維護成本。

系統(tǒng)整體框架見圖1所示為三層體系結(jié)構(gòu)，主要包括：

圖1 系統(tǒng)框架圖

1)基本數(shù)據(jù)層主要負責(zé)數(shù)據(jù)庫表的操作：數(shù)據(jù)層描述了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲的內(nèi)容類型，持久化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用MySQL保存，主要保存各業(yè)務(wù)專業(yè)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志信息、 消息隊列、索引庫、 緩存等，并支持多數(shù)據(jù)源及類型。

2)后端主要關(guān)注數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)邏輯：包括數(shù)據(jù)持久層、業(yè)務(wù)邏輯層、控制層。數(shù)據(jù)持久層主要使用 Mybatis 、Redis、JPA等方式訪問數(shù)據(jù)庫。業(yè)務(wù)邏輯層主要使用 Spring事務(wù)控制處理用戶訪問邏輯，完成各個模塊之間的信息處理，也可進行定時任務(wù)處理，并通過調(diào)用數(shù)據(jù)持久層的接口和相關(guān)映射 XML 文件進行數(shù)據(jù)庫的操作。控制層通過Spring MVC、FastJSON、RestTemplate、Spring Security Oauth2+JWT等獲取用戶的請求訪問及安全控制，接收到前端傳過來的數(shù)據(jù)后，注入Service 層進行業(yè)務(wù)邏輯處理。

3)前端主要進行UI交互和數(shù)據(jù)通信：用戶通過各類終端設(shè)備使用瀏覽器訪問前端Web 應(yīng)用，使用Element UI和Echarts進行用戶界面交互，通過Vue-cli3腳手架框架進行構(gòu)建，使用Vue-Router進行路由管理、VueX進行狀態(tài)管理，采用Axios請求和響應(yīng)技術(shù)同后端控制層進行數(shù)據(jù)通信及WebService調(diào)用，統(tǒng)一進行POST、GET等請求參數(shù)。

3.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)根據(jù)框架特點及采氣工程方案設(shè)計業(yè)務(wù)需求將功能模塊劃分為數(shù)據(jù)分析模塊、業(yè)務(wù)處理模塊及系統(tǒng)基本管理三大模塊，具體見圖2。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

4 系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)平臺開發(fā)步驟

系統(tǒng)是基于前后端分離的架構(gòu)進行開發(fā)，前后端分離架構(gòu)總體上包括前端和服務(wù)端，采取多人協(xié)作并行開發(fā)模式，開發(fā)步驟如下：

1)需求分析：梳理用戶的需求，分析業(yè)務(wù)流程；

2)接口定義：根據(jù)需求分析定義接口；

3)服務(wù)端和前端并行開發(fā)：依據(jù)接口進行服務(wù)端接口開發(fā)。前端開發(fā)用戶操作界面，并請求服務(wù)端接口完成業(yè)務(wù)處理；

4)前后端集成測試：最終前端調(diào)用服務(wù)端接口完成業(yè)務(wù)。

4.2 系統(tǒng)服務(wù)平臺實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求分析和系統(tǒng)框架功能設(shè)計，本文開發(fā)的采氣工程方案快速設(shè)計系統(tǒng)采用 Tomcat 作為 Web 服務(wù)器，采用MySQL數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)合了 Vue前端框架和 SpringBoot 后端框架的前后端分離的組合架構(gòu)，并應(yīng)用 JSON 格式對前后端交互的數(shù)據(jù)進行封裝，應(yīng)用 Redis進行數(shù)據(jù)緩存，開發(fā)出基于 Web 應(yīng)用的方案快速設(shè)計系統(tǒng)。

4.3 微服務(wù)模塊劃分原則

微服務(wù)架構(gòu)作為目前使用的主流架構(gòu)，已經(jīng)被各行業(yè)廣泛使用，但是對于服務(wù)的劃分卻沒有固定的原則，常常會出現(xiàn)劃分過度或者不充分的情況。本系統(tǒng)主要涉及采氣工程方案設(shè)計過程中需要運用的各類公式及算法需要進行封裝成微服務(wù)，采用前后端分離原則，前端和后端的代碼分別分離及部署。

