唐先明1，2 曲寿利1 雷新华2
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（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国地质大学（北京），北京100083）
摘要 在分析目前石油领域三维可视化技术应用局限性的基础上，给出了全球三维可视化系统构建流程和数据组织管理模式。以ArcSDE作为空间数据引擎，利用Oracle 10g建立四川盆地油气勘探海量空间数据库，基于三维可视化软件平台Skyline TerraSuite，利用功能强大的三维可视化开发平台TerraDeveloper，设计、开发基于全球三维模型的油气勘探信息集成管理平台。通过集成基础地理数据库、区域地质数据库、地面工程数据库、遥感影像库、地层数据库、断层数据和测井数据，该系统不仅提供了强大的油气勘探基础数据管理、三维地形建模以及模型的可视化功能，还为专业技术人员提供了一个可视化的分析、设计平台。
关键词 四川盆地 三维可视化 三维地理信息系统 油气勘探 全球导航
Application and Research of 3D Visualization Technique to Petroleum Exploration Information Management in Sichuan Basin
TANG Xian-ming1，2，QU Shou-li1，LEI Xin-hua2
（1.Exploration ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）
Abstract Based on the analysis of the current shortcomings of 3D visualization application in the fields of petroleum，the paper introduces the construction process and data structure of global 3D visualization system.By using ArcSDE as engine of spatial data and Oracle 10g，“Petroleum exploration geodatabase of Sichuan Basin”is established.Based on Skyline Terra Developer，the software system“3D petroleum exploration data management and integration platform based on 3D global model”is designed and established.By integrating geographical database，areal geology database，surface engineering database，remote sensing image database，stratigraphical database，fault data，logging database with 3D terrain modeling，the system realize such functions as data management for petroleum exploration，3D terrain modeling and the visualization of 3D geological model.It is a visualization platform that assists the design and analysis for the geologists and the technologists.
Key words Sichuan basin 3D visualization 3D geographic information system petroleum explorationglobal navigation
随着计算机图形图像软硬件技术的迅猛发展，三维地形可视化技术在越来越多的领域得到了广泛的应用，构建一个为多种专业人员提供共同工作、研究与交流的三维实时交互的虚拟全球地理环境逐渐由梦想成为现实。三维可视化技术在石油工业中已得到高度重视和普及应用，它充分利用了三维地震信息和地震属性，以人们易于感知的三维图形对各种复杂数据场和数据关系进行描述。
油气勘探是通过采用不同的技术手段采集各种野外原始地质资料，并经处理、解释形成成果资料，进而采用各种科学方法进行盆地评价、圈闭评价和油气储藏评价，开展勘探规划部署、井位设计和地质综合研究工作，完成勘探科研和生产任务。在油气勘探过程中，各油田企业积累了海量的、异构的、多源的地理数据、勘探基础数据和成果数据，这些信息的综合应用对指导油田生产具有很重要的意义。利用三维GIS技术，基于“数字地球”将地表地理信息与地下地质信息一体化管理，构建一个分析、决策、规划及实施油气勘探开发研究的三维实时交互共享工作平台，能够有效地评估潜在的石油资源，及时、准确、直观地定位油气资源的空间分布及其特征，正确有效地开展部署勘探开发工作。
1 三维可视化技术的应用现状
迄今为止，三维地形的可视化技术分为两种，一种是面绘制技术，另一种是体绘制技术。在地质研究工作中，主要是采用体绘制技术。三维地学模拟主要包括两大部分内容，即三维地质建模和可视化，其中前者是后者的基础，后者是前者的表现［1］。目前，在三维地震数据的可视化方面，已有多种成熟的商业软件系统推出，国外的有 EarthCube，Geoviz，gOcad，VoleGeo等，国内的有石油物探局的3DV和双狐公司的三维地震微机解释系统等。这些软件涉及地质建模、地震勘探、开采评估、矿床模拟、规划设计和生产管理等领域，在功能上各有千秋，很难说哪一个更先进［2，3］。但是，它们主要是面向地质领域的专用系统，基于局部区域而非全球区域，对海量基础地理数据与遥感影像数据等的支持也较弱。基于这种情况，本文采用面向对象的程序开发语言Visual C＃，基于优秀的国外三维可视化软件平台Skyline，设计并开发基于全球三维模型的空间数据管理平台，集成管理四川盆地区域内海量的、异构的、多源、多尺度的基础地理数据、油气勘探基础数据和成果数据、遥感影像，实现流畅的油气勘探的三维地形展示和地质分析。
2 系统开发技术背景与基本流程
随着地学应用的深入，人们越来越多地要求基于全球角度和真三维空间来认知世界和处理问题。但三维空间是复杂的，包含的信息是海量的，需要集成三维可视化与三维空间对象管理功能，同时由于三维应用的巨大差异，必须采用开放体系结构，实现用户定制功能。基于这种认识，Skyline TerraSuite在提供一般三维空间数据模型及其管理功能的基础上，允许针对特定应用领域动态扩展建模及分析功能插件，以适应特定的三维应用。整个TerraSuite软件体系如图1所示。
