浅谈地理信息系统在油田电网管理中的应用

石琳琳 李尚锟 郁洁 严兵 宗金金

[摘    要] 近年来，随着经济的发展，红车拐油田日益增长的用电需求与薄弱的电网架之间的矛盾已十分突出。为了将电能损失降到最小，单凭操作人员的经验管理电网显然是不科学的，这已不能适应现代化管理的要求，迫切需要完善电网数据采集系统和发展智能管理软件，协助操作人员甚至代替操作人员更及时、更科学地做出最佳调度决策。确保电网在安全运行基础上运行费用最小，最大限度地挖掘电网的潜力。

[关键词] 地理信息;GIS;油田电网

0      引    言

随着电力发展的需求，电网的信息化管理已经成为油田企业十分紧迫的任务，新疆油田分公司采油一厂意识到电网的潜在风险，并努力地致力于电网的改造工程，利用高技术、性能好的设备从事电网的改造。地理信息系统的推广应用给我们带来了全新的技术方法和观念，采油一厂抓住机遇，运用地理信息系统技术，开发和完善适用于油田生产管理的电网管理系统，用来管理、分析大量的电力应用及勘探开发图形信息，为油田的生产及开发提供科学的决策依据。

1      地理信息系统国内应用现状

（1）地理信息系统在油田电网应用中的重要性及紧迫性

经过多年的建设发展，新疆油田采油一厂在电力信息化方面已颇具规模，各种数据信息已经以海量计，传统的地理信息系统分析方法已经不能适应当前的生产管理的要求。地理信息系统的推广应用带来了全新的技术方法和观念，运用地理信息系统技术，开发和完善适用于油田电网管理的GIS系统，用来分析并管理大量的空间图形信息，为油田的生产运行提供科学的决策依据。

（2）油田企业地理信息系统的特点

油田电网地理信息系统的特点，主要表现在应用领域广阔，覆盖面积大，相关专业多，且多有专业交叉。各种静态数据、动态数据之间还存在着错综复杂的逻辑关系，其复杂性、专业性是其他专业的地理信息系统所不能比拟的。

2      地理信息系统需求分析

新疆油田作业环境复杂多变，油区配电网错综复杂，涉及区域多，配套设施多样化，检维修难度非常大，调控管理难度大，迫切需要借助地理信息系统管理的思路和理念，建设电网GIS管理系统，以改善和提升油田电网业务管理水平。电网GIS管理系统的建设，属于“智能地面工程”业务领域，既符合新疆油田公司智能油田建设总体规划，也保持了和当前油田信息化发展相一致的方向。

3      地理信息系统解决方案

（1）系统结构设计

系统运行在油田内部局域网环境中，采用 B/S模式软件架构，该模式具有服务器运行数据负荷小、数据存储速度快、数据安全性好等特点。系统基本结构可以抽象为 3个层次：数据层、功能层和应用层，系统开发中，选用 Visual2019作为开发平台，以ArcGIS10.2作为开发组件。后台数据库采用 Oracle11g。在 Oracle11g中分别建立空间数据库和属性数据库。空间数据库中只存储空间数据的基本信息，通过空间数据引擎 ArcSDE进行管理。

（2）系统功能设计

采油一厂地理信息系统的业务流程较为复杂，根据用户需求，为了很好地对其进行描述，在上述系统结构分析的基础之上，将整个业务流程按功能模块进行详细描述，包括系统管理、GIS地图操作和深化应用三大模块。

系统管理：采用了模块化、权限化的设计思想，保证了不同用户的不同需求，进而使系统的安全运行在操作上得以保障。

GIS地图操作：实现包括对电力系統的设备进行选择操作、测量操作、定位操作、漫游操作、查询操作、鹰眼、地图输出和地图自动远程连接等多项功能。

深化应用：对接A2产能数据，在地图上实时展示产能变化，并关联电力管理数据，自动分析断电情况下电网的拓扑结构模型，产量影响情况等。

4      采油一厂电网GIS管理系统的特点

（1）基于ArcGIS的平台

ArcGIS是美国 ESRI公司为不同需求层次用户提供的 GIS产品线和解决方案，代表了当前 GIS行业最高的技术水平。ArcGIS Engine是一套完备的嵌入式 GIS组件库和工具库，支持所有主流操作系统，如 Windows、Linux和 UNIX。利用组件库，结合 Visual Basic、Visual C++、c#、Java等语言开发相应的程序开发平台，可以在应用程序中实现对地图的操作、编辑与分析。与传统的底层开发及应用软件的二次开发相比，具有开发成本低、开发效率高、更具专业性和灵活性等优点。

