基于ArcGIS的油田事故应急指挥系统的设计与实现.docx

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基于ArcGIS的油田事故应急指挥系统的设计与实现

摘要

地理信息系统是以地理空间数据为基础的软件技术，经过三十多年的发展,GIS的理论和技术日趋成熟,已广泛应用于测绘、土地、环境、电力和交通等诸多领域。

但是随着应用的深入,特别是在用户需要一些专题性功能时,目前常用的地理信息系统软件所支持的功能就显得远远不够了，所以必须对已有的地理信息系统软件进行二次开发,建立用户所需的专题地理信息系统。

油田事故应急指挥系统,就是在C#语言的环境下,在VisualStudio2008软件开发平台上对ArcGIS进行的二次开发。

本文以VisualStudio2008和ArcGIS为开发平台，应用C#编程语言结合Oracle数据库，设计完成油田应急指挥系统。

利用ArcGIS和Oracle数据库，实现属性数据和空间数据的对接；通过编程实现事故点定位、脱水站、油管道、油井、转油站、计量间等基础信息的查询；并通过分析查询信息迅速生成应急预案,从而为油田现场事故动态分析提供一个工作应用平台。

关键词：

地理信息系统；油田应急指挥；Oracle9i；VisualStudio2008

Abstract

Thegeographicinformationsystemisasoftwaretechnologythatisbasedongeospatialdata.After30yearsofdevelopment,GIStheoryandtechnologyhasmaturedandhasbeenwidelyusedinmapping,land,environment,electricity,transportandtheotherareas.However,withtheapplicationofin-depth,especiallywhentheusersneedsomespecialfeatures,thecurrentcommonlyusedGISsoftwaretosupportthefunctionbecomesinsufficient.Sotheexistinggeographicinformationsystemsoftwaremustbedevelopedsecondarilyandthethematicgeographicinformationsystemmustbeestablishedforusers.OilfieldemergencycommandsystemisthesecondarydevelopmentofArcGISintheC#languageenvironmentandtheVisualStudio2008softwaredevelopmentplatform.

Inthispaper,oilfieldemergencycommandsystem,usingVisualStudio2008andArcGISasdevelopmentplatformiscompletedwiththeapplicationofC#languageandOracledatabase.ThroughArcGISandOracledatabase,thedockingofattributedataandspatialdataisachieved;thequeryofbasicinformationsuchasaccidentpointpositioning,dehydrationstations,oilpipelines,oiltransferstationsandmeasurementisrealizedbyprogramming;byanalyzingthequeryinformation,emergencyplansarequicklygeneratedandaworkingapplicationplatformisprovidedforthedynamicanalysisofoilfieldaccidents.

Keywords:

geographicinformationsystem;oilemergencycommand;Oracle9i;VisualStudio2008

第1章概述

1.1研究背景和意义

人类社会正在向信息化社会迈进，作为信息技术重要组成部分的空间信息技术，其发展与应用是20世纪最有冲击力的科技突破。

在过去的几十年中，以遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和卫星定位系统（GPS）技术为代表的3S技术应用已在国家经济建设的诸多领域发挥了重要的作用。

然而在更多的油田安全管理中，更多的重视常规的安全管理，常常忽视了对空间地理信息的研究。

通常油田事故发生时不仅会导致巨大的经济损失，还可能导致灾难性的后果，厂区内部和邻近地区人员的生命与财产都将遭受巨大损失和危害，同时还可能对生态环境造成不可逆性损害，而这些都是与空间信息密切相关的。

通过GIS进行科学的、合理的安全管理，能够及时准确地确定油田事故发生地的地理位置，估算发生事故后的涉及范围。

通过对油田事故应急指挥系统的管理和查询，可以为各事故急救指挥中心形象、直观地提供有关基础数据，在事故来临后提供应急决策支持，保护厂区内部和邻近地区人员的生命与财产。

1.2国内外研究现状

GIS技术是20世纪60年代发展起来的一项集空间数据与相关属性数据管理、处理与分析于一体的计算机技术。

W.L.Carrison于1965年首先提出地理信息系统这一术语，开创了这一新技术的发展历史。

此后，美国、加拿大、英国、澳大利亚等发达国家均对其投入了大量的人力、物力和财力，并率先使GIS商业化、社会化、产业化。

国外尤其美国、印度、加拿大等国家对GIS应用于油田研究已做了很多工作。

从20世纪80年代至今，GIS技术的应用已从数据管理、多源数据集数字化输入和绘图输出，到数字高层模型（DEM）或数字油田模型的使用、GIS结合油田模型的扩展分析、GIS与决策支持系统（DSS）的集成，并逐步发展与深入应用。

