海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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［摘要］近幾年中海石油高速發(fā)展，中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司各種勘探作業(yè)急劇增多，尤其是在2018年公司提出到2025年上產(chǎn)2000萬(wàn)方規(guī)劃以來(lái)，勘探工作量急劇增加。在工作量增加的同時(shí)也為海上地震勘探作業(yè)管理帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，如何有效地集成現(xiàn)有相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握各類(lèi)海洋地理信息，規(guī)范地震勘探作業(yè)。尤其是海上地震作業(yè)，容易受自然環(huán)境和地理信息等因素的影響，需要設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一套管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具有地震作業(yè)前繪設(shè)計(jì)管理、海洋地理信息管理、海上地震作業(yè)監(jiān)控和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等功能模塊。依現(xiàn)有數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合軟件工程原理，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實(shí)施滿(mǎn)足海上地震勘探作業(yè)需求，增強(qiáng)企業(yè)信息化管理能力，提高地震勘探作業(yè)工作效率。

［關(guān)鍵詞］地震采集；前繪設(shè)計(jì)；作業(yè)監(jiān)控；地理信息；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1引言

國(guó)內(nèi)外在海上油氣勘探中，依靠的是地震勘探方法，而常規(guī)海上地震勘探方法有海上拖纜和海底電纜［1］，在開(kāi)展地震勘探作業(yè)前都需要進(jìn)行地震前繪設(shè)計(jì)。根據(jù)地震勘探作業(yè)要求，結(jié)合專(zhuān)業(yè)定位軟件，對(duì)整個(gè)作業(yè)區(qū)布設(shè)并進(jìn)行地震前繪設(shè)計(jì)，為地震勘探作業(yè)提供實(shí)施方案。由于海上自然環(huán)境惡劣、地理信息復(fù)雜等因素，造成地震勘探成功率低。為管理地震前繪設(shè)計(jì)、作業(yè)監(jiān)控、自然環(huán)境和地理信息等數(shù)據(jù)，而設(shè)計(jì)海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含地震前繪設(shè)計(jì)、自然環(huán)境展示、地理信息展示、地震勘探作業(yè)進(jìn)度監(jiān)控、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和文檔存儲(chǔ)等功能。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，為海上地震采集作業(yè)提供數(shù)據(jù)和信息支持，提高地震采集質(zhì)量，尋找有利勘探目標(biāo)，提高勘探成功率。

2系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于海上通信的局限性和地震采集作業(yè)的特殊性，海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)采用三層C／S設(shè)計(jì)模式開(kāi)發(fā)，即表現(xiàn)層、功能層、數(shù)據(jù)層［2］。最上層的表現(xiàn)層主要用于向地震采集人員提交系統(tǒng)的展示界面同時(shí)為用戶(hù)提供地震前繪設(shè)計(jì)請(qǐng)求；中間層的功能層，主要是該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)和算法；底層數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

3功能設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)務(wù)調(diào)研分析結(jié)果，結(jié)合海上地震采集作業(yè)實(shí)際，規(guī)劃海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)功能分為地震前繪設(shè)計(jì)、地理信息、地震作業(yè)監(jiān)控和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等模塊，如圖1所示。數(shù)據(jù)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)范圍是對(duì)象數(shù)據(jù)、設(shè)施數(shù)據(jù)、光纖數(shù)據(jù)、潮汛數(shù)據(jù)和臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)等，其中對(duì)象數(shù)據(jù)來(lái)源A2，設(shè)施數(shù)據(jù)來(lái)源海上生產(chǎn)設(shè)施管理系統(tǒng)，光纖數(shù)據(jù)來(lái)源通信公司，地理數(shù)據(jù)來(lái)源政府?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)。

