區塊鏈MPT

1. 三維可視化技術在四川盆地油氣勘探信息管理中的應用研究

唐先明^1，2曲壽利¹雷新華²

（1.中國石化石油勘探開發研究院，北京100083；2.中國地質大學（北京），北京100083）

摘要 在分析目前石油領域三維可視化技術應用局限性的基礎上，給出了全球三維可視化系統構建流程和數據組織管理模式。以ArcSDE作為空間數據引擎，利用Oracle 10g建立四川盆地油氣勘探海量空間資料庫，基於三維可視化軟體平台Skyline TerraSuite，利用功能強大的三維可視化開發平台TerraDeveloper，設計、開發基於全球三維模型的油氣勘探信息集成管理平台。通過集成基礎地理資料庫、區域地質資料庫、地面工程資料庫、遙感影像庫、地層資料庫、斷層數據和測井數據，該系統不僅提供了強大的油氣勘探基礎數據管理、三維地形建模以及模型的可視化功能，還為專業技術人員提供了一個可視化的分析、設計平台。

關鍵詞 四川盆地 三維可視化 三維地理信息系統 油氣勘探 全球導航

Application and Research of 3D Visualization Technique to Petroleum Exploration Information Management in Sichuan Basin

TANG Xian-ming^1，2，QU Shou-li¹，LEI Xin-hua²

（1.Exploration ＆ Proction Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）

Abstract Based on the analysis of the current shortcomings of 3D visualization application in the fields of petroleum，the paper introces the construction process and data structure of global 3D visualization system.By using ArcSDE as engine of spatial data and Oracle 10g，「Petroleum exploration geodatabase of Sichuan Basin」is established.Based on Skyline Terra Developer，the software system「3D petroleum exploration data management and integration platform based on 3D global model」is designed and established.By integrating geographical database，areal geology database，surface engineering database，remote sensing image database，stratigraphical database，fault data，logging database with 3D terrain modeling，the system realize such functions as data management for petroleum exploration，3D terrain modeling and the visualization of 3D geological model.It is a visualization platform that assists the design and analysis for the geologists and the technologists.

Key words Sichuan basin 3D visualization 3D geographic information system petroleum explorationglobal navigation

隨著計算機圖形圖像軟硬體技術的迅猛發展，三維地形可視化技術在越來越多的領域得到了廣泛的應用，構建一個為多種專業人員提供共同工作、研究與交流的三維實時交互的虛擬全球地理環境逐漸由夢想成為現實。三維可視化技術在石油工業中已得到高度重視和普及應用，它充分利用了三維地震信息和地震屬性，以人們易於感知的三維圖形對各種復雜數據場和數據關系進行描述。

油氣勘探是通過採用不同的技術手段採集各種野外原始地質資料，並經處理、解釋形成成果資料，進而採用各種科學方法進行盆地評價、圈閉評價和油氣儲藏評價，開展勘探規劃部署、井位設計和地質綜合研究工作，完成勘探科研和生產任務。在油氣勘探過程中，各油田企業積累了海量的、異構的、多源的地理數據、勘探基礎數據和成果數據，這些信息的綜合應用對指導油田生產具有很重要的意義。利用三維GIS技術，基於「數字地球」將地表地理信息與地下地質信息一體化管理，構建一個分析、決策、規劃及實施油氣勘探開發研究的三維實時交互共享工作平台，能夠有效地評估潛在的石油資源，及時、准確、直觀地定位油氣資源的空間分布及其特徵，正確有效地開展部署勘探開發工作。

1 三維可視化技術的應用現狀

迄今為止，三維地形的可視化技術分為兩種，一種是面繪制技術，另一種是體繪制技術。在地質研究工作中，主要是採用體繪制技術。三維地學模擬主要包括兩大部分內容，即三維地質建模和可視化，其中前者是後者的基礎，後者是前者的表現^［1］。目前，在三維地震數據的可視化方面，已有多種成熟的商業軟體系統推出，國外的有 EarthCube，Geoviz，gOcad，VoleGeo等，國內的有石油物探局的3DV和雙狐公司的三維地震微機解釋系統等。這些軟體涉及地質建模、地震勘探、開采評估、礦床模擬、規劃設計和生產管理等領域，在功能上各有千秋，很難說哪一個更先進^［2，3］。但是，它們主要是面向地質領域的專用系統，基於局部區域而非全球區域，對海量基礎地理數據與遙感影像數據等的支持也較弱。基於這種情況，本文採用面向對象的程序開發語言Visual C＃，基於優秀的國外三維可視化軟體平台Skyline，設計並開發基於全球三維模型的空間數據管理平台，集成管理四川盆地區域內海量的、異構的、多源、多尺度的基礎地理數據、油氣勘探基礎數據和成果數據、遙感影像，實現流暢的油氣勘探的三維地形展示和地質分析。