系统的实现分为4部分：地球三维场景构建、中心数据库建立、定制三维可视化环境和场景驱动与应用定制。
图1 Skyline TerraSuite软件体系
2.1 地球三维场景构建
场景构建是将要模拟的场景和对象通过数学方法表达成存储在计算机内的三维图形对象的集合。场景构建分为以下步骤：
（1）DEM数据采集：收集工作区的各级比例尺等高线数据或各种分辨率的航空航天遥感影像立体像对，建立地域的数字高程模型（DEM）。
（2）DOM数据生成：利用地面控制点和DEM数据，对工作区的低、中、高分辨率遥感影像进行严密的精纠正后生成数字正射影像图（DOM）。
（3）DLG数据采集：收集工作区的各级比例尺地形图、野外数据采集，建立工作区的各级比例尺线划图（DLG）。
（4）GIS数据转换：将数据采集阶段获得的DLG数据通过GIS工具转换为TerraBuilder能够接受的数据格式。
（5）数据建模：对一些油田地面建筑物、地标、油井或其他油田设备在3D MAX或MultiGen或TerraBuilder中进行建模。
（6）地球三维场景构建：将以上各种数据，导入到TerraBuilder中，创建一个现实影像的、地理的、精确的地球三维模型（MPT文件）。
2.2 中心数据库建立
基于全球三维模型的油气勘探信息集成管理平台是一个高度集成的应用系统，系统建设过程中必须充分考虑系统涉及的多专业图形、属性、影像、文字资料数据的一体化集成、系统数据库与系统软件功能的集成以及系统与网络环境的集成等关键问题。为实现功能的集成与扩展，考虑石油勘探开发数据的区域性、多维性、时序性、海量和异构的特点，拟采用大型商用关系数据库Oracle10g和空间数据引擎ArcSDE集中管理这些海量数据，建立数据中心，易于解决数据共享、网络化集成、并发控制、跨平台运行及数据安全恢复机制等方面的难题。
2.3 定制三维可视化环境
在全球三维场景的基础上，可以叠加自己关心的专题信息，通过与数据库的接口，还能集成中心数据库存放的地表、地下多维、动态空间信息，从而创建一个令人激动的交互式三维可视化环境，来突出一个地区的特征，显示其功能、相互关系以及从一个独特的视点展示该地区。
2.4 场景驱动与应用定制
（1）三维可视化程序：通过API接口直接调用所建立的三维可视化环境，也可以根据三维场景的参数生成实时场景，动态加载图层，有助于对空间数据相互关系的直观理解。
（2）三维空间查询与交互：直接在三维可视化环境下，对存放在中心数据库的各种数据和场景实体提供交互式查询等操作，以提供一个动态的环境，为进一步空间决策服务。
（3）应用定制：利用TerraDeveloper软件开发包提供的各种ActiveX控件，可以构建自己的面向三维的应用程序，实现与其他系统的应用集成［4］。
3 系统总体设计
3.1 系统体系结构
根据系统的功能需求，系统在技术上要求具有业务变化的适应性、高度的安全性和大容量数据存储处理等特点，因而在系统的技术框架中采用了3 层B（C）/AS/DS结构。与此同时，考虑到系统与其他专业系统之间的集成，拟采用基于SOA（面向服务架构）和Web Services（Web服务）技术的应用集成技术，构建基于“数字地球”的地表地理信息与地下地质信息一体化管理服务平台。整个系统的体系结构如图2所示。
3.2 系统数据的组织形式
系统数据的组织形式是可视化系统的关键，其优劣将直接影响到场景绘制的效率。在基于全球三维模型的空间数据管理平台中，主要包括3部分数据：①场景数据，即场景环境包含的地形信息，通过影像图片处理而成，包含在.mpt文件中；②对象图形数据，即油气勘探对象图形信息，是由3D MAX等三维图像处理软件处理而成的三维模型；③对象属性数据，即油气勘探属性信息。所有关于对象的信息包含在.fly文件中，采用基于层（Layer）的面向对象的场景数据组织形式。目前，系统集成的四川盆地区域的数据层主要有：
（1）DLG——数字线划图：全区不同比例尺土地覆盖状况、植被、道路、水系、居民地等图层。
图2 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台系统结构
（2）DEM——数字高程模型：全区不同比例尺数字高程模型数据。
（3）DOM——数字正射影像：全区不同比例尺、不同分辨率的彩色正射影像。
（4）DRG——数字栅格图：全区不同比例尺地形图栅格数据。
（5）全国地名数据。
（6）1：200000地质图。
（7）勘探基础数据：测网、矿井、三维探区。
（8）勘探成果数据：地震异常、一类进积、二类进积、礁体、生物礁、滩和相带等。
（9）构造数据：断层、等值线等（宣汉、通南巴）。
（10）井位数据。
（11）地面工程数据：天然气管道、道路。
3.3 系统功能模块
基于全球三维模型的油气勘探信息管理与集成系统分为石油勘探数据管理、三维基本操作、三维GIS导航查询、三维分析等模块。系统主界面如图3所示。
各个模块的具体功能如下：
（1）石油勘探数据管理：系统利用GIS技术、XML技术、空间数据库等技术对多尺度基础地理信息、勘探基础数据和成果数据、多分辨率遥感影像、各种图表和文字报告等地表地下信息进行一体化的存储和管理。实现了对地理底图、油气地质勘查所获取的资料和成果的录（导）入、转换、编辑及查询等功能。另外，系统还提供了目标实体超链接及关联服务，如与钻孔相关的试验表类属性数据与图形数据的关联存储管理功能，提供与钻孔相关的各种基本信息及试验结果等属性信息的查询等功能。
图3 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台系统界面
（2）三维基本操作功能：在全球三维场景中，实现以下功能：
放大、缩小、平移、旋转等三维基本功能；
选择对象、使物体居中、环绕浏览对象；
飞行或者跳转到指定对象；
获得场景中任何一点的经纬度坐标和高程值；
场景的点对象、线对象，可以实现不依赖试图比例缩放；
提供场景的快照和打印输出功能。
（3）三维GIS导航查询：在全球坐标系统上实现基础地理信息、地质数据及勘探数据的立体定位导航分析。
全球任意点定位和导航；
二维三维联动功能；
测距、求积、高程和剖面生成；
地表实体三维建模及多种属性管理；
可定制飞行路径和视角的三维浏览功能。可自己制定飞行的路线或选择预定义飞行路线进行三维飞行（图4）。
（4）三维分析功能：
图4 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台设置飞行路径
测量功能：测量距离（水平、垂直和随地形起伏3种方式）、面积；
区域对象选择：可以进行多边形框选进行对象选择，并可获得选中区域内的对象集，可统计区域内的实体数并形成分类列表；
剖面观察：对所选地区场景进行剖面观察，可分析出地表起伏状况；
等高线绘制：用矩形框选出指定范围，可以显示出该范围等高线示意图，并可随意设定等高线显示方式；
最佳路径分析：根据给定的参数，如放样间隔、上升的最大坡度、下降的最大坡度、允许的放样宽度等信息，依据地形的走势，自动解算出最佳的放样线路；