4系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和模式設(shè)計(jì)，海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)為：底層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分離的方式管理，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用SQLServer管理，文檔采用MongoDB非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理。MongoDB是一款基于分布式文件存儲(chǔ)的文件型數(shù)據(jù)庫(kù)，它是介于關(guān)系型和非關(guān)系型之間的數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)文檔的應(yīng)用提供擴(kuò)展接口；功能層使用Python語(yǔ)言編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)算法的編寫(xiě)等；上層表現(xiàn)層采用．NET架構(gòu)和AxMapControl控件，實(shí)現(xiàn)GIS圖形界面的開(kāi)發(fā)，而AxMapControl是MapControl經(jīng)過(guò)包裝后的ActiveX控件，實(shí)現(xiàn)在Winform編程中可視化顯示，有效縮短軟件開(kāi)發(fā)周期。4．1前繪設(shè)計(jì)。地震前繪設(shè)計(jì)是海上地震采集的前期準(zhǔn)備工作，為海上地震采集設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為海上地震采集提供定位導(dǎo)航。地震前繪設(shè)計(jì)功能分為二維地震前繪設(shè)計(jì)和三維地震前繪設(shè)計(jì)。二維前繪設(shè)計(jì)是通過(guò)讀取首尾坐標(biāo)文件，根據(jù)文件內(nèi)的測(cè)線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)和測(cè)線(xiàn)名稱(chēng)，在地圖界面繪制二維測(cè)線(xiàn)；針對(duì)已繪制的二維測(cè)線(xiàn)進(jìn)行編輯，參考前繪測(cè)線(xiàn)周?chē)钠渌麥y(cè)線(xiàn)數(shù)據(jù)，對(duì)二維測(cè)線(xiàn)進(jìn)行修改，可以通過(guò)選擇測(cè)線(xiàn)手動(dòng)輸入首尾點(diǎn)坐標(biāo)、選擇測(cè)線(xiàn)后拖動(dòng)首尾端點(diǎn)、延長(zhǎng)、縮短的方式進(jìn)行修改；在測(cè)線(xiàn)編輯完成后，按照設(shè)定的參數(shù)，導(dǎo)出所有測(cè)線(xiàn)特定炮號(hào)的坐標(biāo)，導(dǎo)出二維前繪設(shè)計(jì)P190文件。三維前繪是在設(shè)計(jì)界面讀取格式固定的三維工區(qū)拐點(diǎn)坐標(biāo)文件，按照文件內(nèi)點(diǎn)順序在地圖內(nèi)繪制面元素；設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，包括纜間距、纜數(shù)、炮間距、測(cè)線(xiàn)名稱(chēng)前繪、工區(qū)起始邊界（測(cè)線(xiàn)以起始邊界為起始位置，自西向東繪制與起始邊界平行測(cè)線(xiàn)）等；按照參數(shù)計(jì)算出航行線(xiàn)寬度，以邊界長(zhǎng)度與航行線(xiàn)寬度或炮間距進(jìn)行計(jì)算，對(duì)邊界的長(zhǎng)度進(jìn)行規(guī)整；系統(tǒng)根據(jù)上述設(shè)定的參數(shù)，自動(dòng)生成測(cè)線(xiàn)，根據(jù)邊界進(jìn)行裁剪；測(cè)線(xiàn)生成后，如需編輯，激活工具欄內(nèi)的“編輯器”，對(duì)測(cè)線(xiàn)進(jìn)行延長(zhǎng)、縮短、平行復(fù)制、改變位置等編輯；在測(cè)線(xiàn)編輯完成后，按照設(shè)定的參數(shù)，導(dǎo)出所有測(cè)線(xiàn)特定炮號(hào)的坐標(biāo)，導(dǎo)出三維前繪設(shè)計(jì)P190文件。4．2地震作業(yè)監(jiān)控。地震作業(yè)監(jiān)控模塊需提供作業(yè)日?qǐng)?bào)讀取、前繪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匹配和作業(yè)進(jìn)度展示等功能。作業(yè)日?qǐng)?bào)讀取是通過(guò)讀取地震作業(yè)日?qǐng)?bào)Excel文件或者其他格式的作業(yè)日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)加載到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)，在作業(yè)監(jiān)控模塊內(nèi)工區(qū)列表處，加載相應(yīng)的工區(qū)名稱(chēng)和概略信息。前繪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匹配是在地震作業(yè)日?qǐng)?bào)讀取至系統(tǒng)后，導(dǎo)入前繪P190文件，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算作業(yè)日?qǐng)?bào)內(nèi)完成測(cè)線(xiàn)的坐標(biāo)，自動(dòng)完成作業(yè)日?qǐng)?bào)與前繪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，把作業(yè)日?qǐng)?bào)內(nèi)完成測(cè)線(xiàn)的坐標(biāo)計(jì)算并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在地圖界面內(nèi)進(jìn)行展示。作業(yè)進(jìn)度展示是在地震作業(yè)的日?qǐng)?bào)和前繪設(shè)計(jì)文件已錄入，通過(guò)匹配的信息，在地圖界面內(nèi)展示日?qǐng)?bào)測(cè)線(xiàn)和前繪測(cè)線(xiàn)，可以查看某條測(cè)線(xiàn)的完成日期、完成時(shí)間等具體屬性信息，具備日時(shí)效餅狀圖、工區(qū)時(shí)效餅狀圖、工區(qū)時(shí)效柱狀圖生成功能。例如用戶(hù)點(diǎn)擊某一天的日?qǐng)?bào)后，系統(tǒng)GIS界面內(nèi)當(dāng)天的作業(yè)日?qǐng)?bào)進(jìn)行高亮顯示，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)日?qǐng)?bào)和前繪設(shè)計(jì)信息，自動(dòng)生成日時(shí)效餅狀圖、工區(qū)時(shí)效柱狀圖和工區(qū)時(shí)效餅狀圖等。4．3地理信息。