劉挺，蔡永香 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

肖克炎 （中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037）

在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，智能手機(jī)的軟硬件水平，移動(dòng)通信以及計(jì)算能力得到了很大的提升［1］，移動(dòng)應(yīng)用逐漸從大眾領(lǐng)域深入到企業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，給企業(yè)生產(chǎn)管理帶來了極大的便利和效率，越來越受到各行各業(yè)的重視。移動(dòng)GIS是結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端，以及移動(dòng)定位技術(shù)的GIS系統(tǒng)，是繼桌面GIS、WebGIS之后的技術(shù)熱點(diǎn)。從大眾點(diǎn)評(píng)到滴滴打車、移動(dòng)版百度地圖，移動(dòng)GIS已經(jīng)成為了移動(dòng)開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)［2］。隨著數(shù)字油田的推進(jìn)，基于移動(dòng)智能端的辦公越來越受到各油田的重視，在解決數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)确矫?，給油田管理人員提供了隨時(shí)隨地的辦公服務(wù)，提高了油田生產(chǎn)和管理的工作效率［3－7］。

目前，移動(dòng)GIS在數(shù)字油田上的應(yīng)用仍處于探索階段。袁滿等結(jié)合3G通信、GPS定位以及無線數(shù)據(jù)同步等技術(shù)，借助ArcGIS Mobile移動(dòng)平臺(tái)開發(fā)出油田移動(dòng)GIS，解決了油田日常生產(chǎn)管理中數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)傳輸?shù)膯栴}［8］。Chunling Y，Guo L和Yuan M等構(gòu)建了基于SVG的油田移動(dòng)GIS地圖服務(wù)系統(tǒng)［9－11］，采用SVG格式定義和傳輸?shù)貓D要素或圖層。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，油田信息網(wǎng)絡(luò)主要采用的是局域網(wǎng)［12］，王英華等為移動(dòng)GIS接入油田網(wǎng)絡(luò)提供了可參考的安全策略和技術(shù)［4］。移動(dòng)GIS在數(shù)字油田上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在管線巡檢方面，宋偉強(qiáng)和肖光榮等采用移動(dòng)GIS輔助油田管線巡檢，為站庫管理人員提供了方便［13－14］。國內(nèi)油田的數(shù)字化已經(jīng)邁入了云計(jì)算時(shí)代［15］，私有云能夠?yàn)橐苿?dòng)GIS提供數(shù)據(jù)源［16］，秦國軍提出了通過虛擬化技術(shù)構(gòu)建油田私有云服務(wù)的基礎(chǔ)構(gòu)架［17］，為搭建油田云平臺(tái)以及提供移動(dòng)GIS云端產(chǎn)品提供了理論基礎(chǔ)。但是，目前移動(dòng)應(yīng)用在數(shù)字油田上的應(yīng)用僅限于油田移動(dòng)辦公，與移動(dòng)GIS相關(guān)的應(yīng)用多限于油田地面管線巡檢，選擇的移動(dòng)平臺(tái)限于Mobile。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年3月，谷歌的Android在中國智能手機(jī)市場的占有率達(dá)到了82.7%，為油田管理人員和研究人員外出交流的過程中查看工區(qū)井位圖、油氣井柱狀圖以及油氣井成果圖件等信息提供了方便。為此，筆者提出了構(gòu)建基于Android的數(shù)字油田移動(dòng)信息系統(tǒng)的建設(shè)思路。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用MVC 3層架構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)管理層、通信服務(wù)層、以及終端表現(xiàn)層。其體系架構(gòu)如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)主要分為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括勘探開發(fā)數(shù)據(jù)、測井?dāng)?shù)據(jù)等?？臻g數(shù)據(jù)包括工區(qū)井位圖、工區(qū)管線圖、工區(qū)地形圖等數(shù)據(jù)。

1.2 通信服務(wù)層

主要負(fù)責(zé)接受客戶端請(qǐng)求，然后對(duì)數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后將分析處理的結(jié)果數(shù)據(jù)返回給客戶端。Android客戶端訪問GIS資源時(shí)，利用 REST （Representational State Transfer的簡稱，表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移）服務(wù)接口，向GIS服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器根據(jù)客戶端的請(qǐng)求直接返回服務(wù)本身的資源，或者將本身資源進(jìn)行處理后的結(jié)果返回。服務(wù)本身的資源如地圖，圖層等，處理后的資源如圖層的查詢結(jié)果集等。

1.3 終端表現(xiàn)層

負(fù)責(zé)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的顯示，以及對(duì)地圖進(jìn)行顯示和操作 （如放大、縮小、漫游等）。為提高交互效率，可以在部署應(yīng)用時(shí)直接在移動(dòng)端加載緩存地圖。如果終端支持離線功能，可以將空間數(shù)據(jù)直接保存在本地，如ArcGIS 10.2針對(duì)移動(dòng)端，全面支持離線功能［18］。

圖1 移動(dòng)GIS油田信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)管理

通過GIS服務(wù)器將地圖發(fā)布為服務(wù)。油田勘探開發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，如在工區(qū)增添新井，鋪設(shè)新的管道后需要將相應(yīng)的信息更新在地圖上。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

非空間數(shù)據(jù)可以通過移動(dòng)端和Web應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行傳輸。

2.3 GIS功能

移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖的基本操作，如放大、縮小、漫游等。用戶可以與圖交互查詢要素的屬性信息。

3 關(guān)鍵技術(shù)

在構(gòu)建基于Android的數(shù)字油田移動(dòng)信息系統(tǒng)中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有移動(dòng)通信、移動(dòng)定位、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫、云GIS等技術(shù)。

