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摘要 针对当前计算机技术、GIS技术的发展和三维GIS强大的功能,结合油田企业生产、管理需求的特点,阐述GIS的发展过程,以及在油田企业中的用途,并展望三维GIS在油田企业生产建设领域应用的发展前景。
关键词 三维GIS;油田企业;发展
中图分类号:P208 文献标识码:B 文章编号: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
Author’s 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
地理信息系统(Geographic Information Systems,简称GIS)是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术,是一项以计算机为基础的管理和研究空间数据的新兴技术系统[1]。GIS是图形处理技术、可视技术及数据库等技术的有机结合,与其他一般的信息系统相比,GIS具有空间特性。GIS在分析和处理问题中都使用空间数据和属性数据,并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用,从而提供一种基于地理对象的新思维方法。
经过10多年的发展,二维GIS技术在业务管理和工作效率提升上的优越性已经得到广泛认可,并在国内数十个行业成功应用[1-2]。而三维GIS系统也属于GIS系统的范畴,三维GIS与传统二维GIS相比又有新的特点,可以帮助用户更好地扩展原有二维GIS系统的功能,从而为业务管理带来更多的提升。例如,国外Google Earth软件就充分体现了三维GIS强大的可视化功能,可以观察到城郊扩建、冰盖消融以及海岸侵蚀等变迁,可以将地形地貌形象准确地展现;灵活的操作体验,可以改变观察视角,调整观察地物的距离和角度,进行模拟行车和模拟飞行等,犹如身临其境;丰富的量算和分析功能,可以进行更加逼真的量算,包括空间距离量算(斜距)、投影距离量算(平距)、表面积量算、投影面积量算、体积量算以及通视分析、剖面分析、淹没分析和填挖方分析等[1]。这些新的特点,多数是以前二维GIS无法比拟的,因此拥有更实际的应用价值。
在许多地学研究中[2],人们所要研究的对象是充满整个三维空间的,如大气污染、洋流、地质模型等,必须用一个(X,Y,Z)的三维坐标来描述。在三维GIS中,研究对象是通过空间X、Y、Z轴进行定义,描述的是真三维的对象。三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受,它以立体造型技术给用户展现地理空间现象,不仅能够表达空间对象间的平面关系,而且能描述和表达它们之间的垂向关系。计算机技术和GIS在许多行业诸如地质、矿山、海洋、地下管网、空间规划、无线通信覆盖范围分析等需求日益迫切。
2 三维GIS在油田企业中的用途
近年来,随着计算机技术、GIS技术的飞速发展和油田企业关于建设数字油田的提出,油田的勘探开发和生产决策在概念上有了新的飞跃。通过建立以三维GIS为基础,结合管理、生产等系统,以信息的数字化、直观化、可视化为出发点,来进行生产监控和管理决策,可以将复杂生产、施工过程用动画图像形象地描绘出来,为全面、准确、快速地分析掌握油田建设、生产全过程提供有力的分析工具,实现信息的高效应用与科学管理,以及设计成果的可视化表达,进而为决策与设计人员提供直观形象的信息支持。这给施工组织设计与决策提供一个科学简便、形象直观的可视化分析手段,为各级管理人员提供一套简单、迅速、方便的生产监控管理系统,已成为现代油田企业提高管理水平和工作效率的有效手段。有助于推动油田企业工作的智能化、现代化发展[3]。
2.1 高效信息资源管理在油田生产建设的过程中要充分考虑到油区的道路、电力线路、输油管线、输气管线、站场信息及其所处位置地形、地貌及相关地质等特点,结合油田的生产、管理进行系统的分析后做出最优方案。为使决策者能更好地对整个油田的全貌有清晰的了解,将数字化的地形图、地质图以及生产要素的一些技术参数录入地理空间数据库,形成三维场景,可以直观清晰地了解地面、地下的特点并进行分析,对油田企业的生产、建设提出合理化的意见。
