基于 Google Earth和 Geoserver的三维油田地理信息系统

朱 升,徐 震

(南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210093)

基于 Google Earth和 Geoserver的三维油田地理信息系统

朱 升,徐 震

(南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210093)

油田除了二维信息外,还包含有大量对于决策至关重要的三维信息,如多管流程中管线的具体空间位置,油井的具体钻井数据,地层三维数据等。如何对这些数据进行有效的组织管理,是油田的迫切需求。提出了一种基于 Geoserver和 Google Earth的多维油田地理信息系统的实现方法。

油田地理信息系统;Geoserver;Google Earth

0 引 言

目前,针对油田这种类型的中小型开源WebGIS应用,主要采用的是Mapguide,Mapserver和 Geoserver这三大开源的 WebGIS软件,其应用主要是处理二维空间数据和矢量数据。这些应用方面前人都做了很多工作,取得了很多经验和成果。上述 GIS系统都可以较好地处理二维空间信息和矢量属性数据,但是,油田除了二维信息外,还包含有大量对于决策至关重要的三维信息,如多管流程中管线的具体空间位置,油井的具体钻井数据,地层三维数据等。以往,三维数据的浏览和展示只能借助于专业的单机软件,很难和二维信息一起直观地展示给用户。如果能够将二维信息和三维数据整合在一起,将为油田的高层决策和日常管理提供极大的方便。考虑到油田中小型应用的实际需求和预算,可以采用 Google Earth+Geoserver+PostGIS架构来建立油田三维信息展示系统,以便更好地方便油田的日常管理和决策。

1 主要技术简介

1.1 Geoserver和KML

Google Earth是一款 Google公司开发的虚拟地球仪软件,它把卫星影像、航空照片和地理信息布置在一个地球的三维模型上。Google Earth支持添加外部WMS服务,因此可以将二维 GIS数据通过这种方式发布到 Google Earth中去。

K ML,是 Keyhole标记语言 (Keyhole Markup Language)的缩写,是一种采用 XML语法与格式的语言,用于描述和保存地理信息 (如点、线、图像、多边形和模型等),可以被 Google Earth和 Google Maps识别并显示。K ML中的几何对象都包含 3个属性 ：longitude、latitude、altitude,利用基本的几何图形 (如点、线、面),加上高程数据,可以构建一些简单的三维图形。如果需要构建复杂的三维模型,可以借助三维建模工具 Google Sketchup,然后将得到的三维模型转成 kmz格式即可,这样就可以直接在Google Earth中调用这些三维模型了。

1.2 Geoserver

Geoserver是 OpenGISWeb服务器规范的 J2EE实现,利用 Geoserver可以方便地发布地图数据,允许用户对特征数据进行更新、删除、插入操作,通过Geoserver可以比较容易地在用户之间迅速共享空间地理信息。

GeoServer主要特性包括：兼容 WMS和 WFS特性;支持 PostGIS、Shapefile/ArcSDE/Oracle/VPF/MySQL/Map Info;支持上百种投影;能够将网络地图输出为 jpeg/gif/png/SVG/K ML等图像和图形格式;能够运行在任何基于 J2EE/Servlet容器之上;嵌入MapBuilder,支持 AJAX的地图客户端;除此之外还包括许多其他的特性。

Geoserver支持 K ML格式的发布,使其与 Google Earth的整合更加容易。

1.3 PostGIS

PostgreSQL是一种对象 -关系型数据库管理系统(ORDBMS),也是目前功能最强大、特性最丰富和最复杂的开源数据库系统。它起源于伯克利(BSD)的数据库研究计划,目前是最重要的开源数据库产品开发项目之一,有着非常广泛的用户。PostGIS在对象 -关系型数据库 PostgreSQL上增加了存储管理空间数据的能力,相当于 Oracle的 spatial部分。PostGIS最大的特点是符合并且实现了OpenGIS的一些规范,是最著名的开源 GIS数据库。

利用上面的技术,能够将油田的二维信息和三维数据整合在一起,建立一个能够实现多维信息展示的系统。

2 系统实现

综合考虑油田需求和现有技术,选择 C/S和B/S结合的架构来统一管理油田的数据,以便提高生产决策水平。下面具体分析架构。

多维油田地理信息系统采用 C/S和 B/S相结合的架构,以便最大限度地发挥 Google Earth在数据整合中的优势。系统数据统一采用WGS 84经纬度投影。后台服务采用 Geoserver,加载 PostGIS存储的空间矢量数据和属性数据。Google Earth虽然已经具备了强大的影像功能,但考虑到内网无法方便地获取 Google Earth本身的影像资料和油田地区一般没有近期的高精度影像覆盖,用 Geowebcache处理高精度影像数据作为补充,油区数据采用QuickBird 0.6m高分辨率卫星影像,背景采用 Landsat ET M+经过影像融合后得到的 14.5m分辨率影像。三维文件经过 Sketchup制作后以 K ML的形式发布,由 Apache/Tomcat统一管理,并最终提交给Google Earth统一管理。Geoserver不仅可以以 K ML格式发布数据,还可以通过WMS发布,用 Open Layers统一管理 WMS服务,以实现传统的二维 Web-GIS。具体架构如图 1所示。

