李春生,趙冰冶,栗 磊

（1.東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，黑龍江大慶163318；2東北石油大學(xué)教務(wù)處，黑龍江大慶163318）

目前，石油行業(yè)在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類繁多，并且在可實(shí)施方案的設(shè)計(jì)中對(duì)數(shù)據(jù)有很大依賴性。在企業(yè)決策過程中要求掌握大量現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)、真實(shí)準(zhǔn)確的以空間信息為基礎(chǔ)的綜合性信息，并要求隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)快速查詢、綜合分析。單純的數(shù)據(jù)報(bào)表展示方式枯燥冗長，并不利于數(shù)據(jù)有效利用，所以將數(shù)據(jù)庫中可輔助決策的數(shù)據(jù)項(xiàng)作為單個(gè)圖元元素表示，大量的數(shù)據(jù)集構(gòu)成集成的數(shù)據(jù)圖像，同時(shí)將數(shù)據(jù)的各個(gè)屬性值以多維數(shù)據(jù)的形式表示，可以從不同的維度觀察數(shù)據(jù)，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的觀察和分析[1]。使人們不再局限于通過關(guān)系數(shù)據(jù)表來觀察和分析數(shù)據(jù)信息，還能以更直觀的方式看到數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)關(guān)系。

目前，在空間數(shù)據(jù)集成中GIS的應(yīng)用占有著重要的地位，GIS以其良好的直觀性和交互性以及有效合理的空間數(shù)據(jù)組織為用戶提供了獲取地學(xué)及相關(guān)信息的便利手段，但現(xiàn)今的GIS軟件的數(shù)據(jù)模型都是非時(shí)態(tài)的，難以處理復(fù)雜多變的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并且構(gòu)建GIS開銷較大，相應(yīng)速度較慢。難以提供實(shí)質(zhì)性的解決方案，對(duì)輔助決策不能提供良好的支持[2]。為此采用SVG矢量圖解決空間數(shù)據(jù)的集成問題，具有系統(tǒng)輕便、簡單、傳輸速度快、交互強(qiáng)等特點(diǎn)，并可對(duì)變化的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)響應(yīng)，克服了傳統(tǒng)GIS的缺點(diǎn)。

油田決策支持系統(tǒng)的基石是各類海量信息，這些信息包括空間地理信息，也包括大量與空間信息密不可分的屬性信息。通過SVG技術(shù)可直觀形象的管理和查詢這些信息。通過構(gòu)建靈活的圖形結(jié)構(gòu)以及圖層，集成管理大量的多專題的空間與屬性數(shù)據(jù)，將開采信息、油水井措施、產(chǎn)液剖面、注入剖面等屬性信息與油水井地理空間位置、層段地貌特征相連，以組成完整的決策信息模型[3]。利用數(shù)值模型計(jì)算與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)結(jié)合，使計(jì)算的結(jié)果能更形象直觀地表達(dá)，從而得出隱含的重要結(jié)論，這對(duì)于石油生產(chǎn)領(lǐng)域是至關(guān)重要的。

1 基于SV G輔助決策模型架構(gòu)

在空間數(shù)據(jù)集成中，大體上數(shù)據(jù)分為地理空間數(shù)據(jù)和領(lǐng)域?qū)傩詳?shù)據(jù)兩類[4]。由于油田數(shù)據(jù)組織復(fù)雜、多變、關(guān)聯(lián)關(guān)系較為密切，并分布在不同的關(guān)系數(shù)據(jù)實(shí)體中，這給空間數(shù)據(jù)集成造成了一定的困難。針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)基于SVG輔助決策模型架構(gòu)（圖1），將可支持輔助決策的空間數(shù)據(jù)提取，組成完整的數(shù)據(jù)中間件，并進(jìn)一步通過解釋器將中間件轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的圖像。模型架構(gòu)分為空間數(shù)據(jù)實(shí)體、基礎(chǔ)圖形部件和顯示部件三部分。

圖1 基于SVG輔助決策模型架構(gòu)Fig.1 The architecture of assistant decision model based on SVG

1.1 空間數(shù)據(jù)實(shí)體

空間數(shù)據(jù)實(shí)體是模型的基礎(chǔ)，它提供了基本的數(shù)據(jù)支持，是輔助決策的根據(jù)，從大類上劃分為兩部分。其一為表示空間實(shí)體的位置、形狀、大小、地貌特征及其分布特征諸多方面信息的空間數(shù)據(jù)，在此稱為地理空間數(shù)據(jù)類；其二為描述空間實(shí)體的屬性的數(shù)據(jù)，如油田中油水井的產(chǎn)液、含水、措施、方案等。

