基于GIS与SOA的数字油田系统架构分析

马海兵　何贞铭　陈诗佳

摘要：随着戈尔提出“数字地球”，数字化概念开始慢慢延伸至各行各业，数字油田应运而生。数字油田作为一个复杂的大系统，是多学科多专业的高度集成应用。地理信息系统（GIs）作为一个完整且强大的空间信息处理平台可以很好地为数字油田搭建提供技术支撑。数字油田系统包含了许多子系统，采用面向服务的架构（SOA）设计，各功能以服务的方式提供，避免各系统间信息不流通而产生信息孤岛。该文分析了基于GIS与SOA的数字油田系统架构，为数字油田的搭建提供了一个可行的方案。

关键词：数字地球；数字油田；信息孤岛；GIS；SOA

中图分类号：P283.1 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）22-0235-03

1背景

随着1998年美国前副总统戈尔提出“数字地球”以来，各个领域都相继提出了自己的数字化计划。其中以大庆油田为首提出的“数字油田”已经在国内外各大石油公司得到了响应并取得了不错的成果。我国在石油勘探开发、测井、油田管理等各方面信息化进程中取得了很大的成就。数字油田应用系统的开发与使用往往决定了该油田信息化的成败，而应用系统的架构决定了应用系统的整体性能。到目前为止，整个行业内对于数字油田的整体框架和解决方案还处于发展阶段，并没有一个完全成型的数字油田架构。GIS（地理信息系统）作为一个成熟的空间信息处理平台，其提供的二次开发工具给数字油田的搭建提供了良好的技术支撑。目前的数字油田各个子系统大都没有采用一个统一的标准进行开发，使得系统之间的集成存在很大的问题，各系统之间的数据不能共享，造成了所谓的“信息孤岛”。SOA（serviee-Oriented Architecture），即面向服务的体系架构，将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来，使得构建在系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。采用SOA架构搭建数字油田应用系统可以很好的避免“信息孤岛”的产生，做到各应用系统的有机结合，更有利于最后数字油田平台的集成工作。

2数字油田理论基础

关于数字油田的理论被分为了多种派别，最初的定义是从数字地球的定义衍生而来，即数字油田是某油田的虚拟表示，能够汇集该油田的自然和人文信息，人们可以对该虚拟体进行探查和互动。随着1999年大庆油田首次在全球范围内提出数字油田的概念，立刻得到了普遍的认可，并引发热烈讨论，国内外众多领域内专家学者都参与其中，进一步丰富了数字油田的内涵。直到2003年，王权奠定了数字油田的理论基础，至此，数字油田理论有了狭义与广义之说，其主要区别在于是否将油田管理纳入数字油田范畴。从目前数字油田的发展来看，都给数字油田赋予了管理内涵，即数字油田不仅是技术目标，更是管理目标——油田总体发展战略的一部分。

数字油田的研究内容根据不同专家的研究方向会有不同，但一般广义数字油田的研究内容包括了数字油田的总体技术框架、GIS在油田的应用、多学科地质模型研究、勘探开发业务与信息一体化模式、应用系统、数据和网络基础设施体系、企业信息门户、海量数据存储方案、虚拟现实技术应用、数据与应用系统的标准体系、企业数字化概要模型等，发展到现在，随着技术越来成熟，数字油田的研究内容也将越来越多。

目前，大庆油田提出的数字油田基本架构已经得到了行业内的普遍认可。在该架构中，数字油田被划分为了7个层次，从下到上依次为：环境层、数据层、知识层、模型层、应用层、集成层和战略层，其中数据层包含源数据子层、专业主库子层和数据仓库子层三个分层次。按照上述层次划分，不仅有利于理解数字油田，而且对数字油田的建设方案起到了重要指导作用，现在数字油田大多数也是按照这七个层次展开建设。

3国内外研究现状

国外数字油田研究起步较早，埃克森莫比尔、BP阿莫科、雪弗龙德士古、道达尔菲纳埃尔夫等为代表的国外大型石油公司的石油勘探、开发、炼化、运输、销售都全部实现了信息一体化经营。国外大型石油勘探公司都建设了自己的数字油田系统，如Schlumberger开发的Giga Viz可视化、属性分析和解释系统，LandMark开发的勘探开发一体化决策系统。数字油田的终极目标是智慧油田，IBM在2005年与挪威国家石油公司合作建设智慧油田，实现无线感知地下油田运行并现场“智慧”管理，提高生产效率。沙特阿美石油公司提出了监测、优化、集成、创新四个层次的智能油田建设方案。国外对于数字油田的研究主要在于应用上，在架构的研究方面，Birlie Bourgeois等提出了一个可持续化的数字油田框架。

