基于WebAPI的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究

鐘磊+徐英卓

摘要： 關(guān)鍵詞： 中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 2095-2163（2017）06-0088-03

Abstract： With the development of network technology， the Web server provides a new approach to Web services ： Web API. The Web API includes a wide range of services capabilities such as storage， message， and computing， which could further develop powerful Web applications. This paper mainly introduces the principle and working process of the design system of cementing engineering based on Web API， and proposes the concept and working mode of Web API in detail.

0引言

目前，正在使用的固井工程系統(tǒng)是純面向?qū)ο蠡蛘哌^程的，這樣的軟件在結(jié)構(gòu)上是低內(nèi)聚、高耦合的。如果后期有新的需求出現(xiàn)，這將會(huì)給開發(fā)者帶來極大的不便。由此，新技術(shù)的出現(xiàn)，往往會(huì)引發(fā)軟件世界的重大革新變化。為了解決傳統(tǒng)固井軟件的應(yīng)用問題，以及增進(jìn)在當(dāng)代的軟件架構(gòu)中新思維—服務(wù)—系統(tǒng)優(yōu)化的作用影響，對(duì)傳統(tǒng)的固井軟件進(jìn)行服務(wù)升級(jí)，并設(shè)計(jì)研發(fā)出一整套面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)即已尤顯其迫切與必要。本文重點(diǎn)論述的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心是基于微軟的ASP.NET Web API來展開研究并獲得實(shí)現(xiàn)的。其中，Web API是時(shí)下位居前沿的流行移動(dòng)后臺(tái)服務(wù)層，利用ODATA協(xié)議可以傳輸JSON、XML等格式的數(shù)據(jù)，支持跨語言/跨平臺(tái)，克服了基于SOAP的WCF局限性，可避免給開發(fā)人員帶來復(fù)雜繁瑣的配置操作。同時(shí)，ASP.NET Web API是用于構(gòu)建可以從任何客戶機(jī)訪問（包括瀏覽器和移動(dòng)設(shè)備）的HTTP服務(wù)的框架，并且也是一種基于.NET Framework解析生成RESTful應(yīng)用程序的理想平臺(tái)。

1固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)流程

基于Web API的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容核心是Web服務(wù)的研究、設(shè)計(jì)與開發(fā)，以B/S架構(gòu)為基礎(chǔ)，整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)流程遵循經(jīng)典的系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程，即需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)與部署、系統(tǒng)維護(hù)四個(gè)開發(fā)階段，具體如圖1所示。

研究中，針對(duì)基于Web API的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)需求分析階段，除了要達(dá)到常規(guī)需求分析基礎(chǔ)指定目的之外，還要立足于Web API的現(xiàn)狀提供拓展分析，包括內(nèi)容如下：什么是Web API，這種服務(wù)有哪些類型？服務(wù)接口怎么封裝、注冊(cè)及訪問？等等。

本系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、Web API設(shè)計(jì)、前端界面設(shè)計(jì)這四個(gè)部分的內(nèi)容。其中，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中選擇使用的工具是Microsoft SQL server2012，基于實(shí)際固井?dāng)?shù)據(jù)，并且遵循傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方法。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)則主要采用了經(jīng)典的三層架構(gòu)。Web API設(shè)計(jì)上重點(diǎn)基于RESTful風(fēng)格：采用URI標(biāo)識(shí)資源、使用統(tǒng)一的接口、使用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP方法、支持多種資源的表示方式、無狀態(tài)性。而前端界面設(shè)計(jì)卻融入采用了html和JavaScript等前端語言組織實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，保證系統(tǒng)的簡潔性及實(shí)用性，緊密結(jié)合業(yè)務(wù)邏輯，因而更加貼近大眾用戶的使用習(xí)慣。

系統(tǒng)開發(fā)與部署包括兩個(gè)部分：Web API的開發(fā)與部署和固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)與部署。Web API開發(fā)與部署使用的開發(fā)工具是Visual Studio 2015，并且.NET framework 4.5為Web API的研發(fā)構(gòu)建提供了很大的方便。同時(shí)，單獨(dú)部署Web API可以利于修改或者補(bǔ)充Web API，保證其獨(dú)立性，從而便于共享和復(fù)用。固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)和部署整體上則將圍繞各種用戶界面的程序化展示，就是利用HTML和JavaScript等前端開發(fā)語言以及相關(guān)框架設(shè)計(jì)前端母版頁，通過前端業(yè)務(wù)邏輯完成頁面的調(diào)用及跳轉(zhuǎn)。固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)單獨(dú)部署，可以有效地實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用。

