馬海兵　何貞銘　陳詩佳

摘要：隨著戈?duì)柼岢觥皵?shù)字地球”，數(shù)字化概念開始慢慢延伸至各行各業(yè)，數(shù)字油田應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字油田作為一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，是多學(xué)科多專業(yè)的高度集成應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)（GIs）作為一個(gè)完整且強(qiáng)大的空間信息處理平臺可以很好地為數(shù)字油田搭建提供技術(shù)支撐。數(shù)字油田系統(tǒng)包含了許多子系統(tǒng)，采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）設(shè)計(jì)，各功能以服務(wù)的方式提供，避免各系統(tǒng)間信息不流通而產(chǎn)生信息孤島。該文分析了基于GIS與SOA的數(shù)字油田系統(tǒng)架構(gòu)，為數(shù)字油田的搭建提供了一個(gè)可行的方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字地球；數(shù)字油田；信息孤島；GIS；SOA

中圖分類號：P283.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）22-0235-03

1背景

隨著1998年美國前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢觥皵?shù)字地球”以來，各個(gè)領(lǐng)域都相繼提出了自己的數(shù)字化計(jì)劃。其中以大慶油田為首提出的“數(shù)字油田”已經(jīng)在國內(nèi)外各大石油公司得到了響應(yīng)并取得了不錯(cuò)的成果。我國在石油勘探開發(fā)、測井、油田管理等各方面信息化進(jìn)程中取得了很大的成就。數(shù)字油田應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)與使用往往決定了該油田信息化的成敗，而應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)決定了應(yīng)用系統(tǒng)的整體性能。到目前為止，整個(gè)行業(yè)內(nèi)對于數(shù)字油田的整體框架和解決方案還處于發(fā)展階段，并沒有一個(gè)完全成型的數(shù)字油田架構(gòu)。GIS（地理信息系統(tǒng)）作為一個(gè)成熟的空間信息處理平臺，其提供的二次開發(fā)工具給數(shù)字油田的搭建提供了良好的技術(shù)支撐。目前的數(shù)字油田各個(gè)子系統(tǒng)大都沒有采用一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，使得系統(tǒng)之間的集成存在很大的問題，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能共享，造成了所謂的“信息孤島”。SOA（serviee-Oriented Architecture），即面向服務(wù)的體系架構(gòu)，將應(yīng)用程序的不同功能單元通過服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來，使得構(gòu)建在系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。采用SOA架構(gòu)搭建數(shù)字油田應(yīng)用系統(tǒng)可以很好的避免“信息孤島”的產(chǎn)生，做到各應(yīng)用系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，更有利于最后數(shù)字油田平臺的集成工作。

2數(shù)字油田理論基礎(chǔ)

關(guān)于數(shù)字油田的理論被分為了多種派別，最初的定義是從數(shù)字地球的定義衍生而來，即數(shù)字油田是某油田的虛擬表示，能夠匯集該油田的自然和人文信息，人們可以對該虛擬體進(jìn)行探查和互動。隨著1999年大慶油田首次在全球范圍內(nèi)提出數(shù)字油田的概念，立刻得到了普遍的認(rèn)可，并引發(fā)熱烈討論，國內(nèi)外眾多領(lǐng)域內(nèi)專家學(xué)者都參與其中，進(jìn)一步豐富了數(shù)字油田的內(nèi)涵。直到2003年，王權(quán)奠定了數(shù)字油田的理論基礎(chǔ)，至此，數(shù)字油田理論有了狹義與廣義之說，其主要區(qū)別在于是否將油田管理納入數(shù)字油田范疇。從目前數(shù)字油田的發(fā)展來看，都給數(shù)字油田賦予了管理內(nèi)涵，即數(shù)字油田不僅是技術(shù)目標(biāo)，更是管理目標(biāo)——油田總體發(fā)展戰(zhàn)略的一部分。

數(shù)字油田的研究內(nèi)容根據(jù)不同專家的研究方向會有不同，但一般廣義數(shù)字油田的研究內(nèi)容包括了數(shù)字油田的總體技術(shù)框架、GIS在油田的應(yīng)用、多學(xué)科地質(zhì)模型研究、勘探開發(fā)業(yè)務(wù)與信息一體化模式、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施體系、企業(yè)信息門戶、海量數(shù)據(jù)存儲方案、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)與應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系、企業(yè)數(shù)字化概要模型等，發(fā)展到現(xiàn)在，隨著技術(shù)越來成熟，數(shù)字油田的研究內(nèi)容也將越來越多。

