三維GIS現(xiàn)狀及在油田資源管理中的應(yīng)用

1、三維GIS現(xiàn)狀及在油田資源管理中的應(yīng)用關(guān)鍵字：三維GIS,Skyline一、三維地理信息系統(tǒng)簡介自從上世紀(jì)60年代加拿大土地調(diào)查地理信息系統(tǒng)建立以后,地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近四十年的發(fā)展已經(jīng)深入到人類社會(huì)生活的各個(gè)方面,人們已經(jīng)自覺或不自覺地享受到這種由地理、計(jì)算機(jī)、測繪等技術(shù)融合而成的技術(shù)所帶來的便利及所產(chǎn)生的效益。通常所說的地理信息系統(tǒng)默認(rèn)地是指二維地理信息系統(tǒng),它將地球表面的物體抽象成點(diǎn)、線、面之后再借助其他學(xué)科的方法進(jìn)行空間分析,以幫助人們進(jìn)行生產(chǎn)生活。但自然界的本質(zhì)是三維的,二維地理信息系統(tǒng)以及后來有學(xué)者提出的2.5維地理信息系統(tǒng)只能借助一定的抽象模型實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的模擬,這種模擬存在很多

2、自身固有的缺陷：1、非三維地理信息系統(tǒng)表示高程的模型過于復(fù)雜，如目前較成熟的TIN,GRID等；2、非三維地理信息系統(tǒng)表達(dá)無法或難以表達(dá)對象內(nèi)部情況；3、非三維地理信息系統(tǒng)中對面的交叉表達(dá)和管理難以實(shí)現(xiàn)三維建模在其他學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)有很長時(shí)間，但到近十幾年才被引入到地理信息領(lǐng)域。三維地理信息模型可以分為面模型(SurfaceModel)和體模型(VolumeModel)。面模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)重于三維空間表面的表示，如地形表面，地質(zhì)層面等，通過表面表示形成三維空間目標(biāo)表示，優(yōu)點(diǎn)是便于顯示和數(shù)據(jù)更新，不足之處是空間分析難以進(jìn)行。體模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)重于三維空間體的表示，如水體，建筑物等，通過對體的描述實(shí)

3、現(xiàn)三維空間目標(biāo)表示，其優(yōu)點(diǎn)是適于空間操作和分析，但存儲(chǔ)空間占用較大，計(jì)算速度也較慢。這兩種三維地理信息模型都對空間影像數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)二維模型中的矢量數(shù)據(jù)做到了很好的支持，使得目前的存在的三維地理信息系統(tǒng)的真實(shí)性和精確性得到了保障。但因?yàn)槟Ｐ鸵酝獾囊蛩?，如影像?shù)據(jù)龐大的體積，網(wǎng)絡(luò)帶寬的大小和穩(wěn)定性，使得三維地理信息普及性和發(fā)展速度遠(yuǎn)不及二維地理信息系統(tǒng)。NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)是最早開始進(jìn)行地球模型的研究的機(jī)構(gòu)之一，并且采用體模型實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)真正意義上的三維地球WorldWind。FileEditViewTo嫌Plug-In

4、sHelpI1-owow7OVV71a?CiE燉EiorDSm它在三維地球模型的LayerManager因HImagesBoundariesnAstrobiologyFieldGuicFlagsoftheWorldLandmarkCatadogLewisandClarkTrailHGridlines0PlacenamesLautude:33Longitude:110Headlntmt：0時(shí)血de：13DSDistance:130tFOV：4S3*FileEditViewToolsPlug-InsHelpKMT另外WorldWind還提供了月球的模型。A刃“NASAWorldWindLaUtud

5、eLongitude:HeadlTAltitude:Distance:FOVFil&EditS/ewToolsPlug-InsHelp將其產(chǎn)品升級(jí)打包后于2005年推出了GoogleEarthoSkyline是起源于以色列的一豕美國私營咼科技公司，其推出的TerraSuite系列產(chǎn)品在北美、西歐等國家和地區(qū)有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。除此之外，其他傳統(tǒng)二維GIS產(chǎn)品也或多或少地帶有一定的三維功能，如ESRI的ArcGlobe,ERDAS的STEREO模塊等，下面是GoogleEarth，SkylineTerraSuite以及目前中國市場上使用的帶有三維地理信息功能的產(chǎn)品比較：指標(biāo)GoogleEarthT

6、erraSuiteVRMap2.XIMAGISGeoStar(GeoDEMGeoGrid)ESRIArcGlobeErdasStereo完全版Browser完全版影像漫游系統(tǒng)二維、三維數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、建模；VVVXVXXVV文件操作（數(shù)據(jù)集導(dǎo)入、導(dǎo)出，工程存?。┛梢暬@示VVVVVVVVV工具（平移、VVVVVVVVX縮放、旋轉(zhuǎn)）與其他多種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換交互式空間圖形編輯VVVXVXXVV（點(diǎn)、線、面、多邊形及曲面的添加、編輯、刪除，填充等）空間圖形的VVVXVXVVX屬性管理和編輯VVVXVXXVX三維飛行編輯和管理XVVVVVV弱V錄制三維電影或生成三維景觀圖片XVVVVVX弱V紋理操