2需求分析

基于Web API的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)不同地域、不同區(qū)塊、不同油井產(chǎn)生的不同固井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的歸納分析，結(jié)合實(shí)際固井作業(yè)的需求，該系統(tǒng)的定制功能可表述如下：

1）服務(wù)端功能。具備權(quán)限控制，系統(tǒng)管理員具有最高系統(tǒng)控制權(quán)限，此外，系統(tǒng)管理員還將具有對(duì)固井相關(guān)數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查，并且能夠接收用戶端的動(dòng)作請(qǐng)求，開展理想模型的計(jì)算，并將結(jié)果反饋給客服端。

2）前端功能。主要對(duì)應(yīng)著用戶的登錄、修改、注銷等功能，在此基礎(chǔ)上還進(jìn)一步包括固井?dāng)?shù)據(jù)的界面展示，并向服務(wù)端發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求。

3固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述

基于Web API的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用Microsoft SQL Server 2012作為本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)及開發(fā)工具，本系統(tǒng)在研究中將配置涉及兩個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)庫，分別是：套管數(shù)據(jù)庫和固井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。對(duì)其可做如下概述。

1）套管數(shù)據(jù)庫按套管的外徑分別建庫，主要包括套管基本情況表、材料表及附件消耗表等。由于套管數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)中將會(huì)發(fā)揮非常重要的作用，為了防止對(duì)數(shù)據(jù)的誤操作，一般情況下不允許隨意修改套管數(shù)據(jù)。

2）固井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫包含基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和井斜數(shù)據(jù)兩部分。其中，基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)主要包括用于設(shè)計(jì)套管強(qiáng)度的以及設(shè)計(jì)注水泥所需的大部分?jǐn)?shù)據(jù)；井斜數(shù)據(jù)部分主要是對(duì)測深、井斜角及方位角等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。綜上可知，該數(shù)據(jù)庫需要?jiǎng)?chuàng)建的基本表有流體組成表、配方表、井身質(zhì)量表及地漏實(shí)驗(yàn)表等。endprint

3.2軟件架構(gòu)概述

固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)在開發(fā)上采用了三層分布式框架，也就是用分層的方法對(duì)固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，因而充分體現(xiàn)了面向服務(wù)的架構(gòu)理念。

下面即研究給出了固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件分層架構(gòu)如圖2所示。

由圖2可見，該系統(tǒng)架構(gòu)中各層的功能含義內(nèi)容如下：

1）實(shí)體對(duì)象映射層。在常規(guī)三層架構(gòu)的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在底層數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問層之間添加了實(shí)體對(duì)象映射層，同時(shí)應(yīng)用了面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，獲得了對(duì)象和實(shí)體數(shù)據(jù)庫的邏輯匹配，為數(shù)據(jù)訪問層提供了軟件的操作基礎(chǔ)。

2）數(shù)據(jù)訪問層。首先接收來自數(shù)據(jù)訪問層的請(qǐng)求；然后，利用NHibernate架構(gòu)，直接調(diào)用NHibernate庫中方法實(shí)現(xiàn)對(duì)固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)庫表的增、刪、改、查，并向上一層的業(yè)務(wù)邏輯層反饋數(shù)據(jù)。

3）服務(wù)層。與數(shù)據(jù)訪問層類似，接收服務(wù)提供層請(qǐng)求信息，進(jìn)行分析，交付給下面的數(shù)據(jù)訪問層，完成數(shù)據(jù)的調(diào)用，并接受數(shù)據(jù)訪問層的反饋，同時(shí)根據(jù)上一層的實(shí)際需求，引入對(duì)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證、計(jì)算處理，最后給上一層發(fā)送反饋信息。在該層主要由Web API發(fā)布類、服務(wù)實(shí)現(xiàn)類等組成，模式方案則如圖3所示。