在三维GIS系统中通过对油区的卫星遥感数据和DEM数据进行叠加和融合,形成三维场景,同时实时地进行三维旋转、漫游、放缩、移动。如图1所示,通过移动鼠标方向控制飞行方向,通过鼠标左右键控制前进、后退速度,点击鼠标滚轮可使飞行停止,从而实现三维环境下的漫游浏览、路线飞行等。在窗口中可以显示油区的全貌,更有利于对油区的整体把握,可以比较系统地考虑问题,可对局部进行细致入微的了解[4]。
2.3 综合分析评价、模拟预测三维 GIS不仅可以对地理空间数据进行编码、存储和提取,而且还是现实世界模型,可以将对现实世界各个侧面的思维评价结果作用其上,得到综合分析评价结果;也可以将自然过程、决策和倾向的发展结果以命令、函数和分析模拟程序作用到这些数据上,模拟这些过程的发生发展,对未来的结果作出定量的趋势预测,从而预知自然过程的结果,对比不同决策方案的效果以及特殊倾向可能产生的后果,以作出最优决策,避免和预防不良后果的发生[6]。例如在管线的分析方面,三维GIS提供便捷的功能。在图2的三维场景环境中,可以直观分析出输气管线爆管所波及的范围,管理者能及时做出处理,将危险和损失降到最低。
2.4 制作地图三维GIS是在计算机辅助制图基础上发展起来的一门技术,是地图制作的重要工具。采用三维GIS可以制作符号,对数据进行各种渲染,高效、高性能、高度自动化是三维GIS制图的重要特点[7]。如对各级生产单元和组织制作地理图形,标注他们的地理位置和地理属性。
2.5 提供与获得空间位置相关的服务1)地理信息系统的应用,即人应用三维GIS对地球表层人文经济、自然资源、环境、地面管线、地下管线等多种信息进行管理和分析,以掌握各区域的自然环境和生产要素的空间分布、空间结构、空间联系。2)在三维场景中做出直观的分析,再结合地形和DEM数据在任何地点切出管道的纵横断面图。这比传统的二维电子图更为直观,便于进行分析,为下一步工作提供数据。若附加其他的地下管、线信息,可以进行开挖分析,给分析者提供更加直观的图像显示。还可以通过属性查询了解管线的横截面、长度、材质、建成时间,以及维护周期和使用年限。3)在未建成和待建区,也可以附加属性,进行查询。系统可随时入库更新,以便于管理者即时精确管理。例如对地下管线的新建、维修,可以参考地理信息中管线的空间分布,来确定开挖、维修的具体方案。4)为工程设计、生产施工和管理部门等提供地下管线及其他部门的查询服务[4]。
3 油田企业三维GIS应用典型案例
新疆油田三维GIS软件平台是中国石油行业的典型成功案例。新疆油田三维GIS平台基于地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、网络(IT)、数据库(DB)、虚拟现实(VR)等技术,利用地形数据和卫星遥感数据,通过数字化技术处理,再现克拉玛依油田、百口泉、夏子街、彩南及石西等17个油气田地貌场景,并实现业务系统与三维系统的接入。三维GIS的应用在6个方面发挥作用:一是掌握油田所有实时生产信息,还能找到油田已经勘探开发的全部资源;二是实现部门业务网上办公,打造成功的“电子机关”;三是实现井场基地数据共享、自动采集,以便实时决策;四是减少科研人员收集整理资料的时间;五是提供全方位的生产经营信息;六是实现油田的可视化管理。
4 结束语
GIS涉及多学科的相互渗透、相互支撑,其目的就是为各个领域信息资源的整合提供一个统一的平台,促进信息产业的建设与发展,直面今天的计算机技术的快速发展,直面三维GIS充满生机与活力的前景。可以预见,随着计算机技术的发展,信息高速公路的建成,一个以地理信息系统为平台,以信息高速公路为纽带的“数字油田”,必将为油田企业信息交流与共享提供一种全新的方式。
参考文献
[1][美]Longley P A.地理信息系统(上卷):原理与技术[M].第2版.北京:电子工业出版社,2004
[2]颜辉武,马晨燕,祝国瑞.地学信息体视化中三维交互技术的研究与实现[J].测绘学报,2005(1):64-70
[3]王磊,周云轩.三维GIS面向对象数据模型的研究与应用[J].测绘学报,2002(3):274-277
[4]郭薇,陈军.基于点集拓扑学的三维拓扑空间关系形式化描述[J].测绘学报,1997,26(2):122-127
[5]龚建华.地学可视化——理论、技术及其应用[R].北京:中科院地理所博士后研究工作报告,1997
[6]杨必胜,李清泉,梅宝燕.三维城市模型的可视化研究[J].测绘学报,2000,29(2):149-154