2 系統開發技術背景與基本流程

隨著地學應用的深入，人們越來越多地要求基於全球角度和真三維空間來認知世界和處理問題。但三維空間是復雜的，包含的信息是海量的，需要集成三維可視化與三維空間對象管理功能，同時由於三維應用的巨大差異，必須採用開放體系結構，實現用戶定製功能。基於這種認識，Skyline TerraSuite在提供一般三維空間數據模型及其管理功能的基礎上，允許針對特定應用領域動態擴展建模及分析功能插件，以適應特定的三維應用。整個TerraSuite軟體體系如圖1所示。

系統的實現分為4部分：地球三維場景構建、中心資料庫建立、定製三維可視化環境和場景驅動與應用定製。

圖1 Skyline TerraSuite軟體體系

2.1 地球三維場景構建

場景構建是將要模擬的場景和對象通過數學方法表達成存儲在計算機內的三維圖形對象的集合。場景構建分為以下步驟：

（1）DEM數據採集：收集工作區的各級比例尺等高線數據或各種解析度的航空航天遙感影像立體像對，建立地域的數字高程模型（DEM）。

（2）DOM數據生成：利用地面控制點和DEM數據，對工作區的低、中、高解析度遙感影像進行嚴密的精糾正後生成數字正射影像圖（DOM）。

（3）DLG數據採集：收集工作區的各級比例尺地形圖、野外數據採集，建立工作區的各級比例尺線劃圖（DLG）。

（4）GIS數據轉換：將數據採集階段獲得的DLG數據通過GIS工具轉換為TerraBuilder能夠接受的數據格式。

（5）數據建模：對一些油田地面建築物、地標、油井或其他油田設備在3D MAX或MultiGen或TerraBuilder中進行建模。

（6）地球三維場景構建：將以上各種數據，導入到TerraBuilder中，創建一個現實影像的、地理的、精確的地球三維模型（MPT文件）。

2.2 中心資料庫建立

基於全球三維模型的油氣勘探信息集成管理平台是一個高度集成的應用系統，系統建設過程中必須充分考慮系統涉及的多專業圖形、屬性、影像、文字資料數據的一體化集成、系統資料庫與系統軟體功能的集成以及系統與網路環境的集成等關鍵問題。為實現功能的集成與擴展，考慮石油勘探開發數據的區域性、多維性、時序性、海量和異構的特點，擬採用大型商用關系資料庫Oracle10g和空間數據引擎ArcSDE集中管理這些海量數據，建立數據中心，易於解決數據共享、網路化集成、並發控制、跨平台運行及數據安全恢復機制等方面的難題。

2.3 定製三維可視化環境

在全球三維場景的基礎上，可以疊加自己關心的專題信息，通過與資料庫的介面，還能集成中心資料庫存放的地表、地下多維、動態空間信息，從而創建一個令人激動的互動式三維可視化環境，來突出一個地區的特徵，顯示其功能、相互關系以及從一個獨特的視點展示該地區。

2.4 場景驅動與應用定製

（1）三維可視化程序：通過API介面直接調用所建立的三維可視化環境，也可以根據三維場景的參數生成實時場景，動態載入圖層，有助於對空間數據相互關系的直觀理解。

（2）三維空間查詢與交互：直接在三維可視化環境下，對存放在中心資料庫的各種數據和場景實體提供互動式查詢等操作，以提供一個動態的環境，為進一步空間決策服務。

（3）應用定製：利用TerraDeveloper軟體開發包提供的各種ActiveX控制項，可以構建自己的面向三維的應用程序，實現與其他系統的應用集成^［4］。

3 系統總體設計

3.1 系統體系結構

根據系統的功能需求，系統在技術上要求具有業務變化的適應性、高度的安全性和大容量數據存儲處理等特點，因而在系統的技術框架中採用了3 層B（C）/AS/DS結構。與此同時，考慮到系統與其他專業系統之間的集成，擬採用基於SOA（面向服務架構）和Web Services（Web服務）技術的應用集成技術，構建基於「數字地球」的地表地理信息與地下地質信息一體化管理服務平台。整個系統的體系結構如圖2所示。

