三維ＧＩＳ在油田企業(yè)的發(fā)展展望

楊　紅　劉　文

摘要 針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)的發(fā)展和三維GIS強(qiáng)大的功能,結(jié)合油田企業(yè)生產(chǎn)、管理需求的特點(diǎn),闡述GIS的發(fā)展過(guò)程,以及在油田企業(yè)中的用途,并展望三維GIS在油田企業(yè)生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 三維GIS;油田企業(yè);發(fā)展

中圖分類號(hào):P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-489X(2009)21-0099-02

Review for Development of Three-dimensional GIS in Oi1 Field Business//Yang Hong, Liu Wen

Abstract Associated with the development of computer and GIS technology and the powerful function of three-dimensional GIS, the development course and function of GIS in oi1 field business was introduced. Combining with the characteristics of oi1 field production, managerial requirement, development of three-dimensional GIS in oi1 field business was reviewed.

Key words three-dimensional GIS; oi1 field business; development

Authors address

1 Information Center of Henan Oi1 Field filiale, Nanyang, Henan, 473132, China

2 Communication Corporation of Henan Oi1 Field, Nanyang, Henan, 473132, China

1 GIS概述

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information Systems,簡(jiǎn)稱GIS)是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù),是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的管理和研究空間數(shù)據(jù)的新興技術(shù)系統(tǒng)[1]。GIS是圖形處理技術(shù)、可視技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,與其他一般的信息系統(tǒng)相比,GIS具有空間特性。GIS在分析和處理問(wèn)題中都使用空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)將兩者聯(lián)系在一起共同管理、分析和應(yīng)用,從而提供一種基于地理對(duì)象的新思維方法。

經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展,二維GIS技術(shù)在業(yè)務(wù)管理和工作效率提升上的優(yōu)越性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可,并在國(guó)內(nèi)數(shù)十個(gè)行業(yè)成功應(yīng)用[1-2]。而三維GIS系統(tǒng)也屬于GIS系統(tǒng)的范疇,三維GIS與傳統(tǒng)二維GIS相比又有新的特點(diǎn),可以幫助用戶更好地?cái)U(kuò)展原有二維GIS系統(tǒng)的功能,從而為業(yè)務(wù)管理帶來(lái)更多的提升。例如,國(guó)外Google Earth軟件就充分體現(xiàn)了三維GIS強(qiáng)大的可視化功能,可以觀察到城郊擴(kuò)建、冰蓋消融以及海岸侵蝕等變遷,可以將地形地貌形象準(zhǔn)確地展現(xiàn);靈活的操作體驗(yàn),可以改變觀察視角,調(diào)整觀察地物的距離和角度,進(jìn)行模擬行車和模擬飛行等,猶如身臨其境;豐富的量算和分析功能,可以進(jìn)行更加逼真的量算,包括空間距離量算(斜距)、投影距離量算(平距)、表面積量算、投影面積量算、體積量算以及通視分析、剖面分析、淹沒(méi)分析和填挖方分析等[1]。這些新的特點(diǎn),多數(shù)是以前二維GIS無(wú)法比擬的,因此擁有更實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

在許多地學(xué)研究中[2],人們所要研究的對(duì)象是充滿整個(gè)三維空間的,如大氣污染、洋流、地質(zhì)模型等,必須用一個(gè)(X,Y,Z)的三維坐標(biāo)來(lái)描述。在三維GIS中,研究對(duì)象是通過(guò)空間X、Y、Z軸進(jìn)行定義,描述的是真三維的對(duì)象。三維GIS對(duì)客觀世界的表達(dá)能給人以更真實(shí)的感受,它以立體造型技術(shù)給用戶展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象,不僅能夠表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系,而且能描述和表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系。計(jì)算機(jī)技術(shù)和GIS在許多行業(yè)諸如地質(zhì)、礦山、海洋、地下管網(wǎng)、空間規(guī)劃、無(wú)線通信覆蓋范圍分析等需求日益迫切。

