海上地震采集环境信息系统设计研究

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了海上地震采集环境信息系统设计研究范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

［摘要］近几年中海石油高速发展，中海石油（中国）有限公司湛江分公司各种勘探作业急剧增多，尤其是在2018年公司提出到2025年上产2000万方规划以来，勘探工作量急剧增加。在工作量增加的同时也为海上地震勘探作业管理带来新的挑战，如何有效地集成现有相关数据，实时掌握各类海洋地理信息，规范地震勘探作业。尤其是海上地震作业，容易受自然环境和地理信息等因素的影响，需要设计和开发一套管理信息系统，该系统应具有地震作业前绘设计管理、海洋地理信息管理、海上地震作业监控和坐标转换等功能模块。依现有数据为基础，结合软件工程原理，设计并开发出海上地震采集环境信息系统，该系统的实施满足海上地震勘探作业需求，增强企业信息化管理能力，提高地震勘探作业工作效率。

［关键词］地震采集；前绘设计；作业监控；地理信息；坐标转换

1引言

国内外在海上油气勘探中，依靠的是地震勘探方法，而常规海上地震勘探方法有海上拖缆和海底电缆［1］，在开展地震勘探作业前都需要进行地震前绘设计。根据地震勘探作业要求，结合专业定位软件，对整个作业区布设并进行地震前绘设计，为地震勘探作业提供实施方案。由于海上自然环境恶劣、地理信息复杂等因素，造成地震勘探成功率低。为管理地震前绘设计、作业监控、自然环境和地理信息等数据，而设计海上地震采集环境信息系统。该系统包含地震前绘设计、自然环境展示、地理信息展示、地震勘探作业进度监控、坐标转换和文档存储等功能。该系统的设计和实施，为海上地震采集作业提供数据和信息支持，提高地震采集质量，寻找有利勘探目标，提高勘探成功率。

2系统的架构设计

基于海上通信的局限性和地震采集作业的特殊性，海上地震采集环境信息系统采用三层C／S设计模式开发，即表现层、功能层、数据层［2］。最上层的表现层主要用于向地震采集人员提交系统的展示界面同时为用户提供地震前绘设计请求；中间层的功能层，主要是该系统的业务逻辑设计和算法；底层数据层是数据库服务器，存储系统的结构化和非结构化数据。

3功能设计

根据业务调研分析结果，结合海上地震采集作业实际，规划海上地震采集环境信息系统功能分为地震前绘设计、地理信息、地震作业监控和坐标转换等模块，如图1所示。数据采用SQLServer数据库，数据范围是对象数据、设施数据、光纤数据、潮汛数据和台风数据等，其中对象数据来源A2，设施数据来源海上生产设施管理系统，光纤数据来源通信公司，地理数据来源政府数据库。