3.1 移動(dòng)通信

現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展迅速，隨著3G無線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)覆蓋到越來越多的地區(qū)，3G無線網(wǎng)絡(luò)884kbps高帶寬數(shù)據(jù)傳輸已完全滿足視頻實(shí)時(shí)、流暢、清晰傳輸?shù)囊蟆?G網(wǎng)絡(luò)的普及為數(shù)字油田的移動(dòng)信息化帶來了契機(jī)。由于油田分布廣，地處偏遠(yuǎn)，鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)成本高，采用3G網(wǎng)絡(luò)，即可流暢的加載地圖數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。作為3G的延伸，4G（第四代移動(dòng)通信技術(shù)）是集3G與WLAN于一體，能夠以10Mbps的速度下載，能滿足幾乎所有用戶對(duì)于無線服務(wù)的要求，但該技術(shù)目前仍處于發(fā)展階段，引入4G通信技術(shù)也是將來油田移動(dòng)GIS的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 移動(dòng)定位

移動(dòng)終端采用多種定位方式，Android應(yīng)用中定位方式有3種：GPS定位、網(wǎng)絡(luò)定位以及基站定位。若移動(dòng)端的地圖參考坐標(biāo)系與定位采集坐標(biāo)使用的參考坐標(biāo)系不同，還應(yīng)考慮不同參考坐標(biāo)系下坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，將采集點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為與地圖一致的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，正確顯示地物的位置信息。通常采用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法有7參轉(zhuǎn)換和3參轉(zhuǎn)化，考慮到油田應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)位置精度的要求較高，這里推薦使用精度較高的7參轉(zhuǎn)換方法。

3.3 移動(dòng)數(shù)據(jù)庫

移動(dòng)客戶端存儲(chǔ)空間相對(duì)較小，數(shù)據(jù)量較大時(shí)會(huì)影響數(shù)據(jù)加載的速度。因此 ，可以在移動(dòng)端保存經(jīng)常訪問、變化不大且數(shù)據(jù)量不大的幾何地圖數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù) ，再次訪問這些數(shù)據(jù)時(shí)不必再從服務(wù)器端下載 ，而是直接調(diào)用緩存中的數(shù)據(jù) ，這樣可以明顯加快數(shù)據(jù)加載和顯示的速度 ，而且網(wǎng)絡(luò)連接中斷也不會(huì)影響客戶端的操作。

SQLite是一款輕型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，其占用資源非常低，在嵌入式設(shè)備中，幾百K的內(nèi)存就足夠。該數(shù)據(jù)庫目前已經(jīng)在很多嵌入式產(chǎn)品中得到使用。如ArcGIS for Android 10.2支持離線數(shù)據(jù)，允許用戶將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)保存在SQLite數(shù)據(jù)庫，并在離線環(huán)境中進(jìn)行查詢、編輯和更新；支持離線分析，允許用戶在移動(dòng)端緩存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，并在離線環(huán)境中進(jìn)行地名檢索、路線規(guī)劃等網(wǎng)絡(luò)分析功能，使得移動(dòng)GIS用戶擺脫網(wǎng)絡(luò)束縛，更加自由的工作。在構(gòu)建移動(dòng)數(shù)字油田GIS可以采用中地公司的MapGIS Mobile 9移動(dòng)開發(fā)平臺(tái)或者Esri公司的ArcGIS for Android移動(dòng)開發(fā)平臺(tái)等，借助于地理數(shù)據(jù)庫對(duì)要素圖層進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

3.4 云GIS

云計(jì)算是一種對(duì)IT資源的使用模式，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用和服務(wù)等資源提供共享的可配置的訪問方式。按照服務(wù)方式，GIS云也分為3種：公有云，一個(gè)獨(dú)立的第三方供應(yīng)商提供，多個(gè)企業(yè)和用戶共享使用的云環(huán)境；私有云，為了企業(yè)單獨(dú)使用而構(gòu)建，提供對(duì)數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量的有效控制，企業(yè)可以在該基礎(chǔ)設(shè)施上控制部署應(yīng)用程序的云環(huán)境；混合云，公有云和私有云混合使用的云環(huán)境，部分安全性要求高的業(yè)務(wù)和服務(wù)使用私有云技術(shù)，其他的使用公有云技術(shù)。

目前在國內(nèi)市場，對(duì)云GIS服務(wù)提供支持的有Esri和超圖公司［16］，中地公司于2014年5月發(fā)布了國內(nèi)首款具有云GIS特性的軟件MapGIS 10。中國數(shù)字油田已經(jīng)跨入云計(jì)算時(shí)代，油田信息化建設(shè)逐漸開始引入云計(jì)算技術(shù)。在構(gòu)建自己的企業(yè)私有云的基礎(chǔ)上，油田構(gòu)建基于移動(dòng)GIS的數(shù)字油田將變得更高效，如Esri的ArcGIS for Server為私有云構(gòu)建提供了Android客戶端到服務(wù)端的解決方案，油田企業(yè)可用Portal for ArcGIS來打造一個(gè)私有的，或非云環(huán)境中的Online平臺(tái)。該平臺(tái)集地圖、服務(wù)、應(yīng)用于一身，按照組織人員的不同分工對(duì)資源進(jìn)行集中組織和管理，并在組織結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的靈活共享。

4 結(jié)語

介紹了移動(dòng)GIS在數(shù)字油田的應(yīng)用情況，提出構(gòu)建基于Android的油田移動(dòng)信息系統(tǒng)的建設(shè)思路和介紹了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。利用現(xiàn)有成熟的移動(dòng)GIS開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)周期更短，系統(tǒng)更加穩(wěn)健，在實(shí)際構(gòu)建油田移動(dòng)信息系統(tǒng)中具有一定的參考價(jià)值。

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