油田地面圖形/數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)的研究①

霍鳳財(cái) 劉 洋 楊 迪 張永豐 任偉建 侯 男

(1.東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院；2.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所)

油田地面圖形/數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)的研究①

霍鳳財(cái)1劉 洋1楊 迪2張永豐2任偉建1侯 男1

(1.東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院；2.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所)

以油田地面圖形/數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的一系列關(guān)鍵技術(shù)，包括AutoCAD二次開(kāi)發(fā)技術(shù)、遙感圖像無(wú)縫拼接技術(shù)、遙感圖像與CAD圖形數(shù)據(jù)配準(zhǔn)融合技術(shù)。

油田地面圖形/數(shù)據(jù)融合系統(tǒng) AutoCAD二次開(kāi)發(fā) 遙感圖像 拼接方法 數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

為了更好地利用油田地理信息系統(tǒng)資源[1,2]，提高圖形和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為地面工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理提供基礎(chǔ)信息支持，目前，研究者們普遍將遙感圖像、數(shù)據(jù)庫(kù)資源、AutoCAD及Excel等應(yīng)用軟件與GPS測(cè)繪技術(shù)有機(jī)結(jié)合，應(yīng)用到油田地面設(shè)計(jì)和相關(guān)業(yè)務(wù)流程中[3]。這既提高了地理圖形的準(zhǔn)確性和維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的及時(shí)性，又減輕了作業(yè)區(qū)的維護(hù)工作量，方便地面系統(tǒng)各級(jí)管理人員與相關(guān)部門進(jìn)行維護(hù)和應(yīng)用。因此，將遙感圖像與地面數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換[4]，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)偏配準(zhǔn)[5]，利用無(wú)縫拼接技術(shù)將瓦片式數(shù)據(jù)構(gòu)建為整體并與當(dāng)前地面數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合，已成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。在此，筆者基于油田地面圖形/數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)架構(gòu)，分析了實(shí)現(xiàn)該架構(gòu)的一系列關(guān)鍵技術(shù)。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

油田地面圖形/數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)(圖1)由Oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)、Internet信息服務(wù)器、數(shù)據(jù)匹配、遙感圖像拼接、圖形/數(shù)據(jù)融合和圖層細(xì)化模塊組成。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 AutoCAD二次開(kāi)發(fā)技術(shù)

AutoCAD只提供了基礎(chǔ)的CAD功能，若開(kāi)發(fā)者想完成具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)，則必須根據(jù)數(shù)據(jù)單獨(dú)繪制圖形。如此一旦設(shè)計(jì)完成后，要更改局部圖形則需要重復(fù)原來(lái)的全部?jī)?nèi)容，造成大量工作量的浪費(fèi)。如果使用AutoCAD開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，用程序編制上述過(guò)程后，在設(shè)計(jì)時(shí)只需一個(gè)命令即可運(yùn)行該程序，自動(dòng)完成繪圖過(guò)程。顯而易見(jiàn)，這不僅極大地提高了設(shè)計(jì)效率，而且還可以通過(guò)定制來(lái)完成某些專業(yè)化的模塊，甚至大型設(shè)計(jì)軟件。因此，要使AutoCAD真正應(yīng)用于某一具體領(lǐng)域，或經(jīng)常完成一些重復(fù)性工作，則必須利用AutoCAD開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)它進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

AutoCAD二次開(kāi)發(fā)就是利用某種高級(jí)語(yǔ)言編寫與AutoCAD連接的接口程序，通過(guò)接口程序?qū)υ紨?shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，形成所有目標(biāo)圖素的運(yùn)行參數(shù)，并按照要求的設(shè)計(jì)制圖流程把生成目標(biāo)圖素的AutoCAD命令和相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)組織起來(lái)，通過(guò)AutoCAD的外部程序(參數(shù))入口，輸入到AutoCAD軟件內(nèi)部，使之快速、連續(xù)地處理圖形，達(dá)到提高運(yùn)行效率的目的。筆者在Visual Studio.net環(huán)境中利用C#語(yǔ)言對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)過(guò)程中構(gòu)建了一系列SQL語(yǔ)句并調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，具體流程如圖2所示。

圖2 AutoCAD二次開(kāi)發(fā)流程

2.2 遙感圖像無(wú)縫拼接技術(shù)

建立一個(gè)具有全球投影坐標(biāo)系統(tǒng)的影像框架，地球表面上的任意一點(diǎn)均可以通過(guò)映射方式對(duì)應(yīng)到框架內(nèi)具體的像素位置，獲取到相應(yīng)的衛(wèi)星遙感圖像。對(duì)于多個(gè)局部影像塊，首先要確定各個(gè)相鄰影像之間是否有重疊區(qū)域，若該區(qū)域內(nèi)局部坐標(biāo)系之間的經(jīng)緯度覆蓋范圍有重疊區(qū)域，則可以確定為重疊影像。對(duì)于有重復(fù)塊的覆蓋范圍，需設(shè)計(jì)一種局部區(qū)域經(jīng)緯網(wǎng)格區(qū)域。每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于確定的經(jīng)緯跨度，將各遙感圖像塊放入各自的網(wǎng)格區(qū)域中，對(duì)于多余部分則直接截除，使整個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫拼接。