视线分析：根据地面拾取两点系统可以自动计算两点间的通视情况；
视域分析：在场景中任选一点和视角范围可以进行视域可见分析；
空间分析：突发事件的地点，选择一定半径，利用分析工具可以作出整个目标点的空间范围，以提供决策。
4 系统应用扩展
基于全球三维模型的油气勘探信息管理与集成系统由于采用了组件技术、基于SOA（面向服务架构）和Web Services（Web服务）等技术，不仅提供了强大的地表与地下油气勘探信息数据管理、三维建模与模型的可视化、全球定位导航等功能，还可以进行系统扩展和专业系统集成，实现油气勘探开发的深度应用，如野外地质踏勘路径优选和工作安排、地震资料采集观测系统设计和优化、探井地面井场位置优选及工程测算、开发井位部署规划及钻前工程分析、油气集输地面工程设计及方案优化、目标区块水电路讯规划设计及优化、全球定位系统集成和油田现场服务等。
5 结论
三维可视化技术在国内、外已经趋于成熟，但基于全球三维模型的三维地理信息系统（GIS）刚刚起步，尤其是缺少针对地表与地下油气勘探信息三维一体化管理的经典模式和成熟经验。本文基于Skyline TerraDeveloper所设计、开发的全球三维油气勘探信息管理与集成系统，就是一个成功的实践，重点研究了虚拟现实环境下交互式地表地下油气勘探信息管理系统，给出了一种交互式虚拟现实全球导航平台的系统构成方案和原型系统。整个系统可靠性好、易于移植、便于维护，并具有很强的空间分析功能。结合三维地质建模及可视化系统的研究现状、相关技术的发展走向以及实际工程实践的应用需求，笔者认为，需要进一步探索、研究并解决以下问题：
（1）研究并实现现有的基于全球三维模型的空间数据集成管理平台的地上和地下三维一体化无缝集成与可视化功能。
（2）不断丰富与其他地震三维分析软件的接口。
（3）研究并开发基于VRML/X3D技术的网络三维可视化系统，能够为社会大众、专业技术人员和地质科学家提供更加普遍的支持和服务奠定基础。
参考文献
［1］Simon W Houlding.3D Geoscience Modeling：Computer Techniques for Geological Characterization［M］.Berlin：Springer-Verlag，1994.
［2］朱良峰，潘信，吴信才.三维地质建模及可视化系统的设计与开发［J］.岩土力学，2006，27（5）：828～832.
［3］姜素华，庄博，刘玉琴等.三维可视化技术在地震资料解释中的应用［J］.中国海洋大学学报（自然科学版），2004，34（1）：147～152.
［4］Skyline Software System Inc.TerraDeveloper paper［EB/OL］.［2007-6-1］.
(一)石油和地理信息系统常用软件
国内外石油和地理信息系统现有的相关软件如表8-1所示。其中,Geo Map适用于制作各种地质平面图、剖面图、统计图、三角图、地理图和工程平面图,是广泛应用于石油勘探与开发、地质、煤炭、林业、农业等领域的CAD软件之一;MapGIS是工具型地理信息系统软件,可对数字、文字、地图遥感图像等多源地学数据进行采集、管理、综合空间分析及可视化表示,可制作具有出版精度的复杂地质图,进行海量无缝地图数据库管理,具有强大的图形编辑功能;SDI CGM Editor是CGM绘图工具,包括图形转换及拼图;SDI CGM Office是显示、转换CGM文件格式、复制/粘贴CGM图形到 Microsoft Office、批量和交互进行各种图形格式间相互转化的功能软件;Larson CGM Studio是强有力的CGM制作、编辑、组合工具;CARBON包括Intell Explore(井分析工具)和BendLinkEx(油藏分析工具)两部分;Surfer是一个十分流行的功能强大的基于 Windows的三维绘图软件;兰德马克(LandMark)属于大型地震综合解释软件;Discovery是基于 Windows,方便研究人员桌面使用的一体化油藏描述、解释软件;EarthVision是当今用途广泛的三维地质建模及三维可视化软件系统。
表8-1 国内外石油和地理信息系统现有的相关软件及其功能
续表
(二)服务于地质钻探设计计算的软件现状
20世纪80年代以来,随着计算机技术的迅猛发展,国外首先开发的钻探设计计算软件是为定向井设计、计算提供辅助分析手段的软件。我国也于1982年初,由地质矿产部组织勘探技术研究所、探矿工程研究所、探矿工艺研究所、无锡钻探工具厂和电子工业部49所以及重点地质队(安徽省地矿局337队、江西省地矿局912队)对重点项目“螺杆钻受控定向配套器具与施工工艺”开展攻关研究。经3年多的努力,在钻孔弯曲规律与防治,定向钻孔设计、计算、微机应用、造斜工具、定向仪器、造斜金刚石钻头,以及一整套施工工艺等方面都取得了突破性进展和多项科研成果,使受控定向钻探进入实用阶段。当前,我国地质定向钻探技术水平已进入先进国家行列。在定向井设计、计算软件研发方面也取得了显著进展。其中北京怡恒阳光科技发展有限公司研发的“Navigator定向井水平井轨迹设计及计算分析软件”在国内石油钻井工程中应用广泛,它可以帮助定向井工程师合理地设计井眼轨道,并可在钻井施工过程中进行实钻计算和轨迹分析,其主界面如图8-1。
图8-1 Navigator定向井水平井轨迹设计及计算分析软件主界面
煤炭科学研究总院西安研究院与北京合康公司合作研发了一套适合水平孔设计计算的随钻测量软件系统,其主界面如图8-2。
图8-2 煤炭科学研究总院西安研究院与北京合康公司研发的随钻测量系统软件主界面
考虑到国内外现有的定向井设计计算软件绝大多数是根据石油行业规范进行研发的,石油钻井设计原则及方法与地质钻孔设计有着显著差异,在地矿行业难以直接推广应用。而西安煤炭研究院与北京合康公司合作研发的软件只有轨迹计算功能,没有涉及自然弯曲规律分析、柱状图的生成以及受控定向轨迹的设计等问题,因此该软件的应用有一定的局限性。安徽省地矿局313地质队根据国内地矿行业的自身特点及定向钻探施工工艺,与中国地质大学(武汉)合作研发了适合我国地质矿产行业的钻孔设计与轨迹动态监控系统,使计算机软件技术更好地为深部钻探优化设计、钻孔轨迹动态监控、数据处理、钻孔质量控制和钻探资料档案管理服务,为探矿工作者提供技术支持。
王刚龙 李绍荣 陈泓君 曾繁彩
（广州海洋地质调查局，广州，510760）
第一作者简介：王刚龙，男，1971年生，物探工程师，1995年毕业于长春地质学院电子仪器系电子仪器与测量专业，主要从事信息管理及信息研究工作。
摘要 “海洋油气资源调查与评价数据库”是以海洋油气资源调查工作为基础，汇集大量海洋地质调查和油气资源评价成果资料，综合利用计算机、地理信息系统（GIS）、数据库及网上发布等技术建设而成的，是一个为国家海洋矿产资源战略决策、为海洋经济建设、为今后的海洋地质调查和科研项目及可持续发展提供全面、准确基础资料和决策依据的专业化信息管理系统。文中重点介绍了系统数据库的建设及系统功能的开发的思路。
关键词 油气资源 GIS 海洋勘查 数据库 网上发布
