淺談地理信息系統(tǒng)在油田電網(wǎng)管理中的應(yīng)用

石琳琳 李尚錕 郁潔 嚴兵 宗金金

[摘? ? 要] 近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，紅車拐油田日益增長的用電需求與薄弱的電網(wǎng)架之間的矛盾已十分突出。為了將電能損失降到最小，單憑操作人員的經(jīng)驗管理電網(wǎng)顯然是不科學的，這已不能適應(yīng)現(xiàn)代化管理的要求，迫切需要完善電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和發(fā)展智能管理軟件，協(xié)助操作人員甚至代替操作人員更及時、更科學地做出最佳調(diào)度決策。確保電網(wǎng)在安全運行基礎(chǔ)上運行費用最小，最大限度地挖掘電網(wǎng)的潛力。

[關(guān)鍵詞] 地理信息;GIS;油田電網(wǎng)

0? ? ? 引? ? 言

隨著電力發(fā)展的需求，電網(wǎng)的信息化管理已經(jīng)成為油田企業(yè)十分緊迫的任務(wù)，新疆油田分公司采油一廠意識到電網(wǎng)的潛在風險，并努力地致力于電網(wǎng)的改造工程，利用高技術(shù)、性能好的設(shè)備從事電網(wǎng)的改造。地理信息系統(tǒng)的推廣應(yīng)用給我們帶來了全新的技術(shù)方法和觀念，采油一廠抓住機遇，運用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，開發(fā)和完善適用于油田生產(chǎn)管理的電網(wǎng)管理系統(tǒng)，用來管理、分析大量的電力應(yīng)用及勘探開發(fā)圖形信息，為油田的生產(chǎn)及開發(fā)提供科學的決策依據(jù)。

1? ? ? 地理信息系統(tǒng)國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）地理信息系統(tǒng)在油田電網(wǎng)應(yīng)用中的重要性及緊迫性

經(jīng)過多年的建設(shè)發(fā)展，新疆油田采油一廠在電力信息化方面已頗具規(guī)模，各種數(shù)據(jù)信息已經(jīng)以海量計，傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)分析方法已經(jīng)不能適應(yīng)當前的生產(chǎn)管理的要求。地理信息系統(tǒng)的推廣應(yīng)用帶來了全新的技術(shù)方法和觀念，運用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，開發(fā)和完善適用于油田電網(wǎng)管理的GIS系統(tǒng)，用來分析并管理大量的空間圖形信息，為油田的生產(chǎn)運行提供科學的決策依據(jù)。

（2）油田企業(yè)地理信息系統(tǒng)的特點

油田電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的特點，主要表現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，覆蓋面積大，相關(guān)專業(yè)多，且多有專業(yè)交叉。各種靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)之間還存在著錯綜復(fù)雜的邏輯關(guān)系，其復(fù)雜性、專業(yè)性是其他專業(yè)的地理信息系統(tǒng)所不能比擬的。

2? ? ? 地理信息系統(tǒng)需求分析

新疆油田作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，油區(qū)配電網(wǎng)錯綜復(fù)雜，涉及區(qū)域多，配套設(shè)施多樣化，檢維修難度非常大，調(diào)控管理難度大，迫切需要借助地理信息系統(tǒng)管理的思路和理念，建設(shè)電網(wǎng)GIS管理系統(tǒng)，以改善和提升油田電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理水平。電網(wǎng)GIS管理系統(tǒng)的建設(shè)，屬于“智能地面工程”業(yè)務(wù)領(lǐng)域，既符合新疆油田公司智能油田建設(shè)總體規(guī)劃，也保持了和當前油田信息化發(fā)展相一致的方向。

3? ? ? 地理信息系統(tǒng)解決方案

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)運行在油田內(nèi)部局域網(wǎng)環(huán)境中，采用 B/S模式軟件架構(gòu)，該模式具有服務(wù)器運行數(shù)據(jù)負荷小、數(shù)據(jù)存儲速度快、數(shù)據(jù)安全性好等特點。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)可以抽象為 3個層次：數(shù)據(jù)層、功能層和應(yīng)用層，系統(tǒng)開發(fā)中，選用 Visual2019作為開發(fā)平臺，以ArcGIS10.2作為開發(fā)組件。后臺數(shù)據(jù)庫采用 Oracle11g。在 Oracle11g中分別建立空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)庫中只存儲空間數(shù)據(jù)的基本信息，通過空間數(shù)據(jù)引擎 ArcSDE進行管理。

