淺談地理信息系統在油田電網管理中的應用

石琳琳 李尚錕 郁潔 嚴兵 宗金金

[摘? ? 要] 近年來，隨著經濟的發展，紅車拐油田日益增長的用電需求與薄弱的電網架之間的矛盾已十分突出。為了將電能損失降到最小，單憑操作人員的經驗管理電網顯然是不科學的，這已不能適應現代化管理的要求，迫切需要完善電網數據采集系統和發展智能管理軟件，協助操作人員甚至代替操作人員更及時、更科學地做出最佳調度決策。確保電網在安全運行基礎上運行費用最小，最大限度地挖掘電網的潛力。

[關鍵詞] 地理信息;GIS;油田電網

0? ? ? 引? ? 言

隨著電力發展的需求，電網的信息化管理已經成為油田企業十分緊迫的任務，新疆油田分公司采油一廠意識到電網的潛在風險，并努力地致力于電網的改造工程，利用高技術、性能好的設備從事電網的改造。地理信息系統的推廣應用給我們帶來了全新的技術方法和觀念，采油一廠抓住機遇，運用地理信息系統技術，開發和完善適用于油田生產管理的電網管理系統，用來管理、分析大量的電力應用及勘探開發圖形信息，為油田的生產及開發提供科學的決策依據。

1? ? ? 地理信息系統國內應用現狀

（1）地理信息系統在油田電網應用中的重要性及緊迫性

經過多年的建設發展，新疆油田采油一廠在電力信息化方面已頗具規模，各種數據信息已經以海量計，傳統的地理信息系統分析方法已經不能適應當前的生產管理的要求。地理信息系統的推廣應用帶來了全新的技術方法和觀念，運用地理信息系統技術，開發和完善適用于油田電網管理的GIS系統，用來分析并管理大量的空間圖形信息，為油田的生產運行提供科學的決策依據。

（2）油田企業地理信息系統的特點

油田電網地理信息系統的特點，主要表現在應用領域廣闊，覆蓋面積大，相關專業多，且多有專業交叉。各種靜態數據、動態數據之間還存在著錯綜復雜的邏輯關系，其復雜性、專業性是其他專業的地理信息系統所不能比擬的。

2? ? ? 地理信息系統需求分析

新疆油田作業環境復雜多變，油區配電網錯綜復雜，涉及區域多，配套設施多樣化，檢維修難度非常大，調控管理難度大，迫切需要借助地理信息系統管理的思路和理念，建設電網GIS管理系統，以改善和提升油田電網業務管理水平。電網GIS管理系統的建設，屬于“智能地面工程”業務領域，既符合新疆油田公司智能油田建設總體規劃，也保持了和當前油田信息化發展相一致的方向。

3? ? ? 地理信息系統解決方案

（1）系統結構設計

系統運行在油田內部局域網環境中，采用 B/S模式軟件架構，該模式具有服務器運行數據負荷小、數據存儲速度快、數據安全性好等特點。系統基本結構可以抽象為 3個層次：數據層、功能層和應用層，系統開發中，選用 Visual2019作為開發平臺，以ArcGIS10.2作為開發組件。后臺數據庫采用 Oracle11g。在 Oracle11g中分別建立空間數據庫和屬性數據庫。空間數據庫中只存儲空間數據的基本信息，通過空間數據引擎 ArcSDE進行管理。

（2）系統功能設計

采油一廠地理信息系統的業務流程較為復雜，根據用戶需求，為了很好地對其進行描述，在上述系統結構分析的基礎之上，將整個業務流程按功能模塊進行詳細描述，包括系統管理、GIS地圖操作和深化應用三大模塊。

系統管理：采用了模塊化、權限化的設計思想，保證了不同用戶的不同需求，進而使系統的安全運行在操作上得以保障。

GIS地圖操作：實現包括對電力系統的設備進行選擇操作、測量操作、定位操作、漫游操作、查詢操作、鷹眼、地圖輸出和地圖自動遠程連接等多項功能。

深化應用：對接A2產能數據，在地圖上實時展示產能變化，并關聯電力管理數據，自動分析斷電情況下電網的拓撲結構模型，產量影響情況等。

4? ? ? 采油一廠電網GIS管理系統的特點

（1）基于ArcGIS的平臺

ArcGIS是美國 ESRI公司為不同需求層次用戶提供的 GIS產品線和解決方案，代表了當前 GIS行業最高的技術水平。ArcGIS Engine是一套完備的嵌入式 GIS組件庫和工具庫，支持所有主流操作系統，如 Windows、Linux和 UNIX。利用組件庫，結合 Visual Basic、Visual C++、c#、Java等語言開發相應的程序開發平臺，可以在應用程序中實現對地圖的操作、編輯與分析。與傳統的底層開發及應用軟件的二次開發相比，具有開發成本低、開發效率高、更具專業性和靈活性等優點。