另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，基于以上兩類關(guān)系密切的數(shù)據(jù)類，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程，需要利用已有數(shù)據(jù)計(jì)算模型或數(shù)據(jù)挖掘方法將產(chǎn)生一類分析結(jié)果數(shù)據(jù)，如剩余油分布情況、采收率評(píng)估、單元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，這類數(shù)據(jù)雖然是獨(dú)立存在的但是對(duì)于決策的制定提供了強(qiáng)大的支持，同時(shí)將此類數(shù)據(jù)反映到可視化的圖形上具有著重要的意義。

1.2 基礎(chǔ)圖形部件

在實(shí)體數(shù)據(jù)到SVG圖形顯示過程中，單一關(guān)系數(shù)據(jù)不能充分的表達(dá)實(shí)際的圖形模型，對(duì)應(yīng)一種圖形可能由多種關(guān)系數(shù)據(jù)實(shí)體組成的。所以需要將原有的數(shù)據(jù)抽取后重新組織，得到完整、靈活、可解釋的基礎(chǔ)圖形部件。

基礎(chǔ)圖形部件的作用在于形成物理上分布而邏輯上集中的整體數(shù)據(jù)視圖。從實(shí)用角度出發(fā)，建立圖形部件中間件是一種行之有效的空間數(shù)據(jù)集成方法。針對(duì)地理信息的特點(diǎn)，參考石油領(lǐng)域開發(fā)規(guī)范，對(duì)每一個(gè)可提供決策支持的數(shù)據(jù)創(chuàng)建圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系，使每個(gè)分布式關(guān)系數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)與具體空間數(shù)據(jù)集相對(duì)應(yīng)圖層。根據(jù)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)場地自治的原則，各節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)本地?cái)?shù)據(jù)庫與抽取數(shù)據(jù)項(xiàng)目的一致性。由基礎(chǔ)圖形部件保存相應(yīng)原關(guān)系數(shù)據(jù)副本，并維持信息的交換。

建立基礎(chǔ)圖形部件層不但可以有效的集成，并具有較強(qiáng)的擴(kuò)充能力，如果基礎(chǔ)數(shù)據(jù)變化，則對(duì)應(yīng)修改相應(yīng)的部件或增加新的圖形部件即可將問題解決，而不用將時(shí)間花費(fèi)在數(shù)據(jù)與顯示的對(duì)應(yīng)關(guān)系上。

1.3 顯示部件

顯示部件主要對(duì)基礎(chǔ)圖形部件進(jìn)行合理的解釋以及對(duì)應(yīng)SVG文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換并顯示。

對(duì)于一些關(guān)鍵應(yīng)用尤其是一些有實(shí)時(shí)性要求的應(yīng)用，用戶對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度要求較高。而對(duì)于一些交互性較強(qiáng)的功能，如果系統(tǒng)構(gòu)造方式比較松散，模塊內(nèi)部的內(nèi)聚性不強(qiáng)，不利于模塊功能的維護(hù)。為此，SVG本身的優(yōu)點(diǎn)，如可擴(kuò)充性、動(dòng)態(tài)性、強(qiáng)交互性、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快等很好的解決了以上問題。

在顯示部件中，利用SVG技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面[5]：

（1）首先，SVG提供了豐富的圖形對(duì)象，可以有效的表現(xiàn)空間信息。SVG提供了以下基本圖形元素：直線(＜line＞)、圓(＜circle＞)、圖標(biāo)(＜symbol＞)、文字(＜text＞)、圖像(＜image＞)等。這些圖形對(duì)象可對(duì)油田領(lǐng)域中井、層、地質(zhì)、采出信息等基礎(chǔ)圖形做出完整的描述。

（2）其次，SVG提供了豐富的消息觸發(fā)及事件響應(yīng)函數(shù)以獲取用戶消息。同樣，SVG也提供豐富的狀態(tài)事件，如數(shù)據(jù)裝載完畢，就可以觸發(fā)Onload事件，作一些初始化的處理。通過SVG提供的消息觸發(fā)及事件相應(yīng)函數(shù)，能夠很容易地實(shí)現(xiàn)與圖像的交互及控制，如圖像的放大、縮小、漫游、查詢、圖層的控制等操作，這些在生產(chǎn)分析中是必不可少的。

（3）再次，由于SVG是基于XML格式的，因此除了內(nèi)置的屬性外，可以對(duì)其屬性進(jìn)行任意擴(kuò)充，以實(shí)現(xiàn)自定義的功能。在SVG圖形中，對(duì)象的屬性ID是用來惟一標(biāo)識(shí)對(duì)象的編號(hào)，可以通過SVG文檔對(duì)象的getElementById()方法來獲取指定的對(duì)象。屬性的獲取或賦值是通過調(diào)用getAttribute及set-Attribute方法。

