- 相關(guān)推薦
江蘇油田地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：江蘇油田經(jīng)過幾十年發(fā)展，積累了大量歷史數(shù)據(jù)。為有效利用、管理這些數(shù)據(jù)，使之為生產(chǎn)決策服務(wù)，該文借助開源軟件MapGuide搭建油田網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)。系統(tǒng)集空間數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)于一體，通過FDO實(shí)現(xiàn)MapGuide與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，并對(duì)影像進(jìn)行分片處理，加快訪問速度，實(shí)現(xiàn)油田信息共享、信息可視化查詢分析、地圖管理等功能，實(shí)驗(yàn)表明了該系統(tǒng)的有效性。
關(guān)鍵詞：MapGuide軟件;MySQL數(shù)據(jù)庫(kù);開源;地理信息系統(tǒng)
【Abstract】After several decades of development,Jiangsu oilfield has accumulated large amounts of historical data.For effective use of these datafor daily production and decision-making,the Geographic Information System(GIS)for Jiangsu oilfield is developed by using MapGuide.Thissystem contains spatial data,production data and images,while MapGuide connecting the database via FDO technology.In order to reduce useraccess waiting time,the large images are separated into small pieces.This system has lots of functions such as information sharing,data query andanalysis and map management.Practical results show its efficiency.
【Key words】MapGuide;MySQL;open source;Geographic Information System(GIS)
1、概述
江蘇油田開發(fā)所積累的大量歷史數(shù)據(jù)在使用過程中存在如下問題：(1)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。有些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在excel表中，有些存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，有些是CAD文件，有些空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)采用北京54坐標(biāo)，有些采用西安80坐標(biāo)，這就造成了在使用過程中的諸多不便。(2)存儲(chǔ)方式多樣。有些是紙質(zhì)的，有些是電子的。(3)由于文件眾多，已經(jīng)更新的數(shù)據(jù)，在文件中未能同步更新，導(dǎo)致時(shí)效性差，準(zhǔn)確度較低。利用GIS技術(shù)有助于更好地管理、利用這些數(shù)據(jù)來(lái)為生產(chǎn)、決策服務(wù)。它不僅能夠很好地管理數(shù)據(jù)，進(jìn)行直觀的可視化表達(dá)，還為管理者提供決策支持。在開發(fā)江蘇油田地理信息系統(tǒng)時(shí)，如果采用一些商業(yè)軟件，比如：ArcIMS,MapXtreme,MapGIS-IMS,SuperMap，除了要承擔(dān)較高的開發(fā)成本(這些軟件花費(fèi)少則幾萬(wàn)，多則幾十萬(wàn))之外，在軟件選擇時(shí)，還要考慮GIS平臺(tái)和數(shù)據(jù)的兼容性[1]，且它們的開放性有限。相比之下，開源軟件具有費(fèi)用低(甚至零花費(fèi))、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且開源軟件一般都遵守OpenGIS規(guī)范，可定制性強(qiáng)，便于二次開放。綜合考慮性能和成本因素，本系統(tǒng)的構(gòu)建采用開源軟件，GIS軟件采用MapGuide，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL。
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用多層分布式應(yīng)用模型，可以有效地分散數(shù)據(jù)層、邏輯層和表示層。多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大的好處在于它的拓展能力和負(fù)載均衡能力[2]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。瀏覽器TomcatServletMapGuide ServerJavaBeanJDBC影像文件數(shù)據(jù)庫(kù)JspApache客戶端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)層圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作者簡(jiǎn)介：崔倫輝(1985-)，男，碩士研究生，主研方向：WebGIS，空間數(shù)據(jù)庫(kù);張萬(wàn)昌、徐士進(jìn)，教授、博士、博士生導(dǎo)師