2 三維GIS在油田企業(yè)中的用途

近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)的飛速發(fā)展和油田企業(yè)關(guān)于建設(shè)數(shù)字油田的提出,油田的勘探開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)決策在概念上有了新的飛躍。通過(guò)建立以三維GIS為基礎(chǔ),結(jié)合管理、生產(chǎn)等系統(tǒng),以信息的數(shù)字化、直觀化、可視化為出發(fā)點(diǎn),來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控和管理決策,可以將復(fù)雜生產(chǎn)、施工過(guò)程用動(dòng)畫圖像形象地描繪出來(lái),為全面、準(zhǔn)確、快速地分析掌握油田建設(shè)、生產(chǎn)全過(guò)程提供有力的分析工具,實(shí)現(xiàn)信息的高效應(yīng)用與科學(xué)管理,以及設(shè)計(jì)成果的可視化表達(dá),進(jìn)而為決策與設(shè)計(jì)人員提供直觀形象的信息支持。這給施工組織設(shè)計(jì)與決策提供一個(gè)科學(xué)簡(jiǎn)便、形象直觀的可視化分析手段,為各級(jí)管理人員提供一套簡(jiǎn)單、迅速、方便的生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng),已成為現(xiàn)代油田企業(yè)提高管理水平和工作效率的有效手段。有助于推動(dòng)油田企業(yè)工作的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展[3]。

2.1 高效信息資源管理在油田生產(chǎn)建設(shè)的過(guò)程中要充分考慮到油區(qū)的道路、電力線路、輸油管線、輸氣管線、站場(chǎng)信息及其所處位置地形、地貌及相關(guān)地質(zhì)等特點(diǎn),結(jié)合油田的生產(chǎn)、管理進(jìn)行系統(tǒng)的分析后做出最優(yōu)方案。為使決策者能更好地對(duì)整個(gè)油田的全貌有清晰的了解,將數(shù)字化的地形圖、地質(zhì)圖以及生產(chǎn)要素的一些技術(shù)參數(shù)錄入地理空間數(shù)據(jù)庫(kù),形成三維場(chǎng)景,可以直觀清晰地了解地面、地下的特點(diǎn)并進(jìn)行分析,對(duì)油田企業(yè)的生產(chǎn)、建設(shè)提出合理化的意見(jiàn)。

在三維GIS系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)油區(qū)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加和融合,形成三維場(chǎng)景,同時(shí)實(shí)時(shí)地進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)、漫游、放縮、移動(dòng)。如圖1所示,通過(guò)移動(dòng)鼠標(biāo)方向控制飛行方向,通過(guò)鼠標(biāo)左右鍵控制前進(jìn)、后退速度,點(diǎn)擊鼠標(biāo)滾輪可使飛行停止,從而實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境下的漫游瀏覽、路線飛行等。在窗口中可以顯示油區(qū)的全貌,更有利于對(duì)油區(qū)的整體把握,可以比較系統(tǒng)地考慮問(wèn)題,可對(duì)局部進(jìn)行細(xì)致入微的了解[4]。

2.2 提供輔助決策采用三維GIS的重要目的是輔助決策,利用三維GIS的核心功能——空間分析功能,為各類用戶提供管理和生產(chǎn)上的輔助決策[5]。例如利用三維GIS空間分析功能,求得每個(gè)網(wǎng)格單元的各地層、巖體、脈體的面積及相應(yīng)的面積百分?jǐn)?shù),各斷裂的長(zhǎng)度、方向等眾多的屬性數(shù)值。在此基礎(chǔ)上,用具有特定意義數(shù)學(xué)模型計(jì)算出3個(gè)綜合屬性值,分別為相對(duì)熵、斷裂的優(yōu)益度和中心對(duì)稱度。用相對(duì)熵來(lái)考查圍巖蝕變組合特征與礦化的關(guān)系;在以構(gòu)造為主要控礦因素的內(nèi)生礦產(chǎn)中,用斷裂的優(yōu)益度來(lái)評(píng)價(jià)每個(gè)網(wǎng)格單元是否有利儲(chǔ)礦,為管理者判斷生產(chǎn)績(jī)效和進(jìn)行決策提供有力的手段。

