基于SVG的辅助决策油田空间数据集成方法研究

李春生,赵冰冶,栗 磊

（1.东北石油大学计算机学院，黑龙江大庆163318；2东北石油大学教务处，黑龙江大庆163318）

目前，石油行业在生产过程中所产生的数据种类繁多，并且在可实施方案的设计中对数据有很大依赖性。在企业决策过程中要求掌握大量现实性强、真实准确的以空间信息为基础的综合性信息，并要求随时对数据快速查询、综合分析。单纯的数据报表展示方式枯燥冗长，并不利于数据有效利用，所以将数据库中可辅助决策的数据项作为单个图元元素表示，大量的数据集构成集成的数据图像，同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示，可以从不同的维度观察数据，从而对数据进行更深入的观察和分析[1]。使人们不再局限于通过关系数据表来观察和分析数据信息，还能以更直观的方式看到数据及其结构关系。

目前，在空间数据集成中GIS的应用占有着重要的地位，GIS以其良好的直观性和交互性以及有效合理的空间数据组织为用户提供了获取地学及相关信息的便利手段，但现今的GIS软件的数据模型都是非时态的，难以处理复杂多变的动态数据，并且构建GIS开销较大，相应速度较慢。难以提供实质性的解决方案，对辅助决策不能提供良好的支持[2]。为此采用SVG矢量图解决空间数据的集成问题，具有系统轻便、简单、传输速度快、交互强等特点，并可对变化的数据实时响应，克服了传统GIS的缺点。

油田决策支持系统的基石是各类海量信息，这些信息包括空间地理信息，也包括大量与空间信息密不可分的属性信息。通过SVG技术可直观形象的管理和查询这些信息。通过构建灵活的图形结构以及图层，集成管理大量的多专题的空间与属性数据，将开采信息、油水井措施、产液剖面、注入剖面等属性信息与油水井地理空间位置、层段地貌特征相连，以组成完整的决策信息模型[3]。利用数值模型计算与数据挖掘技术结合，使计算的结果能更形象直观地表达，从而得出隐含的重要结论，这对于石油生产领域是至关重要的。

1 基于SV G辅助决策模型架构

在空间数据集成中，大体上数据分为地理空间数据和领域属性数据两类[4]。由于油田数据组织复杂、多变、关联关系较为密切，并分布在不同的关系数据实体中，这给空间数据集成造成了一定的困难。针对以上问题，设计基于SVG辅助决策模型架构（图1），将可支持辅助决策的空间数据提取，组成完整的数据中间件，并进一步通过解释器将中间件转换为可识别的图像。模型架构分为空间数据实体、基础图形部件和显示部件三部分。

图1 基于SVG辅助决策模型架构Fig.1 The architecture of assistant decision model based on SVG

1.1 空间数据实体

空间数据实体是模型的基础，它提供了基本的数据支持，是辅助决策的根据，从大类上划分为两部分。其一为表示空间实体的位置、形状、大小、地貌特征及其分布特征诸多方面信息的空间数据，在此称为地理空间数据类；其二为描述空间实体的属性的数据，如油田中油水井的产液、含水、措施、方案等。

另外，在实际生产中，基于以上两类关系密切的数据类，针对实际生产过程，需要利用已有数据计算模型或数据挖掘方法将产生一类分析结果数据，如剩余油分布情况、采收率评估、单元统计数据等，这类数据虽然是独立存在的但是对于决策的制定提供了强大的支持，同时将此类数据反映到可视化的图形上具有着重要的意义。

1.2 基础图形部件

在实体数据到SVG图形显示过程中，单一关系数据不能充分的表达实际的图形模型，对应一种图形可能由多种关系数据实体组成的。所以需要将原有的数据抽取后重新组织，得到完整、灵活、可解释的基础图形部件。

基础图形部件的作用在于形成物理上分布而逻辑上集中的整体数据视图。从实用角度出发，建立图形部件中间件是一种行之有效的空间数据集成方法。针对地理信息的特点，参考石油领域开发规范，对每一个可提供决策支持的数据创建图形对应关系，使每个分布式关系数据节点形成一个与具体空间数据集相对应图层。根据分布式数据库系统场地自治的原则，各节点负责维护本地数据库与抽取数据项目的一致性。由基础图形部件保存相应原关系数据副本，并维持信息的交换。