[7]肖乐斌,谢传节,李连发,王宏章.GIS中三维数据结构的分析与设计[J].地理研究,1998(增刊):131-139
关键词 三维GIS;油田企业;发展
中图分类号:P208 文献标识码:B 文章编号: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
Author’s 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
地理信息系统(Geographic Information Systems,简称GIS)是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术,是一项以计算机为基础的管理和研究空间数据的新兴技术系统[1]。GIS是图形处理技术、可视技术及数据库等技术的有机结合,与其他一般的信息系统相比,GIS具有空间特性。GIS在分析和处理问题中都使用空间数据和属性数据,并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用,从而提供一种基于地理对象的新思维方法。
经过10多年的发展,二维GIS技术在业务管理和工作效率提升上的优越性已经得到广泛认可,并在国内数十个行业成功应用[1-2]。而三维GIS系统也属于GIS系统的范畴,三维GIS与传统二维GIS相比又有新的特点,可以帮助用户更好地扩展原有二维GIS系统的功能,从而为业务管理带来更多的提升。例如,国外Google Earth软件就充分体现了三维GIS强大的可视化功能,可以观察到城郊扩建、冰盖消融以及海岸侵蚀等变迁,可以将地形地貌形象准确地展现;灵活的操作体验,可以改变观察视角,调整观察地物的距离和角度,进行模拟行车和模拟飞行等,犹如身临其境;丰富的量算和分析功能,可以进行更加逼真的量算,包括空间距离量算(斜距)、投影距离量算(平距)、表面积量算、投影面积量算、体积量算以及通视分析、剖面分析、淹没分析和填挖方分析等[1]。这些新的特点,多数是以前二维GIS无法比拟的,因此拥有更实际的应用价值。
在许多地学研究中[2],人们所要研究的对象是充满整个三维空间的,如大气污染、洋流、地质模型等,必须用一个(X,Y,Z)的三维坐标来描述。在三维GIS中,研究对象是通过空间X、Y、Z轴进行定义,描述的是真三维的对象。三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受,它以立体造型技术给用户展现地理空间现象,不仅能够表达空间对象间的平面关系,而且能描述和表达它们之间的垂向关系。计算机技术和GIS在许多行业诸如地质、矿山、海洋、地下管网、空间规划、无线通信覆盖范围分析等需求日益迫切。
2 三维GIS在油田企业中的用途
近年来,随着计算机技术、GIS技术的飞速发展和油田企业关于建设数字油田的提出,油田的勘探开发和生产决策在概念上有了新的飞跃。通过建立以三维GIS为基础,结合管理、生产等系统,以信息的数字化、直观化、可视化为出发点,来进行生产监控和管理决策,可以将复杂生产、施工过程用动画图像形象地描绘出来,为全面、准确、快速地分析掌握油田建设、生产全过程提供有力的分析工具,实现信息的高效应用与科学管理,以及设计成果的可视化表达,进而为决策与设计人员提供直观形象的信息支持。这给施工组织设计与决策提供一个科学简便、形象直观的可视化分析手段,为各级管理人员提供一套简单、迅速、方便的生产监控管理系统,已成为现代油田企业提高管理水平和工作效率的有效手段。有助于推动油田企业工作的智能化、现代化发展[3]。
2.1 高效信息资源管理在油田生产建设的过程中要充分考虑到油区的道路、电力线路、输油管线、输气管线、站场信息及其所处位置地形、地貌及相关地质等特点,结合油田的生产、管理进行系统的分析后做出最优方案。为使决策者能更好地对整个油田的全貌有清晰的了解,将数字化的地形图、地质图以及生产要素的一些技术参数录入地理空间数据库,形成三维场景,可以直观清晰地了解地面、地下的特点并进行分析,对油田企业的生产、建设提出合理化的意见。
在三维GIS系统中通过对油区的卫星遥感数据和DEM数据进行叠加和融合,形成三维场景,同时实时地进行三维旋转、漫游、放缩、移动。如图1所示,通过移动鼠标方向控制飞行方向,通过鼠标左右键控制前进、后退速度,点击鼠标滚轮可使飞行停止,从而实现三维环境下的漫游浏览、路线飞行等。在窗口中可以显示油区的全貌,更有利于对油区的整体把握,可以比较系统地考虑问题,可对局部进行细致入微的了解[4]。