2.1.1客戶端系統(tǒng)客戶端為“瘦”客戶端，僅需一個(gè)瀏覽器，不需要安裝其他任何軟件�？蛻舳碎_發(fā)采用Ajax技術(shù)，MapGuide為便于二次開發(fā)提供了MapGuide Viewer API，借助API函數(shù)實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的顯示和維護(hù)。
2.1.2 Web服務(wù)器[3]系統(tǒng)的Web層由Jsp和Servlet組成。它們的管理和執(zhí)行是靠Tomcat和Apache完成的。
2.1.3應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器層主要包括業(yè)務(wù)邏輯和GIS服務(wù)器。空間數(shù)據(jù)的操作通過FDO實(shí)現(xiàn)MapGuide Server與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，屬性數(shù)據(jù)的操作通過JDBC實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。
2.1.4數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和影像文件。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，影像文件包括江蘇油田區(qū)域的QuickBird和中巴資源衛(wèi)星影像文件。
2.2數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)江蘇油田地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源可以概括為3類：(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。包括油井、水井、管線、房屋等信息的空間數(shù)據(jù)資料;(2)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。包括設(shè)備、儀表、站庫(kù)設(shè)施等屬性信息;(3)遙感影像數(shù)據(jù)。其中，第(1)類和第(2)類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中;第3類數(shù)據(jù)按文件方式存儲(chǔ)�？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)部分根據(jù)實(shí)體性質(zhì)，可以將地物劃分為點(diǎn)狀地物和線狀地物。由于QuickBird影像比較清晰，因此避免了將房屋、罐等面狀地物按點(diǎn)存儲(chǔ)。點(diǎn)狀地物包括油井、水井、計(jì)量站、配水間、聯(lián)合站、中轉(zhuǎn)站等;線狀地物包括輸水管線、輸油管線、輸氣管線等。每一地物類型在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)為一張表，對(duì)應(yīng)MapGuide中的一個(gè)圖層。設(shè)備、儀表、泵、罐等屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為一般的關(guān)系表。根據(jù)原始數(shù)據(jù)的內(nèi)容、特征和生產(chǎn)需求，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的空間數(shù)據(jù)劃分為以下11層：油井層，水井層，計(jì)量站層，配水間層，聯(lián)合站層，中轉(zhuǎn)站層，注水站層，輸油管線層，輸水管線層，輸氣管線層和影像層�？紤]系統(tǒng)的安全因素，不同人員擁有不同權(quán)限，因此，要明確設(shè)備、設(shè)施等實(shí)體的隸屬關(guān)系。以油井為例作一介紹，油井作為點(diǎn)狀地物存儲(chǔ)，其表結(jié)構(gòu)如表1所示。2.3系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)安全性是一個(gè)系統(tǒng)的必要特征，按照安全保密重要程度由大到小的排列順序，依次為信息安全、病毒防治、介質(zhì)安全、數(shù)據(jù)庫(kù)安全、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、設(shè)備安全[4]，如圖2所示。設(shè)備安全網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)庫(kù)安全介質(zhì)安全病毒防治信息安全圖2安全體系結(jié)構(gòu)在開發(fā)江蘇油田地理信息系統(tǒng)的過程中，要考慮的安全因素包括數(shù)據(jù)庫(kù)安全和系統(tǒng)安全。(1)數(shù)據(jù)庫(kù)安全。采用基于視圖的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制，用戶只能使用已授權(quán)的功能，可將訪問權(quán)限控制在記錄級(jí)，為防止介質(zhì)崩潰，定期備份數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。(2)系統(tǒng)安全。通過設(shè)置NT的域用戶管理，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用代理網(wǎng)關(guān)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)防火墻，限定IP地址訪問，安裝防病毒系統(tǒng)等方式來(lái)提高系統(tǒng)的安全性。