（4）SVG支持圖像的分層管理。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，油田數(shù)據(jù)的復(fù)雜多變，并且信息量龐大，將所有信息同時(shí)以圖形的形式展示較為混亂，再者不同工作人員關(guān)心的數(shù)據(jù)項(xiàng)目也不盡相同。SVG采用基于XML的DOM文檔管理結(jié)構(gòu)，很方便實(shí)現(xiàn)圖層管理，其組＜g＞對(duì)象就可以將其下面的所有圖形管理起來。節(jié)點(diǎn)中的childNodes屬性可以獲取所有的子節(jié)點(diǎn)的集合，getElementsByTagName()方法可以獲取某種類型對(duì)象的列表。通過采用組對(duì)象來實(shí)現(xiàn)圖層管理功能，不同圖層的對(duì)象包含在不同的組中。通過設(shè)置組的屬性，就可以實(shí)現(xiàn)如可見性、顏色、透明度等設(shè)置以及選中、刪除所有對(duì)象等操作。

2 油田輔助決策數(shù)據(jù)的組織和提取

數(shù)據(jù)組織問題實(shí)際上是構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)的重要問題，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，全面而深入地分析數(shù)據(jù)是必不可少的環(huán)節(jié)，同時(shí)要考慮到當(dāng)前已存在的數(shù)據(jù)源和由其衍生的中間數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。根據(jù)石油行業(yè)空間數(shù)據(jù)的特征，可以把空間數(shù)據(jù)歸納為3類：

（1）屬性數(shù)據(jù):描述空間數(shù)據(jù)屬性特征的數(shù)據(jù)；包括井（采出井、注入井、探測井等）、各類措施方案（壓裂、補(bǔ)孔、堵水、酸化、增注方案等）、開采信息（日產(chǎn)液、日產(chǎn)油、含水率、沉沒度、注水量油壓等）、產(chǎn)液剖面、剩余油分析結(jié)果等，以及與之相關(guān)的各類專業(yè)屬性數(shù)據(jù)。這類點(diǎn)數(shù)據(jù)屬于關(guān)系數(shù)據(jù)實(shí)體，有通用的模型規(guī)范（A2數(shù)據(jù)模型、開發(fā)數(shù)據(jù)庫邏輯模型），具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，所以可以直接采用關(guān)系數(shù)據(jù)提取方法，通過井ID信息做為主鍵提取并形成對(duì)應(yīng)圖形部件。

（2）地理數(shù)據(jù):描述空間數(shù)據(jù)空間位置和特征的數(shù)據(jù)。地理類矢量數(shù)據(jù)包括：井位坐標(biāo)、層段構(gòu)造、層段連通關(guān)系解釋、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖、斷層分布圖和各類等值圖等。地理類的矢量數(shù)據(jù)采用針對(duì)空間和類別兩種方法分別組織提取，即在同一平面空間分別組織各專題數(shù)據(jù)，在每類專題圖幅中以圖層為單位來組織管理圖元數(shù)據(jù)。采用這種組織方式，系統(tǒng)易于針對(duì)地圖數(shù)據(jù)庫管理的特殊性，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)跨圖幅圖元進(jìn)行整體查詢和歸并檢索輸出，同時(shí)保證系統(tǒng)的快速高效性能。

各類地理數(shù)據(jù)除特殊數(shù)據(jù)項(xiàng)外，同時(shí)包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目為：｛項(xiàng)目名稱、井區(qū)、層段信息、區(qū)域范圍、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)信息｝。

項(xiàng)目名稱：圖像名稱，用以區(qū)分各類不同圖幅；

井區(qū)：以區(qū)塊為單位，描述圖幅的歸屬；

層段信息：層段信息包含油層組、小層號(hào)和細(xì)分層號(hào)，說明圖幅所代表的地理深度；

區(qū)域范圍：以經(jīng)緯度為基礎(chǔ)，說描述圖幅跨度的區(qū)域范圍；

數(shù)據(jù)描述：對(duì)數(shù)據(jù)的描述，說名數(shù)據(jù)的可用性以及完整性或數(shù)據(jù)項(xiàng)目和其他屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)信息：根據(jù)圖幅類型的不同，數(shù)據(jù)信息表達(dá)方式也不同，多數(shù)情況建立子表或數(shù)據(jù)流文件。例如剩余油等值線則指向?qū)?yīng)的流文件，層段構(gòu)造信息則指向新建子表，在子表中具體描述數(shù)據(jù)的類型以及數(shù)據(jù)組織方法。

地理類數(shù)據(jù)需建立新的關(guān)系數(shù)據(jù)實(shí)體，并和原有數(shù)據(jù)源相關(guān)聯(lián)來保證數(shù)據(jù)的一致性。