1 意义
我国海域蕴藏着丰富的油气资源。数十年来，我国在海域油气资源调查方面，取得了大量的海洋地质调查成果资料和油气资源评价资料，这些资料凝结着广大科技工作者的劳动结晶。以寻找海洋油气资源为目的的海洋地质调查工作投入高昂，从海上资料和数据采集到陆上资料处理、解释、研究，直至编写成果报告、编制成果图件，各个环节都要投入大量人力、物力、设备和资金。应用先进的信息技术建立海上油气地质调查资料与资源评价数据库系统，将会提高我国的海洋地质调查资料管理和服务水平，使海洋地质调查和资源评价资料更好地为国家海洋矿产资源战略决策、为国家经济建设、为今后的海洋地质调查和科研项目服务。
2 系统设计
本系统的目标是应用数据库技术、网络技术、地理信息系统技术开发一套技术上较先进的数据库应用系统，将油气资源及评价相关的数据和调查资料进行管理，综合应用多项技术，实现资料全文、电子图件、各种媒体资料的网上浏览、查询和统计分析。满足海洋油气地质调查资料和资源评价数据管理的需要和从事海洋油气地质调查和科研人员利用资料的需要。
2.1 数据库设计及建设
针对海洋油气地质调查成果的资料形式，建立一个适用于海洋地质资料管理和利用的数据库系统。建库工作包括数据库设计、资料档案目录数据、成果报告全文电子文件、成果报告附图扫描图片电子文件、资源评价数据的整理、录入。
2.2 应用软件开发
要实现的系统基本功能包括：资料目录数据和全文内容电子文件的录入、编辑修改、资料归档管理、资料借阅管理、资料目录报表输出、目录输出、图像显示和输出、电子版图件和文字资料下载、远程资料查询和传送、网络环境下客户端浏览器的电子地图、全文、声像文件的显示/播放和操作、数据库文件备份等。
软件开发工作包括三套应用软件：①“地质资料管理系统”，使用者为资料管理人员；②“资源评价数据管理系统”，使用者为油气资源评价数据收集和录入人员；③“地质资料查询系统”，供普通科技人员通过Intranet/Internet网浏览查询资料全文、电子图件和目录数据内容。以上三个应用系统均使用同一个数据库系统，前二者对数据维护，后者从数据库读取数据。
2.3 系统集成工作
实现服务器和客户机的连接和组网；后台数据库服务器与客户端的连接；原有资料目录数据导入处理；新数据录入加载；WEB站点的建立；MapGis-IMS互联网地图服务器的安装建立和矢量图形数据的整理加载，信息系统开发的三个应用软件与上述各系统的整合。
3 系统总体结构
从逻辑上看，整个系统由“地质资料管理系统”、“资源评价数据管理系统”、“地质资料查询系统”三个应用系统和后台的数据库系统4个部分组成（图1），其中“地质资料查询系统”又由WEB服务器、MapGis-IMS互联网地图服务服务器、服务器端脚本程序以及0040数据库接口、ODBC数据库接口、MapGis数据库引擎等多个软件部件组成。
3.1 C/S结构应用软件
“地质资料管理系统”和“资源评价数据管理系统”，仅限于资料管理员和数据维护人员使用，为提高系统安全，采用C/S结构。选用Power Builder集成开发环境作为C/S应用软件的开发工具。Power Builder是专用于开发数据库应用软件的工具，具备支持ORACLE等大型数据库平台的接口，提供特色的数据窗口控件，把常用的数据库操作封装在数据窗口控件中，提供开发语言Power Script，是开发数据库应用软件的高产开发工具。
3.2 B/S结构应用软件
“地质资料查询系统”面向所有普通用户，要求不需要学习就能让用户使用，因此该应用软件结构采用B/S结构。“地质资料查询系统”涉及几项工作，分别选用的如下：
（1）微软公司的IIS5.0（Internet Information Server），在WEB服务器上建立网站。
（2）WEB应用软件，由于WEB应用软件的开发工具非常多，在应用软件开发中使用了多种技术和方法，包括：①语言：HTML、ASP、VB Script、Jscript、Action Script等；②数据接口：（）DBC接口，004（）接口；③开发工具：InterDev、Flash等。
（3）我国中地公司的MapGis-IMS互联网地图服务器实现电子地图浏览。
图1 系统总体结构
Fig.1 System construction chart
4 系统数据库设计
本系统的数据主要是地质资料，包括地勘项目或科研项目完成后以成果报告和图件形式提交的资料，及在项目进行中产生的各种文件材料以及与资料或档案材料内容一致的电子文件。
4.1 从应用系统的数据管理来看，三个应用系统分别管理三类数据
（1）地质资料数据
由“地质资料管理系统”维护的资料目录、报告全文以及各种多媒体的电子文件数据。
1）目录数据：成果报告、档案、图件等实体的目录数据，是描述这些实体属性特征的数据。例如成果报告的名称、编者、提交单位等。
2）文字材料的全文：成果报告、审核类文字材料（如评审意见书）的内容，在计算机中以电子文件形式存储，按照“国土资源部成果地质资料电子文件汇交格式（SZ1999002-2001）”的规定，要以WORD软件的.DOC文件格式存储。
3）多媒体资料的电子文件：包括声音、图像、视频、动画、幻灯片等电子文件。
（2）油气资源评价数据
与油气资源评价相关事物的属性数据，包括调查活动、构造、油气田、油气探井等。
（3）电子图件数据
由MapGis-IMS软件维护的矢量型图形数据，分别属于“成果地质资料电子文件汇交格式（SZ1999002-2001）”标准规定的第一类附图和第二类附图的电子文件格式，可由“地质资料查询系统”读取显示在浏览器中的数据。其在数据库中存储结构是MapGis-IMS开发者设计的。
4.2 地质资料各实体关系
本信息系统工作重点是地质资料的管理和查询服务，主要是对地质资料数据库设计和数据库集成和应用开发。
地质资料各实体关系如图2。
图2 地质资料数据E-R模型
Fig.2 Geological data structure E-R model chart
需要说明的是，一份成果报告，有多个全文电子文件。一份报告的全文按照报告章节分成多个电子文件，是一对多的关系，而不是一对一。这是考虑避免用户在网上阅读报告全文时，每次都要从数据库取出整个报告的全文内容传送到本地浏览器中，从而增加网络数据传输量和数据库服务器的负担，造成等待而使用户感觉应用软件运行速度过慢。
根据资料数据模型、现行的资料管理办法和资料著录标准，确定各数据库结构及定义，共设计了3类17个数据表组成系统的数据库。电子地图数据表则由商品化软件设计管理。
（1）地质资料数据库表
包括报告基本信息表、报告附图信息表、档案总目录信息表、档案明细信息表、图件资料信息表、资料电子文件信息表等。
（2）资料管理事务库表
包括成果资料移交信息表、成果资料报送信息表、资料借还信息表、资料访问日志信息表、用户基本信息表等。
（3）油气评价数据库表
包括局部构造信息表、圈闭信息表、调查工作量信息表、油气田信息表、油气资源评价信息表、油气探井信息表等。
