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海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)設計研究

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)設計研究范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)設計研究

[摘要]近幾年中海石油高速發(fā)展,中海石油(中國)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2000萬方規(guī)劃以來,勘探工作量急劇增加。在工作量增加的同時也為海上地震勘探作業(yè)管理帶來新的挑戰(zhàn),如何有效地集成現(xiàn)有相關數(shù)據(jù),實時掌握各類海洋地理信息,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,需要設計和開發(fā)一套管理信息系統(tǒng),該系統(tǒng)應具有地震作業(yè)前繪設計管理、海洋地理信息管理、海上地震作業(yè)監(jiān)控和坐標轉換等功能模塊。依現(xiàn)有數(shù)據(jù)為基礎,結合軟件工程原理,設計并開發(fā)出海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng),該系統(tǒng)的實施滿足海上地震勘探作業(yè)需求,增強企業(yè)信息化管理能力,提高地震勘探作業(yè)工作效率。

[關鍵詞]地震采集;前繪設計;作業(yè)監(jiān)控;地理信息;坐標轉換

1引言

國內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],在開展地震勘探作業(yè)前都需要進行地震前繪設計。根據(jù)地震勘探作業(yè)要求,結合專業(yè)定位軟件,對整個作業(yè)區(qū)布設并進行地震前繪設計,為地震勘探作業(yè)提供實施方案。由于海上自然環(huán)境惡劣、地理信息復雜等因素,造成地震勘探成功率低。為管理地震前繪設計、作業(yè)監(jiān)控、自然環(huán)境和地理信息等數(shù)據(jù),而設計海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含地震前繪設計、自然環(huán)境展示、地理信息展示、地震勘探作業(yè)進度監(jiān)控、坐標轉換和文檔存儲等功能。該系統(tǒng)的設計和實施,為海上地震采集作業(yè)提供數(shù)據(jù)和信息支持,提高地震采集質量,尋找有利勘探目標,提高勘探成功率。

2系統(tǒng)的架構設計

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設計模式開發(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)的展示界面同時為用戶提供地震前繪設計請求;中間層的功能層,主要是該系統(tǒng)的業(yè)務邏輯設計和算法;底層數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)庫服務器,存儲系統(tǒng)的結構化和非結構化數(shù)據(jù)。

3功能設計

根據(jù)業(yè)務調研分析結果,結合海上地震采集作業(yè)實際,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計、地理信息、地震作業(yè)監(jiān)控和坐標轉換等模塊,如圖1所示。數(shù)據(jù)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)范圍是對象數(shù)據(jù)、設施數(shù)據(jù)、光纖數(shù)據(jù)、潮汛數(shù)據(jù)和臺風數(shù)據(jù)等,其中對象數(shù)據(jù)來源A2,設施數(shù)據(jù)來源海上生產設施管理系統(tǒng),光纖數(shù)據(jù)來源通信公司,地理數(shù)據(jù)來源政府數(shù)據(jù)庫。