前端服務(wù)主要進行界面交互及數(shù)據(jù)傳輸，并通過Vue的computed屬性進行處理，簡單的數(shù)據(jù)如加減乘除類基本算法和單位換算封裝成公共api.js進行統(tǒng)一調(diào)用。

后端服務(wù)將業(yè)務(wù)中使用到的各類理論公式，如臨界攜液流速、天然氣壓縮因子計算公式和基本的求解算法，如一元三階求解方程、牛頓-拉夫遜迭代求解算法進行統(tǒng)一封裝成各類微服務(wù)，每一個微服務(wù)模塊，只關(guān)心自己的算法業(yè)務(wù)規(guī)則。例如摩阻壓力計算模塊服務(wù)根據(jù)傳過來的輸入?yún)?shù)安裝公式算法進行計算，傳出結(jié)果數(shù)據(jù)，不牽扯其它業(yè)務(wù)的邏輯，盡量避免A接口的改動會導(dǎo)致B接口的改動這種情況。

4.4 功能模塊實現(xiàn)

4.4.1 系統(tǒng)基本管理模塊實現(xiàn)

本系統(tǒng)具有常規(guī)系統(tǒng)的用戶登陸驗證模塊、用戶管理模塊、角色權(quán)限管理模塊、日志管理模塊外，菜單路由管理模塊采用動態(tài)定制模式，將系統(tǒng)菜單與Vue路由配置結(jié)合起來，按需進行分層級管理、權(quán)限管理、路由定制。

4.4.2 數(shù)據(jù)分析管理模塊實現(xiàn)

數(shù)據(jù)分析模塊將軟件所需要的基本數(shù)據(jù)表做成實體類，實現(xiàn)基本的增刪改查等功能，并進行數(shù)據(jù)的篩選統(tǒng)計，結(jié)合前端Echarts組件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示，為用戶提供更加便捷易懂的方式理解數(shù)據(jù)內(nèi)容及趨勢。

4.4.3 業(yè)務(wù)處理模塊實現(xiàn)

業(yè)務(wù)處理模塊將方案設(shè)計中需要的各類應(yīng)用前端采用Vue單頁面模式為主設(shè)計用戶交互界面，前端父子組件通信的采用prop、emit等，頁面間數(shù)據(jù)交互采用VueX，與后端的數(shù)據(jù)通信和微服務(wù)調(diào)用采用Axios調(diào)用。圖3展示了采氣方案設(shè)計中油管強度校核計算的單頁面應(yīng)用。

圖3 油管強度校核計算圖

4.4.4 方案設(shè)計應(yīng)用情況

本系統(tǒng)部署發(fā)布后，通過簡單的操作方法培訓(xùn)，采氣方案設(shè)計人員就能迅速運用到準噶爾盆地各氣藏產(chǎn)能建設(shè)井及探井評價井方案設(shè)計中，極大的簡化方案設(shè)計流程，規(guī)范了設(shè)計中各類計算方法，操作更加簡便快捷，提高了方案設(shè)計效率。部分業(yè)務(wù)功能如油管強度校核、管道流動參數(shù)計算等模塊在試油分析設(shè)計中也得到了成功應(yīng)用。

5 結(jié)論及認識

1)本文提出的基于SpringBoot+Vue框架設(shè)計及實現(xiàn)為采氣方案設(shè)計提供了一套切實可行的系統(tǒng)及模式，為油氣田開發(fā)領(lǐng)域新信息技術(shù)應(yīng)用提供了更大的發(fā)展領(lǐng)域，后期系統(tǒng)可以擴展到采油方案設(shè)計及儲層改造設(shè)計等領(lǐng)域。

2)前端采用Vue+ElementUI+Echarts的各業(yè)務(wù)單頁面應(yīng)用為用戶界面交互及數(shù)據(jù)通信提供了快捷的解決手段，使得在Web上也能簡便、高效做出專業(yè)應(yīng)用軟件的功能及效果。

3)后端對微服務(wù)模塊的統(tǒng)一封裝及劃分能將業(yè)務(wù)處理計算統(tǒng)一化、標準化，并具有較強的可復(fù)用性及擴展性，并有利于后期項目的升級開發(fā)及維護。