3.2 系統數據的組織形式

系統數據的組織形式是可視化系統的關鍵，其優劣將直接影響到場景繪制的效率。在基於全球三維模型的空間數據管理平台中，主要包括3部分數據：①場景數據，即場景環境包含的地形信息，通過影像圖片處理而成，包含在.mpt文件中；②對象圖形數據，即油氣勘探對象圖形信息，是由3D MAX等三維圖像處理軟體處理而成的三維模型；③對象屬性數據，即油氣勘探屬性信息。所有關於對象的信息包含在.fly文件中，採用基於層（Layer）的面向對象的場景數據組織形式。目前，系統集成的四川盆地區域的數據層主要有：

（1）DLG——數字線劃圖：全區不同比例尺土地覆蓋狀況、植被、道路、水系、居民地等圖層。

圖2 基於全球三維模型的油氣勘探數據管理平台系統結構

（2）DEM——數字高程模型：全區不同比例尺數字高程模型數據。

（3）DOM——數字正射影像：全區不同比例尺、不同解析度的彩色正射影像。

（4）DRG——數字柵格圖：全區不同比例尺地形圖柵格數據。

（5）全國地名數據。

（6）1：200000地質圖。

（7）勘探基礎數據：測網、礦井、三維探區。

（8）勘探成果數據：地震異常、一類進積、二類進積、礁體、生物礁、灘和相帶等。

（9）構造數據：斷層、等值線等（宣漢、通南巴）。

（10）井位數據。

（11）地面工程數據：天然氣管道、道路。

3.3 系統功能模塊

基於全球三維模型的油氣勘探信息管理與集成系統分為石油勘探數據管理、三維基本操作、三維GIS導航查詢、三維分析等模塊。系統主界面如圖3所示。

各個模塊的具體功能如下：

（1）石油勘探數據管理：系統利用GIS技術、XML技術、空間資料庫等技術對多尺度基礎地理信息、勘探基礎數據和成果數據、多解析度遙感影像、各種圖表和文字報告等地表地下信息進行一體化的存儲和管理。實現了對地理底圖、油氣地質勘查所獲取的資料和成果的錄（導）入、轉換、編輯及查詢等功能。另外，系統還提供了目標實體超鏈接及關聯服務，如與鑽孔相關的試驗表類屬性數據與圖形數據的關聯存儲管理功能，提供與鑽孔相關的各種基本信息及試驗結果等屬性信息的查詢等功能。

圖3 基於全球三維模型的油氣勘探數據管理平台系統界面

（2）三維基本操作功能：在全球三維場景中，實現以下功能：

放大、縮小、平移、旋轉等三維基本功能；

選擇對象、使物體居中、環繞瀏覽對象；

飛行或者跳轉到指定對象；

獲得場景中任何一點的經緯度坐標和高程值；

場景的點對象、線對象，可以實現不依賴試圖比例縮放；

提供場景的快照和列印輸出功能。

（3）三維GIS導航查詢：在全球坐標系統上實現基礎地理信息、地質數據及勘探數據的立體定位導航分析。

全球任意點定位和導航；

二維三維聯動功能；

測距、求積、高程和剖面生成；

地表實體三維建模及多種屬性管理；

可定製飛行路徑和視角的三維瀏覽功能。可自己制定飛行的路線或選擇預定義飛行路線進行三維飛行（圖4）。

（4）三維分析功能：

圖4 基於全球三維模型的油氣勘探數據管理平台設置飛行路徑

測量功能：測量距離（水平、垂直和隨地形起伏3種方式）、面積；

區域對象選擇：可以進行多邊形框選進行對象選擇，並可獲得選中區域內的對象集，可統計區域內的實體數並形成分類列表；

剖面觀察：對所選地區場景進行剖面觀察，可分析出地表起伏狀況；

等高線繪制：用矩形框選出指定范圍，可以顯示出該范圍等高線示意圖，並可隨意設定等高線顯示方式；

最佳路徑分析：根據給定的參數，如放樣間隔、上升的最大坡度、下降的最大坡度、允許的放樣寬度等信息，依據地形的走勢，自動解算出最佳的放樣線路；

視線分析：根據地面拾取兩點系統可以自動計算兩點間的通視情況；

視域分析：在場景中任選一點和視角范圍可以進行視域可見分析；

空間分析：突發事件的地點，選擇一定半徑，利用分析工具可以作出整個目標點的空間范圍，以提供決策。

4 系統應用擴展

基於全球三維模型的油氣勘探信息管理與集成系統由於採用了組件技術、基於SOA（面向服務架構）和Web Services（Web服務）等技術，不僅提供了強大的地表與地下油氣勘探信息數據管理、三維建模與模型的可視化、全球定位導航等功能，還可以進行系統擴展和專業系統集成，實現油氣勘探開發的深度應用，如野外地質踏勘路徑優選和工作安排、地震資料採集觀測系統設計和優化、探井地面井場位置優選及工程測算、開發井位部署規劃及鑽前工程分析、油氣集輸地面工程設計及方案優化、目標區塊水電路訊規劃設計及優化、全球定位系統集成和油田現場服務等。