2.3 综合分析评价、模拟预测三维 GIS不仅可以对地理空间数据进行编码、存储和提取,而且还是现实世界模型,可以将对现实世界各个侧面的思维评价结果作用其上,得到综合分析评价结果;也可以将自然过程、决策和倾向的发展结果以命令、函数和分析模拟程序作用到这些数据上,模拟这些过程的发生发展,对未来的结果作出定量的趋势预测,从而预知自然过程的结果,对比不同决策方案的效果以及特殊倾向可能产生的后果,以作出最优决策,避免和预防不良后果的发生[6]。例如在管线的分析方面,三维GIS提供便捷的功能。在图2的三维场景环境中,可以直观分析出输气管线爆管所波及的范围,管理者能及时做出处理,将危险和损失降到最低。
2.4 制作地图三维GIS是在计算机辅助制图基础上发展起来的一门技术,是地图制作的重要工具。采用三维GIS可以制作符号,对数据进行各种渲染,高效、高性能、高度自动化是三维GIS制图的重要特点[7]。如对各级生产单元和组织制作地理图形,标注他们的地理位置和地理属性。
2.5 提供与获得空间位置相关的服务1)地理信息系统的应用,即人应用三维GIS对地球表层人文经济、自然资源、环境、地面管线、地下管线等多种信息进行管理和分析,以掌握各区域的自然环境和生产要素的空间分布、空间结构、空间联系。2)在三维场景中做出直观的分析,再结合地形和DEM数据在任何地点切出管道的纵横断面图。这比传统的二维电子图更为直观,便于进行分析,为下一步工作提供数据。若附加其他的地下管、线信息,可以进行开挖分析,给分析者提供更加直观的图像显示。还可以通过属性查询了解管线的横截面、长度、材质、建成时间,以及维护周期和使用年限。3)在未建成和待建区,也可以附加属性,进行查询。系统可随时入库更新,以便于管理者即时精确管理。例如对地下管线的新建、维修,可以参考地理信息中管线的空间分布,来确定开挖、维修的具体方案。4)为工程设计、生产施工和管理部门等提供地下管线及其他部门的查询服务[4]。
3 油田企业三维GIS应用典型案例
新疆油田三维GIS软件平台是中国石油行业的典型成功案例。新疆油田三维GIS平台基于地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、网络(IT)、数据库(DB)、虚拟现实(VR)等技术,利用地形数据和卫星遥感数据,通过数字化技术处理,再现克拉玛依油田、百口泉、夏子街、彩南及石西等17个油气田地貌场景,并实现业务系统与三维系统的接入。三维GIS的应用在6个方面发挥作用:一是掌握油田所有实时生产信息,还能找到油田已经勘探开发的全部资源;二是实现部门业务网上办公,打造成功的“电子机关”;三是实现井场基地数据共享、自动采集,以便实时决策;四是减少科研人员收集整理资料的时间;五是提供全方位的生产经营信息;六是实现油田的可视化管理。
4 结束语
GIS涉及多学科的相互渗透、相互支撑,其目的就是为各个领域信息资源的整合提供一个统一的平台,促进信息产业的建设与发展,直面今天的计算机技术的快速发展,直面三维GIS充满生机与活力的前景。可以预见,随着计算机技术的发展,信息高速公路的建成,一个以地理信息系统为平台,以信息高速公路为纽带的“数字油田”,必将为油田企业信息交流与共享提供一种全新的方式。
参考文献
[1][美]Longley P A.地理信息系统(上卷):原理与技术[M].第2版.北京:电子工业出版社,2004
[2]颜辉武,马晨燕,祝国瑞.地学信息体视化中三维交互技术的研究与实现[J].测绘学报,2005(1):64-70
[3]王磊,周云轩.三维GIS面向对象数据模型的研究与应用[J].测绘学报,2002(3):274-277
[4]郭薇,陈军.基于点集拓扑学的三维拓扑空间关系形式化描述[J].测绘学报,1997,26(2):122-127
[5]龚建华.地学可视化——理论、技术及其应用[R].北京:中科院地理所博士后研究工作报告,1997
[6]杨必胜,李清泉,梅宝燕.三维城市模型的可视化研究[J].测绘学报,2000,29(2):149-154
[7]肖乐斌,谢传节,李连发,王宏章.GIS中三维数据结构的分析与设计[J].地理研究,1998(增刊):131-139