基于眾包的鉆井不確定數據信息管理系統的研究

王 凡 方 明

(西安石油大學計算機學院 陜西 西安 710065)

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基于眾包的鉆井不確定數據信息管理系統的研究

王 凡 方 明

(西安石油大學計算機學院 陜西 西安 710065)

石油鉆井工程中，由于客觀和人為因素導致鉆井工程數據中存在著不確定性，且關系型數據庫傳統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。提出采用網絡眾包的理論和方法，結合傳統數據庫查詢方式和眾包方式，研究構建基于眾包的鉆井不確定數據信息管理系統，設計給出相關系統的總體結構和眾包模式，有效擴展以往管理信息系統的數據處理能力，為在不確定環境下鉆井決策分析提供有力支持。

鉆井工程 眾包 不確定數據 管理信息系統

0 引 言

油氣鉆井工程中存在大量的數據信息，由于鉆井工程對象的油氣藏結構復雜、深埋地下，存在著難于獲取、信息不完整、與實際存在偏差等問題。使鉆井工程數據存在著不確定性，給鉆井工程數據管理和決策分析帶來難題，影響了鉆井作業的效益和成敗[1]。以往主要是通過查詢借鑒其他鉆井企業相應數據信息來彌補和完善相關不確定的數據信息，但由于缺乏統一的信息標準和開發規范，各石油鉆井企業往往根據自身需求，分別設計、開發和采用相關的信息管理系統，導致不同企業鉆井數據信息存在著不一致性。若采用關系型數據庫傳統的查詢處理方式，會造成無法匹配或返回一個錯誤的應答。本文采用網絡眾包的理論和方法，將傳統方式和眾包方式相結合，提出一種基于眾包的油氣鉆井不確定數據信息處理方法，設計構建相關系統的總體結構和眾包模式，以有效擴展以往系統的不確定信息處理能力。

1 基于眾包的鉆井不確定數據信息管理系統的體系結構

在石油鉆井工程管理和決策過程中，需要能有效地對鉆井數據信息進行查詢、管理和利用。然而，由于客觀及人為等因素，鉆井工程數據中存在著缺失、不完整、不一致和人為差錯等不確定性，且傳統關系型數據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，需要在傳統數據信息處理方式的基礎上，引入人力資源，借助人的判斷來處理相關的不確定信息。眾包是由Howe于2006年首次正式提出[ 2]，它是指一個公司或機構把過去由員工或者承包商執行的工作任務，以自由自愿的形式，外包給非特定的大眾網絡或虛擬社區的作法，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據信息管理系統DUDMSC(Drilling Uncertainty Data Management System based on Crowdsourcing)將傳統數據信息處理方式和眾包方式相結合，在對鉆井數據信息進行查詢、管理和利用過程中，當傳統數據信息處理方式無效時，系統采用眾包模式，將相關信息處理事務通過眾包平臺發布，借助網絡人力資源對不確定的數據信息進行處理。為此，設計構建基于眾包的鉆井不確定數據信息管理系統的體系結構如圖1所示。系統由客戶端和服務器端組成，服務器端由管理控制層、計算機處理層和眾包處理層組成。客戶端主要支持本地鉆井企業常規確定性數據信息的查詢、管理和利用，對不確定數據信息由客戶端提交服務器端，服務器端的管理控制層通過語言處理平臺讀取數據字典，檢查是否存在該關系及相應的字段，該用戶能否讀取它們等，若存在所查詢字段，則由數據處理管理平臺提交計算機處理層進行傳統方式的查詢，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據信息管理系統體系結構圖

在眾包處理層中，眾包管理平臺是實現眾包過程的核心，負責眾包系統的發包、接包、評價、質量控制、眾包數據庫(元數據、中間數據庫)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；人機用戶接口平臺包含用戶界面設計、表格編輯器、UI模板管理器,負責創建、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務。在管理控制層中，數據處理管理平臺主要是對不確定數據信息處理業務的分配、調度和反饋等；類SQL語言處理平臺包含解析器和優化器，主要負責對數據庫語言進行語法分析、語義檢查、完整性檢查、查詢優化等。

2 DUDMSC系統眾包管理平臺的總體結構

DUDMSC系統總體結構中的眾包管理平臺是支撐基于眾包的鉆井不確定數據信息管理的關鍵。眾包系統一般由發包方、眾包引擎和接包方三部分組成[3]，DUDMSC系統眾包管理平臺設計由數據處理任務管理器、眾包引擎和眾包數據處理執行器三部分組成。在該平臺中，為改變以往人員參與和數據使用的被動性，擬采用多Agent技術，將平臺各組成部分構造成Agent，以多Agent協作組織和工作方式實現相應的眾包數據處理模式。智能體(Agent)是一個具有感知能力、問題求解能力和與外界進行通信能力的一個實體，作為具有自主特性的一種抽象實體，它能作用于自身和環境，并能對環境作出反應[4]。該平臺的體系結構如圖2所示。

圖2 DUDMSC系統眾包管理平臺總體結構圖

數據處理任務管理器是支持鉆井作業方(發包方)對需要完成的不確定數據處理任務進行發布、處理結論的評價和質量控制等。通過發包方任務描述Agent對任務進行形式化的描述，任務發布Agent將任務和接包方信息發布到眾包引擎中的黑板、白板系統中，接包方管理Agent則對所確定的接包方進行管理。結論評價Agent和質量控制Agent對接包方提供的結果進行審核評估，并進行相應的眾包決策質量評價與控制。

