摘要：江蘇油田經過幾十年發展，積累了大量歷史資料。為有效利用、管理這些資料，使之為生產決策服務，該文藉助開源軟體MapGuide搭建油田網路地理資訊系統平臺。系統集空間資料、生產資料、影像資料於一體，通過FDO實現MapGuide與資料庫的連線，並對影像進行分片處理，加快訪問速度，實現油田資訊共享、資訊視覺化查詢分析、地圖管理等功能，實驗表明了該系統的有效性。
關鍵詞：MapGuide軟體;MySQL資料庫;開源;地理資訊系統
【Abstract】After several decades of development,Jiangsu oilfield has accumulated large amounts of historical effective use of these datafor daily production and decision-making,the Geographic Information System(GIS)for Jiangsu oilfield is developed by using system contains spatial data,production data and images,while MapGuide connecting the database via FDO order to reduce useraccess waiting time,the large images are separated into small system has lots of functions such as information sharing,data query andanalysis and map tical results show its efficiency.
【Key words】MapGuide;MySQL;open source;Geographic Information System(GIS)
1、概述
江蘇油田開發所積累的大量歷史資料在使用過程中存在如下問題：(1)資料格式不統一。有些資料儲存在excel表中，有些儲存在資料庫中，有些是CAD檔案，有些空間資料座標系統採用北京54座標，有些採用西安80座標，這就造成了在使用過程中的諸多不便。(2)儲存方式多樣。有些是紙質的，有些是電子的。(3)由於檔案眾多，已經更新的資料，在檔案中未能同步更新，導致時效性差，準確度較低。利用GIS技術有助於更好地管理、利用這些資料來為生產、決策服務。它不僅能夠很好地管理資料，進行直觀的視覺化表達，還為管理者提供決策支援。在開發江蘇油田地理資訊系統時，如果採用一些商業軟體，比如：ArcIMS,MapXtreme,MapGIS-IMS,SuperMap，除了要承擔較高的開發成本(這些軟體花費少則幾萬，多則幾十萬)之外，在軟體選擇時，還要考慮GIS平臺和資料的相容性[1]，且它們的開放性有限。相比之下，開源軟體具有費用低(甚至零花費)、擴充套件性強等特點，而且開源軟體一般都遵守OpenGIS規範，可定製性強，便於二次開放。綜合考慮效能和成本因素，本系統的構建採用開源軟體，GIS軟體採用MapGuide，資料庫採用MySQL。
2、系統設計
2.1系統總體結構設計本系統採用多層分散式應用模型，可以有效地分散資料層、邏輯層和表示層。多層結構設計最大的好處在於它的拓展能力和負載均衡能力[2]，系統結構如圖1所示。瀏覽器TomcatServletMapGuide ServerJavaBeanJDBC影像檔案資料庫JspApache客戶端網路伺服器應用伺服器資料層圖1系統結構作者簡介：崔倫輝(1985-)，男，碩士研究生，主研方向：WebGIS，空間資料庫;張萬昌、徐士進，教授、博士、博士生導師
2.1.1客戶端系統客戶端為“瘦”客戶端，僅需一個瀏覽器，不需要安裝其他任何軟體。客戶端開發採用Ajax技術，MapGuide為便於二次開發提供了MapGuide Viewer API，藉助API函式實現了空間資料的顯示和維護。
2.1.2 Web伺服器[3]系統的Web層由Jsp和Servlet組成。它們的管理和執行是靠Tomcat和Apache完成的。