建立基础图形部件层不但可以有效的集成，并具有较强的扩充能力，如果基础数据变化，则对应修改相应的部件或增加新的图形部件即可将问题解决，而不用将时间花费在数据与显示的对应关系上。

1.3 显示部件

显示部件主要对基础图形部件进行合理的解释以及对应SVG文件格式进行转换并显示。

对于一些关键应用尤其是一些有实时性要求的应用，用户对系统的响应速度要求较高。而对于一些交互性较强的功能，如果系统构造方式比较松散，模块内部的内聚性不强，不利于模块功能的维护。为此，SVG本身的优点，如可扩充性、动态性、强交互性、网络传输速度快等很好的解决了以上问题。

在显示部件中，利用SVG技术主要应用在以下几个方面[5]：

（1）首先，SVG提供了丰富的图形对象，可以有效的表现空间信息。SVG提供了以下基本图形元素：直线(＜line＞)、圆(＜circle＞)、图标(＜symbol＞)、文字(＜text＞)、图像(＜image＞)等。这些图形对象可对油田领域中井、层、地质、采出信息等基础图形做出完整的描述。

（2）其次，SVG提供了丰富的消息触发及事件响应函数以获取用户消息。同样，SVG也提供丰富的状态事件，如数据装载完毕，就可以触发Onload事件，作一些初始化的处理。通过SVG提供的消息触发及事件相应函数，能够很容易地实现与图像的交互及控制，如图像的放大、缩小、漫游、查询、图层的控制等操作，这些在生产分析中是必不可少的。

（3）再次，由于SVG是基于XML格式的，因此除了内置的属性外，可以对其属性进行任意扩充，以实现自定义的功能。在SVG图形中，对象的属性ID是用来惟一标识对象的编号，可以通过SVG文档对象的getElementById()方法来获取指定的对象。属性的获取或赋值是通过调用getAttribute及set-Attribute方法。

（4）SVG支持图像的分层管理。对于实际应用，油田数据的复杂多变，并且信息量庞大，将所有信息同时以图形的形式展示较为混乱，再者不同工作人员关心的数据项目也不尽相同。SVG采用基于XML的DOM文档管理结构，很方便实现图层管理，其组＜g＞对象就可以将其下面的所有图形管理起来。节点中的childNodes属性可以获取所有的子节点的集合，getElementsByTagName()方法可以获取某种类型对象的列表。通过采用组对象来实现图层管理功能，不同图层的对象包含在不同的组中。通过设置组的属性，就可以实现如可见性、颜色、透明度等设置以及选中、删除所有对象等操作。

2 油田辅助决策数据的组织和提取

数据组织问题实际上是构建应用系统的重要问题，在系统设计之前，全面而深入地分析数据是必不可少的环节，同时要考虑到当前已存在的数据源和由其衍生的中间数据或统计数据。根据石油行业空间数据的特征，可以把空间数据归纳为3类：

（1）属性数据:描述空间数据属性特征的数据；包括井（采出井、注入井、探测井等）、各类措施方案（压裂、补孔、堵水、酸化、增注方案等）、开采信息（日产液、日产油、含水率、沉没度、注水量油压等）、产液剖面、剩余油分析结果等，以及与之相关的各类专业属性数据。这类点数据属于关系数据实体，有通用的模型规范（A2数据模型、开发数据库逻辑模型），具有较强的关联，所以可以直接采用关系数据提取方法，通过井ID信息做为主键提取并形成对应图形部件。

（2）地理数据:描述空间数据空间位置和特征的数据。地理类矢量数据包括：井位坐标、层段构造、层段连通关系解释、区域地质构造图、断层分布图和各类等值图等。地理类的矢量数据采用针对空间和类别两种方法分别组织提取，即在同一平面空间分别组织各专题数据，在每类专题图幅中以图层为单位来组织管理图元数据。采用这种组织方式，系统易于针对地图数据库管理的特殊性，易于实现对跨图幅图元进行整体查询和归并检索输出，同时保证系统的快速高效性能。

各类地理数据除特殊数据项外，同时包含基础数据项目为：｛项目名称、井区、层段信息、区域范围、数据描述、数据信息｝。

项目名称：图像名称，用以区分各类不同图幅；

井区：以区块为单位，描述图幅的归属；

层段信息：层段信息包含油层组、小层号和细分层号，说明图幅所代表的地理深度；

区域范围：以经纬度为基础，说描述图幅跨度的区域范围；

数据描述：对数据的描述，说名数据的可用性以及完整性或数据项目和其他属性数据的关联关系；

数据关联信息：根据图幅类型的不同，数据信息表达方式也不同，多数情况建立子表或数据流文件。例如剩余油等值线则指向对应的流文件，层段构造信息则指向新建子表，在子表中具体描述数据的类型以及数据组织方法。

