石油行业三维组态技术的运用

三维组态技术在石油行业中的应用越来越广泛。以三维的GIS平台为基础建立起来的石油GIS三维系统其实是石油管网管理信息系统，该系统对埋地集输管网进行实时状态监管，让自动化程度较低传统集输管网管理系统得到改进，管网监管、维护、修理和更换更科学、智能，有助于提高石油生产系统的经济效益。

【关键词】三维GIS电力自动化系统 集输管网 组态技术应用

1 石油三维组态自动化系统

传统的管理系统中，一旦油田中的部分油水管网出现泄露，就会严重影响水源的安全、环境和人身健康。为减少这种由绘图不准确造成的误差危害，需要进一步开发构建基于GIS的三维电力集输管网信息管理系统。该系统能够对工作油田的所有的地面空间信息和管线的属性参数进行实时查询、储存、记錄、分析和处理，完成油田埋地集输管网的3D立体式动态管理，可加强管理的自动化程度、降低故障率，增强可靠性。

本文分析并构建了一个三维GIS自动化系统，该系统以工作油田生产及管理的优化流程应用模型为基础，运用三维环境数据库技术、现实环境虚拟建模技术、多层次细节技术、地理信息和虚拟现实集成等技术进行所有勘探区不同层次的卫星数据的完美镶嵌和地理环境的真彩色还原，组成了三维虚拟现实系统，实现信息数据的可视化及多维化再现，再经过智能化分析处理模型系统，向石油企业提供更好的经营管理和环境信息数据，可提高系统的管理性能。

2 系统总体建设

2.1 系统层次特点

依据层次化的理念进行设计。首先是构建一个能够显示整个油田的真实地理空间环境位置的3D数字油田情景。根据应用信息中心中提供的DEM、DOM和DLG参数信息和属性，进行高效集成，组成的数字情景具有3D效果，各种信息3D可实现可视化的查询及数据分析，组成以“数字地球”为原型的地理空间数据和石油专业数据的集合几何体，真实、生动、全面地展现整个油田的实际状态，并且能对需要了解的对象进行迅速定位、飞行、浏览及各种相关属性信息的查询。

其次，构建一个具有3D数字化网络特点的油田平台。油田服务平台实现3D数字化及网络化，可精准查询和访问油田的地面设施位置及属性，便于对应业务单位高效及时完成专业工作。

再有，完成石油GIS三维系统构建。比如：油田的三维地下环境管理系统、管线三维系统、故障处理及预警系统、油田的三维规划系统、生产三维指挥网络等。构建的系统通过二三维的结合，重点三维系统开发，实现所有信息统一系统化管理。

2.2 开发平台简述

该石油行业的三维GIS系统的开发平台为美国Skyline公司生产的Skyline Terra Suite系列的产品，是现在全球技术含量最高的情景3DGIS平台。该平台集中了卫星数据、航空影像、数字高程模型及部分2D和3D数据源，涵盖了GIS数据集等构建的交互环境。可以帮助用户将数据和数据库进行迅速地融合和更新，而且涵盖了大型数据库技术及信息流实时通讯技术，还能将三维地理空间影像展示给用户。

2.3 建设系统的技术应用

2.3.1 影像处理集成

系统中应用的影像及DEM处理技术多采用遥感影像处理软件实现的，这些软件集成了影像纠正、平衡色彩、图像增强和数据镶嵌拼接、各种数据的配准和坐标转化、多分辨率资源的叠加和匹配、影像和DEM的数据的3D融合集成多种功能。并应用Terra Builder集成软件进行3D数据集合，具有很强的三维合成技术，能进行多种数据的集合，还具有多种遥感影像处理技术，还能进行影像的坐标转化、修改及颜色调整。

2.3.2 发布数据功能

石油行业中地理数据信息量大、较为繁琐，在3D系统中需要对这些数据进行处理和集合，其中的Skyline平台上的Terra Gate较好地处理了这个问题，其中的Terra Gate软件应用全新技术进行数据的发布，这种技术能帮助用户无限制、无阻碍、流利地进行海量3D数据的浏览。

2.3.3 建模功能

Skyline平台中的Terra Explorer Pro软件，具有强大的三维建模和分析功能，能够进行基于数据集合程序建模和数据分析；另具WFS及WMS功能，其多功能性可实现多维系统集合。COM接口能进行用户自定义，可满足用户特殊需要。

3 GIS数据库

GIS数据库是3D系统建立的核心技术之一，能提供信息的决策支持，并拥有将所需要的公共数据信息进行存储、管理和服务支持的功能，并各系统之间数据交换，为系数据处理奠定良好的技术基础。