5 結論

三維可視化技術在國內、外已經趨於成熟，但基於全球三維模型的三維地理信息系統（GIS）剛剛起步，尤其是缺少針對地表與地下油氣勘探信息三維一體化管理的經典模式和成熟經驗。本文基於Skyline TerraDeveloper所設計、開發的全球三維油氣勘探信息管理與集成系統，就是一個成功的實踐，重點研究了虛擬現實環境下互動式地表地下油氣勘探信息管理系統，給出了一種互動式虛擬現實全球導航平台的系統構成方案和原型系統。整個系統可靠性好、易於移植、便於維護，並具有很強的空間分析功能。結合三維地質建模及可視化系統的研究現狀、相關技術的發展走向以及實際工程實踐的應用需求，筆者認為，需要進一步探索、研究並解決以下問題：

（1）研究並實現現有的基於全球三維模型的空間數據集成管理平台的地上和地下三維一體化無縫集成與可視化功能。

（2）不斷豐富與其他地震三維分析軟體的介面。

（3）研究並開發基於VRML/X3D技術的網路三維可視化系統，能夠為社會大眾、專業技術人員和地質科學家提供更加普遍的支持和服務奠定基礎。

參考文獻

［1］Simon W Houlding.3D Geoscience Modeling：Computer Techniques for Geological Characterization［M］.Berlin：Springer-Verlag，1994.

［2］朱良峰，潘信，吳信才.三維地質建模及可視化系統的設計與開發［J］.岩土力學，2006，27（5）：828～832.

［3］姜素華，庄博，劉玉琴等.三維可視化技術在地震資料解釋中的應用［J］.中國海洋大學學報（自然科學版），2004，34（1）：147～152.

［4］Skyline Software System Inc.TerraDeveloper paper［EB/OL］.［2007-6-1］http://www.skylinesoft.com/.

2. TTC是什麼啊

日本TTC(電信技術委員會)成立於1985年10月，總部設在東京，是一個民間標准化組織，主管部門是MPT。其宗旨是通過制訂電信網與電信網、電信網與終端設備等之間互連的協議和標准，促進電信領域的標准化，推動標準的採用與推廣。

TTC成員分為正式成員和非正式成員。正式成員必須完全贊成協會的宗旨，全力支持協會的工作；非正式成員參加協會只是為了獲得協會的研究開發成果和制訂的標准。正式成員入會時需繳納40萬日元的入會費。非正式成員按公司或個人分別繳納20萬日元、1萬日元的入會費。隨後每年第1季度還需繳納數額相同的會費。

TTC的最高權力機構是全權大會和董事會。全權大會一般一年舉行一次例會，協會的各項重大事宜均在全權大會上決定。董事會人員不超過20位，設有1位主席、1位總裁和2位執行董事。董事會下設理事會、秘書處、技術大會等。秘書處設有秘書長，並設有常務部、計劃部、國際事務部、戰略研究與規劃部和5個技術部。技術大會一般1年舉行兩次例行會議。參加技術大會的代表不超過300人，由總裁從正式成員中選出。1個組織或機構只能有1位代表(不包括被選為主席、副主席的代表)參加技術大會並投票，其它正式成員可作為觀察員參會但不能投票，主席(1位)、副主席(1～3位)也不能投票。投票分贊成、反對、棄權，投反對和棄權票必須寫明理由。技術大會下設1個戰略研究和規劃委員會(SRPC)、5個技術委員會(TC)和1個協調委員會。SRPC和TC又設有若干工作組(WG)進行有關互連網傳輸、ISDN互連網信令、分組/幀中繼、移動通信、ISDN用戶-網路介面、PBX、LAN、MHS/OSI、網管、話音編碼等標準的制訂工作。SRPC、TC的成員從TTC正式成員中選出。正式成員所交的會費份額多，加入TC的人員就多。各WG人數最多為30位。協調委員會由技術大會、SRPC、TC的主席、副主席，以及總裁指定的人員組成，進行協調工作。