国内有很多学者也对油田数字化进行了大量的探索，在数字油田的理论问题上，何生厚等认为“数字油田”是油田企业信息的基础设施和企业管理层的基础信息平台，既包含信息层又兼顾管理层，典型的广义数字油田。在数字油田的建设指标中，王辉提出了数据丰富、网络畅通、系统平台集成化、信息检索手段方便快捷、标准体系完善和信息管理制度规范化六项指标。在数字油田架构研究中，吴峰等提出了基于3/N体系架构的数字油田框架，即表现层（UI）、业务逻辑层（BL）和数据层fDA），将数字油田作为一个大系统考虑，把整合和集成的思想深入到各个层次和各个方面。油田数据资料具有空间和时间特性，GIS作为空间数据处理平台也已经渐渐融入数字油田建设中，许晓宏等提出GIS技术给数字油田的搭建提供了科学的方法，并且在现阶段结合实际生产数据，在GIS背景下构建数字油田是当今重要任务之一。何贞铭等利用GIS构建了数字油田基础平台。随着新技术的产生与发展，运用到数字油田上的也越来越多，王钰等人将三维技术运用到数字油田中建成一个三维可视化数字油田系统。大港油田应用SOA技术建立生产管理、协同研究、经营管理、辅助决策四个平台。

4基于GIS与SOA的数字油田架构

20世纪90年代以来，GIS平台在石油勘探开发、油田地面建设、石油管道设计等方面得到了普遍的应用。GIS不仅突破了传统的表格、菜单查询的框架，采用图形交互的方式进行地理信息查询，其運行环境和效果得到了石油企业和地质届的认同。数字油田换句话说可以认为是GIS在油田的应用，但并不等同于简单的数据库+GIS，其应该有更丰富的资源和更强大的应用。按照GIS在油田的应用说法，数字油田应包含3个部分，如图1所示：其一是包含国家基础地理信息和油田地理空间信息的基础地理信息；其二是油田企业的专业数据库；其三就是一个GIS平台。3个部分中，GIS产品是核心，它是油田信息管理和处理中心。根据数字油田系统的功能，对GIS平台的选择也有一定要求，应综合考虑以下几点：1）符合OpenGIS标准；2）有较强的空间数据处理和分析能力处理油田数据；3）支持遥感图像处理能力；4）支持与RDBMS的连接，通过空间数据引擎关联；5）支持用户二次开发；6）支持标准工程制图输出。这样的GIS平台有很多，例如ESRI公司的ArcGIS、中地数码的Map-GIS、超图公司的SuperMap等都在石油领域有过应用。

油田的许多应用系统是在不同时期由不同软件开发商分别开发的，各个信息系统在开发环境上存在差异，且具有自己的独立数据库，很难实现系统间数据共享。SOA架构，以Web服务为实现手段，各个单位向油田的UDDI（注册中心）发布服务，并只用提供服务接口供使用者调用即可，这样可以达到服务共享的目的。基于GIS与SOA的数字油田架构如图2所示。整个架构有四层，分别为数据层、中间层、业务层和表现层。

1）数据层：包含GIS空间数据库以及GIS应用模型数据库，存储基础地理信息和应用于油田的专业应用模型数据；

2）中间层：包含一些中间转换工具，如GIS地图转换与接口工具、元数据存取交换工具等；

3）业务层：服务提供者完成功能开发，并描述其接口，对服务实体进行封装。将完成封装的服务提交服务注册中心进行注册发布供请求者使用；

4）表现层：用户发送请求，利用SOAP（简单对象访问协议）向服务器传递参数，服务提供者解析请求完成操作，返回操作结果。该层可以是浏览器或移动设备等。

5结束语

目前我国大多数油田的数字化已经基本完成，采用基于GIS与SOA的数字油田架构可以很好地解决数字油田中空间数据存储、管理、分析以及油田应用系统集成问题，实现系统间的数据共享，真正做到一站式的数字油田平台。

数字油田发展到现在，其表现形式应该多样化。由于之前技术的制约，数字油田系统局限于桌面版，使用比较受限，随着移动互联网的迅速发展，数字油田将实现移动化，如油田移动办公。现在比较热门的物联网、云计算、大数据等技术也在慢慢渗入到数字油田，利用传感器与网络实现物与物、人与物、人与人之间信息交流，通过云端大量数据计算得到结果，做到真正的智慧油田。