3、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論和方法，對(duì)各業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行統(tǒng)一的系統(tǒng)功能分析，各功能模塊之間采用統(tǒng)一的對(duì)象模型、標(biāo)準(zhǔn)代碼體系、約定的處理方式及通用接口，充分利用MapGuide軟件所提供的現(xiàn)有功能，并拓展油田實(shí)際生產(chǎn)過程中的具體需求功能，力求開發(fā)出界面友善、功能完善、結(jié)構(gòu)靈活、性能良好的系統(tǒng)。3.1 MapGuide簡(jiǎn)介開源MapGuide包括MapGuide Server和MapGuide WebServer Extensions。Server在操作系統(tǒng)中是作為一個(gè)服務(wù)來(lái)運(yùn)行的，既可存取本地服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，也可存取通過FDO技術(shù)連接到其他服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。Web Server Extensions提供了完整的API函數(shù)，它是用戶與Server交互的“橋梁”，支持PHP,.NET,Java這3種開發(fā)語(yǔ)言。MapGuide Studio為用戶提供一個(gè)便于發(fā)布地圖的管理工具，在Studio中發(fā)布地圖應(yīng)用的步驟是：(1)創(chuàng)建Data Connection;(2)創(chuàng)建Layer，選擇Map中需要顯示的Layer;(3)生成Layouts，發(fā)布地圖應(yīng)用。3.2數(shù)據(jù)的預(yù)處理3.2.1空間數(shù)據(jù)的處理原始空間數(shù)據(jù)只有點(diǎn)坐標(biāo)，且不同廠區(qū)采用的坐標(biāo)系不同，為方便管理，將它們統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到WGS84坐標(biāo)系下，并在ArcGIS中生成shp文件，然后導(dǎo)入到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。每個(gè)圖層對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的一張表，表中包含屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，為使FDO能夠讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，需要?jiǎng)?chuàng)建幾個(gè)輔助表。比如，表f_attributedefinition定義了每個(gè)空間數(shù)據(jù)表的屬性字段類型;表f_classdefinition定義了每個(gè)空間數(shù)據(jù)表的classid;表f_classtype定義了類別;表f_schemainfo中記錄了模式信息;表f_spatialcontextgroup中記錄了坐標(biāo)系信息。3.2.2影像數(shù)據(jù)的處理江蘇油田位于東經(jīng)117.5°～120.5°，北緯32°～33.5°之間，覆蓋面積約為30 000 km2。油田分布零散，缺乏大比例尺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為了直觀地顯示，購(gòu)買了油井密集區(qū)0.6 m分辨率的QuickBird影像，其他地區(qū)使用免費(fèi)的19.5 dm分辨率的中巴資源衛(wèi)星影像。由于QuickBird影像中存在的陰影會(huì)影響視覺效果，因此需要剔除。常用的陰影剔除方法有基于直方圖的方法、基于同態(tài)系統(tǒng)消除陰影技術(shù)、歸一化處理，以及紋理分析。本文采用由虢建宏等人提出的一種多波段陰影檢測(cè)法和基于能量信息補(bǔ)償去除陰影的理論模型法來(lái)去除QuickBird影像中的陰影[5]。將剔除陰影后的高分辨率影像與中巴資源衛(wèi)星影像融合，進(jìn)行配準(zhǔn)校正，得到江蘇油田全區(qū)0.6 m分辨率的影像。由于數(shù)據(jù)量較大，為加快瀏覽速度，將影像進(jìn)行分片處理，共將影像分為8級(jí)。3.3系統(tǒng)功能3.3.1 GIS基本功能包括用于地圖瀏覽的放大、縮小、漫游功能，并設(shè)定參數(shù)，使系統(tǒng)在不同比例尺下顯示不同的內(nèi)容，同時(shí)，用戶可以靈活設(shè)置各個(gè)圖層的顯示或隱藏，任意選擇激活當(dāng)前要操作的圖層，突出顯示某些環(huán)境要素，滿足地圖綜合和專題制圖的需要。地圖打印功能：用戶可以在限定范圍內(nèi)，選擇要打印地圖的大小與比例尺;距離量算功能;圖屬互查功能：通過圖形的點(diǎn)選擇、矩形選擇、圓選擇功能來(lái)查看選擇圖形要素的屬性數(shù)據(jù)，通過屬性數(shù)據(jù)可以查詢和定位到滿足條件的圖形數(shù)據(jù)，同時(shí)，也提供模糊查詢功能。3.3.2生產(chǎn)預(yù)警由于設(shè)備在生產(chǎn)過程中會(huì)老化甚至出現(xiàn)故障，為便于管理者掌握設(shè)備、管線的第一手資料，系統(tǒng)提供生產(chǎn)預(yù)警功能。