2.1.3應用伺服器應用伺服器層主要包括業務邏輯和GIS伺服器。空間資料的操作通過FDO實現MapGuide Server與資料庫的連線，屬性資料的操作通過JDBC實現與資料庫的連線。
2.1.4資料層包括資料庫伺服器和影像檔案。資料庫儲存空間資料和業務資料，影像檔案包括江蘇油田區域的QuickBird和中巴資源衛星影像檔案。
2.2資料庫的設計江蘇油田地理資訊系統的資料來源可以概括為3類：(1)基礎資料。包括油井、水井、管線、房屋等資訊的空間資料資料;(2)生產資料。包括裝置、儀表、站庫設施等屬性資訊;(3)遙感影像資料。其中，第(1)類和第(2)類資料儲存在資料庫中;第3類資料按檔案方式儲存。空間資料庫部分根據實體性質，可以將地物劃分為點狀地物和線狀地物。由於QuickBird影像比較清晰，因此避免了將房屋、罐等面狀地物按點儲存。點狀地物包括油井、水井、計量站、配水間、聯合站、中轉站等;線狀地物包括輸水管線、輸油管線、輸氣管線等。每一地物型別在資料庫中儲存為一張表，對應MapGuide中的一個圖層。裝置、儀表、泵、罐等屬性資料儲存為一般的關係表。根據原始資料的內容、特徵和生產需求，將資料庫中的空間資料劃分為以下11層：油井層，水井層，計量站層，配水間層，聯合站層，中轉站層，注水站層，輸油管線層，輸水管線層，輸氣管線層和影像層。考慮系統的安全因素，不同人員擁有不同許可權，因此，要明確裝置、設施等實體的隸屬關係。以油井為例作一介紹，油井作為點狀地物儲存，其表結構如表1所示。2.3系統安全設計安全性是一個系統的必要特徵，按照安全保密重要程度由大到小的排列順序，依次為資訊保安、病毒防治、介質安全、資料庫安全、系統安全、網路安全、裝置安全[4]，如圖2所示。裝置安全網路安全系統安全資料庫安全介質安全病毒防治資訊保安圖2安全體系結構在開發江蘇油田地理資訊系統的過程中，要考慮的安全因素包括資料庫安全和系統安全。(1)資料庫安全。採用基於檢視的資料訪問機制，使用者只能使用已授權的功能，可將訪問許可權控制在記錄級，為防止介質崩潰，定期備份資料庫資料。(2)系統安全。通過設定NT的域使用者管理，在網路內部使用代理閘道器，設定網路防火牆，限定IP地址訪問，安裝防病毒系統等方式來提高系統的安全性。
3、系統實現
系統在設計開發過程中，運用系統工程的`理論和方法，對各業務模組進行統一的系統功能分析，各功能模組之間採用統一的物件模型、標準程式碼體系、約定的處理方式及通用介面，充分利用MapGuide軟體所提供的現有功能，並拓展油田實際生產過程中的具體需求功能，力求開發出介面友善、功能完善、結構靈活、效能良好的系統。3.1 MapGuide簡介開源MapGuide包括MapGuide Server和MapGuide WebServer Extensions。Server在作業系統中是作為一個服務來執行的，既可存取本地伺服器上的資料，也可存取通過FDO技術連線到其他伺服器上的資料。Web Server Extensions提供了完整的API函式，它是使用者與Server互動的“橋樑”，支援PHP,,Java這3種開發語言。MapGuide Studio為使用者提供一個便於釋出地圖的管理工具，在Studio中釋出地圖應用的步驟是：(1)建立Data Connection;(2)建立Layer，選擇Map中需要顯示的Layer;(3)生成Layouts，釋出地圖應用。3.2資料的預處理3.2.1空間資料的處理原始空間資料只有點座標，且不同廠區採用的座標系不同，為方便管理，將它們統一轉換到WGS84座標系下，並在ArcGIS中生成shp檔案，然後匯入到MySQL資料庫中。每個圖層對應資料庫中的一張表，表中包含屬性資料和空間資料，為使FDO能夠讀取資料庫中的資料，需要建立幾個輔助表。比如，表f_attributedefinition定義了每個空間資料表的屬性欄位型別;表f_classdefinition定義了每個空間資料表的classid;表f_classtype定義了類別;表f_schemainfo中記錄了模式資訊;表f_spatialcontextgroup中記錄了座標系資訊。3.2.2影像資料的處理江蘇油田位於東經117.5°～120.5°，北緯32°～33.5°之間，覆蓋面積約為30 000 km2。