基于 Google Earth和 Geoserver的三維油田地理信息系統

朱 升,徐 震

(南京大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 210093)

基于 Google Earth和 Geoserver的三維油田地理信息系統

朱 升,徐 震

(南京大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 210093)

油田除了二維信息外,還包含有大量對于決策至關重要的三維信息,如多管流程中管線的具體空間位置,油井的具體鉆井數據,地層三維數據等。如何對這些數據進行有效的組織管理,是油田的迫切需求。提出了一種基于 Geoserver和 Google Earth的多維油田地理信息系統的實現方法。

油田地理信息系統;Geoserver;Google Earth

0 引 言

目前,針對油田這種類型的中小型開源WebGIS應用,主要采用的是Mapguide,Mapserver和 Geoserver這三大開源的 WebGIS軟件,其應用主要是處理二維空間數據和矢量數據。這些應用方面前人都做了很多工作,取得了很多經驗和成果。上述 GIS系統都可以較好地處理二維空間信息和矢量屬性數據,但是,油田除了二維信息外,還包含有大量對于決策至關重要的三維信息,如多管流程中管線的具體空間位置,油井的具體鉆井數據,地層三維數據等。以往,三維數據的瀏覽和展示只能借助于專業的單機軟件,很難和二維信息一起直觀地展示給用戶。如果能夠將二維信息和三維數據整合在一起,將為油田的高層決策和日常管理提供極大的方便。考慮到油田中小型應用的實際需求和預算,可以采用 Google Earth+Geoserver+PostGIS架構來建立油田三維信息展示系統,以便更好地方便油田的日常管理和決策。

1 主要技術簡介

1.1 Geoserver和KML

Google Earth是一款 Google公司開發的虛擬地球儀軟件,它把衛星影像、航空照片和地理信息布置在一個地球的三維模型上。Google Earth支持添加外部WMS服務,因此可以將二維 GIS數據通過這種方式發布到 Google Earth中去。

K ML,是 Keyhole標記語言 (Keyhole Markup Language)的縮寫,是一種采用 XML語法與格式的語言,用于描述和保存地理信息 (如點、線、圖像、多邊形和模型等),可以被 Google Earth和 Google Maps識別并顯示。K ML中的幾何對象都包含 3個屬性 ：longitude、latitude、altitude,利用基本的幾何圖形 (如點、線、面),加上高程數據,可以構建一些簡單的三維圖形。如果需要構建復雜的三維模型,可以借助三維建模工具 Google Sketchup,然后將得到的三維模型轉成 kmz格式即可,這樣就可以直接在Google Earth中調用這些三維模型了。

1.2 Geoserver

Geoserver是 OpenGISWeb服務器規范的 J2EE實現,利用 Geoserver可以方便地發布地圖數據,允許用戶對特征數據進行更新、刪除、插入操作,通過Geoserver可以比較容易地在用戶之間迅速共享空間地理信息。

GeoServer主要特性包括：兼容 WMS和 WFS特性;支持 PostGIS、Shapefile/ArcSDE/Oracle/VPF/MySQL/Map Info;支持上百種投影;能夠將網絡地圖輸出為 jpeg/gif/png/SVG/K ML等圖像和圖形格式;能夠運行在任何基于 J2EE/Servlet容器之上;嵌入MapBuilder,支持 AJAX的地圖客戶端;除此之外還包括許多其他的特性。

Geoserver支持 K ML格式的發布,使其與 Google Earth的整合更加容易。

1.3 PostGIS

PostgreSQL是一種對象 -關系型數據庫管理系統(ORDBMS),也是目前功能最強大、特性最豐富和最復雜的開源數據庫系統。它起源于伯克利(BSD)的數據庫研究計劃,目前是最重要的開源數據庫產品開發項目之一,有著非常廣泛的用戶。PostGIS在對象 -關系型數據庫 PostgreSQL上增加了存儲管理空間數據的能力,相當于 Oracle的 spatial部分。PostGIS最大的特點是符合并且實現了OpenGIS的一些規范,是最著名的開源 GIS數據庫。

利用上面的技術,能夠將油田的二維信息和三維數據整合在一起,建立一個能夠實現多維信息展示的系統。

2 系統實現

綜合考慮油田需求和現有技術,選擇 C/S和B/S結合的架構來統一管理油田的數據,以便提高生產決策水平。下面具體分析架構。

多維油田地理信息系統采用 C/S和 B/S相結合的架構,以便最大限度地發揮 Google Earth在數據整合中的優勢。系統數據統一采用WGS 84經緯度投影。后臺服務采用 Geoserver,加載 PostGIS存儲的空間矢量數據和屬性數據。Google Earth雖然已經具備了強大的影像功能,但考慮到內網無法方便地獲取 Google Earth本身的影像資料和油田地區一般沒有近期的高精度影像覆蓋,用 Geowebcache處理高精度影像數據作為補充,油區數據采用QuickBird 0.6m高分辨率衛星影像,背景采用 Landsat ET M+經過影像融合后得到的 14.5m分辨率影像。三維文件經過 Sketchup制作后以 K ML的形式發布,由 Apache/Tomcat統一管理,并最終提交給Google Earth統一管理。Geoserver不僅可以以 K ML格式發布數據,還可以通過WMS發布,用 Open Layers統一管理 WMS服務,以實現傳統的二維 Web-GIS。具體架構如圖 1所示。