7、作VVXVXVVV空間量測（距離、面積、體積和土方量算）VXVXXXXAfr4-7,l/.三維場景光源效果分析VXVXXXVGIS分析（緩沖區(qū)分析、通視分析等）數(shù)據(jù)庫操作VVVXVXVXX（屬性查詢、統(tǒng)計(jì)分VVXVXXVX析）大量數(shù)據(jù)平滑操作快,平滑快,平滑平滑,慢平滑,慢快,平滑快,平滑中等中等中等電影播放海量數(shù)據(jù)平滑操作快,平滑快,平滑XXXXX中等電影播放基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布三維地理數(shù)據(jù)VVXXXXXXX系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定不太穩(wěn)定較穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定較穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定基于Digital側(cè)重三GIS軟件,圖像處理補(bǔ)充Earth理維動(dòng)畫僅能做三維軟件,僅能念的完全效果GIS模型,并顯制作三維3DGIS軟件功能

8、弱示飛行電影二、三維GIS中用戶瀏覽的原理SkylineTerraSuite軟件是利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和其它的2D或3D信息源，包括GIS數(shù)據(jù)集層等創(chuàng)建的一個(gè)交互式環(huán)境。它能夠允許用戶快速的融合數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫，并且有效地支持大型數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)信息流通訊技術(shù)，此系統(tǒng)還能夠快速和實(shí)時(shí)地展現(xiàn)給用戶3D地理空間影像。Skyline是獨(dú)立于硬件之外、多平臺(tái)、多功能一套軟件系統(tǒng)。TerraSuite系列產(chǎn)品為網(wǎng)絡(luò)和非網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供了一個(gè)三維交互世界的窗口。它能夠在本地或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行基本數(shù)據(jù)生成，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)分析等，該系列產(chǎn)品能夠分離開或根據(jù)用戶需求進(jìn)行用戶化的特殊定制。三維地

9、理信息是對真實(shí)世界的三維抽象，由于它比二維地理信息多了真實(shí)的（而非模擬）第三維高程信息，因而更能給人逼真的感受。人們在觀察信息時(shí)有兩種完全不同的方式，一種是觀察者處于相對靜止的狀態(tài)，被觀察物處于不斷地運(yùn)動(dòng)中，如我們站在高樓上看街道上車輛的行駛；而另一種則是被觀察物處于相對靜止的狀態(tài)，而觀察者處于不斷的運(yùn)動(dòng)中，典型的情況是人乘坐在飛機(jī)上對地物的觀察。這兩種人的觀測模式的不同在設(shè)計(jì)三維地理信息系統(tǒng)時(shí)就產(chǎn)生兩種不同的理念。其中，NASA和GoogleEarth為代表的采用了第一種模式Skyline采用與NASA和GoogleEarth類似的三維地理信息的混合體模型，它的數(shù)據(jù)格式兼容影像和適量，但它采

10、用了與另兩者完全不同的視角（View）模型。在GoogleEarth中，視角實(shí)際上是一成不變的，用戶通過鼠標(biāo)和鍵盤控制的是三維地球的移動(dòng)，軟件設(shè)計(jì)的中心理念是以目標(biāo)物為核心。而Skyline則采用了真實(shí)的視角模型，它模仿在飛行器中搭載一個(gè)攝影機(jī)，我們所見到的一切都是從攝影機(jī)中所能看到的。對于一個(gè)飛行器而言，它有方向（Direction）,仰角（Tilt）,偏角（Roll）三個(gè)基本飛行姿勢屬性，用戶可以通過這三種屬性的組合獲得前非常真實(shí)的空中視角以觀察地面物體。下圖由TerraExplorer打開的SanFrancisco的三維地理系統(tǒng)，它利用TerraSuite中提供的Location,Lab

11、el，Route,Building,DynamicObject，Message,Model等對象和DOM影像圖結(jié)合在一起，很好地展示了這個(gè)城市的整體及細(xì)節(jié)。利用左側(cè)的信息樹（Informationtree）,可以很方便平滑地飛行到指定位置（如圖中的YachtClub）或者演示預(yù)先在TerraBuilder中定義好的飛行路徑（Route）。利用控制面版彳O、中的三個(gè)工具按鈕，可以實(shí)現(xiàn)三種不同的瀏覽模式:翻轉(zhuǎn)（Tiltandturn）,旋轉(zhuǎn)（Rotate）,滑動(dòng)（Slide）。7駒碗FileEditViewProjectTerraE:-:plorerPro-SanFencisco,Californ

12、ia(D:SkySymborSkyLin已IS日門FranciscosHotelsdemoDefault,fly)NavigationCreateFl已a(bǔ)surem已itsToolsH已IpInformationofCA+_|Application+0_lBuildings&Polygons+_!Hotel1+_|Hotel2+_|Hotel3+_!Layers+QLoeations+同lFldnet9Models+_|POI-H_lProjectSanFran匚k匚口OverviewG匚右巴Hie網(wǎng)Mos匚one匚已nteryachtClubDownTownGoldenGateAOI龍艾匚i