在数据库管理系统服务器端，用PL/SQL语言编写建立库数据表、表空间、序列、触发器等的命令代码文件，可在ORACLE的SQL-PLUS环境下自动执行完成相应对象的建立。
4.3 服务器端的后台数据库系统
采用ORACLE数据库管理系统，用PL/SQL语言编写命令文件，在SQL-PLUS环境中执行，完成各种建库和维护操作，使建库、建立序列、建立触发器、数据导入程序化执行。直接利用DBA STUDIO可视化数据库管理工具，进行数据库表、用户账号密码、各种权限、序列、触发器等的维护和管理。用ORACLE提供的BLOB二进制大对象数据块字段类型，实现成果报告全文、图件资料的缩略图等电子文件的入库管理。
5 系统功能实现
“地质资料管理系统”（GDMS）和“资源评价数据管理系统”，开发采用Power Builder软件的Power Script语言开发，与后台数据库连接采用Power Builder提供的ORACLE专用接口实现。软件结构采用客户机/服务器（C/S）结构。
5.1 地质资料管理系统
根据用户对地质资料档案管理过程的需求，该系统需基本具备对数据的输入、维护、查询、统计、借阅、输出、备份等模块。为了保证数据的安全性，增加了凭密码、账号登录功能及用户管理，设置了系统管理员、资料管理员和普通用户三种权限，防止非法用户访问资料。普通用户只能对资料进行查询，不能对资料进行添加或修改等操作，资料管理员有权对资料进行添加、修改、查询等操作，而系统管理员则权限最大，增加了对用户管理表和系统日志信息表进行维护的权限。为了使用户更好地掌握本系统，还必须建立联机帮助模块。本系统各个主要模块之间的关系如图3所示。
图3 地质资料管理系统主要模块关系示意图
Fig.3 Geological data management system module chart
5.2 资源评价数据管理系统
“资源评价数据管理系统”管理对象是与油气资源评价有关的构造、油气资源、油气田、油气探井、资源评价数据的信息，功能上主要侧重于油气评价数据的维护。如录入新数据、数据查询与修改、数据备份/恢复和在线帮助。数据的安全性采用与地质资料管理系统相同的安全机制。考虑到PowerBuilder程序编制的特点，采用如图4所示的系统功能模块图。
5.3 地质资料查询系统
“地质资料查询系统”实际是一个WEB应用软件系统，由网页组成的，这与传统的结构化应用程序不同，也与可视化集成环境下开发的窗体应用软件结构不同。传统的应用程序，结构明显，由各模块组成，模块之间通过参数传递实现模块间的联系，模块通过调用执行。可视化集成环境下开发的窗体应用软件，是由各种窗体、表单、模块、各种对象组成，代码执行是通过消息和事件驱动的。“地质资料查询系统”则由许多网页组成，网页中嵌入了可执行的脚本程序、Java小程序、控件等，必须在WEB服务器上建立网站运行，与WEB服务器上的各种应用服务一起实现特定的应用功能。
图4 系统功能模块图
Fig.4 Evaluation data management System module chart
WEB服务器采用的是微软公司的IIS5.0（Internet Information Server），实现网站建立和管理。图件资料电子地图的发布查询浏览功能采用中地公司的MapGis-IMS互联网地图服务器，电子地图的图形数据文件存放在服务器上的数据库中或磁盘上，应用程序可通过数据库引擎读取图形数据，电子地图的目录数据则放在ORACLE数据库中。对ORACLE数据库中的以BLOB二进制大对象数据块存储的成果报告全文和图件缩略图等电子文件的读取，是通过ORACLE提供的0040数据接口实现。应用程序编程语言包括ASP、HTML、VB Script、Jscript、Action Script等，在Visual InterDev6.0集成开发平台完成开发工作。
图5的系统结构图中列出了地质资料查询系统的菜单和网页功能及其调用顺序。
6 结束语
项目开发的系统是一个网络化的信息系统，分成前台应用软件和后台数据库系统两部分。本系统采取的技术路线是：采用商用大型数据库管理系统软件在后台对数据管理和维护，前台应用软件采用针对数据库应用软件开发的可视化集成开发环境（工具）进行开发工作。这样，数据库的物理结构设计及实现、数据维护管理、数据库网络连接接口等问题交由后台的商用数据库管理系统去完成，减少了系统开发难度，提高系统的稳定性和可靠性。
本系统的数据库应用实例已完成开发和在工作中运行，建成的系统具有如下特点：①实用性强；②系统的用户群体广；③系统功能满足了日常工作中的资料管理和资料查阅的需求，系统建成后能够继续得到日常维护；④系统提供的资料内容多样化，有全文资料和电子地图；⑤实现Intranet/Internet网络化服务，系统易使用和操作，适用于地质资料的社会化服务；⑥与当前国家关于地质资料信息化要求及相关标准相吻合。
图5 地质资料查询系统功能结构图
Fig.5 Geological data retrieval system module chart
参考文献及资料
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Designing and Implememtation of Petroleum and Gas Resources Survey＆Evaluation DBMS of Ocean
Wang Ganglong Li Shaorong Chen Hongjun Zeng Fancai
（Guangzhou Marine Geology Survey,Guangzhou,510760）
Abstract:Based on the data from petroleum and gas resources survey,as well as from marine geological survey,evaluation and material,petroleum and gas resources survey＆evalu-ation DBMS（Pgrs＆eDBMS）is formed by using computer,GIS,database and WEB development technology.Pgrs＆eDBMS is a professional information management system for providing comprehensive and actual data as well as dicision-making basis for marine mineral resources survey,marine economic construction,science research and sustainable marine development.This paper focuses on introducing the establishment of database of Pgrs＆eDBMS and the development of its function.