国外油田非常重视信息化建设,虽没有明确提出建设数字油田,但都在着手建设“数字化油气公司”或“智能油田”。

20世纪90年代后期,数字油田的概念就在国内石油行业被提出,但这时的数字油田概念仅仅局限在勘探开发科研成果的三维可视化基础上；到本世纪初,国内石油行业才展开对数字油田概念的讨论,比较典型的是大庆油田王权提出的七层广义数字油田架构模型,何生厚等学者提出的基于技术为主的数字油田的组成,李智、陈强等学者提出的基于虚拟可视化决策为主要内容的数字油田系统结构。

大庆方案包含内容比较全面,充分考虑了国内油田的具体实际,比较系统地阐述了不同流派对数字油田的认识；基于技术方案则偏重于油田可视化方面的应用,基于虚拟可视化决策模型方案则更偏重于勘探开发辅助决策,对油田的生产和经营管理考虑的较少[1]。

1.3研究内容

●ArcGIS软件体系

●Oracle数据库的设计与实现

●VisualStudio2008开发平台的使用

●利用C#语言对本开发系统各个功能模块的构建

1.4论文安排

本论文分四章进行阐述：

第一章简要介绍本课题研究的背景和意义、油田事故应急指挥系统的现状及论文研究的主要内容和论文安排。

第二章主要介绍本课题使用的软件平台、地理信息系统，相关组件和数据库。

第三章概述系统的总体设计，说明设计目标、设计原则及系统的总体框架。

第四章系统的详细设计，阐述了系统前期画图准备、数据库建立和各个模块的实现流程图及功能。

第2章相关理论和技术

2.1地理信息系统

地理信息系统（GeographicInformationSystem），简称GIS，它是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成[2]。

简单的说，GIS系统将描述位置（地方）的层信息结合在一起，通过这些信息可以使你更好地认识这个位置（地方）[3]。

你可以按照需要选择使用哪些层信息，比如找一个更好的地段设立店铺、分析环境危害、通过综合城市中相同的犯罪，发现犯罪类型等等。

从1978年以来，ESRI相继推出了多个版本系列的GIS软件，其产品不断更新扩展，构成适用各种用户和机型的系列产品。

ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。

ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。

ArcGIS9由ESRI在2004年推出，是一个统一的地理信息系统平台，由数据服务器ArcSDE及4个基础框架组成：

桌面软件Desktop、服务器GIS、嵌入式GIS和移动GIS[4]。

1.DesktopGIS

DesktopGIS包含诸如ArcMap，ArcCatalog，ArcToobox以及ArcGlobe等在内的用户界面组件，其功能可分为三个级别：

ArcView，ArcEditor和ArcInfo，而ArcReader则是一个免费地图浏览器组件。

其中，ArcView、ArcEdior、ArcInfo是三级不同的桌面软件系统，共用通用的结构、通用的编码基数、通用的扩展模块和统一的开发环境，功能由简单到复杂。

2.ServerGIS

ArcGIS9所包含的三种服务端产品：

ArcSDE、ArcIMS和ArcGISServer。

ArcSDE是管理地理信息的高级空间数据服务器。

ArcIMS则是一个可伸缩的，通过开放的Internet协议进行GIS地图，数据和元数据发布的地图服务器。

ArcGISServer是应用服务器，用于构建集中式的企业GIS应用，基于SOAP的Webservices和Web应用，含在企业和Web框架上建设服务端GIS应用的共享GIS软件对象库。

3.EmbeddedGIS

在嵌入式GIS支持方面，ArcGIS9提供了ArcGISEngine，是应用ArcGISDesktop应用框架之外的嵌入式ArcGIS组件。

使用ArcGISEngine，开发者在C++，COM，.NET和Java环境中使用简单的接口获取任意GIS功能的组合来构建专门的GIS应用解决方案。

4.MobileGIS

在移动GIS方面，ArcGIS9提供了实现简单GIS操作的ArcPad和实现高级GIS复杂操作的MobileArcGISDesktopSystem。

ArcPad是ArcGIS实现简单的移动GIS和野外计算之解决方案；ArcGISDesktop和ArcGISEngine集中组建的MobileArcGISDesktopSystems一般在高端平板电脑上执行，以执行GIS分析和决策分析的野外工作任务。

