摘要:为了更有效的提高储量和产量,同时降低成本,大型石油公司纷纷开始建设数字石油矿区。数字石油矿区对可持续发展有重要的意义,可以最大化地优化资源配置和产业结构,但是当前的数字石油矿区设计,指导性不强,还有很大的缺陷。本文从当前数字石油现状出发,将办公自动化技术和当前流行的虚拟现实技术引入数字石油矿区的设计之中,提出了一种新的数字石油设计的构想。
关键词:数字石油矿区 构建 创新 自动化技术 虚拟现实
中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00
1 数字石油矿区概述
1.1相关概念
石油行业是一个多学科相互配合的知识和技术密集型行业,由于以前信息技术发展不足,在石油矿区间的多个环节严重脱节,致使各个学科之间的相关性以及信息共享存在着很大的弊端。基于以上要求,当前的大型石油公司纷纷开始建设数字石油矿区,以有效整合石油矿区内部的数据资源和信息,提高工作效率。
作为数字地球的一个范畴,数字油田具体应用于油气勘探开发和油田管理决策,是“以油田资源的数字化为基础,以网络为依托,以信息技术为手段,以推动科研创新、优化生产运行和规范经营管理为目的的综合系统,是现实油田的虚拟数字化[1]”。
石油矿区是一个特殊的地理区域,主要以资源勘探和开发为基础,由于这些勘探的资源有限,实施矿区的可持续发展就刻不容缓。随着信息技术的不断发展,许多新技术,尤其是自动化技术和虚拟现实技术,已经广泛应用于石油矿区的设计,形成了一个数字石油矿区的新概念。
1.2 数字石油矿区的必要性与发展现状
传统的矿区对自然资源环境存在重要的不良影响[2],危及社会经济和社会生活的可持续发展,加之加拿大、瑞典以及芬兰等国际同行纷纷出台相关措施建设数字矿区,虽然我国的石油矿区建设有了很大的进步,但由于投入不如和后备缺乏等因素,我国的石油矿业城市遇到了前所未有的困境,因此抓紧建设数字石油矿区就已刻不容缓。
壳牌(Smel1)提出了的“聪明油田”(SmartFields)[3]的概念,另外,国外的主要石油公司都有规划进行数字油田的建设:“斯伦贝谢公司(Schlumberger)推出GigaViz[4]可视化、解释和属性分析系统;英国帕吉特(PEGETE)公司的小型虚拟现实可视化系统等等”。我国的大庆油田以及中国石化等公司也都提出了相关的数字石油矿区建设理念,但与国外相比还有一定的差距。
2 现代数字石油矿区的构建与创新
在建设数字石油矿区的过程中,越来越多的新技术得以使用,比如办公自动化技术和虚拟现实技术。利用办公自动化技术可以全面实现油田矿区内部的网上办公、知识共享等,提高工作效率并节省资源;虚拟现实技术对数字石油矿区中的油田开发、储层分析以及油藏管理都有重要作用。
2.1 办公自动化技术在数字石油矿区中的应用
2.1.1 引入办公自动化的原因
办公自动化,即office automation,指的是利用先进的信息技术代替人的各种办公业务,以提高工作效率。其广泛应用首先可以提高会议通知、资料周转等传统的办公业务,其次可以实现同行业国内外资料的查询。
但是,当前的办公自动化系统的工作流程大体相同,都只适合数字石油矿区内部的办公业务交流,不能满足二级单位间不同工作业务的灵活性要求,另外由于子系统间的平台和数据库等也大相庭径造成数据交互困难,于是出现石油矿区各个流程间“各自为政”的现象。这种在办公自动化系统内出现的异构性妨碍了信息共享。
数字石油矿区的建设应该包括以下三个部分[5]: “(1) 石油矿区资源信息系统; (2) 石油矿区环境及灾害动态监测信息系统; (3)石油矿区周边社会经济信息系统等”。上文已经分析过,当前的办公自动化系统都只适合数字石油矿区内部的办公业务交流,所以只可以在这三个数字石油矿区的内部系统之间实现数据和资源的共享,而在不同的二级系统之间的信息集成和知识管理尚难以解决。