4系统的实现

根据系统架构设计和模式设计，海上地震采集环境信息系统的技术实现为：底层数据存储采用结构化数据与非结构化数据分离的方式管理，结构化数据采用SQLServer管理，文档采用MongoDB非关系型数据库管理。MongoDB是一款基于分布式文件存储的文件型数据库，它是介于关系型和非关系型之间的数据库，为后续文档的应用提供扩展接口；功能层使用Python语言编写，实现数据的访问数据处理和业务算法的编写等；上层表现层采用．NET架构和AxMapControl控件，实现GIS图形界面的开发，而AxMapControl是MapControl经过包装后的ActiveX控件，实现在Winform编程中可视化显示，有效缩短软件开发周期。4．1前绘设计。地震前绘设计是海上地震采集的前期准备工作，为海上地震采集设计提供依据，为海上地震采集提供定位导航。地震前绘设计功能分为二维地震前绘设计和三维地震前绘设计。二维前绘设计是通过读取首尾坐标文件，根据文件内的测线端点坐标和测线名称，在地图界面绘制二维测线；针对已绘制的二维测线进行编辑，参考前绘测线周围的其他测线数据，对二维测线进行修改，可以通过选择测线手动输入首尾点坐标、选择测线后拖动首尾端点、延长、缩短的方式进行修改；在测线编辑完成后，按照设定的参数，导出所有测线特定炮号的坐标，导出二维前绘设计P190文件。三维前绘是在设计界面读取格式固定的三维工区拐点坐标文件，按照文件内点顺序在地图内绘制面元素；设定相应的参数，包括缆间距、缆数、炮间距、测线名称前绘、工区起始边界（测线以起始边界为起始位置，自西向东绘制与起始边界平行测线）等；按照参数计算出航行线宽度，以边界长度与航行线宽度或炮间距进行计算，对边界的长度进行规整；系统根据上述设定的参数，自动生成测线，根据边界进行裁剪；测线生成后，如需编辑，激活工具栏内的“编辑器”，对测线进行延长、缩短、平行复制、改变位置等编辑；在测线编辑完成后，按照设定的参数，导出所有测线特定炮号的坐标，导出三维前绘设计P190文件。4．2地震作业监控。地震作业监控模块需提供作业日报读取、前绘设计数据匹配和作业进度展示等功能。作业日报读取是通过读取地震作业日报Excel文件或者其他格式的作业日报数据，将数据加载到系统数据库内，系统根据作业日报数据，在作业监控模块内工区列表处，加载相应的工区名称和概略信息。前绘设计数据匹配是在地震作业日报读取至系统后，导入前绘P190文件，系统自动计算作业日报内完成测线的坐标，自动完成作业日报与前绘设计数据的关联，把作业日报内完成测线的坐标计算并录入数据库中，并在地图界面内进行展示。作业进度展示是在地震作业的日报和前绘设计文件已录入，通过匹配的信息，在地图界面内展示日报测线和前绘测线，可以查看某条测线的完成日期、完成时间等具体属性信息，具备日时效饼状图、工区时效饼状图、工区时效柱状图生成功能。例如用户点击某一天的日报后，系统GIS界面内当天的作业日报进行高亮显示，系统根据作业日报和前绘设计信息，自动生成日时效饼状图、工区时效柱状图和工区时效饼状图等。4．3地理信息。地理信息涉及的空间范围大，专业数据种类繁多，特别是来源各部门的不同专业数据格式、不同比例尺寸和不同类型等数据［3］。为整合这些地理信息，系统开发时通过高层模型设计和文件格式转换，把收集到的地理信息按照结构化格式保存到数据库中，提供给初始化系统图层加载；后续用户收集的地理信息，通过系统数据加载功能，把不同格式的数据加载到当前视图中，供用户使用。地理信息模块需具备地理索引文件加载和地理图层数据选择等功能。对于不同来源的地理索引文件，提供数据导入和加载的工具，把数据加载到后台数据库中［4］；对于加载成功的地理数据，用户通过系统界面选择已加载的地理数据，把地理数据展现在GIS界面上［5］。在GIS界面，不仅提供地理图像的放大、缩小、平移、测量和全图等基本操作，还提供地理要素查询、对象定位和坐标定位等功能。4．4坐标转换。从2018年2月1日起，国内勘探业务全面推广应用CGCS2000坐标系，海上勘探钻井、地震作业现场导航定位须采集CGCS2000坐标系，需要把以前的WGS84坐标数据转换成CGCS2000坐标数据。两个基准之间转换必须通过空间直角坐标系转换，在WGS84基准下，将平面坐标转换为大地坐标，也就是经纬度坐标，转换成空间直角坐标，通过基准转换模型，得到CGCS2000空间直角坐标，再转换得到CGCS2000大地坐标，进而投影得到平面直角坐标，如图2。系统为满足地震勘探作业对坐标转换的需求，根据布尔沙七参数转换模型中平移变换开发出坐标转换工具，该工具可提供单点坐标转换和批量坐标数据转换。用户选择好待录入文件内数据的坐标系，例如输入的为WGS84的大地坐标或平面坐标，然后选择要计算的坐标系，选中相应的坐标文件，进行转换。4．5文档管理。海上地震采集过程中涉及大量的文档数据，如测区环境调查、观测系统、前绘设计等，本系统采用MongoDB作为非结构化数据的存储和管理数据库，MongoDB是一个基于分布式文件存储的数据库系统。在高负载的情况下，通过添加更多的节点，可以保证服务器性能。文档存储模块采用GridFS方式进行文档的存储和管理。GridFS可以更好地存储大于16M的文件，通过将大文件对象分割成多个小的chunk（文件片段），每个chunk将作为MongoDB的一个文档（document）被存储在chunks集合中。在上传文档时选择主体对象，在数据库中自动关联文档到主体对象，主体对象与GIS坐标的关联，实现GIS图形界面文档查询功能。

5总结

该系统实现地理信息的图形化展示，为海上地震前绘设计提供GIS导航和图形化操作［6］，优化前绘设计方案，提高地震采集作业的精准度；实现地震采集作业的实时监控，及时掌握当前工区的地震作业情况，提高地震采集作业的工作效率；实现地理坐标数据的转换，为地震采集导航提供数据支持。

参考文献

［1］李欣．海上地震采集观测系统研究现状与展望［J］．西南石油大学学报：自然科学版，2017，36（5）：67－79．

［2］屠越栋．基于WebGIS的矿产资源调查评价系统设计与实现［J］．地理空间信息，2019，17（5）：27－31．

［3］刘纪平，王亮．NSDI支持下的防汛信息系统建设与应用［J］．测绘通报，2000（11）：7－20．

［4］方银霞．地理信息系统在海洋领域的应用［J］．海洋通报，2000，19（3）：85－89．

［5］梁瑞才．渤海油田示范区地理信息系统（GIS）的规划设计［J］．海洋科学进展，2006，24（2）：238－243．

［6］王芳．海洋地理信息系统研究进展［J］．科技导报，2007，25（23）：69－73．

作者:王继鹏 金云智 单位:中海石油（中国）有限公司湛江分公司