基于SkyLine的勘探区块三维地理信息系统

杜 凡，安鱼飞，卫 超

（1.中国矿业大学 资源学院，江苏 徐州 221116；2.西安煤航卫星数据应用有限公司，陕西 西安 710054）

非常规勘探区块三维数字沙盘系统实质上是以GIS为软件平台，利用DEM、RS图像和勘探开发、生产空间数据、属性数据库等构建的包含油田各类相关信息的三维动态可视化应用软件系统，可在非常规勘探中发挥重要作用。

1 系统的构建

1.1 软件平台

Skyline软件是利用航空影像、卫星数据、DEM和其他二维或三维信息源，包括GIS数据等创建的一个交互式环境。它允许用户快速融合数据、更新数据库，且有效支持大型数据库和实时信息流通信技术，能够快速和实时地展现给用户三维地理空间影像。TerraSuite包含3类主要产品：①TerraBuilder，融合大量的影像、高程和矢量数据，以此来创建有精确坐标的三维模型地形数据库。②TerraExplorer是桌面应用程序，使用户可浏览分析空间数据，并可对其进行编辑；也可添加二维或者三维的物体、浏览路径、场景以及地理信息文件。TerraExplore与TerraBuilder所创建的地形库相链接，并可立即在网络上发布。③TerraGate是服务器端软件，允许用户通过网络来访问地形数据库。TerraGate的空间数据是实时的以数据流方式传输的，就像读取本地机上的文件一样流畅。

鉴于Skyline产品在三维数据压缩、显示、浏览等方面的优势，可利用Skyline系列软件实现三维海量数据的存储以及大范围三维场景的显示，借助软件开发工具进行系统定制，满足具体的应用要求。

1.2 系统场景构建

系统场景构建的具体技术路线如图1所示。

场景构建的具体步骤为：

1）生成DEM 数据：收集工作区的各级比例尺等高线数据或各种分辨率的航空、航天遥感影像立体像对, 建立地域DEM 。

2）遥感影像数据处理：利用地面控制点和DEM数据, 对工作区的低、中、高分辨率遥感影像进行严密的精纠正后生成数字正射影像图（DOM）。

3）生成基础三维场景：将以上各种数据导入TerraBuilder中, 创建一个现实影像的、地理的、精确的地球三维场景（MPT文件）。

4）基础地理和专题要素收集：收集工作区内的地形图，提取县界、公路、铁路、河流、居民地、自然地域名等基础地理要素；收集勘探中的井位布置、地震线部署、勘探工程布置、水源地等地理信息。

5）数据处理：将收集的资料按照标准分要素进行数字化工作，再通过GIS软件对其进行格式转换，使之能够在场景中加载。

6）数字建模：对一些油田地面建筑物、地标、探井或其他油田设备在3DMAX或其他建模软件中建模。

7）将整理好的数据和模型加载到生成的三维场景中，对要素进行分类分组和数据属性调整，形成最终的系统三维场景（FLY文件）。

1.3 系统功能设计

确定系统的技术框架，采用3层CS(BS)/AS/DS系统框架，如图2所示。

1.4 系统功能设计

基于SkyLine的非常规勘探三维地理信息系统由数据管理、漫游浏览、信息查询、测量分析、勘探业务功能、创建物体、辅助功能和其他模块组成，见图3。

每个模块的具体功能为：

1）数据管理：通过信息树中的开关可对场景内的所有物体进行显示或隐藏操作；还可对大小、颜色、方向等属性进行调整。

2）漫游浏览：通过三维场景上的视图操作（如缩放、拖曳、转向等）来进行场景的浏览；还可打开地下模式，进行场景地下浏览，并实时显示鼠标点击处的WGS84经纬度坐标。根据若干公共点计算出WGS84到北京54或西安80的坐标转换参数，对鼠标点击处的WGS84坐标进行转换，同步显示北京54或西安80坐标。

3）信息查询：查询三维场景地物对象的基本属性信息和实时更新数据。

4）测量分析：包含GIS测量和分析功能。测量包括测量距离（水平、高程差、空间）和面积周长；分析功能包括通视和视域分析、坡度坡向分析、填挖方量计算、威胁区分析、等高线和地形剖面分析、水淹分析等。