2.3 遙感圖像與CAD圖形數(shù)據(jù)配準(zhǔn)融合技術(shù)

遙感圖像與CAD圖形數(shù)據(jù)配準(zhǔn)融合技術(shù)以空間屬性(如位置和地理坐標(biāo))為基準(zhǔn)，建立要配準(zhǔn)數(shù)據(jù)(主要是空間數(shù)據(jù)，包括矢量數(shù)據(jù)和遙感影像)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(便于數(shù)據(jù)的精確疊加)，用于空間數(shù)據(jù)的變化檢測(cè)更新、多數(shù)據(jù)源的融合及空間信息的提取分析等。不同類型數(shù)據(jù)之間的配準(zhǔn)包括同傳感器影像之間的配準(zhǔn)和影像與非影像空間數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。前者如光學(xué)影像與雷達(dá)影像之間的配準(zhǔn)，后者如影像和地圖之間的配準(zhǔn)，筆者使用的是影像和地圖之間的配準(zhǔn)。由于遙感(柵格)圖像的坐標(biāo)系是WGS84，AutoCAD記錄的數(shù)據(jù)是西安80，無(wú)法定位顯示遙感圖像坐標(biāo)，故需將二者應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)，才能與CAD矢量地圖進(jìn)行疊加并參與空間分析。

圖3 外延窗規(guī)則

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)油田地面圖形/數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，利用AutoCAD二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，通過(guò)構(gòu)造基于SQL語(yǔ)句的函數(shù)、調(diào)用函數(shù)和擴(kuò)展圖層，新建各小隊(duì)各類管道、站、間、隊(duì)、道路的CAD圖層，完成了各CAD圖形的自動(dòng)繪制，實(shí)現(xiàn)了所有用戶的圖形輸出功能；通過(guò)遙感圖像無(wú)縫拼接技術(shù)將零散的數(shù)據(jù)塊拼接為整體；通過(guò)遙感圖像與AutoCAD配準(zhǔn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在AutoCAD中準(zhǔn)確加載遙感圖像、AutoCAD數(shù)據(jù)和圖像的無(wú)偏匹配。綜合應(yīng)用上述關(guān)鍵技術(shù)，有效解決了油田地面數(shù)據(jù)和圖形的融合，對(duì)地面工程標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)管理和信息維護(hù)起到積極作用，保障了系統(tǒng)地面圖形/數(shù)據(jù)融合和全方位圖形輸出的實(shí)施。

[1] 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.

[2] 王小藝,蔣耘瑋,魏偉,等.城市污水處理信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].化工自動(dòng)化及儀表,2014,41(1):71～74.

[3] 毛宏毅.基于工作流的業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2009,31(12):44～45,63.

[4] 陶葉青,楊娟.顧及觀測(cè)誤差的平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法[J].測(cè)繪科學(xué),2013,38(6):160～161,184.

[5] 楊烜.Mean Shift的漸進(jìn)無(wú)偏變換圖像配準(zhǔn)[J].電子與信息學(xué)報(bào),2012,34(2):393～397.

[6] 霍鳳財(cái),杜穎,劉洋.人工蜂群算法及其應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2016,34(4):468～476.

ResearchonKeyTechnologiesforSurfaceGraphicsandDataFusioninOilfield

HUO Feng-cai1, LIU Yang1, YANG Di2, ZHANG Yong-feng2, REN Wei-jian1, HOU Nan1

(1.CollegeofElectricalEngineering&Information,NortheastPetroleumUniversity;2.PlaningandDesignInstituteinNo.2OilProductionPlant,DaqingOilfieldCo.,Ltd.)

Based on surface graphics and data fusion system in the oilfield, key technologies to realize the system were introduced, including the AutoCAD secondary development technology, the remote-sensing image seamless splicing technology and the remote-sensing image and CAD graphics data registration and fusion technology.

surface graphics and data fusion system in oilfield, AutoCAD secondary development, remote-sensing image, slicing method, data registration

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61374127，51404073)；國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目(61422301)；中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2012D-5006-0205，2013D-5006-0209)；黑龍江省杰出青年基金項(xiàng)目(JC2015016)；黑龍江省博士后科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(LBH-Q12143)；東北石油大學(xué)青年基金項(xiàng)目(2013NQ105)。

霍鳳財(cái)(1976-)，副教授，從事信息系統(tǒng)、智能算法及圖像處理等的研究，huofc@126.com。

TH865

A

1000-3932(2017)06-0602-03

2016-12-24，

2017-01-17)