朱 升,徐 震

(南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210093)

基于 Google Earth和 Geoserver的三維油田地理信息系統(tǒng)

朱 升,徐 震

(南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210093)

油田除了二維信息外,還包含有大量對(duì)于決策至關(guān)重要的三維信息,如多管流程中管線(xiàn)的具體空間位置,油井的具體鉆井?dāng)?shù)據(jù),地層三維數(shù)據(jù)等。如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的組織管理,是油田的迫切需求。提出了一種基于 Geoserver和 Google Earth的多維油田地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

油田地理信息系統(tǒng);Geoserver;Google Earth

0 引 言

目前,針對(duì)油田這種類(lèi)型的中小型開(kāi)源WebGIS應(yīng)用,主要采用的是Mapguide,Mapserver和 Geoserver這三大開(kāi)源的 WebGIS軟件,其應(yīng)用主要是處理二維空間數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)。這些應(yīng)用方面前人都做了很多工作,取得了很多經(jīng)驗(yàn)和成果。上述 GIS系統(tǒng)都可以較好地處理二維空間信息和矢量屬性數(shù)據(jù),但是,油田除了二維信息外,還包含有大量對(duì)于決策至關(guān)重要的三維信息,如多管流程中管線(xiàn)的具體空間位置,油井的具體鉆井?dāng)?shù)據(jù),地層三維數(shù)據(jù)等。以往,三維數(shù)據(jù)的瀏覽和展示只能借助于專(zhuān)業(yè)的單機(jī)軟件,很難和二維信息一起直觀(guān)地展示給用戶(hù)。如果能夠?qū)⒍S信息和三維數(shù)據(jù)整合在一起,將為油田的高層決策和日常管理提供極大的方便?？紤]到油田中小型應(yīng)用的實(shí)際需求和預(yù)算,可以采用 Google Earth+Geoserver+PostGIS架構(gòu)來(lái)建立油田三維信息展示系統(tǒng),以便更好地方便油田的日常管理和決策。

1 主要技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 Geoserver和KML

Google Earth是一款 Google公司開(kāi)發(fā)的虛擬地球儀軟件,它把衛(wèi)星影像、航空照片和地理信息布置在一個(gè)地球的三維模型上。Google Earth支持添加外部WMS服務(wù),因此可以將二維 GIS數(shù)據(jù)通過(guò)這種方式發(fā)布到 Google Earth中去。

K ML,是 Keyhole標(biāo)記語(yǔ)言 (Keyhole Markup Language)的縮寫(xiě),是一種采用 XML語(yǔ)法與格式的語(yǔ)言,用于描述和保存地理信息 (如點(diǎn)、線(xiàn)、圖像、多邊形和模型等),可以被 Google Earth和 Google Maps識(shí)別并顯示。K ML中的幾何對(duì)象都包含 3個(gè)屬性 ：longitude、latitude、altitude,利用基本的幾何圖形 (如點(diǎn)、線(xiàn)、面),加上高程數(shù)據(jù),可以構(gòu)建一些簡(jiǎn)單的三維圖形。如果需要構(gòu)建復(fù)雜的三維模型,可以借助三維建模工具 Google Sketchup,然后將得到的三維模型轉(zhuǎn)成 kmz格式即可,這樣就可以直接在Google Earth中調(diào)用這些三維模型了。

1.2 Geoserver

Geoserver是 OpenGISWeb服務(wù)器規(guī)范的 J2EE實(shí)現(xiàn),利用 Geoserver可以方便地發(fā)布地圖數(shù)據(jù),允許用戶(hù)對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、刪除、插入操作,通過(guò)Geoserver可以比較容易地在用戶(hù)之間迅速共享空間地理信息。

GeoServer主要特性包括：兼容 WMS和 WFS特性;支持 PostGIS、Shapefile/ArcSDE/Oracle/VPF/MySQL/Map Info;支持上百種投影;能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)地圖輸出為 jpeg/gif/png/SVG/K ML等圖像和圖形格式;能夠運(yùn)行在任何基于 J2EE/Servlet容器之上;嵌入MapBuilder,支持 AJAX的地圖客戶(hù)端;除此之外還包括許多其他的特性。

Geoserver支持 K ML格式的發(fā)布,使其與 Google Earth的整合更加容易。

1.3 PostGIS

PostgreSQL是一種對(duì)象 -關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(ORDBMS),也是目前功能最強(qiáng)大、特性最豐富和最復(fù)雜的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。它起源于伯克利(BSD)的數(shù)據(jù)庫(kù)研究計(jì)劃,目前是最重要的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目之一,有著非常廣泛的用戶(hù)。PostGIS在對(duì)象 -關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù) PostgreSQL上增加了存儲(chǔ)管理空間數(shù)據(jù)的能力,相當(dāng)于 Oracle的 spatial部分。PostGIS最大的特點(diǎn)是符合并且實(shí)現(xiàn)了OpenGIS的一些規(guī)范,是最著名的開(kāi)源 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)。