3.1 数据库

3.1.1 空间信息库

该系统需要对很多以矢量形式存储的数字地图进行分析处理，采用的处理机制是WMS/WFS。数字地图主要分为两大类，其一是基本电子地图：用来介绍石油行业的资源基本数据，以数字形式进行存储，包括油田的管道、建筑、交通设施和电力设施等；其二是石油要素：用来展示油田特征，以数字形式储存。

3.1.2 属性信息库

属性信息库主要分为三大类别：一是管线类，涵盖管线的编号、管道的材质、内外径、起始站点、投产时间、壁厚和防腐层等信息；二是油井类，包括油井的名字、分类、该地质条件下的石油储量和可采量、出油率、原油密度及相对密度、粘度、凝固点、压缩系数、体积系数、剩余价值等数据；三是站类，有站库名字、责任人、联系方式等重要信息；还有应急库的名称、责任方式及抢险物资信息等。

3.2 数据组织管理

3D自动化系统包含多种数据类型，用户应用关系数据库中的结构化数据及非结构化数据，进行参数的信息存储、共享和分布处理。为了能够用关系数据库处理系统数据，需要处理的数据量过大并且性能过低，最好选择大型库Oracle为库管理系统。该系统还能处理好空间和非空间的数据问题。共同标识能实现空间数据及属性数据的相统一，通过对空间所有数据对象信息分类建立唯一的数据标识字，并且在表达该对象的属性表中同样建立唯一的这样标识项，使得能够在同一时段访问两类数据库。

4 系统功能

4.1 设计初衷

该3D系统重要组成部分是图形库、可视化及集输基础数据库，三者关系如图1所示。

由图1显示可知，图形库和集输基础数据库构成是系统底层，可存储多种类型的图形和集输管网的各类信息和数据。信息和数据以图形格式储存，经过可视化及模块化关联整合后，构成了不同的完整模块。系统不断延伸拓展，构成了基于数据库及图形库的逐渐完善的集输管线的地理数据信息系统。

4.2 系统构建流程

正在使用的石油油田的3D管网的信息管理系统如图2所示。其中包括了六个主要模块：地理空间信息数据库、基本地理信息数据、油田专业数据、油田三维GIS建设平台、实时更新数据维护机制以及系统的备用开发模块。

4.3 三维GIS平台功能

3DGIS平台支持基础地理数据信息及油田基础设施数据功能，还能实现其他功能，如：对地理空间信息数据进行公布并提供查询；对地图进行缩放和漫游；以鹰眼和比例尺建立基础设施的图例；在地图中测量地理中的长度、周长、面积；选择地图集：根据作业和专业类型进行分类作图；控制图层功能：对图集中各个层次实施控制、显示、隐藏的操作；地理坐标定位：按照实际位置在地图进行显示定位；查询基础设施位置：按照各个基础设施名称在地图上查询并定位；查询区域：根据矩形、多边形和圆形对特定范围的设施进行统计查询；分类统计基础设施：分类汇总该工作区数据库中的基础设施；设计规划：在3DGIS数据的基础上对油田实施规划、分析和设计等；维护：对数据进行实时的录入、删除和修改等；

管理功能：由管理员整体配置管理系统，比如配置管理系统用户、IP地址、操作權限、地图边界等信息。

4.4 应用现状

3DGIS系统集合了二维和三维的数据和信息，能够实现3D立体平台信息观测与查询、信息实时化分析及系统功能拓展开发。利用该平台，还能设计其他生产需要的系统软件，例如调度管理、石油专家系统等应用软件。此外，企业可根据提供数据及信息的管理系统，开发出兼容石油的勘探、地面建设、储运销售和企业管理等多专业相综合的管理软件，实现系统管理可视化、综合化和数字化。

5 结束语

GIS系统以地面信息数据系统为基础，抵消信息孤岛，构成综合性的管理信息系统，整合各种开放、生产和应用数据库，可为石油行业生产进行设计、分析和产出规划。

参考文献

[1]胡小妹.信息可视化设计与公共行为研究[D].北京：中央美术学院，2014（05）.

[2]朱荣跃.矿山工程三维地质可视化建模分析及应用[D].吉林：吉林大学，2014（04）.

[3]王伟，周新春，张国学.面向灾害天气的三维动态仿真方法研究[J].人民长江，2014（01），120-121.

[4]王素丽，宁辉.多维约束下的炸药爆破过程三维仿真[J].计算机仿真，2014（08），78-80.

[5]何侃.地形生成算法与采煤沉陷区三维可视化应用研究[D].合肥：安徽大学，2014（04）.

作者简介

叶丽（1974-），女，广西壮族自治区藤县人。广西大学电力系统及其自动化专业硕士。现为广西电力职业技术学院讲师/技师。研究方向为自动化技术。

作者单位

广西电力职业技术学院 广西壮族自治区南宁市 530007