比如，對(duì)于維修次數(shù)超過3次的油井、水井，使用超過5年的油井管線，使用超過6年的注水井管線和計(jì)量站集油管線，使用超過8年的配水間注水干線和總干線都會(huì)預(yù)警。3.3.3數(shù)據(jù)報(bào)表系統(tǒng)根據(jù)用戶的查詢條件生成各種類型的工程報(bào)表，直接打印或保存到Excel中。3.3.4布線決策在管線的布設(shè)上，借助GIS的緩沖區(qū)分析和距離量算功能，綜合考慮地形、地質(zhì)等因素，最終確定管線走向。3.3.5地圖編輯系統(tǒng)提供了對(duì)點(diǎn)、線等地圖要素進(jìn)行增、刪、改的維護(hù)功能。當(dāng)新增加井位時(shí)，管理員能在地圖上直接添加新井，也可通過輸入坐標(biāo)的方式添加新井;同樣，對(duì)于需要新增的管線，可以直接在地圖上添加，也可以通過坐標(biāo)輸入。技術(shù)人員可以在權(quán)限范圍內(nèi)修改井、站、管線等地圖要素的屬性信息。3.3.6用戶權(quán)限管理為保證系統(tǒng)安全，將用戶級(jí)別分為6級(jí)，不同人員擁有不同權(quán)限。比如，普通用戶只能瀏覽;1級(jí)管理員可對(duì)全廠地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù);2級(jí)管理員僅對(duì)管轄范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù);注采部門人員僅能添加新井。
4、結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)借助開源WebGIS軟件MapGuide，采用開源數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL，通過FDO來(lái)連接MapGuide與MySQL，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)，對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分片處理，加快數(shù)據(jù)的瀏覽訪問速度。由于系統(tǒng)采用MapGuideStudio開發(fā)，MapGuide Studio對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了封裝，因此系統(tǒng)界面不太美觀，有些功能也不易添加(如鷹眼功能，即根據(jù)鼠標(biāo)捕獲地物，彈出屬性標(biāo)簽;鼠標(biāo)滾輪的放大縮小功能)。下一步系統(tǒng)將嘗試改善界面，增加系統(tǒng)功能，并將該系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)集成，充分發(fā)揮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的作用，為用戶提供一個(gè)直觀的操作界面。系統(tǒng)的建成將加快江蘇油田“數(shù)字油田”建設(shè)的步伐。采用開源軟件，不僅節(jié)省費(fèi)用，而且能夠開發(fā)出功能強(qiáng)大的系統(tǒng)，對(duì)于中小企業(yè)地圖發(fā)布來(lái)說，無(wú)疑是個(gè)很好的選擇[6]。
參考文獻(xiàn)
[1]鄭斌,唐旭.基于開源GIS的城市基準(zhǔn)地價(jià)信息發(fā)布平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].國(guó)土資源科技管理,2006,23(5)：69-74.
[2]劉梅彥,袁梅冷.基于J2EE平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2007,29(1)：41-44.
[3]馮宇.基于開源WebGIS的干線公路網(wǎng)用地控制系統(tǒng)[J].公路與汽運(yùn),2007,(2)：44-47.
[4]梁瑞才,鄭彥鵬.渤海油田示范區(qū)地理信息系統(tǒng)(GIS)的規(guī)劃設(shè)計(jì)[J].海洋科學(xué)進(jìn)展,2006,24(2)：238-243.
[5]虢建宏,田慶久.遙感影像陰影多波段檢測(cè)與去除理論模型研究[J].遙感學(xué)報(bào),2006,10(2)：152-159.
[6]湯焱彬,孟令奎.一種中小城市實(shí)用WebGIS架構(gòu)方案[J].地理空間信息,2005,3(1)：21-24.
【江蘇油田地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)】相關(guān)文章：
《地理信息系統(tǒng)原理及應(yīng)用》多媒體教學(xué)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)03-01
地理信息系統(tǒng)中路徑分析的研究與實(shí)現(xiàn)11-22
地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究11-25
都市頻道制作網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)01-07
新聞發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)03-07
基于PQRM的PACS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03-07
高校信息查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03-28
郵件服務(wù)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03-08