（3）計(jì)算結(jié)果類數(shù)據(jù)。在原有的石油領(lǐng)域軟件中，根據(jù)數(shù)模計(jì)算或數(shù)據(jù)挖掘方法會(huì)產(chǎn)生一部分結(jié)果類數(shù)據(jù)文件，主要以文檔形式和圖幅文件形式存儲(chǔ)。如各類已有的各種工程勘察報(bào)告、含油飽和度計(jì)算結(jié)果、開采曲線等。它們多是以一個(gè)整體位對(duì)象，采用二進(jìn)制形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，并采用外掛屬性的形式與相關(guān)的其它屬性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。利用SVG可交互的特點(diǎn)，調(diào)入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。

3 圖形部件的設(shè)計(jì)與解釋

SVG中是以基本的圖形元素構(gòu)成的，在生產(chǎn)中單一的圖形文件不足以表達(dá)實(shí)際的圖形模型，所以將多種SVG圖形元素組合，形成完整的展示形式。這就要求各個(gè)圖形元素中的屬性要建立與關(guān)系數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，圖形元素的數(shù)量決定了構(gòu)成完整信息的難易程度，在此構(gòu)建一種完整的中間文件，用以更好的完成信息的集成以及增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)充能力。

圖形部件選用XML文件格式，利用XML擴(kuò)展性、靈活性、結(jié)構(gòu)性更好的建立中間數(shù)據(jù)文件，XML定義結(jié)構(gòu)形式化描述如下。

在上述結(jié)構(gòu)中，對(duì)于由多圖形元素構(gòu)成的圖像分別圖像名稱做以區(qū)分。圖層控制表示圖像所屬的不同層次，并對(duì)需要提取的空間數(shù)據(jù)字段建立與關(guān)系數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，值類型的利用類樣式控制。在空間數(shù)據(jù)賦值時(shí)，出于效率考慮，將涉及數(shù)據(jù)同時(shí)提取到數(shù)據(jù)集中后再分別處理。

使用圖形部件層，對(duì)于復(fù)雜多變的石油生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使得空間數(shù)據(jù)的集成更加靈活，如果數(shù)據(jù)變化可對(duì)應(yīng)修改圖形部件的格式即可。

針對(duì)圖形部件，按照部件的不同進(jìn)行分組，將其解釋成SVG可識(shí)別圖像。并根據(jù)需要，加入圖像控制腳本如圖形的定量縮放、圖層顯示控制、圖形區(qū)域事件控制等，形成SVG文件格式形式如下。

4 實(shí)例分析

研究大慶油田中A2數(shù)據(jù)模型，開發(fā)數(shù)據(jù)庫邏輯模型。針對(duì)可輔助決策生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提取地理類數(shù)據(jù)10余種：井位坐標(biāo)、斷層信息、砂體分布信息、層段信息、層段連通關(guān)系、剩余油等值線數(shù)據(jù)等。屬性類信息20余種：油井開采信息、水井開采信息、單井靜態(tài)信息、小層靜態(tài)信息、油水井生產(chǎn)剖面、油水井方案措施記錄、油水累計(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、井筒信息、功圖數(shù)據(jù)等。

根據(jù)實(shí)際需要，定義了15大類圖形中間件，其中重點(diǎn)類如下表列出（表1）。

表1 圖形部件列表Table 1 The list ofgraphics parts

解釋成SVG格式圖幅中，按照不同部件分層管理，有效的控制圖層的顯示。對(duì)于統(tǒng)計(jì)類數(shù)據(jù)，定義了一種特殊的圖形統(tǒng)計(jì)部件，包括餅圖、柱狀圖、曲線等多種統(tǒng)計(jì)形式。

除SVG圖形自帶放大、縮小、圖像品質(zhì)調(diào)整功能外，利用java腳本提供了圖像定量縮放、定位區(qū)域、圖形編輯處理等功能。并利用事件觸發(fā)機(jī)制，快捷的鏈入已有文檔和圖幅，增加了系統(tǒng)的可用性和輔助決策的能力。

5 結(jié) 論

基于SVG技術(shù)，針對(duì)可用于輔助決策的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)集成模型。提取關(guān)系數(shù)據(jù)實(shí)體，并利用XML文件格式形成中間圖形部件，將中間圖形文件合理的解釋最終形成綜合信息顯示圖幅。工作人員可根據(jù)具體工作需要，選擇針對(duì)性較強(qiáng)的圖幅顯示，輔助生產(chǎn)決策。數(shù)據(jù)的可視化顯示可直觀的表現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)，并可進(jìn)行綜合的數(shù)據(jù)分析，從而較高的提高了工作效率。

[1]陸西寧,王紅芳.基于GIS的空間決策支持系統(tǒng)的研究[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2009，26(4).

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[4]徐鋒.基于SVG的空間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理,2009, 30(2):237～239.

[5] W3C.Scalable VectorGraphics(SVG )1.1Specification. http://www.w3.org/TR/2003/REC-SVG11-20030114/,2003-01-14.