基于VRGIS的三维数字管理信息系统研究——以长庆油田第四采油厂为例

摘要

随着油田开发管理水平的提高和计算机图形图像学、空间信息技术以及相关学科的发展，使得应用虚拟现实地理信息系统(VRGIS)技术对油田进行三维显示和信息化管理成为可能。VRGIS是虚拟现实技术(VR)与地理信息系统(GIS)相结合的产物，它融合了VR的可视化特点和GIS的空间处理能力——VR以接近真实的形式实现可视化，GIS则提供丰富的空间信息。VRGIS是目前虚拟现实技术和地理信息系统研究的热点和前沿方向之一，它可用于重现或建造不存在的景观和环境。 基于以上研究背景，结合长庆油田第四采油厂的实际需要，该项目设计并开发了支持空间信息获取和管理的数字石油应用体系。它以空间数据为基础，可进行空间数据和属性数据的叠加分析，方便快速提取用户关心的信息；通过地面模型自动生成功能及三维空间处理模块，可实现虚拟现实的直观演示和各种分析，为领导决策提供一种高效快捷的分析方法和信息支持。数字石油作为支持空间定位信息数字化获取、管理和应用的技术体系，随着计算机技术、空间技术和现代信息基础设施的飞速发展，在经济信息化进程中的重要性与日俱增。 本文以中国石油总公司长庆油田第四采油厂为例。利用数字高程模型(DEM)和遥感图像(DOM)及油田勘探空间数据、属性数据等构建包含油田各类相关信息的三维动态可视化软件系统。该系统基于VB汇编语言，利用Skyline公司的Terra Builder和Terra Explorer Pro软件实现了以下功能： 第一，反映和实地一样的地表形态，河流、植被、道路、居民地等信息一目了然，楼房、道路、电力线路和管线等基础设施以三维方式展现，如同身临其境； 第二，实现道路、电力线路、输油(水)管线、采油和注水等设备所处位置地形地貌及相关地质现象的展示、浏览；通过链接已有的油田勘探开发数据库，可以查询相关属性信息，包括探井、评价井、部署井、三级储量面积、采油作业区、井站、集输站、输油管线及地面建设等； 第三，在三维地理模型中进行任意缩放和漫游、可以模拟飞行，对目标进行全方位的观察分析，用户还可以自定义特征地物的位置、飞行路线等，再次打开时可以通过浏览信息树直接获得信息； 第四，可以在虚拟场景中模拟设计井位、站厂、工程位置等，并进行路线选择和规划； 第五，可以在地图上测量水平、空间和垂直距离，并进行常规的三维空间分析，包括生成等高线、生成地形剖面、最佳路径分析、通视分析、视域分析和威胁区分析。 通过集成遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和虚拟现实(VR)技术构建的数字石油，具有传统二维地理信息系统不可比拟的优势，将在油田资源优化配置、环境综合治理及区域土地利用等方面发挥积极作用。本文主要内容如下： 第一，介绍了虚拟地理信息系统的基本概念，概述了国内外的研究现状及本文的选题背景，重点阐述了该项目的研究目的及意义.并说明项目的主要技术流程； 第二，数据的收集和整理。为体现数字石油的特点，需要收集影像数据、地形数据、模型数据、各种文本及数据库数据。因此，统一数据格式、精确数据类型、完善数据库资料是这一阶段的主要任务。由于数据量大，因此耗时较长，工作量较大； 第三，构建“数字石油”。首先，数字石油信息的查询和浏览需要将图形数据与属性数据结合起来，这需要链接相应的数据库。因此，该项目用Access2003创建数据库，同时，由于研究区地处陕北黄土高原，区内沟壑纵横，地形复杂，在影像数据上叠加地形数据，可以给人以身临其境的感受，这也是选用Skyline软件作为软件平台的主要原因。为了能够突出地表的重点地物(如采油厂、集油站、注水站等)，方便用户进行查询、浏览以及生产数据的录入，还需要导入三维模型。最后，将所有的数据集成起来，在不影响数据精度的情况下，尽可能保持数据浏览的流畅也是技术需要解决的重点和难点之一； 第四，该项目利用VB语言和Skyline软件平台进行二次开发、3DGIS集成，建立融采油工程数据信息查询、修改、更新及统计分析为一体的油田信息管理系统。TerraExplorePro提供了一整套的API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)，供二次开发使用。系统采用浏览器/服务器(Browser/Server)模式，该模式将系统架设在数据服务器、应用服务器和浏览器三个层次上，数据服务器专门存放数据，应用服务器提供各类服务组件来访问数据服务器和响应客户端的请求，浏览器端显示结果并发出请求。这种模式的系统维护较为简单，系统修改和升级只需在应用服务器端进行即可，用户操作起来比较容易； 第五，通过举例说明该系统的构建在实际生产中的应用，以及系统如何与企业的业务系统和企业的业务运行相结合，同时，说明了系统对企业现代化的实际效益及企业对该系统的实际响应； 第六，总结与展望。随着研究的进一步深入，虚拟现实地理信息系统将会有更为广阔的应用前景，这将推动专业地理信息系统向社会地理信息系统和企业地理信息系统发展，从而最大效用地发挥系统的实际作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 VRGIS的概念及研究现状

1.2国内外3D软件优缺点比较

1.3论文的选题背景

1.4研究的目的和意义

1.5软件的选取和技术路线

第2章数据准备

2.1影像数据

2.2 DEM数据

2.3音频、视频及解说资料的整理

2.4实物模型

2.5基础地理数据

2.6属性数据库

第3章三维场景制作

3.1地形景观对象建模

3.2矢量数据导入

3.3地物对象建模

第4章系统开发与应用

4.1系统开发

4.2系统应用

总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