（2）建立了統一的標準的數據庫

系統創建初期項目組研究并參考了《油田地面建設規劃設計規范》《地面工程數據庫邏輯結構》《地面工程部分圖元圖式》《電網監控與數據采集系統通用技術規范》《石油工業數據庫設計規范》等多種設計及開發規范，建立完整規范的數據庫結構，保障空間、屬性數據的正常采集、整理、入庫和維護。

（3）基于SOA的系統接口規劃及開發

具有中立的接口定義的特征稱為服務之間的松耦合。松耦合系統的好處有兩點，一點是它的靈活性，另一點是，當組成整個應用程序的每個服務的內部結構和實現逐漸地發生改變時，它能夠繼續存在。我們稱能夠靈活地適應環境變化的業務為按需（On demand）業務，在按需業務中，一旦需要，就可以對完成或執行任務的方式進行必要的更改。

5? ? ? 系統關鍵技術

（1）Web GIS技術（如圖1所示）

Web GIS是利用Web技術來擴展和完善地理信息系統的一項技術。它是基于網絡的客戶機/服務器系統;利用因特網或企業網進行客戶端和服務器之間的信息交換;它是一個分布式系統，用戶和服務器可以分布在不同的地點和不同的計算機平臺上。Web GIS主要作用是進行空間數據發布、空間查詢與檢索、空間模型服務、Web資源的組織等。

（2）空間數據庫技術（如圖2所示）

空間數據庫主要是存儲的數據由簡單的文本、數字、日期等擴展到對空間實體的位置、形狀、大小及其分布特征等方面信息進行存儲的數據庫，具備空間信息的存貯、管理、檢索和空間計算等空間功能。主要的空間數據庫引擎有Oracle Spatial、Arc SDE等。

（3）Geoprocessing Service

Geoprocessing Service（地理處理服務），簡稱GP服務。地理處理服務提供對地理空間數據進行操作的服務和增值服務。給定一個或多個輸入，地理處理服務在這些數據上執行增值處理并產生輸出。ArcGIS Geoprocessing提供了大量地理處理和分析工具，可根據需要對這些工具進行組合構造自己的GIS分析模型，然后發布成GP服務，以方便各種Web客戶端調用。

（4）基于移動通信網絡的GPS定位技術

在移動通信網絡中，通常有以下幾種定位技術：一是基于Cell ID的定位技術，它由網絡側獲取用戶當前所在的基站Cell信息獲取用戶當前位置，其精度取決于移動基站的分布及覆蓋范圍的大小;二是基于AFLT的定位技術，AFLT（Advanced Forward Link Trilateration）是CDMA獨有的技術，在定位操作時，手機/終端同時監聽多個基站的導頻信息，利用碼片時延來確定到附近基站的距離，最后用三角定位法算出具體位置;三是基于AGPS（無線網絡輔助GPS定位技術）的定位技術，AGPS將終端的工作簡化，由網絡側的定位服務器與終端相互配合完成定位工作，就是將衛星掃描及定位運算等最為繁重的工作從終端一側轉移到網絡一側的定位服務器完成。

（5）金字塔瓦片分層技術

金字塔瓦片分層技術是一種編碼技術，使用它可以快速通過編碼計算出數據的位置，通過一種四分的方案實現對數據不同層次細節地再組織，比較適用于空間二維、三維的數據組織。在空間數字平臺的影像和DRG的存儲中都是將數據先進行空間索引，然后入庫，當客戶端要求數據時，它完全可以根據當前的空間位置計算要加載的數據編碼，然后從服務器請求相應的數據，實現對海量數據的快速瀏覽、查詢、加載。

（6）空間數據模型技術

本項目采用Oracle Spatial空間數據庫引擎來實現空間數據的存儲與管理。Oracle Spatial是Oracle數據庫強大的核心特性，包含了用于存儲矢量數據類型、柵格數據類型和持續拓撲數據的原生數據類型。空間數據模型存儲的不是單一性質的數據，而是涵蓋了幾乎所有與地理相關的數據類型，這些數據類型主要可以分為3類：

①屬性數據：與通用數據庫基本一致，主要用來描述各種屬性，一般包括數字、文本、日期類型。

②圖形圖像數據：與通用數據庫不同，空間數據庫系統中大量的數據借助于圖形圖像來描述，如圖3所示。

6? ? ? 結? ? 語

隨著智能油田作為油田新開發模式的興起，油田智能化和物聯化應用水平得到進一步提升。通過智能化手段優化、提升油田的管理和決策水平，已成為國內外石油公司科技、信息化發展的重點戰略，代表了石油行業未來發展的趨勢。

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