通过对各方面的因素进行综合分析,并且总结近几年来数字石油矿区建设中办公自动化技术应用的经验,本文认为,利用国际流行的Lotus Domino/Notes可以作为数字石油矿区内部办公自动化系统的设计平台,从而从根本上解决二级系统间“各自为政”的状态。在此设计中,各个二级系统的数据采集通过办公自动化平台得以交换、流转,并最终以xml的格式进入数据库中心。利用xml技术实现数据流转的图示如下:
由于集成了文档数据库以及快速开发等多项最新技术,Lotus Domino/Notes得到了广泛的应用,既可以用于群体合作和对等协调,又可以全面支持联网功能,因此它可以跨越地域和部门之间的界限,真正实现数据和信息的共享,实现协同工作。
2.1.2 相关技术
数字石油矿区设计中选择的是结构化的Oracle数据库,而Notes采用的是非结构化的文档数据库,因此要借助基于XML的异构数据库集成技术来完成异构数据库的数据转换,以实现数字石油矿区设计中的办公自动化。
XML技术允许系统的开发者根据自己的需要定义元素,也可以对文档进行扩展,这个数字石油矿区的各个子系统就可以在自己的内部定义系统内元素,然后在系统间进行扩展,以使对共享数据和信息的搜索与定位更加精确。由于XML描述数据格式的一致性的优势,它成为数据交换的有效工具,尤其适用于实现异构系统间的数据交换。
基于XML技术的以上优点,目前主流的商用数据库管理系统都支持XML技术,比如SQL Server,Oracle等等。本文接下来以数字石油矿区中的集成应用办公自动化系统数据库为例,论述基于XML技术实现数字石油矿区内部系统进行数据交换和共享的原理与方法。
XML的属性可以通过HTTP功能或者SQL OLEDB和ADO来实现,其三层访问结构如图:
(1) 通过SQL OLEDB和ADO应用XML属性
利用SQL OLEDB可以访问所有的XML属性,由于OLEDB驱动扩展了流接口,因此通过ADO的流接口也可以访问这些XML属性。由于访问XML属性的方法众多,因此就能够利用基于XML的异构数据库集成技术来完成异构数据库的数据转换,从而可以实现数字石油矿区设计中的办公自动化。
(2) 通过HTTP访问SQL server
扩展了IIS IS应用程序接口后,SQL server就引入一种新的HTTP访问机制,可以对数字石油矿区中的数据库对象进行访问。
通过上述两种方法访问数据库后,得到XML的查询结果,就实现了异构数据交互的目的,在数字石油矿区的各个子系统间实现数据和信息的共享。异构数据交换的流程图如下所示:
2.1.3 系统的实施与实现
(1)组织管理设置。按照前文所述的数字石油矿区的三个系统,分为石油矿区资源信息部门; 石油矿区环境及灾害动态监测信息部门; (3)石油矿区周边社会经济信息部门”。
(2)公共办公。设计的办公自动化系统可以根据文件分类以及工作的轻重缓急分类显示,实现会议通知、公文流转、工作安排等的完全自动化。
(3)信息发布。可以利用新闻公告、电子论坛以及消息中心的形式,实现数字石油矿区内部的消息共享。
2.2 虚拟现实技术在数字石油矿区中的应用
随着当前石油开采难度的不断加大,迫切需要一种能够有效解决安全问题的方法。针对上述问题,在数字石油矿区设计中应用基于虚拟现实技术的仿真系统就显得尤为迫切。
虚拟现实技术实际上是一种计算机仿真系统,用户可以利用此系统分析虚拟现实中的地形、资源等情况,并可利用虚拟现实系统分析、评价以及决策。由上可知,虚拟现实技术在数字石油矿区的设计中发挥着巨大的作用,利用它可以把石油矿区内部复杂的情况转化为可交互的三维图像,通过人沉浸其中来直接寻找油藏、设计井位、识别油区等等,大大降低成本;决策者也可以利用此技术身临其境地查看实地情况,优化决策。