地理类数据需建立新的关系数据实体，并和原有数据源相关联来保证数据的一致性。

（3）计算结果类数据。在原有的石油领域软件中，根据数模计算或数据挖掘方法会产生一部分结果类数据文件，主要以文档形式和图幅文件形式存储。如各类已有的各种工程勘察报告、含油饱和度计算结果、开采曲线等。它们多是以一个整体位对象，采用二进制形式存储于数据库中，并采用外挂属性的形式与相关的其它属性数据相关联。利用SVG可交互的特点，调入对应的数据文件。

3 图形部件的设计与解释

SVG中是以基本的图形元素构成的，在生产中单一的图形文件不足以表达实际的图形模型，所以将多种SVG图形元素组合，形成完整的展示形式。这就要求各个图形元素中的属性要建立与关系数据的对应关系，图形元素的数量决定了构成完整信息的难易程度，在此构建一种完整的中间文件，用以更好的完成信息的集成以及增强系统的扩充能力。

图形部件选用XML文件格式，利用XML扩展性、灵活性、结构性更好的建立中间数据文件，XML定义结构形式化描述如下。

在上述结构中，对于由多图形元素构成的图像分别图像名称做以区分。图层控制表示图像所属的不同层次，并对需要提取的空间数据字段建立与关系数据的对应关系，值类型的利用类样式控制。在空间数据赋值时，出于效率考虑，将涉及数据同时提取到数据集中后再分别处理。

使用图形部件层，对于复杂多变的石油生产数据，使得空间数据的集成更加灵活，如果数据变化可对应修改图形部件的格式即可。

针对图形部件，按照部件的不同进行分组，将其解释成SVG可识别图像。并根据需要，加入图像控制脚本如图形的定量缩放、图层显示控制、图形区域事件控制等，形成SVG文件格式形式如下。

4 实例分析

研究大庆油田中A2数据模型，开发数据库逻辑模型。针对可辅助决策生产数据，提取地理类数据10余种：井位坐标、断层信息、砂体分布信息、层段信息、层段连通关系、剩余油等值线数据等。属性类信息20余种：油井开采信息、水井开采信息、单井静态信息、小层静态信息、油水井生产剖面、油水井方案措施记录、油水累计统计数据、井筒信息、功图数据等。

根据实际需要，定义了15大类图形中间件，其中重点类如下表列出（表1）。

表1 图形部件列表Table 1 The list ofgraphics parts

解释成SVG格式图幅中，按照不同部件分层管理，有效的控制图层的显示。对于统计类数据，定义了一种特殊的图形统计部件，包括饼图、柱状图、曲线等多种统计形式。

除SVG图形自带放大、缩小、图像品质调整功能外，利用java脚本提供了图像定量缩放、定位区域、图形编辑处理等功能。并利用事件触发机制，快捷的链入已有文档和图幅，增加了系统的可用性和辅助决策的能力。

5 结 论

基于SVG技术，针对可用于辅助决策的实际生产数据建立数据集成模型。提取关系数据实体，并利用XML文件格式形成中间图形部件，将中间图形文件合理的解释最终形成综合信息显示图幅。工作人员可根据具体工作需要，选择针对性较强的图幅显示，辅助生产决策。数据的可视化显示可直观的表现生产状态，并可进行综合的数据分析，从而较高的提高了工作效率。

[1]陆西宁,王红芳.基于GIS的空间决策支持系统的研究[J].微电子学与计算机，2009，26(4).

[2]乌伦,刘瑜,张晶,等.地理信息系统原理、方法和应用[M].北京:科学出版社,2001.

[3]刘啸,毕永年.基于XML的SVG应用指南[M].北京:北京科海集团公司,2001.

[4]徐锋.基于SVG的空间数据的网络发布[J].技术与创新管理,2009, 30(2):237～239.

[5] W3C.Scalable VectorGraphics(SVG )1.1Specification. http://www.w3.org/TR/2003/REC-SVG11-20030114/,2003-01-14.