油田數據主要分為單井油管線等點線信息和油區背景影像信息。矢量信息由 PostGIS統一管理,影像數據 Geowebcache進行管理和分片加速處理,G e o s e r v e r作為一個上層 GIS服務器將這兩類數據整合成WMS服務和 K MZ文件對外發布。在網絡層,用 Apache作為網絡服務器,其中,利用 OpenLayers讀取 WMS圖層進行地圖配置,以 B/S的方式發布系統,方便油田各個部門的人可以直接利用Web瀏覽器直接使用油田地理信息系統的基本功能。同時,也可以自己在 Geoserver發布的 K MZ圖層基礎上,建立自己的三維模型存在 Apache中,之后一起發布到 Google Earth中,為油田決策層和相關部門提供高效的三維瀏覽支持。

在基于 K ML的開發中,Google Earth實際上就是作為一個 K ML文件的瀏覽器。選用 Google Earth作為前臺客戶端加載地圖服務,可以動態的添加WMS服務,可以與全球數據統一顯示,而且可以將K ML格式的三維模型無縫顯示出來,為領導的決策提供新的數據瀏覽手段,同時也增加了用戶體驗。

圖1 系統整體架構

3 關鍵技術和實現流程

3.1 三維實現

以一個多管流程為例,首先在 Google Earth中定位好目標區域,之后用 Sketchup在區域上空以放大的方式建立當前管線的多管流程內部結構圖。建立好之后,三維文件經過 Sketchup制作后由Apache/Tomcat統一管理。所有數據都以 K ML的形式發布,并以 K ML鏈接的形式整合數據源最終提交給 Google Earth統一管理。通過網頁提供具體管線的模型鏈接,以方便查詢。

3.2 海量數據的顯示

雖然 Google Earth本身就是一個很好的三維影像發布平臺,但依舊需要建立自己的影像服務。因為,①Google Earth需要持續連接公共網才能獲得實時更新的數據,而油田一般都是采用局域網,不具備這個能力。②油田油區一般遠離城市,Google Earth上一般在這些區域沒有高精度影像覆蓋。因此,有必要建立自己的影像服務。

Geowebcache是一個采用 Java實現用于緩存WMS地圖切片的開源項目,可實現影像個性化服務(圖 2)。把目標區影像切好后存儲到服務器上,當地圖客戶端請求一張新地圖時,Geowebcache將攔截這些調用然后返回預先緩存過的地圖瓦片。如果找不到緩存再調用服務器上的瓦片,從而可以提高地圖展示的速度,減輕 Geoserver服務器的工作負荷,實現更好的用戶體驗。

圖2 影像服務示意圖

高精度影像數據數據量大,以江蘇油田試采一廠陳堡、瓦莊 2塊油區為例,需要 3景圖像才能完全覆蓋,經過 loadrunner測試并發負載,單機 10個并發,平均響應時間在 5s左右,完全可以滿足需要。如果再進行擴展,就開辟專門的影像服務來支持高并發服務。

3.3 OpenLayers加載 WMS服務

OpenLayers加載WMS服務代碼如下。

加載底圖：加載其余的疊加層：

通過map.addLayers([demolayer,wms,wms1,wms2,wms3])統一加載為資源服務。

Google Earth通過 K ML格式的鏈接來保存其余的油田 K ML資源鏈接,統一發布。

4 應用實例

利用此架構方法,構建了江蘇油田三維 GIS展示平臺和二維 GIS業務平臺。該平臺充分發揮了Google Earth在三維處理方面的優勢,將多種數據整合到一起,發布的結果美觀、大方、運行高效、架構簡單。油田管理者可以通過三維展示平臺,在三維空間中掌握油田地理信息的概況,更加方便了油田決策。一般工作人員則可以在二維平臺下,處理日常業務。目前,系統只是就三維 GIS的快速發布做了一個簡單的應用,至于如何在這個平臺上整合如地層,鉆井數據,將是下一步的主要工作方向。

5 結 語

介紹了利用 Googl Eearth和 Geoserver構建三維油田地理信息系統的實現過程。運用 Sketchup建模,最大程度簡化了復雜的模型數據,提高了瀏覽效果和瀏覽速度。本次建模實現的僅僅是簡單的三維場景。通過三維數據網絡發布平臺,將三維地理信息數據在局域網上進行發布,實現客戶端三維景觀瀏覽、相關查詢、GIS各種分析等操作,將是下一步的工作重點。

圖3 二維業務系統界面

圖4 利用 Google Earth三維效果展示

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Three-dimensional oilfield geographical information system based on Google Earth and Geoserver

ZHU Sheng,XU Zhen

(School of Earth Sciences and Engineering,NanjingUniversity,Nanjing 210093,China)

In addition to two-dimensional information,oilfield also contains a large numberof three-dimensional infor mation key to decision-making,such as the specific spatial location of the pipeline,specific data on oil drilling and 3D data of the strata.It is of urgent need for the oilfield to organize the datamanagement efficiently.The authorspresented amulti-d imensionaloilfield geographic information system based on Geoserver and Google Earth.The experiments showed that the system was feasible.

Oilfield geographical infor mation system;Geoserver;Google Earth

TP391.41

A

1674-3636(2010)04-0386-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.386

2010-07-12;編輯：侯鵬飛

朱升 (1985—),男,碩士研究生,主要從事地球探測與信息技術專業工作.