2.3 綜合分析評(píng)價(jià)、模擬預(yù)測(cè)三維 GIS不僅可以對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)和提取,而且還是現(xiàn)實(shí)世界模型,可以將對(duì)現(xiàn)實(shí)世界各個(gè)側(cè)面的思維評(píng)價(jià)結(jié)果作用其上,得到綜合分析評(píng)價(jià)結(jié)果;也可以將自然過(guò)程、決策和傾向的發(fā)展結(jié)果以命令、函數(shù)和分析模擬程序作用到這些數(shù)據(jù)上,模擬這些過(guò)程的發(fā)生發(fā)展,對(duì)未來(lái)的結(jié)果作出定量的趨勢(shì)預(yù)測(cè),從而預(yù)知自然過(guò)程的結(jié)果,對(duì)比不同決策方案的效果以及特殊傾向可能產(chǎn)生的后果,以作出最優(yōu)決策,避免和預(yù)防不良后果的發(fā)生[6]。例如在管線的分析方面,三維GIS提供便捷的功能。在圖2的三維場(chǎng)景環(huán)境中,可以直觀分析出輸氣管線爆管所波及的范圍,管理者能及時(shí)做出處理,將危險(xiǎn)和損失降到最低。

2.4 制作地圖三維GIS是在計(jì)算機(jī)輔助制圖基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門技術(shù),是地圖制作的重要工具。采用三維GIS可以制作符號(hào),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種渲染,高效、高性能、高度自動(dòng)化是三維GIS制圖的重要特點(diǎn)[7]。如對(duì)各級(jí)生產(chǎn)單元和組織制作地理圖形,標(biāo)注他們的地理位置和地理屬性。

2.5 提供與獲得空間位置相關(guān)的服務(wù)1)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用,即人應(yīng)用三維GIS對(duì)地球表層人文經(jīng)濟(jì)、自然資源、環(huán)境、地面管線、地下管線等多種信息進(jìn)行管理和分析,以掌握各區(qū)域的自然環(huán)境和生產(chǎn)要素的空間分布、空間結(jié)構(gòu)、空間聯(lián)系。2)在三維場(chǎng)景中做出直觀的分析,再結(jié)合地形和DEM數(shù)據(jù)在任何地點(diǎn)切出管道的縱橫斷面圖。這比傳統(tǒng)的二維電子圖更為直觀,便于進(jìn)行分析,為下一步工作提供數(shù)據(jù)。若附加其他的地下管、線信息,可以進(jìn)行開(kāi)挖分析,給分析者提供更加直觀的圖像顯示。還可以通過(guò)屬性查詢了解管線的橫截面、長(zhǎng)度、材質(zhì)、建成時(shí)間,以及維護(hù)周期和使用年限。3)在未建成和待建區(qū),也可以附加屬性,進(jìn)行查詢。系統(tǒng)可隨時(shí)入庫(kù)更新,以便于管理者即時(shí)精確管理。例如對(duì)地下管線的新建、維修,可以參考地理信息中管線的空間分布,來(lái)確定開(kāi)挖、維修的具體方案。4)為工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)施工和管理部門等提供地下管線及其他部門的查詢服務(wù)[4]。

3 油田企業(yè)三維GIS應(yīng)用典型案例

新疆油田三維GIS軟件平臺(tái)是中國(guó)石油行業(yè)的典型成功案例。新疆油田三維GIS平臺(tái)基于地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)、網(wǎng)絡(luò)(IT)、數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)等技術(shù),利用地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)字化技術(shù)處理,再現(xiàn)克拉瑪依油田、百口泉、夏子街、彩南及石西等17個(gè)油氣田地貌場(chǎng)景,并實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與三維系統(tǒng)的接入。三維GIS的應(yīng)用在6個(gè)方面發(fā)揮作用:一是掌握油田所有實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息,還能找到油田已經(jīng)勘探開(kāi)發(fā)的全部資源;二是實(shí)現(xiàn)部門業(yè)務(wù)網(wǎng)上辦公,打造成功的“電子機(jī)關(guān)”;三是實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)基地?cái)?shù)據(jù)共享、自動(dòng)采集,以便實(shí)時(shí)決策;四是減少科研人員收集整理資料的時(shí)間;五是提供全方位的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息;六是實(shí)現(xiàn)油田的可視化管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

GIS涉及多學(xué)科的相互滲透、相互支撐,其目的就是為各個(gè)領(lǐng)域信息資源的整合提供一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái),促進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展,直面今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,直面三維GIS充滿生機(jī)與活力的前景。可以預(yù)見(jiàn),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,信息高速公路的建成,一個(gè)以地理信息系統(tǒng)為平臺(tái),以信息高速公路為紐帶的“數(shù)字油田”,必將為油田企業(yè)信息交流與共享提供一種全新的方式。

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