Key Word:Petroleum resources GIS Marine survey Database Online distribution.
5.2.1.1 系统总体功能结构
本系统以海外油气与固体矿产资源开发利用过程中涉及的各种风险为研究对象，在各种风险评估模型与评价体系的基础上，实现开发利用过程中的风险评价、可视化展示，辅助国家与企业实现“走出去”战略，为进行海外油气与固体矿产资源开发利用提供战略决策依据。系统结合W ebGIS技术、风险评价技术、数据库与数据仓库技术，构建基于.net框架下B/S模式的国外油气与固体矿产资源开发利用风险管理系统。
整个国外油气与固体矿产资源开发利用风险管理系统包括6大功能模块，分别是国家风险、运输风险、市场风险、供应风险、需求风险和系统维护（图5.1）。其中国家风险、运输风险、市场风险、供应风险、需求风险5个模块提供前台展示功能，系统维护模块主要提供系统管理功能。
图5.1 系统功能结构图
系统前台展示功能面向普通公共用户。针对5个风险模块，通过可视化技术，以多种方式展示相关的风险评估等级以及评价对象基本信息，可为用户提供直观、全面的风险评估信息，进而支持用户进行更有效的风险决策。
系统管理功能面向管理员用户，提供指标数据、基础数据、界面属性等数据的相关维护，用户权限、口令等系统参数的修改，以及数据备份和恢复管理等功能的实现（左美云等，2006），为国外油气与固体矿产开发利用风险管理系统提供比较稳定的后台支持。
整个系统基于B/S架构，根据WebGIS系统的特点与需求（周秋平，2003），上述6大功能模块在逻辑结构上按用户服务层、业务服务层、数据库服务层的3层结构构建（图5.2）。
图5.2 系统总体逻辑结构图
其中，用户服务层是用户在终端浏览器浏览的用户界面，主要提供国家风险、运输风险、市场风险、供应风险、需求风险的相关风险可视化展示功能，以及评价对象的基本信息展示功能；业务服务层是在服务器端采用基于ASP.net框架构建的各种Web服务程序，如地图服务器、模型请求服务器等，用以处理用户终端的请求；数据库服务层存储并管理空间数据、属性数据、评价指标数据、模型和图形等基础数据，挖掘有用信息，响应服务层的连接交互请求等。
5.2.1.2 国家风险模块
作为世界第二大石油消费国，我国石油进口的50%左右来自政治经济不稳定的中东、海湾地区，因此必须考虑获得可靠石油资源和与油气输出国密切相关的各种风险因素。本模块旨在通过全面分析世界各地区特别是油气输出国家敏感的政治、经济和地缘等的风险信息，构建国家风险评价指标体系，建立评价模型，并将最终结果一目了然地呈现在用户面前，为用户是否选择其作为石油进口来源提供科学依据（毛小苓等，2003）。
国家风险模块分国家风险可视化和国家风险基本信息两个子模块，其结构如图5.3所示。
（1）国家风险可视化
该模块包括能源安全视角、企业投资视角和恐怖袭击的风险可视化3个部分，除显示世界各地区特别是油气输出敏感地区的国家综合风险外，还以GIS专题图来直观地展示国家地区的政治、经济、地缘风险等级。
（2）国家风险基本信息
该模块包括国家基本信息、评价指标体系、风险因素分析和风险评价结果，它们之间以逐层深入、递进的方式为用户呈现国家风险基本信息。
图5.3 国家风险功能结构图
5.2.1.3 市场风险模块
石油市场风险模块旨在评价国际石油市场综合风险，分析国际石油市场风险的趋势；同时，实时动态地进行国际油价趋势以及油价风险分析；然后，进行石油市场风险的预测，从宏观角度为石油企业和政府提供决策支持。
市场风险模块包括5个子模块（图5.4）：石油市场系统风险评价、国际石油市场价格抓取、国际石油价格预测、石油市场风险预测与石油价格多维分析。石油市场系统风险评价将全球石油市场视为一个整体，评价石油市场的整体风险，并对比分析历次评价的风险；国际石油市场价格抓取模型选择美国能源部、华尔街日报、中国石油集团等网站定期公布的石油价格数据为对象，采取在线自动抓取的形式获得实时的国际石油价格数据，供其他风险模块调用分析；国际石油价格预测结合国际石油价格数据和国际石油价格事件等，构建相应的预测模型来预测其价格的趋势；石油市场风险预测采取VaR方法，对不同时间间隔的油气价格风险进行预测；石油价格多维分析模块则根据石油市场、油品、价格类型等多个维度对石油价格进行分析，并将石油价格数据导出供进一步分析使用。
图5.4 市场风险模块功能结构图
市场风险模块涉及大量的基础数据的收集和应用，包括汇率、石油价格、油价时间等；并具有和多个模块的接口，包括国际石油价格预测、石油市场风险预测、石油价格多维分析等模型程序。市场风险模块的数据获取和应用具有多种不同的方式，并具有多种模型接口处理方式，从而导致了市场风险模块的复杂性和重要性。
（1）石油市场系统风险评价
石油市场系统风险评价功能包括石油市场基础数据、石油市场系统风险评价方案及石油市场评价结果等管理（图5.5）。其中，石油市场基础数据管理包括国际石油交易所、石油市场资源链接、国际油价事件和市场数据的信息收集、分类、整理及展示。
图5.5 石油市场系统风险评价功能结构图
1）基础数据管理。
A.国际石油交易所。国际石油交易所提供全球主要的5个石油交易所信息，包括交易所简介和地理分布。主要交易所包括美国纽约商品交易所、伦敦国际石油交易所、东京工业品交易所、新加坡交易所和上海期货交易所。