4）Web展現(xiàn)層。采用腳本框架、插件類等提供的技術(shù)方法，完善友好界面，并通過HTTP或者HTTPs提供的方法調(diào)用需求服務(wù)，將服務(wù)展現(xiàn)給用戶，主要體現(xiàn)為Web應(yīng)用程序。

5）model層。該層主要任務(wù)是被實(shí)體對(duì)象映射層、數(shù)據(jù)訪問層及服務(wù)層引用，完成抽象數(shù)據(jù)庫實(shí)體數(shù)據(jù)，并通過轉(zhuǎn)換的對(duì)象操控執(zhí)行固井系統(tǒng)的相關(guān)邏輯計(jì)算。

6）通用層。主要是集成給出幫助類，比如說NHibernate的幫助類、log4net等。

3.3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)本質(zhì)出發(fā)，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)核心在于設(shè)計(jì)服務(wù)，即Web API的開發(fā)。為了解決傳統(tǒng)固井軟件中展現(xiàn)的信息孤島問題，采用服務(wù)理念來研究和實(shí)現(xiàn)固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行功能分析、模塊劃分和低耦合的服務(wù)封裝，并以此為基礎(chǔ)，有針對(duì)性地建立了基于Web API的固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要解決如下方面的設(shè)計(jì)需求：

1）套管數(shù)據(jù)庫管理。完成套管各項(xiàng)數(shù)據(jù)的輸入、修改、查詢、標(biāo)注等工作，為套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)制訂可靠的數(shù)值依據(jù)。

2）套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)。根據(jù)用戶提供的庫存套管數(shù)據(jù)或給定的套管數(shù)據(jù)，以及設(shè)計(jì)安全系數(shù)和有關(guān)的地層、井眼流體等參數(shù)，進(jìn)行套管強(qiáng)度的選型計(jì)算和安全系數(shù)校核。設(shè)計(jì)方法采用等安全系數(shù)法，對(duì)定向井需增加彎曲應(yīng)力校核。設(shè)計(jì)結(jié)果按附表規(guī)定的格式打印輸出。

3）注水泥設(shè)計(jì)。根據(jù)用戶給定的井眼、套管、地層、流體等參數(shù)，以及注水泥施工質(zhì)量要求等，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)注水泥有關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果按附表規(guī)定的格式打印輸出。

4）注水泥模擬。注水泥模擬是根據(jù)注水泥設(shè)計(jì)的結(jié)果在計(jì)算機(jī)上開展注水泥施工作業(yè)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模擬，以便獲得注水泥施工各時(shí)刻施工參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化情況。模擬的參數(shù)包括：真空段長度、井口壓力、井底壓力、注入流量、返出流量、井眼內(nèi)任意給定點(diǎn)的壓力。要求得到在注水泥施工任意時(shí)刻關(guān)于上述模擬參數(shù)的數(shù)值，模擬結(jié)果將用直觀的曲線形式獲得最終表示。

4固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理

各種終端的瀏覽器（包括不同操作系統(tǒng)）向提供Web服務(wù)的服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求，Web API利用OData協(xié)議將各種異質(zhì)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，再對(duì)HTTP請(qǐng)求進(jìn)行一系列的相關(guān)處理，例如URI路由和Action解析、路由選擇和控制器選擇等。采用實(shí)體對(duì)象映射模型（ORM）封裝從固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫獲得的需求數(shù)據(jù)，并返回結(jié)果集（結(jié)果集以JSON、XML形式表達(dá)），接著返回給請(qǐng)求源。

5結(jié)束語

本文是基于Web API這種面向服務(wù)架構(gòu)的新思想，結(jié)合時(shí)下固井作業(yè)的實(shí)際背景流程，借助計(jì)算機(jī)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及軟件開發(fā)技術(shù)，展開固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)及各種新型相關(guān)的軟件開發(fā)技術(shù)的研究，主要目的旨在利用Web API、HTTP協(xié)議及.NET開發(fā)技術(shù)等實(shí)效手段，致力于遠(yuǎn)程幫助鉆井工程技術(shù)人員能夠科學(xué)、合理、高效、優(yōu)化進(jìn)行固井工程設(shè)計(jì)以及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)固井有關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)資料的科學(xué)化管理，從而避免和減少在設(shè)計(jì)中由于人為因素造成的失誤與偏差，使固井設(shè)計(jì)的全過程符合標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的工程要求。

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