利用上面的技術(shù),能夠?qū)⒂吞锏亩S信息和三維數(shù)據(jù)整合在一起,建立一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)多維信息展示的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

綜合考慮油田需求和現(xiàn)有技術(shù),選擇 C/S和B/S結(jié)合的架構(gòu)來(lái)統(tǒng)一管理油田的數(shù)據(jù),以便提高生產(chǎn)決策水平。下面具體分析架構(gòu)。

多維油田地理信息系統(tǒng)采用 C/S和 B/S相結(jié)合的架構(gòu),以便最大限度地發(fā)揮 Google Earth在數(shù)據(jù)整合中的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用WGS 84經(jīng)緯度投影。后臺(tái)服務(wù)采用 Geoserver,加載 PostGIS存儲(chǔ)的空間矢量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。Google Earth雖然已經(jīng)具備了強(qiáng)大的影像功能,但考慮到內(nèi)網(wǎng)無(wú)法方便地獲取 Google Earth本身的影像資料和油田地區(qū)一般沒(méi)有近期的高精度影像覆蓋,用 Geowebcache處理高精度影像數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充,油區(qū)數(shù)據(jù)采用QuickBird 0.6m高分辨率衛(wèi)星影像,背景采用 Landsat ET M+經(jīng)過(guò)影像融合后得到的 14.5m分辨率影像。三維文件經(jīng)過(guò) Sketchup制作后以 K ML的形式發(fā)布,由 Apache/Tomcat統(tǒng)一管理,并最終提交給Google Earth統(tǒng)一管理。Geoserver不僅可以以 K ML格式發(fā)布數(shù)據(jù),還可以通過(guò)WMS發(fā)布,用 Open Layers統(tǒng)一管理 WMS服務(wù),以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的二維 Web-GIS。具體架構(gòu)如圖 1所示。

油田數(shù)據(jù)主要分為單井油管線(xiàn)等點(diǎn)線(xiàn)信息和油區(qū)背景影像信息。矢量信息由 PostGIS統(tǒng)一管理,影像數(shù)據(jù) Geowebcache進(jìn)行管理和分片加速處理,G e o s e r v e r作為一個(gè)上層 GIS服務(wù)器將這兩類(lèi)數(shù)據(jù)整合成WMS服務(wù)和 K MZ文件對(duì)外發(fā)布。在網(wǎng)絡(luò)層,用 Apache作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,其中,利用 OpenLayers讀取 WMS圖層進(jìn)行地圖配置,以 B/S的方式發(fā)布系統(tǒng),方便油田各個(gè)部門(mén)的人可以直接利用Web瀏覽器直接使用油田地理信息系統(tǒng)的基本功能。同時(shí),也可以自己在 Geoserver發(fā)布的 K MZ圖層基礎(chǔ)上,建立自己的三維模型存在 Apache中,之后一起發(fā)布到 Google Earth中,為油田決策層和相關(guān)部門(mén)提供高效的三維瀏覽支持。

在基于 K ML的開(kāi)發(fā)中,Google Earth實(shí)際上就是作為一個(gè) K ML文件的瀏覽器。選用 Google Earth作為前臺(tái)客戶(hù)端加載地圖服務(wù),可以動(dòng)態(tài)的添加WMS服務(wù),可以與全球數(shù)據(jù)統(tǒng)一顯示,而且可以將K ML格式的三維模型無(wú)縫顯示出來(lái),為領(lǐng)導(dǎo)的決策提供新的數(shù)據(jù)瀏覽手段,同時(shí)也增加了用戶(hù)體驗(yàn)。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)流程

3.1 三維實(shí)現(xiàn)

以一個(gè)多管流程為例,首先在 Google Earth中定位好目標(biāo)區(qū)域,之后用 Sketchup在區(qū)域上空以放大的方式建立當(dāng)前管線(xiàn)的多管流程內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。建立好之后,三維文件經(jīng)過(guò) Sketchup制作后由Apache/Tomcat統(tǒng)一管理。所有數(shù)據(jù)都以 K ML的形式發(fā)布,并以 K ML鏈接的形式整合數(shù)據(jù)源最終提交給 Google Earth統(tǒng)一管理。通過(guò)網(wǎng)頁(yè)提供具體管線(xiàn)的模型鏈接,以方便查詢(xún)。

3.2 海量數(shù)據(jù)的顯示

雖然 Google Earth本身就是一個(gè)很好的三維影像發(fā)布平臺(tái),但依舊需要建立自己的影像服務(wù)。因?yàn)?①Google Earth需要持續(xù)連接公共網(wǎng)才能獲得實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù),而油田一般都是采用局域網(wǎng),不具備這個(gè)能力。②油田油區(qū)一般遠(yuǎn)離城市,Google Earth上一般在這些區(qū)域沒(méi)有高精度影像覆蓋。因此,有必要建立自己的影像服務(wù)。