（2）系統(tǒng)功能設(shè)計

采油一廠地理信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程較為復(fù)雜，根據(jù)用戶需求，為了很好地對其進行描述，在上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)之上，將整個業(yè)務(wù)流程按功能模塊進行詳細描述，包括系統(tǒng)管理、GIS地圖操作和深化應(yīng)用三大模塊。

系統(tǒng)管理：采用了模塊化、權(quán)限化的設(shè)計思想，保證了不同用戶的不同需求，進而使系統(tǒng)的安全運行在操作上得以保障。

GIS地圖操作：實現(xiàn)包括對電力系統(tǒng)的設(shè)備進行選擇操作、測量操作、定位操作、漫游操作、查詢操作、鷹眼、地圖輸出和地圖自動遠程連接等多項功能。

深化應(yīng)用：對接A2產(chǎn)能數(shù)據(jù)，在地圖上實時展示產(chǎn)能變化，并關(guān)聯(lián)電力管理數(shù)據(jù)，自動分析斷電情況下電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)模型，產(chǎn)量影響情況等。

4? ? ? 采油一廠電網(wǎng)GIS管理系統(tǒng)的特點

（1）基于ArcGIS的平臺

ArcGIS是美國 ESRI公司為不同需求層次用戶提供的 GIS產(chǎn)品線和解決方案，代表了當前 GIS行業(yè)最高的技術(shù)水平。ArcGIS Engine是一套完備的嵌入式 GIS組件庫和工具庫，支持所有主流操作系統(tǒng)，如 Windows、Linux和 UNIX。利用組件庫，結(jié)合 Visual Basic、Visual C++、c#、Java等語言開發(fā)相應(yīng)的程序開發(fā)平臺，可以在應(yīng)用程序中實現(xiàn)對地圖的操作、編輯與分析。與傳統(tǒng)的底層開發(fā)及應(yīng)用軟件的二次開發(fā)相比，具有開發(fā)成本低、開發(fā)效率高、更具專業(yè)性和靈活性等優(yōu)點。

（2）建立了統(tǒng)一的標準的數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)創(chuàng)建初期項目組研究并參考了《油田地面建設(shè)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》《地面工程數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)》《地面工程部分圖元圖式》《電網(wǎng)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》《石油工業(yè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范》等多種設(shè)計及開發(fā)規(guī)范，建立完整規(guī)范的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，保障空間、屬性數(shù)據(jù)的正常采集、整理、入庫和維護。

（3）基于SOA的系統(tǒng)接口規(guī)劃及開發(fā)

具有中立的接口定義的特征稱為服務(wù)之間的松耦合。松耦合系統(tǒng)的好處有兩點，一點是它的靈活性，另一點是，當組成整個應(yīng)用程序的每個服務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)逐漸地發(fā)生改變時，它能夠繼續(xù)存在。我們稱能夠靈活地適應(yīng)環(huán)境變化的業(yè)務(wù)為按需（On demand）業(yè)務(wù)，在按需業(yè)務(wù)中，一旦需要，就可以對完成或執(zhí)行任務(wù)的方式進行必要的更改。

5? ? ? 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）Web GIS技術(shù)（如圖1所示）

Web GIS是利用Web技術(shù)來擴展和完善地理信息系統(tǒng)的一項技術(shù)。它是基于網(wǎng)絡(luò)的客戶機/服務(wù)器系統(tǒng);利用因特網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)進行客戶端和服務(wù)器之間的信息交換;它是一個分布式系統(tǒng)，用戶和服務(wù)器可以分布在不同的地點和不同的計算機平臺上。Web GIS主要作用是進行空間數(shù)據(jù)發(fā)布、空間查詢與檢索、空間模型服務(wù)、Web資源的組織等。

（2）空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)（如圖2所示）

空間數(shù)據(jù)庫主要是存儲的數(shù)據(jù)由簡單的文本、數(shù)字、日期等擴展到對空間實體的位置、形狀、大小及其分布特征等方面信息進行存儲的數(shù)據(jù)庫，具備空間信息的存貯、管理、檢索和空間計算等空間功能。主要的空間數(shù)據(jù)庫引擎有Oracle Spatial、Arc SDE等。