油田分佈零散，缺乏大比例尺的基礎資料。為了直觀地顯示，購買了油井密集區0.6 m解析度的QuickBird影像，其他地區使用免費的19.5 dm解析度的中巴資源衛星影像。由於QuickBird影像中存在的陰影會影響視覺效果，因此需要剔除。常用的陰影剔除方法有基於直方圖的方法、基於同態系統消除陰影技術、歸一化處理，以及紋理分析。本文采用由虢建巨集等人提出的一種多波段陰影檢測法和基於能量資訊補償去除陰影的理論模型法來去除QuickBird影像中的陰影[5]。將剔除陰影后的高解析度影像與中巴資源衛星影像融合，進行配準校正，得到江蘇油田全區0.6 m解析度的影像。由於資料量較大，為加快瀏覽速度，將影像進行分片處理，共將影像分為8級。3.3系統功能3.3.1 GIS基本功能包括用於地圖瀏覽的放大、縮小、漫遊功能，並設定引數，使系統在不同比例尺下顯示不同的內容，同時，使用者可以靈活設定各個圖層的顯示或隱藏，任意選擇啟用當前要操作的圖層，突出顯示某些環境要素，滿足地圖綜合和專題製圖的需要。地圖列印功能：使用者可以在限定範圍內，選擇要列印地圖的大小與比例尺;距離量算功能;圖屬互查功能：通過圖形的點選擇、矩形選擇、圓選擇功能來檢視選擇圖形要素的屬性資料，通過屬性資料可以查詢和定位到滿足條件的圖形資料，同時，也提供模糊查詢功能。3.3.2生產預警由於裝置在生產過程中會老化甚至出現故障，為便於管理者掌握裝置、管線的第一手資料，系統提供生產預警功能。比如，對於維修次數超過3次的油井、水井，使用超過5年的油井管線，使用超過6年的注水井管線和計量站集油管線，使用超過8年的配水間注水幹線和總幹線都會預警。3.3.3資料報表系統根據使用者的查詢條件生成各種型別的工程報表，直接列印或儲存到Excel中。3.3.4佈線決策在管線的佈設上，藉助GIS的緩衝區分析和距離量算功能，綜合考慮地形、地質等因素，最終確定管線走向。3.3.5地圖編輯系統提供了對點、線等地圖要素進行增、刪、改的維護功能。當新增加井位時，管理員能在地圖上直接新增新井，也可通過輸入座標的方式新增新井;同樣，對於需要新增的管線，可以直接在地圖上新增，也可以通過座標輸入。技術人員可以在許可權範圍內修改井、站、管線等地圖要素的屬性資訊。3.3.6使用者許可權管理為保證系統安全，將使用者級別分為6級，不同人員擁有不同許可權。比如，普通使用者只能瀏覽;1級管理員可對全廠地理資訊系統的資料進行維護;2級管理員僅對管轄範圍內的資料進行維護;注採部門人員僅能新增新井。
4、結束語
本系統藉助開源WebGIS軟體MapGuide，採用開源資料庫MySQL，通過FDO來連線MapGuide與MySQL，實現了空間資料和屬性資料的一體化儲存，對影像資料進行分片處理，加快資料的瀏覽訪問速度。由於系統採用MapGuideStudio開發，MapGuide Studio對系統進行了封裝，因此係統介面不太美觀，有些功能也不易新增(如鷹眼功能，即根據滑鼠捕獲地物，彈出屬性標籤;滑鼠滾輪的放大縮小功能)。下一步系統將嘗試改善介面，增加系統功能，並將該系統與自動化系統整合，充分發揮基礎資料的作用，為使用者提供一個直觀的操作介面。系統的建成將加快江蘇油田“數字油田”建設的步伐。採用開源軟體，不僅節省費用，而且能夠開發出功能強大的系統，對於中小企業地圖釋出來說，無疑是個很好的選擇[6]。
參考文獻
[1]鄭斌,唐旭.基於開源GIS的城市基準地價資訊釋出平臺的設計與實現[J].國土資源科技管理,2006,23(5)：69-74.
[2]劉梅彥,袁梅冷.基於J2EE平臺的網路輔助教學系統的設計與實現[J].計算機工程與科學,2007,29(1)：41-44.
[3]馮宇.基於開源WebGIS的幹線公路網用地控制系統[J].公路與汽運,2007,(2)：44-47.
[4]樑瑞才,鄭彥鵬.渤海油田示範區地理資訊系統(GIS)的規劃設計[J].海洋科學進展,2006,24(2)：238-243.
[5]虢建巨集,田慶久.遙感影像陰影多波段檢測與去除理論模型研究[J].遙感學報,2006,10(2)：152-159.
[6]湯焱彬,孟令奎.一種中小城市實用WebGIS架構方案[J].地理空間資訊,2005,3(1)：21-24.