Geowebcache是一個(gè)采用 Java實(shí)現(xiàn)用于緩存WMS地圖切片的開(kāi)源項(xiàng)目,可實(shí)現(xiàn)影像個(gè)性化服務(wù)(圖 2)。把目標(biāo)區(qū)影像切好后存儲(chǔ)到服務(wù)器上,當(dāng)?shù)貓D客戶(hù)端請(qǐng)求一張新地圖時(shí),Geowebcache將攔截這些調(diào)用然后返回預(yù)先緩存過(guò)的地圖瓦片。如果找不到緩存再調(diào)用服務(wù)器上的瓦片,從而可以提高地圖展示的速度,減輕 Geoserver服務(wù)器的工作負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)更好的用戶(hù)體驗(yàn)。

圖2 影像服務(wù)示意圖

高精度影像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大,以江蘇油田試采一廠(chǎng)陳堡、瓦莊 2塊油區(qū)為例,需要 3景圖像才能完全覆蓋,經(jīng)過(guò) loadrunner測(cè)試并發(fā)負(fù)載,單機(jī) 10個(gè)并發(fā),平均響應(yīng)時(shí)間在 5s左右,完全可以滿(mǎn)足需要。如果再進(jìn)行擴(kuò)展,就開(kāi)辟專(zhuān)門(mén)的影像服務(wù)來(lái)支持高并發(fā)服務(wù)。

3.3 OpenLayers加載 WMS服務(wù)

OpenLayers加載WMS服務(wù)代碼如下。

加載底圖：加載其余的疊加層：

通過(guò)map.addLayers([demolayer,wms,wms1,wms2,wms3])統(tǒng)一加載為資源服務(wù)。

Google Earth通過(guò) K ML格式的鏈接來(lái)保存其余的油田 K ML資源鏈接,統(tǒng)一發(fā)布。

4 應(yīng)用實(shí)例

利用此架構(gòu)方法,構(gòu)建了江蘇油田三維 GIS展示平臺(tái)和二維 GIS業(yè)務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)充分發(fā)揮了Google Earth在三維處理方面的優(yōu)勢(shì),將多種數(shù)據(jù)整合到一起,發(fā)布的結(jié)果美觀(guān)、大方、運(yùn)行高效、架構(gòu)簡(jiǎn)單。油田管理者可以通過(guò)三維展示平臺(tái),在三維空間中掌握油田地理信息的概況,更加方便了油田決策。一般工作人員則可以在二維平臺(tái)下,處理日常業(yè)務(wù)。目前,系統(tǒng)只是就三維 GIS的快速發(fā)布做了一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用,至于如何在這個(gè)平臺(tái)上整合如地層,鉆井?dāng)?shù)據(jù),將是下一步的主要工作方向。

5 結(jié) 語(yǔ)

介紹了利用 Googl Eearth和 Geoserver構(gòu)建三維油田地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。運(yùn)用 Sketchup建模,最大程度簡(jiǎn)化了復(fù)雜的模型數(shù)據(jù),提高了瀏覽效果和瀏覽速度。本次建模實(shí)現(xiàn)的僅僅是簡(jiǎn)單的三維場(chǎng)景。通過(guò)三維數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺(tái),將三維地理信息數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布,實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端三維景觀(guān)瀏覽、相關(guān)查詢(xún)、GIS各種分析等操作,將是下一步的工作重點(diǎn)。

圖3 二維業(yè)務(wù)系統(tǒng)界面

圖4 利用 Google Earth三維效果展示

[1] 徐震,徐士進(jìn),董少春,等.油田地理信息系統(tǒng)在線(xiàn)編輯功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2009,9(14)：3964-3968.

[2] 崔倫輝,張萬(wàn)昌,徐士進(jìn).江蘇油田地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程,2008,34(20)：272-274.

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Three-dimensional oilfield geographical information system based on Google Earth and Geoserver

ZHU Sheng,XU Zhen

(School of Earth Sciences and Engineering,NanjingUniversity,Nanjing 210093,China)

In addition to two-dimensional information,oilfield also contains a large numberof three-dimensional infor mation key to decision-making,such as the specific spatial location of the pipeline,specific data on oil drilling and 3D data of the strata.It is of urgent need for the oilfield to organize the datamanagement efficiently.The authorspresented amulti-d imensionaloilfield geographic information system based on Geoserver and Google Earth.The experiments showed that the system was feasible.

Oilfield geographical infor mation system;Geoserver;Google Earth

TP391.41

A

1674-3636(2010)04-0386-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.386

2010-07-12;編輯：侯鵬飛

朱升 (1985—),男,碩士研究生,主要從事地球探測(cè)與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)工作.