B.石油市场资源链接。石油市场资源链接提供了互联网上和石油市场研究相关的丰富资源链接，这些资源如表5.1所示。
表5.1 石油市场资源链接
C.国际油价事件。国际油价事件提供国际已经发生过的对油价有重大影响的事件，包含消息来源、事件时间、事件类型及事件概况。这些事件一方面供系统用户直接查询；另一方面可以在国际石油价格预测中作为油价的影响因素直接供油价预测模型调用。表5.2列出油价事件的典型来源，表5.3列出系统中所提供的油价事件类型。
表5.2 油价事件的来源
表5.3 油价事件类型
D.市场数据。市场数据提供包括外汇汇率、国际石油价格和油价的多维分析等在内的市场基础数据。
外汇汇率包括下面几种汇率数据：美元综合指数、欧元对美元现货交易汇率数据和美元对卢布汇率数据。
石油价格包括多个石油交易市场、多个石油品种、多种现货和期货价格类型和价格单位，各项数据属性的范围见表5.4。
表5.4 石油市场相关数据
除此之外，还有来自美国期货管理委员会（CFTC）的交易数据，用于评价纽约商品交易所（NYMEX）的油气交易系统风险状况。
2）评价方案管理。
评价方案管理主要对影响石油市场系统风险的评价体系和评价方法进行管理，其评价体系包括国际石油期货市场投机程度、典型石油价格结算货币的汇率波动程度、石油市场需求风险、石油供应风险。
3）风险评价结果管理。
风险评价结果管理是基于指标方案对整个石油市场系统风险评价结果的管理。为了对比分析历史评价结果，当用户进入评价结果显示页面的时候，系统自动将历史评价结果以曲线图的形式显示出来，方便用户对国际石油市场系统风险的走势进行判断，辅助用户进行系统风险评价。
（2）国际石油价格数据在线抓取
国际石油价格数据在线抓取是市场风险模块的一个重要组成部分。国际石油价格数据来源主要以美国能源部和华尔街日报为主，以中石油网站的数据为补充。对国际石油价格数据的抓取选择任务设定的方式来实现，每次任务执行的时候程序自动链接相应网站，下载油价数据，经过清洗转换后上载到中心数据库，并记录详细的抓取日志记录。
（3）石油市场价格预测
石油市场价格预测基于油价基础数据和事件数据，对不同市场、不同油品和不同价格类型，选择不同的时间长度及频度进行预测，并采取直观的走势图形式进行展现，要求内嵌到市场风险模块中，采取ActiveX 插件形式完成。
（4）石油市场风险预测
石油市场风险预测旨在基于一系列油品价格，设定不同的参数，通过采取VaR计算方法来预测不同周期内的油价风险值。
石油市场风险预测模型属于单独开发的程序模块。与油价预测不同，由于风险计算过程的复杂性，不采取嵌入ActiveX的方式来集成该模型。对石油市场风险模型程序，采取独立运行的方式，但模型输入和输出的数据与系统其他模型具有交互。模型输入来源于在线抓取模块获得的数据进行转换之后形成规范化的数据，模型运行结果存储到中心数据库，保存模型运算结果。
（5）石油价格多维分析
石油价格作为多维型数据，具有良好的按维度归并特征，可以采取多维分析的形式对石油价格进行分析。分析所采取的维度有油品、交易市场、价格类型（现货、多种期货合约）、单位类型等，对油价进行包括两维表、级联表、线图、比例图、雷达图等在内的表达，并且可以将分析结果直接导出为Excel等格式，方便用户进行进一步的分析。
5.2.1.4 供应风险模块
供应风险模块功能结构如图5.6所示，包括基本信息管理、供应风险指标体系管理、供应风险可视化和供应风险评价结果管理四大功能。
（1）基本信息管理
基本信息管理主要对供应风险展示所需的基本数据信息进行管理。
（2）供应风险指标体系管理
供应风险指标体系管理模块从全球油气资源储量、勘探开发、生产和库存风险，以及其他影响海外油气供应的不确定性因素这几方面，对供应风险的指标体系进行管理。供应风险指标体系管理又包括国家供应风险指标管理和区块供应风险指标管理，分别从国家层面和区块层面对供应风险的指标进行管理。
图5.6 供应风险模块功能结构图
国家供应风险指标管理包括资源储量不确定性评价模块、勘探开发风险评价模块、生产和库存不确定性评价模块和影响海外油气的其他不确定性评价模块。
区块供应风险指标管理包括资源储量不确定性评价、勘探开发风险评价、影响海外油气的其他不确定性评价3个小模块。
（3）供应风险可视化
供应风险可视化可以将不同地区的供应风险通过GIS技术直观展示。
（4）供应风险评价结果管理
供应风险评价结果管理可以对供应风险的评价结果进行一系列的操作，主要实现供应风险评价结果的输入、查询和维护。
5.2.1.5 需求风险模块
需求风险模块功能结构如图5.7所示，包括需求风险可视化、需求风险指标体系管理、基本信息管理和需求风险评价结果管理。
图5.7 需求风险模块功能结构图
（1）需求风险可视化
需求风险的可视化对要分析的数据和情况用GIS系统直观展示，例如说能源需求、石油需求、天然气需求，以及需求结构等。
（2）需求风险指标体系管理
需求风险指标体系管理，需要对影响需求风险的各个因素指标进行管理。需求风险指标体系管理包括经济指标评价、人口指标评价、政策指标评价和技术指标评价4个方面。