4系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)架構設計和模式設計,海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)的技術實現(xiàn)為:底層數(shù)據(jù)存儲采用結構化數(shù)據(jù)與非結構化數(shù)據(jù)分離的方式管理,結構化數(shù)據(jù)采用SQLServer管理,文檔采用MongoDB非關系型數(shù)據(jù)庫管理。MongoDB是一款基于分布式文件存儲的文件型數(shù)據(jù)庫,它是介于關系型和非關系型之間的數(shù)據(jù)庫,為后續(xù)文檔的應用提供擴展接口;功能層使用Python語言編寫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問數(shù)據(jù)處理和業(yè)務算法的編寫等;上層表現(xiàn)層采用.NET架構和AxMapControl控件,實現(xiàn)GIS圖形界面的開發(fā),而AxMapControl是MapControl經(jīng)過包裝后的ActiveX控件,實現(xiàn)在Winform編程中可視化顯示,有效縮短軟件開發(fā)周期。4.1前繪設計。地震前繪設計是海上地震采集的前期準備工作,為海上地震采集設計提供依據(jù),為海上地震采集提供定位導航。地震前繪設計功能分為二維地震前繪設計和三維地震前繪設計。二維前繪設計是通過讀取首尾坐標文件,根據(jù)文件內的測線端點坐標和測線名稱,在地圖界面繪制二維測線;針對已繪制的二維測線進行編輯,參考前繪測線周圍的其他測線數(shù)據(jù),對二維測線進行修改,可以通過選擇測線手動輸入首尾點坐標、選擇測線后拖動首尾端點、延長、縮短的方式進行修改;在測線編輯完成后,按照設定的參數(shù),導出所有測線特定炮號的坐標,導出二維前繪設計P190文件。三維前繪是在設計界面讀取格式固定的三維工區(qū)拐點坐標文件,按照文件內點順序在地圖內繪制面元素;設定相應的參數(shù),包括纜間距、纜數(shù)、炮間距、測線名稱前繪、工區(qū)起始邊界(測線以起始邊界為起始位置,自西向東繪制與起始邊界平行測線)等;按照參數(shù)計算出航行線寬度,以邊界長度與航行線寬度或炮間距進行計算,對邊界的長度進行規(guī)整;系統(tǒng)根據(jù)上述設定的參數(shù),自動生成測線,根據(jù)邊界進行裁剪;測線生成后,如需編輯,激活工具欄內的“編輯器”,對測線進行延長、縮短、平行復制、改變位置等編輯;在測線編輯完成后,按照設定的參數(shù),導出所有測線特定炮號的坐標,導出三維前繪設計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)日報讀取、前繪設計數(shù)據(jù)匹配和作業(yè)進度展示等功能。作業(yè)日報讀取是通過讀取地震作業(yè)日報Excel文件或者其他格式的作業(yè)日報數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)加載到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內,系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)日報數(shù)據(jù),在作業(yè)監(jiān)控模塊內工區(qū)列表處,加載相應的工區(qū)名稱和概略信息。前繪設計數(shù)據(jù)匹配是在地震作業(yè)日報讀取至系統(tǒng)后,導入前繪P190文件,系統(tǒng)自動計算作業(yè)日報內完成測線的坐標,自動完成作業(yè)日報與前繪設計數(shù)據(jù)的關聯(lián),把作業(yè)日報內完成測線的坐標計算并錄入數(shù)據(jù)庫中,并在地圖界面內進行展示。作業(yè)進度展示是在地震作業(yè)的日報和前繪設計文件已錄入,通過匹配的信息,在地圖界面內展示日報測線和前繪測線,可以查看某條測線的完成日期、完成時間等具體屬性信息,具備日時效餅狀圖、工區(qū)時效餅狀圖、工區(qū)時效柱狀圖生成功能。例如用戶點擊某一天的日報后,系統(tǒng)GIS界面內當天的作業(yè)日報進行高亮顯示,系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)日報和前繪設計信息,自動生成日時效餅狀圖、工區(qū)時效柱狀圖和工區(qū)時效餅狀圖等。4.3地理信息。地理信息涉及的空間范圍大,專業(yè)數(shù)據(jù)種類繁多,特別是來源各部門的不同專業(yè)數(shù)據(jù)格式、不同比例尺寸和不同類型等數(shù)據(jù)[3]。為整合這些地理信息,系統(tǒng)開發(fā)時通過高層模型設計和文件格式轉換,把收集到的地理信息按照結構化格式保存到數(shù)據(jù)庫中,提供給初始化系統(tǒng)圖層加載;后續(xù)用戶收集的地理信息,通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)加載功能,把不同格式的數(shù)據(jù)加載到當前視圖中,供用戶使用。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。對于不同來源的地理索引文件,提供數(shù)據(jù)導入和加載的工具,把數(shù)據(jù)加載到后臺數(shù)據(jù)庫中[4];對于加載成功的地理數(shù)據(jù),用戶通過系統(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、測量和全圖等基本操作,還提供地理要素查詢、對象定位和坐標定位等功能。4.4坐標轉換。從2018年2月1日起,國內勘探業(yè)務全面推廣應用CGCS2000坐標系,海上勘探鉆井、地震作業(yè)現(xiàn)場導航定位須采集CGCS2000坐標系,需要把以前的WGS84坐標數(shù)據(jù)轉換成CGCS2000坐標數(shù)據(jù)。兩個基準之間轉換必須通過空間直角坐標系轉換,在WGS84基準下,將平面坐標轉換為大地坐標,也就是經(jīng)緯度坐標,轉換成空間直角坐標,通過基準轉換模型,得到CGCS2000空間直角坐標,再轉換得到CGCS2000大地坐標,進而投影得到平面直角坐標,如圖2。系統(tǒng)為滿足地震勘探作業(yè)對坐標轉換的需求,根據(jù)布爾沙七參數(shù)轉換模型中平移變換開發(fā)出坐標轉換工具,該工具可提供單點坐標轉換和批量坐標數(shù)據(jù)轉換。用戶選擇好待錄入文件內數(shù)據(jù)的坐標系,例如輸入的為WGS84的大地坐標或平面坐標,然后選擇要計算的坐標系,選中相應的坐標文件,進行轉換。4.5文檔管理。海上地震采集過程中涉及大量的文檔數(shù)據(jù),如測區(qū)環(huán)境調查、觀測系統(tǒng)、前繪設計等,本系統(tǒng)采用MongoDB作為非結構化數(shù)據(jù)的存儲和管理數(shù)據(jù)庫,MongoDB是一個基于分布式文件存儲的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在高負載的情況下,通過添加更多的節(jié)點,可以保證服務器性能。文檔存儲模塊采用GridFS方式進行文檔的存儲和管理。GridFS可以更好地存儲大于16M的文件,通過將大文件對象分割成多個小的chunk(文件片段),每個chunk將作為MongoDB的一個文檔(document)被存儲在chunks集合中。在上傳文檔時選擇主體對象,在數(shù)據(jù)庫中自動關聯(lián)文檔到主體對象,主體對象與GIS坐標的關聯(lián),實現(xiàn)GIS圖形界面文檔查詢功能。

5總結

該系統(tǒng)實現(xiàn)地理信息的圖形化展示,為海上地震前繪設計提供GIS導航和圖形化操作[6],優(yōu)化前繪設計方案,提高地震采集作業(yè)的精準度;實現(xiàn)地震采集作業(yè)的實時監(jiān)控,及時掌握當前工區(qū)的地震作業(yè)情況,提高地震采集作業(yè)的工作效率;實現(xiàn)地理坐標數(shù)據(jù)的轉換,為地震采集導航提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻

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[4]方銀霞.地理信息系統(tǒng)在海洋領域的應用[J].海洋通報,2000,19(3):85-89.

[5]梁瑞才.渤海油田示范區(qū)地理信息系統(tǒng)(GIS)的規(guī)劃設計[J].海洋科學進展,2006,24(2):238-243.

[6]王芳.海洋地理信息系統(tǒng)研究進展[J].科技導報,2007,25(23):69-73.

作者:王繼鵬 金云智 單位:中海石油(中國)有限公司湛江分公司

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