5）勘探业务：包含利用坡度坡向分析和地形修正工具，通过导入坐标串在场景中导入矢量线等，将已有矢量线导出坐标，填挖方量计算，导入矢量栅格数据。

6）创建物体：可在三维窗体中创建标注、视频、二维物体、三维物体和观察记录点以及飞行路线。

7）辅助功能：在三维窗口中，可随时跳转至特定坐标处并可把窗口显示的三维画面按照设置好的分辨率进行输出打印。

1.5 系统程序开发

本系统以MS Visual Studio 2005为开发工具，利用C#作为开发语言,利用ArcSDE空间数据库引擎链接Oracle 10g 存储的勘探海量数据，同时采用SkyLine软件的TerraDeveloper软件开发包作为COM 组件。

TerraDeveloper软件开发包提供的TerraExplorer Objects组件是整个TerraSuite系列产品的应用开发平台。TerraExplorer Pro实际上就是调用TerraExplorer Objects接口开发的成熟产品。TerraExplorer Objects组件通过接口的形式为软件开发者提供了TerraExplorer Pro中的绝大多数功能。在MS Visual Studio 2005中把引入的TerraExplorer对象声明为对象变量, 即可调用TerraExplorer Objects组件, 轻松实现三维GIS方面的功能。系统使用了TerraExplorer Objects组件中IProject、INavigate、IProjectTree、ICreator、IAnalysis和ICommand等接口。

2 系统应用

该系统已经应用于中石化下属的一些非常规勘探部门（见图4），为非常规勘探工作提供了很多有用的功能。

1）根据大比例尺数据生成的、趋于真实的场景，使工作人员对工作区有了非常直观的视觉印象，可随时查找某一地点的坐标并查看那里的地形地貌；

2）可在地表进行各种测量及GIS分析；

3）利用坡度坡向分析和地形修正工具来为工作人员选择站场布置提供辅助分析功能，且可计算建设站场施工需要的填挖方量（见图5）；

4）通过导入坐标串在场景中布设地震线、勘探线、管线、电力线路等，同时也可根据在场景中手绘的地震线、勘探线、管线、电力线路等导出坐标（见图6）；

5）可导入地质图、水文地质图、规划图等进行叠加分析，为勘探施工提供分析依据；

6）提供高分辨率的三维场景画面输出打印（见图 7）。

3 结 语

本文利用三维GIS技术，针对非常规勘探工作中遇到的实际需求，研究开发了基于SkyLine的非常规勘探区块三维地理信息系统。系统已经应用于中石化华东分公司、江汉油田、南方分公司等单位，取得了明显的效益和满意的效果，具有良好的应用前景和推广价值。

随着系统在非常规勘探工作中的进一步应用，结合相关技术发展，笔者认为下列方面还需进一步研究：①能方便地与其他石油系统使用的软件进行数据转换；②将系统搬迁到手持终端，让工作人员在野外也可使用这套系统查看地貌，进行各种测量分析。

[1]李佼，吴健平，胡英杰.基于TerraExplorer Pro的三维城市浏览系统开发[J].计算机技术与发展,2009(6)：240-242

[2]邓洁，夏春林，王润芳.基于SkyLine Terrasuite的城市三维景观的建立[J].遥感技术与应用,2008(5)：529-532

[3]唐先明，李媛媛，曲寿利.四川盆地油气勘探三维地理信息系统与应用[J].地球信息科学学报,2009(2)：209-215

[4]李雄，涂伟，魏力强. 地理信息系统在油田勘探开发中的应用及其发展趋势[J]. 西部探矿工程, 2008(5): 69-71

[5]宋跃滨，孙晓生. 石油行业GIS技术应用现状与展望[J].测绘与空间地理信息, 2007(1): 54-56

[6]武艺，赵冬至，黄凤荣，等.基于Skyline的流域河口生态安全评价三维场景实现技术[J].海洋环境科学，2012(1): 88-91

[7]侯妙乐，刘忠贞，孙维先. 基于Skyline的三维数字校园[J].北京建筑工程学院学报，2008(4):18-21

[8]Skyline Software System Inc TerraDeveloper Paper[EB/OL].http://www.skylinesoft.com/，2012-05-01

[9]Skyline Software System Inc TerraExplorer Help Paper[EB/OL].http://www.skylinesoft.com/，2012-05-01

[10]Matthias K. Visualization of Geographically Related Multidimensional Data in Virtual 3D Scenes[J]. Computers & Geosciences，2000(1):101-108

[11]Houlding S W.3D Geoscience Modeling-computer Techniques for Geological Characterization[M]. New York： SpringerVerlag,1994

[12]Ishidat, Akahaniji，Hiramatsuk,et al. Digital City Kyoto ：Towards A Social Information Infrastructure[J].Lecture Notes in Artificial Intelligence,1999(1652):23-35

[13]袁存忠.基于Skyline的福建省三维地理信息公共平台的研建[J].测绘通报,2009(2):54-56