经济指标评价根据经济总量、经济增长速度、产业结构和产业结构变化率来考虑经济对需求风险的影响。
人口指标评价从人口数和人口自然增长率两方面来评价人口对需求风险的影响。
政策指标评价从气候政策、财税政策和技术政策三方面来评价不同国家的不同政策的影响。
技术指标评价从能源利用效率、能源利用效率变化率、能源结构、能源价格、能源价格变化率和能源替代技术这几个方面对技术进行评价。
（3）基本信息管理
基本信息管理主要对需求风险展示所需的基本数据信息进行管理。
（4）需求风险评价结果管理
需求风险评价结果管理是对需求风险的评价结果进行一系列的操作，主要实现需求风险评价结果的输入、查询和维护。
5.2.1.6 运输风险模块
运输风险模块功能结构如图5.8所示，包括港口风险管理、航线风险管理、承运风险管理及海盗袭击风险管理4个子模块。
图5.8 运输风险功能结构图
（1）港口风险管理
港口风险管理包括港口指标选择、港口方案评价及风险评价结果的管理。
港口指标选择管理从港口所属国家、港口吞吐量、港口仓储能力、港口安保能力及输油管最大直径等方面考虑，建立相关指标体系，并对其进行增加、修改和删除。
港口方案评价管理是通过建立的风险指标体系，选择评价方法，将港口风险进行分级管理。
风险评价结果管理是对港口风险评价指标及评价方案所得结果的管理。一方面，通过GIS技术对港口风险评价结果进行可视化，其中港口图标的不同颜色代表港口的风险值，不同大小代表港口的吞吐量；另一方面，可以对评价结果进行导出，提供风险分析报告。
（2）航线风险管理
航线风险管理包括航线指标选择、航线方案评价及风险评价结果的管理。
航线指标选择管理从航线事故率、穿越风险节点数及航程海里等方面考虑，建立相关评价体系，并对其进行增加、修改和删除。
航线方案评价管理是通过建立的风险指标体系，选择评价方法，将航线风险进行分级管理。
风险评价结果是对航线风险评价指标及评价方案所得结果的管理。一方面，通过GIS技术对航线风险评价结果进行可视化，其中航线图标的不同颜色代表航线的风险值，不同粗细代表航线的运力；另一方面，可以对评价结果进行导出，提供风险分析报告。
（3）承运风险管理
承运风险管理包括承运指标选择、承运方案评价及风险评价结果的管理。
承运指标选择管理从油轮归属、油轮平均吨位、本国油轮承运份额及船运公司安全系数等方面考虑，建立相关评价体系，并对其进行增加、修改和删除。
承运方案评价管理是通过建立的风险指标体系，选择评价方法，将承运风险进行分级管理。
风险评价结果是对航线风险评价指标及评价方案所得结果的管理。一方面，通过GIS技术对承运风险评价结果进行可视化；另一方面，对评价结果进行导出，提供风险分析报告。
（4）海盗袭击风险管理
海盗袭击风险管理包括海盗袭击数据及风险结果的管理。
海盗袭击数据管理是收集国际海事局各年各海盗区域的海盗袭击事件次数，并对其进行增加、修改和删除。
风险结果管理是基于海盗袭击数据来源，通过GIS技术实现海盗袭击分布的可视化管理。
5.2.1.7 系统维护模块
系统维护模块主要包括风险评价和系统管理两个子模块。
（1）风险评价子模块
风险评价子模块针对国家风险、运输风险、市场风险、供应风险和需求风险，对评价过程中涉及的评价方案、评价方法和评价结果进行管理（图5.9）。
其中，评价方案管理实现对不同风险评价方案的指标数据进行管理，主要包括已有评价方案的修改维护和新评价方案的增加。而评价方法管理实现对已有的评价指标进行权重审核和权重维护。此外，评价结果管理包括评价结果的维护和评价结果的展示。
（2）系统管理子模块
系统管理子模块包括数据和模型的管理以及系统运行管理两大功能（图5.10）。数据和模型的管理，利用计算机和各种开发工具对系统的数据进行抓取、抽取、存储、处理和应用，以及对数据模型的设计、数据的导人、数据的运算和数据的导出。系统运行的管理负责系统的正常运行与维护，包括操作日志、系统参数和权限设置等管理。
图5.9 风险评价功能结构图
图5.10 系统管理功能结构图
1）数据和模型的管理。
数据和模型的管理模块包括基础数据管理、油价数据管理和图库管理，每个管理模块又包括若干细分子功能（图5.11）。
图5.11 数据和模型的管理
基础数据管理实现对风险查询中所涉及各种对象基本属性值进行维护，包括基础数据录入和基础数据维护。油价数据管理模块实现对美国能源部、中石油、《华尔街日报》三大来源数据的动态抓取，并对它们进行数据清洗、数据转换，然后再上载到中心数据库，同时实现对油价事件的网页抽取。图库管理主要是实现对系统所有图片的集中式管理，主要包含已有图片的维护和新增图片的维护。
2）系统运行的管理。
系统运行的管理功能包括系统参数管理、系统权限管理、日志的管理和系统负载统计管理。其中，系统日志的管理又包括操作日志的管理、油价处理日志的管理和模型运行日志的管理（图5.12）。
系统参数管理对系统相关参数进行设置，包括数据抓取失败次数阈值的设置，数据抓取间隔时间的设置，以及数据保存路径的设置等。
图5.12 系统运行的管理
系统权限的管理是对登录系统前，后台用户权限的管理（徐启等，2005）。
系统日志管理的目的，是便于今后相关问题的查错，包括操作日志的管理、油价处理日志的管理和模型运行日志管理。
系统的负载统计管理负责统计在一定时间内，用户对某个或某些模块的访问量。