海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)設計研究
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［摘要］近幾年中海石油高速發(fā)展，中海石油（中國）有限公司湛江分公司各種勘探作業(yè)急劇增多，尤其是在2018年公司提出到2025年上產(chǎn)2000萬方規(guī)劃以來，勘探工作量急劇增加。在工作量增加的同時也為海上地震勘探作業(yè)管理帶來新的挑戰(zhàn)，如何有效地集成現(xiàn)有相關數(shù)據(jù)，實時掌握各類海洋地理信息，規(guī)范地震勘探作業(yè)。尤其是海上地震作業(yè)，容易受自然環(huán)境和地理信息等因素的影響，需要設計和開發(fā)一套管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)應具有地震作業(yè)前繪設計管理、海洋地理信息管理、海上地震作業(yè)監(jiān)控和坐標轉(zhuǎn)換等功能模塊。依現(xiàn)有數(shù)據(jù)為基礎，結(jié)合軟件工程原理，設計并開發(fā)出海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實施滿足海上地震勘探作業(yè)需求，增強企業(yè)信息化管理能力，提高地震勘探作業(yè)工作效率。
［關鍵詞］地震采集；前繪設計；作業(yè)監(jiān)控；地理信息；坐標轉(zhuǎn)換
1引言
國內(nèi)外在海上油氣勘探中，依靠的是地震勘探方法，而常規(guī)海上地震勘探方法有海上拖纜和海底電纜［1］，在開展地震勘探作業(yè)前都需要進行地震前繪設計。根據(jù)地震勘探作業(yè)要求，結(jié)合專業(yè)定位軟件，對整個作業(yè)區(qū)布設并進行地震前繪設計，為地震勘探作業(yè)提供實施方案。由于海上自然環(huán)境惡劣、地理信息復雜等因素，造成地震勘探成功率低。為管理地震前繪設計、作業(yè)監(jiān)控、自然環(huán)境和地理信息等數(shù)據(jù)，而設計海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含地震前繪設計、自然環(huán)境展示、地理信息展示、地震勘探作業(yè)進度監(jiān)控、坐標轉(zhuǎn)換和文檔存儲等功能。該系統(tǒng)的設計和實施，為海上地震采集作業(yè)提供數(shù)據(jù)和信息支持，提高地震采集質(zhì)量，尋找有利勘探目標，提高勘探成功率。
2系統(tǒng)的架構(gòu)設計
基于海上通信的局限性和地震采集作業(yè)的特殊性，海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)采用三層C／S設計模式開發(fā)，即表現(xiàn)層、功能層、數(shù)據(jù)層［2］。最上層的表現(xiàn)層主要用于向地震采集人員提交系統(tǒng)的展示界面同時為用戶提供地震前繪設計請求；中間層的功能層，主要是該系統(tǒng)的業(yè)務邏輯設計和算法；底層數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)庫服務器，存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。
3功能設計
根據(jù)業(yè)務調(diào)研分析結(jié)果，結(jié)合海上地震采集作業(yè)實際，規(guī)劃海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)功能分為地震前繪設計、地理信息、地震作業(yè)監(jiān)控和坐標轉(zhuǎn)換等模塊，如圖1所示。數(shù)據(jù)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)范圍是對象數(shù)據(jù)、設施數(shù)據(jù)、光纖數(shù)據(jù)、潮汛數(shù)據(jù)和臺風數(shù)據(jù)等，其中對象數(shù)據(jù)來源A2，設施數(shù)據(jù)來源海上生產(chǎn)設施管理系統(tǒng)，光纖數(shù)據(jù)來源通信公司，地理數(shù)據(jù)來源政府數(shù)據(jù)庫。