虽然中国石化不久前刚从国外引入了一套用于数字石油矿区建设的虚拟现实系统,但由于我们依然没有掌握其核心技术,因此有必要进一步研究在数字石油矿区中的虚拟现实技术的应用。
2.2.1 系统设计思想与建模
将虚拟现实技术用于数字石油矿区的设计中,可以用虚拟人代替实际的操作人员,通过虚拟人在三维虚拟场景中的漫游以及操作完成对石油矿区的勘测等,增强安全性。
应用于数字石油矿区中的虚拟物体主要有三类:虚拟人、动态物体和静态物体。这些物体的几何模型要利用商业建模软件来完成建模。它们的几何模型要稍微复杂些,由于这些对象的行为是通过一系列的动作体现的,所以要实现操作者与这些模型的人机交互,用参数化编程的方法定义动作,然后以面向对象的方法实现动作。
2.2.2 系统开发框架
一般情况下,虚拟仿真系统的框架结构都是根据具体的需求而定,对于数字石油矿区而言,更关注较小空间下的真实图形渲染和基于简化物理模型的动画,并且强调用户与虚拟环境的人机交互。基于上述情况,我们设计用于数字石油矿区的虚拟现实系统框架为四个主要阶段:几何建模阶段、行为建模阶段、场景集成阶段以及驱动执行阶段。如下图所示:
2.2.3 数字石油矿区中虚拟现实系统的构建
在设计数字石油矿区的过程中使用虚拟现实技术主要有以下步骤:数据的采集与分析处理、数字石油的构建。主要过程图示如下:
(1)数据的采集和分析处理过程。首先要扫描地形图并获取遥感数据,对得到的地形图矢量化,对遥感数据进行几何校正。然后再进行后续处理。此处最重要的部分是地理几何数据模型,而且为了适应虚拟现实的需要,还额外添加了照片和视频等的录入,以使用户更方便地了解石油矿区的基本情况。另外真实地理数据的录入也是一个不可或缺的步骤,要从国家地理数据库中获取数字石油矿区周围的省界、主干道、主要山脉河流等标志性信息。
(2)数字石油的构建
具体构建系统的时候,要利用Skyline专业软件进行,首先利用Access记录数据和相关媒体、图片信息的存储位置,再将其导入到虚拟场景中。其次要用这些数据与遥感图像叠加以生成场景文件,经过此步后数据量就大为减少,为后续工作提供了一定便利。最后,为了突出地表的重点地物,还需要对地物建立三维模型。建立的数字石油矿区部分模型如下图所示:
3 结语
建设数字石油矿区的主要目的是为了更有效的提高储量和产量,同时降低成本,因此办公自动化技术和虚拟现实技术的使用就显得尤为必要。办公自动化技术实现了数字石油矿区内部各子系统之间的数据和信息共享,可以使之协同工作,提高了工作效率并在一定程度上降低了成本。虚拟现实技术可以把石油矿区内部复杂的情况转化为可交互的三维图像,通过人沉浸其中来直接寻找油藏、设计井位、识别油区等等,大大降低成本;另外虚拟现实技术还可以辅助兵优化决策,具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 刘宝军.“数字油田”建设框架设计研究[J].2005.
[2] 肖寒,宋金玲,吴侃.数字矿区的设计构想[J].2003.
[3]Smart Fields[EB/OL]
/home/content/innovation/meeting_demand/getting_more/smartfields/smartfields.html
[4]GigaVizCluster-basedAttributeComputationPromotesShell"s Workflows on Large 3D Seismic Data Volumes[EB/OL]. /en/resources/case_studies/software/gigaviz_shell_northsea.aspx.2010
[5] 肖寒,宋金玲,吴侃.数字矿区的设计构想[J].2003.