目前，大慶油田提出的數(shù)字油田基本架構(gòu)已經(jīng)得到了行業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可。在該架構(gòu)中，數(shù)字油田被劃分為了7個(gè)層次，從下到上依次為：環(huán)境層、數(shù)據(jù)層、知識層、模型層、應(yīng)用層、集成層和戰(zhàn)略層，其中數(shù)據(jù)層包含源數(shù)據(jù)子層、專業(yè)主庫子層和數(shù)據(jù)倉庫子層三個(gè)分層次。按照上述層次劃分，不僅有利于理解數(shù)字油田，而且對數(shù)字油田的建設(shè)方案起到了重要指導(dǎo)作用，現(xiàn)在數(shù)字油田大多數(shù)也是按照這七個(gè)層次展開建設(shè)。

3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外數(shù)字油田研究起步較早，?？松葼?、BP阿莫科、雪弗龍德士古、道達(dá)爾菲納埃爾夫等為代表的國外大型石油公司的石油勘探、開發(fā)、煉化、運(yùn)輸、銷售都全部實(shí)現(xiàn)了信息一體化經(jīng)營。國外大型石油勘探公司都建設(shè)了自己的數(shù)字油田系統(tǒng)，如Schlumberger開發(fā)的Giga Viz可視化、屬性分析和解釋系統(tǒng)，LandMark開發(fā)的勘探開發(fā)一體化決策系統(tǒng)。數(shù)字油田的終極目標(biāo)是智慧油田，IBM在2005年與挪威國家石油公司合作建設(shè)智慧油田，實(shí)現(xiàn)無線感知地下油田運(yùn)行并現(xiàn)場“智慧”管理，提高生產(chǎn)效率。沙特阿美石油公司提出了監(jiān)測、優(yōu)化、集成、創(chuàng)新四個(gè)層次的智能油田建設(shè)方案。國外對于數(shù)字油田的研究主要在于應(yīng)用上，在架構(gòu)的研究方面，Birlie Bourgeois等提出了一個(gè)可持續(xù)化的數(shù)字油田框架。

國內(nèi)有很多學(xué)者也對油田數(shù)字化進(jìn)行了大量的探索，在數(shù)字油田的理論問題上，何生厚等認(rèn)為“數(shù)字油田”是油田企業(yè)信息的基礎(chǔ)設(shè)施和企業(yè)管理層的基礎(chǔ)信息平臺，既包含信息層又兼顧管理層，典型的廣義數(shù)字油田。在數(shù)字油田的建設(shè)指標(biāo)中，王輝提出了數(shù)據(jù)豐富、網(wǎng)絡(luò)暢通、系統(tǒng)平臺集成化、信息檢索手段方便快捷、標(biāo)準(zhǔn)體系完善和信息管理制度規(guī)范化六項(xiàng)指標(biāo)。在數(shù)字油田架構(gòu)研究中，吳峰等提出了基于3/N體系架構(gòu)的數(shù)字油田框架，即表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BL）和數(shù)據(jù)層fDA），將數(shù)字油田作為一個(gè)大系統(tǒng)考慮，把整合和集成的思想深入到各個(gè)層次和各個(gè)方面。油田數(shù)據(jù)資料具有空間和時(shí)間特性，GIS作為空間數(shù)據(jù)處理平臺也已經(jīng)漸漸融入數(shù)字油田建設(shè)中，許曉宏等提出GIS技術(shù)給數(shù)字油田的搭建提供了科學(xué)的方法，并且在現(xiàn)階段結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在GIS背景下構(gòu)建數(shù)字油田是當(dāng)今重要任務(wù)之一。何貞銘等利用GIS構(gòu)建了數(shù)字油田基礎(chǔ)平臺。隨著新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，運(yùn)用到數(shù)字油田上的也越來越多，王鈺等人將三維技術(shù)運(yùn)用到數(shù)字油田中建成一個(gè)三維可視化數(shù)字油田系統(tǒng)。大港油田應(yīng)用SOA技術(shù)建立生產(chǎn)管理、協(xié)同研究、經(jīng)營管理、輔助決策四個(gè)平臺。

4基于GIS與SOA的數(shù)字油田架構(gòu)