4系統(tǒng)的實現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設計和模式設計，海上地震采集環(huán)境信息系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)為：底層數(shù)據(jù)存儲采用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分離的方式管理，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用SQLServer管理，文檔采用MongoDB非關系型數(shù)據(jù)庫管理。MongoDB是一款基于分布式文件存儲的文件型數(shù)據(jù)庫，它是介于關系型和非關系型之間的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)文檔的應用提供擴展接口；功能層使用Python語言編寫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問數(shù)據(jù)處理和業(yè)務算法的編寫等；上層表現(xiàn)層采用．NET架構(gòu)和AxMapControl控件，實現(xiàn)GIS圖形界面的開發(fā)，而AxMapControl是MapControl經(jīng)過包裝后的ActiveX控件，實現(xiàn)在Winform編程中可視化顯示，有效縮短軟件開發(fā)周期。4．1前繪設計。地震前繪設計是海上地震采集的前期準備工作，為海上地震采集設計提供依據(jù)，為海上地震采集提供定位導航。地震前繪設計功能分為二維地震前繪設計和三維地震前繪設計。二維前繪設計是通過讀取首尾坐標文件，根據(jù)文件內(nèi)的測線端點坐標和測線名稱，在地圖界面繪制二維測線；針對已繪制的二維測線進行編輯，參考前繪測線周圍的其他測線數(shù)據(jù)，對二維測線進行修改，可以通過選擇測線手動輸入首尾點坐標、選擇測線后拖動首尾端點、延長、縮短的方式進行修改；在測線編輯完成后，按照設定的參數(shù)，導出所有測線特定炮號的坐標，導出二維前繪設計P190文件。三維前繪是在設計界面讀取格式固定的三維工區(qū)拐點坐標文件，按照文件內(nèi)點順序在地圖內(nèi)繪制面元素；設定相應的參數(shù)，包括纜間距、纜數(shù)、炮間距、測線名稱前繪、工區(qū)起始邊界（測線以起始邊界為起始位置，自西向東繪制與起始邊界平行測線）等；按照參數(shù)計算出航行線寬度，以邊界長度與航行線寬度或炮間距進行計算，對邊界的長度進行規(guī)整；系統(tǒng)根據(jù)上述設定的參數(shù)，自動生成測線，根據(jù)邊界進行裁剪；測線生成后，如需編輯，激活工具欄內(nèi)的“編輯器”，對測線進行延長、縮短、平行復制、改變位置等編輯；在測線編輯完成后，按照設定的參數(shù)，導出所有測線特定炮號的坐標，導出三維前繪設計P190文件。4．2地震作業(yè)監(jiān)控。地震作業(yè)監(jiān)控模塊需提供作業(yè)日報讀取、前繪設計數(shù)據(jù)匹配和作業(yè)進度展示等功能。作業(yè)日報讀取是通過讀取地震作業(yè)日報Excel文件或者其他格式的作業(yè)日報數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)加載到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)日報數(shù)據(jù)，在作業(yè)監(jiān)控模塊內(nèi)工區(qū)列表處，加載相應的工區(qū)名稱和概略信息。前繪設計數(shù)據(jù)匹配是在地震作業(yè)日報讀取至系統(tǒng)后，導入前繪P190文件，系統(tǒng)自動計算作業(yè)日報內(nèi)完成測線的坐標，自動完成作業(yè)日報與前繪設計數(shù)據(jù)的關聯(lián)，把作業(yè)日報內(nèi)完成測線的坐標計算并錄入數(shù)據(jù)庫中，并在地圖界面內(nèi)進行展示。作業(yè)進度展示是在地震作業(yè)的日報和前繪設計文件已錄入，通過匹配的信息，在地圖界面內(nèi)展示日報測線和前繪測線，可以查看某條測線的完成日期、完成時間等具體屬性信息，具備日時效餅狀圖、工區(qū)時效餅狀圖、工區(qū)時效柱狀圖生成功能。例如用戶點擊某一天的日報后，系統(tǒng)GIS界面內(nèi)當天的作業(yè)日報進行高亮顯示，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)日報和前繪設計信息，自動生成日時效餅狀圖、工區(qū)時效柱狀圖和工區(qū)時效餅狀圖等。4．3地理信息。