13、tyTourCityTour-1斤CityTourGrandTourHTAlamoSquaretextlabel0THaightAshburytextlabelHTTheCastrotextlabelHTUniversityof5anFranciscotextlabel+0_lU5_5tates+_|VachtClubKfjzgr!iLouisianaFlorid*.tNWilflCrAhrrWO-TF化0唾TCifollnaVtfmowh|r-fNrwi&rkOhioc*wJEnevCalora.WelcometotheSkylines3DWorldGatewaytoBusinessAnal

14、ytics莎GOBuffering廠廠廠廠廠廠0.0KbpsFLIGHTPANELJ2DObjects3DObjectsDynamicObjectsRoute|View?a!F3DOr?ciTinK.Town:-Trr-Union“hAmenicinaniTerraE:-:plorerPro-S-anFrancisco,California(D:SkySymbolSkyLi門已S.3nFranciscosHot已1乞demoVD已仙llflyProject|Measurements|2DObjects|3DObjects|DynamicObjects|Route|ViewFileEditVie

15、wNavigatio仃CreateMeasurementsToolsHelpFLIGHTPANELBufferingrcfcccrgl0.0KbpsJInformationofCAWelcometotheSkylines3DWorldGatewaytoBusinessAnalytics+_|Application+0_lBuildings&Polygons+_!Hotel1+_|Hotel2+_|Hotel3+_!Layers+QLoeations+同lFldnet9Models+_|POI-H_lProjectSanFran匚k匚口Overview百1匚右巴Hie旳MosconeCenter

16、3?|yachl:Club|DownTownGoldenGateAOI斤xxCityTour*CityTour-1斤CityTour*GrandTourHTAlamoSquaretextlabel0THaightAshburytextlabelHTTheCastrotextlabelHTUniversityof5anFranciscotextlabel+0_lU5_5tates+_|VachtClubTerraSuite由TerraBuilder,TerraExplorer,TerraGate三個(gè)主要產(chǎn)品組成。TerraBuilder按照精確的三維地理信息模型將大量的影像，高程和適量數(shù)據(jù)集中在

17、一起并建立三維地理信息數(shù)據(jù)庫；TerraExplorer是一用于連接并查看二三維地理信息數(shù)據(jù)的桌面軟件,利用它可以進(jìn)行信息的查看,并實(shí)現(xiàn)空間三維分析等。TerraGate則是用于將三維地理信息進(jìn)行Internet發(fā)布的服務(wù)器端軟件。這三個(gè)產(chǎn)品及其他附加的擴(kuò)展功能模塊一起組成了一個(gè)成熟的三維地理信息系統(tǒng)解決方案,可以廣泛用于旅游,交通,城市規(guī)劃,石油,國土資源管理等領(lǐng)域。在這些可以直接使用的新產(chǎn)品之外，Skyline提供了一套可由開發(fā)人員進(jìn)行定制開發(fā)的Developer擴(kuò)展模塊,它基于COM技術(shù)設(shè)計(jì),可直接由現(xiàn)在成熟的編程語言進(jìn)行自定義開發(fā)。Developer由兩個(gè)可視化控件和一組類及接口構(gòu)成，

18、開發(fā)人員完全可以利用它重新開發(fā)出TerraExplorer等產(chǎn)品。有了Developer，可以根據(jù)具體的用戶需求三、新疆油田準(zhǔn)噶爾盆地三維地理信息系統(tǒng)新疆油田公司是中國西部最大的石油生產(chǎn)企業(yè)，尤其是準(zhǔn)噶爾盆地，油氣資源十分豐富，預(yù)測石油資源總量為86億噸，天然氣為2.1萬億立方米，目前石油探明率僅為21.4%，天然氣探明率不到3.64%，勘探前景廣闊，發(fā)展?jié)摿薮蟆?zhǔn)噶爾盆地面積約38萬平方公里，由戈壁和系列低山丘陵組成，廣闊的面積和復(fù)雜地理環(huán)境給油氣資源的開采帶來很大的不便，為提高企業(yè)工作效率，改變傳統(tǒng)的開采方式和管理理方法，新疆油田公司在國內(nèi)石油行業(yè)率先提出了建設(shè)“數(shù)字油田”的構(gòu)想，并先后建成了準(zhǔn)噶爾盆地基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，勘探系統(tǒng)和三維地理信息系統(tǒng)。石西作業(yè)區(qū)基礎(chǔ)地理I空間三維3影0I勘探圖形J行影像數(shù)據(jù)集成的特殊性，客戶端鄉(xiāng)0百口泉茶油廠其中三維地理信息部分采用的就是基像數(shù)據(jù)庫采用MPT格式存儲(chǔ)，然后再以TerraGate進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，由TerraExplorer和Developer提供的COM組件進(jìn)行基于.NET平臺(tái)的開:采油二廠O幷了.巧東峯油line的TerraSuit