油田数据主要分为单井油管线等点线信息和油区背景影像信息。矢量信息由 PostGIS统一管理,影像数据 Geowebcache进行管理和分片加速处理,G e o s e r v e r作为一个上层 GIS服务器将这两类数据整合成WMS服务和 K MZ文件对外发布。在网络层,用 Apache作为网络服务器,其中,利用 OpenLayers读取 WMS图层进行地图配置,以 B/S的方式发布系统,方便油田各个部门的人可以直接利用Web浏览器直接使用油田地理信息系统的基本功能。同时,也可以自己在 Geoserver发布的 K MZ图层基础上,建立自己的三维模型存在 Apache中,之后一起发布到 Google Earth中,为油田决策层和相关部门提供高效的三维浏览支持。

在基于 K ML的开发中,Google Earth实际上就是作为一个 K ML文件的浏览器。选用 Google Earth作为前台客户端加载地图服务,可以动态的添加WMS服务,可以与全球数据统一显示,而且可以将K ML格式的三维模型无缝显示出来,为领导的决策提供新的数据浏览手段,同时也增加了用户体验。

图1 系统整体架构

3 关键技术和实现流程

3.1 三维实现

以一个多管流程为例,首先在 Google Earth中定位好目标区域,之后用 Sketchup在区域上空以放大的方式建立当前管线的多管流程内部结构图。建立好之后,三维文件经过 Sketchup制作后由Apache/Tomcat统一管理。所有数据都以 K ML的形式发布,并以 K ML链接的形式整合数据源最终提交给 Google Earth统一管理。通过网页提供具体管线的模型链接,以方便查询。

3.2 海量数据的显示

虽然 Google Earth本身就是一个很好的三维影像发布平台,但依旧需要建立自己的影像服务。因为,①Google Earth需要持续连接公共网才能获得实时更新的数据,而油田一般都是采用局域网,不具备这个能力。②油田油区一般远离城市,Google Earth上一般在这些区域没有高精度影像覆盖。因此,有必要建立自己的影像服务。

Geowebcache是一个采用 Java实现用于缓存WMS地图切片的开源项目,可实现影像个性化服务(图 2)。把目标区影像切好后存储到服务器上,当地图客户端请求一张新地图时,Geowebcache将拦截这些调用然后返回预先缓存过的地图瓦片。如果找不到缓存再调用服务器上的瓦片,从而可以提高地图展示的速度,减轻 Geoserver服务器的工作负荷,实现更好的用户体验。

图2 影像服务示意图

高精度影像数据数据量大,以江苏油田试采一厂陈堡、瓦庄 2块油区为例,需要 3景图像才能完全覆盖,经过 loadrunner测试并发负载,单机 10个并发,平均响应时间在 5s左右,完全可以满足需要。如果再进行扩展,就开辟专门的影像服务来支持高并发服务。

3.3 OpenLayers加载 WMS服务

OpenLayers加载WMS服务代码如下。

加载底图：加载其余的叠加层：

通过map.addLayers([demolayer,wms,wms1,wms2,wms3])统一加载为资源服务。

Google Earth通过 K ML格式的链接来保存其余的油田 K ML资源链接,统一发布。

4 应用实例

利用此架构方法,构建了江苏油田三维 GIS展示平台和二维 GIS业务平台。该平台充分发挥了Google Earth在三维处理方面的优势,将多种数据整合到一起,发布的结果美观、大方、运行高效、架构简单。油田管理者可以通过三维展示平台,在三维空间中掌握油田地理信息的概况,更加方便了油田决策。一般工作人员则可以在二维平台下,处理日常业务。目前,系统只是就三维 GIS的快速发布做了一个简单的应用,至于如何在这个平台上整合如地层,钻井数据,将是下一步的主要工作方向。

5 结 语

介绍了利用 Googl Eearth和 Geoserver构建三维油田地理信息系统的实现过程。运用 Sketchup建模,最大程度简化了复杂的模型数据,提高了浏览效果和浏览速度。本次建模实现的仅仅是简单的三维场景。通过三维数据网络发布平台,将三维地理信息数据在局域网上进行发布,实现客户端三维景观浏览、相关查询、GIS各种分析等操作,将是下一步的工作重点。

图3 二维业务系统界面

图4 利用 Google Earth三维效果展示

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Three-dimensional oilfield geographical information system based on Google Earth and Geoserver

ZHU Sheng,XU Zhen

(School of Earth Sciences and Engineering,NanjingUniversity,Nanjing 210093,China)

In addition to two-dimensional information,oilfield also contains a large numberof three-dimensional infor mation key to decision-making,such as the specific spatial location of the pipeline,specific data on oil drilling and 3D data of the strata.It is of urgent need for the oilfield to organize the datamanagement efficiently.The authorspresented amulti-d imensionaloilfield geographic information system based on Geoserver and Google Earth.The experiments showed that the system was feasible.

Oilfield geographical infor mation system;Geoserver;Google Earth

TP391.41

A

1674-3636(2010)04-0386-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.386

2010-07-12;编辑：侯鹏飞

朱升 (1985—),男,硕士研究生,主要从事地球探测与信息技术专业工作.