眾包引擎是該平臺的核心。通過Agent黑板、白板系統獲取發包方對數據處理任務、預期結果、期限、質量參數和獎勵政策等的形式化描述，由任務分解Agent將復雜任務分解為多個子任務，并由子任務發布Agent通過黑板、白板系統在網上發布，再由接包方選擇Agent支持接包方主動參與任務的外包服務。由結果接收Agent接收各接包方子任務結果，結果評價Agent對完成結果進行評價，結果綜合Agent對各子任務完成結果進行綜合集成。通過對各接包方結果的評價和集成，將結果存儲到眾包數據庫中，并通過Agent黑板、白板系統反饋給發包方，同時構建相應的元數據文件，以支持對語法、語義不一致數據信息的處理。交互管理Agent則支持所確定的接包方之間相互交互溝通聯系和知識經驗的借鑒共享。

眾包數據處理執行器是支持接包方人員自主參與眾包數據處理工作，完成相應的子任務外包服務。通過接包方感知Agent主動發現發包方各子任務，由任務投標Agent以接包方知識能力、興趣偏好等構造其投標策略，結果生成Agent形成接包方子任務處理結果，并由結果提交Agent提交到眾包引擎中的黑板、白板中。在整個接包方任務執行過程中，接包方人員通過用戶接口Agent的實例化用戶界面與系統進行人機對話。

3 DUDMSC系統眾包SQL語言的設計

在DUDMSC系統中，為明確對數據庫進行眾包操作，在傳統SQL語言基礎上，參考有關方法進行了擴展[5-7]，設計了類SQL 語句的眾包SQL語句(C_SQL)，C_SQL的語法結構與SQL基本相同。根據鉆井工程不確定數據處理的需要，在DUDMSC系統中，設定兩種需要眾包的情形。一種是對鉆井數據信息表中某些字段數據不確定的眾包，另一種是對鉆井某個數據信息表的內容整體眾包。

當需要對鉆井數據信息表中某些字段數據進行眾包時，如石油鉆井物料種類和規格型號繁多，且與井深、地質結構等密切相關，不易選擇，產生不確定信息。對此，在定義相關鉆井物料數據庫表時，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。在系統運行過程中，通過系統語言處理平臺解析，就可對crowd類型字段采用眾包方式獲得相關數據信息。

1.2.3 統計學分析。采用SPSS 17.0軟件進行統計分析，服從正態分布的計量資料，以（x-±s）表示進行描述，采用兩獨立樣本t檢驗分析組間差異，P＜0.05為差異有統計學意義。

例1：石油鉆井物料數據庫表規格型號眾包的定義

Create table Drilling_ Material

{

Material_Id int primary key,

Material_Name varchar(50),

Material_Type crowd varchar(20),

Material_Price varchar(20),

……

}；

當需要對鉆井某個數據信息表的內容整體眾包時，如石油鉆具組合設計隨著鉆井勘探的深入、鉆井作業面的偏遠荒蕪和地質條件的復雜等，其所面臨的環境越來越困難，鉆具組合設計所涉及到的因素和限制條件較多，為提高設計的效率、可靠性和適應性，需要利用分布在不同地區的眾多設計人員的知識、經驗進行眾包設計[8-9]。對此，在定義相關鉆具組合數據庫表時，通過引入crowd關鍵字，將需要眾包的數據庫表定義為crowd類型，見例2。在系統運行過程中，通過系統語言處理平臺解析，就可對crowd類型數據庫表采用眾包方式獲得相關數據信息。

例2：石油鉆井鉆具組合數據庫表眾包的定義。

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語言中擴展了SQL語言中的NULL為CNULL，其含義與NULL相同。

4 結 語

基于眾包的鉆井不確定數據信息管理系統采用眾包方式，利用的是豐富的外部人力資源和智慧，實現了對鉆井不確定數據信息的處理，解決了由于信息不完整、不一致所導致的傳統信息系統對于某些查詢操作返回錯誤應答的問題，使傳統管理信息系統從單一、非開放式、內部小閉環的系統，轉變為多元、更開放、跨部門的系統，進一步拓展了以往管理信息系統的數據處理能力，為在不確定環境下鉆井決策分析提供了有力的支持。

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

[2] Howe J.The rise of crowdsourcing[J].Wired Magazing,2006,14(6):176-183.

[3] 馮劍紅,李國良,馮建華.眾包技術研究綜述[J].計算機學報,2014,37(106):1-16.

[4] 劉海燕.多agent系統的研究[J].計算機科學,1995,22(2):57-61.

[5] Franklin M J,Kossmann D,Kraska T,et al.CrowdDB:answering queries with crowdsourcing[C]//ACM SIGMOD International Conference on Management of Data.ACM,2011:61-72.

[6] Feng A,Franklin M J,Kossmann D,et al.CrowdDB:Query Processing with the VLDB Crowd[J].Proceeding of the VLDB Endowment,2011,12(4):1387-1390.

[7] Trushkowsky B,Kraska T,Franklin M J.A Framework for Adaptive Crowd Query Processing[C]//AAAI,2013.

[8] 方明,李潤洲,王魁生.石油鉆井物料清單的構造方法與系統實現[J].計算機工程與設計,2010,31(8):1844-1847.

[9] 李潤洲,方明,張留美.石油鉆井物料清單結構設計及一致性維護研究[J].軟件導刊,2014,13(12):36-38.

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，主研領域：管理信息系統，計算機網絡。方明，教授。

TP3

A

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