（3）Geoprocessing Service

Geoprocessing Service（地理處理服務(wù)），簡稱GP服務(wù)。地理處理服務(wù)提供對地理空間數(shù)據(jù)進行操作的服務(wù)和增值服務(wù)。給定一個或多個輸入，地理處理服務(wù)在這些數(shù)據(jù)上執(zhí)行增值處理并產(chǎn)生輸出。ArcGIS Geoprocessing提供了大量地理處理和分析工具，可根據(jù)需要對這些工具進行組合構(gòu)造自己的GIS分析模型，然后發(fā)布成GP服務(wù)，以方便各種Web客戶端調(diào)用。

（4）基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的GPS定位技術(shù)

在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，通常有以下幾種定位技術(shù)：一是基于Cell ID的定位技術(shù)，它由網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取用戶當前所在的基站Cell信息獲取用戶當前位置，其精度取決于移動基站的分布及覆蓋范圍的大小;二是基于AFLT的定位技術(shù)，AFLT（Advanced Forward Link Trilateration）是CDMA獨有的技術(shù)，在定位操作時，手機/終端同時監(jiān)聽多個基站的導(dǎo)頻信息，利用碼片時延來確定到附近基站的距離，最后用三角定位法算出具體位置;三是基于AGPS（無線網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位技術(shù)）的定位技術(shù)，AGPS將終端的工作簡化，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位服務(wù)器與終端相互配合完成定位工作，就是將衛(wèi)星掃描及定位運算等最為繁重的工作從終端一側(cè)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的定位服務(wù)器完成。

（5）金字塔瓦片分層技術(shù)

金字塔瓦片分層技術(shù)是一種編碼技術(shù)，使用它可以快速通過編碼計算出數(shù)據(jù)的位置，通過一種四分的方案實現(xiàn)對數(shù)據(jù)不同層次細節(jié)地再組織，比較適用于空間二維、三維的數(shù)據(jù)組織。在空間數(shù)字平臺的影像和DRG的存儲中都是將數(shù)據(jù)先進行空間索引，然后入庫，當客戶端要求數(shù)據(jù)時，它完全可以根據(jù)當前的空間位置計算要加載的數(shù)據(jù)編碼，然后從服務(wù)器請求相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的快速瀏覽、查詢、加載。

（6）空間數(shù)據(jù)模型技術(shù)

本項目采用Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫引擎來實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲與管理。Oracle Spatial是Oracle數(shù)據(jù)庫強大的核心特性，包含了用于存儲矢量數(shù)據(jù)類型、柵格數(shù)據(jù)類型和持續(xù)拓撲數(shù)據(jù)的原生數(shù)據(jù)類型?？臻g數(shù)據(jù)模型存儲的不是單一性質(zhì)的數(shù)據(jù)，而是涵蓋了幾乎所有與地理相關(guān)的數(shù)據(jù)類型，這些數(shù)據(jù)類型主要可以分為3類：

①屬性數(shù)據(jù)：與通用數(shù)據(jù)庫基本一致，主要用來描述各種屬性，一般包括數(shù)字、文本、日期類型。

②圖形圖像數(shù)據(jù)：與通用數(shù)據(jù)庫不同，空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)借助于圖形圖像來描述，如圖3所示。

6? ? ? 結(jié)? ? 語

隨著智能油田作為油田新開發(fā)模式的興起，油田智能化和物聯(lián)化應(yīng)用水平得到進一步提升。通過智能化手段優(yōu)化、提升油田的管理和決策水平，已成為國內(nèi)外石油公司科技、信息化發(fā)展的重點戰(zhàn)略，代表了石油行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。

主要參考文獻

[1]王莉利，高新偉，王增藩.基于 ArcGIS Engine的油田地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 陜西理工學院學報：自然科學版，2013（6）：44-48.

[2]鄔倫，劉瑜，張晶，等.地理信息系統(tǒng)——原理、方法和應(yīng)用[M].北京：科學出版社，2001.

[3]郭志達.地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].中國礦業(yè)大學出版社，2002.

[4]龔健雅.當代地理信息系統(tǒng)進展綜述[J].測繪與空間地理信息，2004（1）：5-11.

[5]張彭，孟爾貴，楊文君.市縣級基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)安全風險評估規(guī)范研究[J].中國管理信息化，2015（21）：155-157.

[6]魏源.我國地理信息安全風險管理[D].南京：南京師范大學，2014.

[7]肖秋紅. 基于WebGIS電網(wǎng)潮流動態(tài)展示系統(tǒng)[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2013（17）：61-62.