地理信息涉及的空間范圍大，專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多，特別是來(lái)源各部門(mén)的不同專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)格式、不同比例尺寸和不同類(lèi)型等數(shù)據(jù)［3］。為整合這些地理信息，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)通過(guò)高層模型設(shè)計(jì)和文件格式轉(zhuǎn)換，把收集到的地理信息按照結(jié)構(gòu)化格式保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，提供給初始化系統(tǒng)圖層加載；后續(xù)用戶(hù)收集的地理信息，通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)加載功能，把不同格式的數(shù)據(jù)加載到當(dāng)前視圖中，供用戶(hù)使用。地理信息模塊需具備地理索引文件加載和地理圖層數(shù)據(jù)選擇等功能。對(duì)于不同來(lái)源的地理索引文件，提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入和加載的工具，把數(shù)據(jù)加載到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中［4］；對(duì)于加載成功的地理數(shù)據(jù)，用戶(hù)通過(guò)系統(tǒng)界面選擇已加載的地理數(shù)據(jù)，把地理數(shù)據(jù)展現(xiàn)在GIS界面上［5］。在GIS界面，不僅提供地理圖像的放大、縮小、平移、測(cè)量和全圖等基本操作，還提供地理要素查詢(xún)、對(duì)象定位和坐標(biāo)定位等功能。4．4坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。從2018年2月1日起，國(guó)內(nèi)勘探業(yè)務(wù)全面推廣應(yīng)用CGCS2000坐標(biāo)系，海上勘探鉆井、地震作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)航定位須采集CGCS2000坐標(biāo)系，需要把以前的WGS84坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CGCS2000坐標(biāo)數(shù)據(jù)。兩個(gè)基準(zhǔn)之間轉(zhuǎn)換必須通過(guò)空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，在WGS84基準(zhǔn)下，將平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)，也就是經(jīng)緯度坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)，通過(guò)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型，得到CGCS2000空間直角坐標(biāo)，再轉(zhuǎn)換得到CGCS2000大地坐標(biāo)，進(jìn)而投影得到平面直角坐標(biāo)，如圖2。系統(tǒng)為滿(mǎn)足地震勘探作業(yè)對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的需求，根據(jù)布爾沙七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型中平移變換開(kāi)發(fā)出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具，該工具可提供單點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和批量坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。用戶(hù)選擇好待錄入文件內(nèi)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系，例如輸入的為WGS84的大地坐標(biāo)或平面坐標(biāo)，然后選擇要計(jì)算的坐標(biāo)系，選中相應(yīng)的坐標(biāo)文件，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4．5文檔管理。海上地震采集過(guò)程中涉及大量的文檔數(shù)據(jù)，如測(cè)區(qū)環(huán)境調(diào)查、觀(guān)測(cè)系統(tǒng)、前繪設(shè)計(jì)等，本系統(tǒng)采用MongoDB作為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)，MongoDB是一個(gè)基于分布式文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。在高負(fù)載的情況下，通過(guò)添加更多的節(jié)點(diǎn)，可以保證服務(wù)器性能。文檔存儲(chǔ)模塊采用GridFS方式進(jìn)行文檔的存儲(chǔ)和管理。GridFS可以更好地存儲(chǔ)大于16M的文件，通過(guò)將大文件對(duì)象分割成多個(gè)小的chunk（文件片段），每個(gè)chunk將作為MongoDB的一個(gè)文檔（document）被存儲(chǔ)在chunks集合中。在上傳文檔時(shí)選擇主體對(duì)象，在數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)關(guān)聯(lián)文檔到主體對(duì)象，主體對(duì)象與GIS坐標(biāo)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)GIS圖形界面文檔查詢(xún)功能。

5總結(jié)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地理信息的圖形化展示，為海上地震前繪設(shè)計(jì)提供GIS導(dǎo)航和圖形化操作［6］，優(yōu)化前繪設(shè)計(jì)方案，提高地震采集作業(yè)的精準(zhǔn)度；實(shí)現(xiàn)地震采集作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)掌握當(dāng)前工區(qū)的地震作業(yè)情況，提高地震采集作業(yè)的工作效率；實(shí)現(xiàn)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，為地震采集導(dǎo)航提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

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作者:王繼鵬 金云智 單位:中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司