地理信息涉及的空間范圍大，專業(yè)數(shù)據(jù)種類繁多，特別是來源各部門的不同專業(yè)數(shù)據(jù)格式、不同比例尺寸和不同類型等數(shù)據(jù)［3］。為整合這些地理信息，系統(tǒng)開發(fā)時通過高層模型設計和文件格式轉(zhuǎn)換，把收集到的地理信息按照結(jié)構(gòu)化格式保存到數(shù)據(jù)庫中，提供給初始化系統(tǒng)圖層加載；后續(xù)用戶收集的地理信息，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)加載功能，把不同格式的數(shù)據(jù)加載到當前視圖中，供用戶使用。地理信息模塊需具備地理索引文件加載和地理圖層數(shù)據(jù)選擇等功能。對于不同來源的地理索引文件，提供數(shù)據(jù)導入和加載的工具，把數(shù)據(jù)加載到后臺數(shù)據(jù)庫中［4］；對于加載成功的地理數(shù)據(jù)，用戶通過系統(tǒng)界面選擇已加載的地理數(shù)據(jù)，把地理數(shù)據(jù)展現(xiàn)在GIS界面上［5］。在GIS界面，不僅提供地理圖像的放大、縮小、平移、測量和全圖等基本操作，還提供地理要素查詢、對象定位和坐標定位等功能。4．4坐標轉(zhuǎn)換。從2018年2月1日起，國內(nèi)勘探業(yè)務全面推廣應用CGCS2000坐標系，海上勘探鉆井、地震作業(yè)現(xiàn)場導航定位須采集CGCS2000坐標系，需要把以前的WGS84坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CGCS2000坐標數(shù)據(jù)。兩個基準之間轉(zhuǎn)換必須通過空間直角坐標系轉(zhuǎn)換，在WGS84基準下，將平面坐標轉(zhuǎn)換為大地坐標，也就是經(jīng)緯度坐標，轉(zhuǎn)換成空間直角坐標，通過基準轉(zhuǎn)換模型，得到CGCS2000空間直角坐標，再轉(zhuǎn)換得到CGCS2000大地坐標，進而投影得到平面直角坐標，如圖2。系統(tǒng)為滿足地震勘探作業(yè)對坐標轉(zhuǎn)換的需求，根據(jù)布爾沙七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型中平移變換開發(fā)出坐標轉(zhuǎn)換工具，該工具可提供單點坐標轉(zhuǎn)換和批量坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。用戶選擇好待錄入文件內(nèi)數(shù)據(jù)的坐標系，例如輸入的為WGS84的大地坐標或平面坐標，然后選擇要計算的坐標系，選中相應的坐標文件，進行轉(zhuǎn)換。4．5文檔管理。海上地震采集過程中涉及大量的文檔數(shù)據(jù)，如測區(qū)環(huán)境調(diào)查、觀測系統(tǒng)、前繪設計等，本系統(tǒng)采用MongoDB作為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和管理數(shù)據(jù)庫，MongoDB是一個基于分布式文件存儲的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在高負載的情況下，通過添加更多的節(jié)點，可以保證服務器性能。文檔存儲模塊采用GridFS方式進行文檔的存儲和管理。GridFS可以更好地存儲大于16M的文件，通過將大文件對象分割成多個小的chunk（文件片段），每個chunk將作為MongoDB的一個文檔（document）被存儲在chunks集合中。在上傳文檔時選擇主體對象，在數(shù)據(jù)庫中自動關聯(lián)文檔到主體對象，主體對象與GIS坐標的關聯(lián)，實現(xiàn)GIS圖形界面文檔查詢功能。
5總結(jié)
該系統(tǒng)實現(xiàn)地理信息的圖形化展示，為海上地震前繪設計提供GIS導航和圖形化操作［6］，優(yōu)化前繪設計方案，提高地震采集作業(yè)的精準度；實現(xiàn)地震采集作業(yè)的實時監(jiān)控，及時掌握當前工區(qū)的地震作業(yè)情況，提高地震采集作業(yè)的工作效率；實現(xiàn)地理坐標數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，為地震采集導航提供數(shù)據(jù)支持。
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作者:王繼鵬 金云智 單位:中海石油（中國）有限公司湛江分公司