（2）建立了统一的标准的数据库

系统创建初期项目组研究并参考了《油田地面建设规划设计规范》《地面工程数据库逻辑结构》《地面工程部分图元图式》《电网监控与数据采集系统通用技术规范》《石油工业数据库设计规范》等多种设计及开发规范，建立完整规范的数据库结构，保障空间、属性数据的正常采集、整理、入库和维护。

（3）基于SOA的系统接口规划及开发

具有中立的接口定义的特征称为服务之间的松耦合。松耦合系统的好处有两点，一点是它的灵活性，另一点是，当组成整个应用程序的每个服务的内部结构和实现逐渐地发生改变时，它能够继续存在。我们称能够灵活地适应环境变化的业务为按需（On demand）业务，在按需业务中，一旦需要，就可以对完成或执行任务的方式进行必要的更改。

5      系统关键技术

（1）Web GIS技术（如图1所示）

Web GIS是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项技术。它是基于网络的客户机/服务器系统;利用因特网或企业网进行客户端和服务器之间的信息交换;它是一个分布式系统，用户和服务器可以分布在不同的地点和不同的计算机平台上。Web GIS主要作用是进行空间数据发布、空间查询与检索、空间模型服务、Web资源的组织等。

（2）空间数据库技术（如图2所示）

空间数据库主要是存储的数据由简单的文本、数字、日期等扩展到对空间实体的位置、形状、大小及其分布特征等方面信息进行存储的数据库，具备空间信息的存贮、管理、检索和空间计算等空间功能。主要的空间数据库引擎有Oracle Spatial、Arc SDE等。

（3）Geoprocessing Service

Geoprocessing Service（地理处理服务），简称GP服务。地理处理服务提供对地理空间数据进行操作的服务和增值服务。给定一个或多个输入，地理处理服务在这些数据上执行增值处理并产生输出。ArcGIS Geoprocessing提供了大量地理处理和分析工具，可根据需要对这些工具进行组合构造自己的GIS分析模型，然后发布成GP服务，以方便各种Web客户端调用。

（4）基于移动通信网络的GPS定位技术

在移动通信网络中，通常有以下几种定位技术：一是基于Cell ID的定位技术，它由网络侧获取用户当前所在的基站Cell信息获取用户当前位置，其精度取决于移动基站的分布及覆盖范围的大小;二是基于AFLT的定位技术，AFLT（Advanced Forward Link Trilateration）是CDMA独有的技术，在定位操作时，手机/终端同时监听多个基站的导频信息，利用码片时延来确定到附近基站的距离，最后用三角定位法算出具体位置;三是基于AGPS（无线网络辅助GPS定位技术）的定位技术，AGPS将终端的工作简化，由网络侧的定位服务器与终端相互配合完成定位工作，就是将卫星扫描及定位运算等最为繁重的工作从终端一侧转移到网络一侧的定位服务器完成。

（5）金字塔瓦片分层技术

金字塔瓦片分层技术是一种编码技术，使用它可以快速通过编码计算出数据的位置，通过一种四分的方案实现对数据不同层次细节地再组织，比较适用于空间二维、三维的数据组织。在空间数字平台的影像和DRG的存储中都是将数据先进行空间索引，然后入库，当客户端要求数据时，它完全可以根据当前的空间位置计算要加载的数据编码，然后从服务器请求相应的数据，实现对海量数据的快速浏览、查询、加载。

（6）空间数据模型技术

本项目采用Oracle Spatial空间数据库引擎来实现空间数据的存储与管理。Oracle Spatial是Oracle数据库强大的核心特性，包含了用于存储矢量数据类型、栅格数据类型和持续拓扑数据的原生数据类型。空间数据模型存储的不是单一性质的数据，而是涵盖了几乎所有与地理相关的数据类型，这些数据类型主要可以分为3类：

①属性数据：与通用数据库基本一致，主要用来描述各种属性，一般包括数字、文本、日期类型。

②图形图像数据：与通用数据库不同，空间数据库系统中大量的数据借助于图形图像来描述，如图3所示。

6      结    语

随着智能油田作为油田新开发模式的兴起，油田智能化和物联化应用水平得到进一步提升。通过智能化手段优化、提升油田的管理和决策水平，已成为国内外石油公司科技、信息化发展的重点战略，代表了石油行业未来发展的趋势。

主要参考文献

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