20世紀(jì)90年代以來，GIS平臺在石油勘探開發(fā)、油田地面建設(shè)、石油管道設(shè)計(jì)等方面得到了普遍的應(yīng)用。GIS不僅突破了傳統(tǒng)的表格、菜單查詢的框架，采用圖形交互的方式進(jìn)行地理信息查詢，其運(yùn)行環(huán)境和效果得到了石油企業(yè)和地質(zhì)屆的認(rèn)同。數(shù)字油田換句話說可以認(rèn)為是GIS在油田的應(yīng)用，但并不等同于簡單的數(shù)據(jù)庫+GIS，其應(yīng)該有更豐富的資源和更強(qiáng)大的應(yīng)用。按照GIS在油田的應(yīng)用說法，數(shù)字油田應(yīng)包含3個(gè)部分，如圖1所示：其一是包含國家基礎(chǔ)地理信息和油田地理空間信息的基礎(chǔ)地理信息；其二是油田企業(yè)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫；其三就是一個(gè)GIS平臺。3個(gè)部分中，GIS產(chǎn)品是核心，它是油田信息管理和處理中心。根據(jù)數(shù)字油田系統(tǒng)的功能，對GIS平臺的選擇也有一定要求，應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)：1）符合OpenGIS標(biāo)準(zhǔn)；2）有較強(qiáng)的空間數(shù)據(jù)處理和分析能力處理油田數(shù)據(jù)；3）支持遙感圖像處理能力；4）支持與RDBMS的連接，通過空間數(shù)據(jù)引擎關(guān)聯(lián)；5）支持用戶二次開發(fā)；6）支持標(biāo)準(zhǔn)工程制圖輸出。這樣的GIS平臺有很多，例如ESRI公司的ArcGIS、中地?cái)?shù)碼的Map-GIS、超圖公司的SuperMap等都在石油領(lǐng)域有過應(yīng)用。

油田的許多應(yīng)用系統(tǒng)是在不同時(shí)期由不同軟件開發(fā)商分別開發(fā)的，各個(gè)信息系統(tǒng)在開發(fā)環(huán)境上存在差異，且具有自己的獨(dú)立數(shù)據(jù)庫，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享。SOA架構(gòu)，以Web服務(wù)為實(shí)現(xiàn)手段，各個(gè)單位向油田的UDDI（注冊中心）發(fā)布服務(wù)，并只用提供服務(wù)接口供使用者調(diào)用即可，這樣可以達(dá)到服務(wù)共享的目的。基于GIS與SOA的數(shù)字油田架構(gòu)如圖2所示。整個(gè)架構(gòu)有四層，分別為數(shù)據(jù)層、中間層、業(yè)務(wù)層和表現(xiàn)層。

1）數(shù)據(jù)層：包含GIS空間數(shù)據(jù)庫以及GIS應(yīng)用模型數(shù)據(jù)庫，存儲基礎(chǔ)地理信息和應(yīng)用于油田的專業(yè)應(yīng)用模型數(shù)據(jù)；

2）中間層：包含一些中間轉(zhuǎn)換工具，如GIS地圖轉(zhuǎn)換與接口工具、元數(shù)據(jù)存取交換工具等；

3）業(yè)務(wù)層：服務(wù)提供者完成功能開發(fā)，并描述其接口，對服務(wù)實(shí)體進(jìn)行封裝。將完成封裝的服務(wù)提交服務(wù)注冊中心進(jìn)行注冊發(fā)布供請求者使用；

4）表現(xiàn)層：用戶發(fā)送請求，利用SOAP（簡單對象訪問協(xié)議）向服務(wù)器傳遞參數(shù)，服務(wù)提供者解析請求完成操作，返回操作結(jié)果。該層可以是瀏覽器或移動設(shè)備等。

5結(jié)束語

目前我國大多數(shù)油田的數(shù)字化已經(jīng)基本完成，采用基于GIS與SOA的數(shù)字油田架構(gòu)可以很好地解決數(shù)字油田中空間數(shù)據(jù)存儲、管理、分析以及油田應(yīng)用系統(tǒng)集成問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，真正做到一站式的數(shù)字油田平臺。

數(shù)字油田發(fā)展到現(xiàn)在，其表現(xiàn)形式應(yīng)該多樣化。由于之前技術(shù)的制約，數(shù)字油田系統(tǒng)局限于桌面版，使用比較受限，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，數(shù)字油田將實(shí)現(xiàn)移動化，如油田移動辦公?，F(xiàn)在比較熱門的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)也在慢慢滲入到數(shù)字油田，利用傳感器與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物與物、人與物、人與人之間信息交流，通過云端大量數(shù)據(jù)計(jì)算得到結(jié)果，做到真正的智慧油田。