5.Geodatabase

Geodatabase是geographicdatabase的简写，是一种在专题图层和空间表达中组织GIS数据的核心地理信息模型，是一套获取和管理GIS数据的全面的应用逻辑和工具。

不管是客户端的应用（如ArcGISDesktop），服务器配置（如ArcGISServer），还是嵌入式的定制开发（ArcGISEngine）都可以运用Geodatabase的应用逻辑。

Geodatabase还是一个基于GIS和DBMS标准的物理数据存储库，可以应用于多用户访问、个人DBMS以及XML等情形[5]。

Geodatabase对众多的存储机制开放，包括诸如DBMS存储、文件型存储或者XML方法存储之类，并不局限于某个DBMS的供应商。

2.2相关组件库介绍

ArcObjects是一个提供GIS功能的组件库，ArcGISDesktop、ArcGISEngine和ArcGISServer都是基于核心组件ArcObjects搭建[6]。

ArcObjects组件库有3000多个对象可供开发人员调用，为开发人员集成了大量的GIS功能，可以快速的帮助开发人员进行GIS项目的开发。

由于ArcGISDesktop、ArcGISEngine和ArcGISServer三个产品都是基于ArcObjects搭建的应用，那么对于开发人员来说ArcObjects的开发经验在这三个产品中是通用的。

开发人员可以通过ArcObjects来扩展ArcGISDesktop，定制ArcGISEngine应用，使用ArcGISServer实现企业级的GIS应用。

ArcGIS可以在多种编程环境中进行开发，其中包括：

C++、支持COM的编程语言、.NET、Java等。

2004年，美国ESRI发布ArcGISEngine，ArcGISEngine开发包提供了一系列可以在ArcGISDesktop框架之外使用的GIS组件，ArcGISEngine的出现对于需要使用ArcObjects的开发人员来说是个福音，因为ArcGISEngine发布之前，基于ArcObjects的开发只能在庞大的ArcGISDesktop框架下进行[7]。

ArcObjects与ArcEngine的联系与区别：

联系：

1.ArcEngine包括核心ArcObjects的功能，是对AO中的大部分接口、类等进行封装所构成的嵌入式组件。

2.AE中的组件接口、方法、属性与AO是相同的。

区别：

1.开发环境：

ArcObjects必须依赖ArcGISDesktop桌面平台，即购买安装了ArcGISDesktop的同时，安装ArcObjects，才能利用AO进行开发；ArcEngine是独立的嵌入式组件，不依赖ArcGISDesktop桌面平台，直接安装ArcEngineRuntime和DeveloperKit后，即可利用其在不同开发语言环境下开发。

2.功能：

AO的功能更强大，AE的功能相对弱些，AE不具备AO的少部分功能。

2.3Oracle9i介绍

Oracle是采用Internet计算模式的倡导者之一，在数据库领域一直处于领先地位。

Oracle公司成立于1977年，最初是一家专门开发数据库的公司。

在1984年首先将关系数据库转到了桌面计算机上。

在随后的几个版本中，Oracle不断推出分布式数据库、客户/服务器结构、锁定模式以及对称多处理计算机的支持等技术。

最新的Oracle9i增加了对象技术，成为了关系--对象数据库系统[8]。

目前，Oracle产品覆盖了大、中、小型机等几十种机型，Oracle数据库成为世界上使用最广泛的关系数据系统之一。

Oracle关键基础结构领域的特征[9]:

（1）实现连续的数据可用性

Oracle9i大幅度地扩展了Oracle在Internet数据库可用性方面的地位。

其中包括：

①世界领先的数据保护环境

Oracle9i包括了许多改进数据保护的新特性。

除了对现有的Standby产品进行了重点增强外，还包括了一个提供监视、自动化和控制的框架。

与管理备用数据有关的许多任务也是自动化的，包括初始化实现、错误跳转和轻松的主从之间的来回切换。

在Oracle9i中还增强了LogMiner，以便提供全面的基于SQL的日志分析。

②联机数据演变

Oracle9i包含了一个新的联机重新组织和重新定义结构，此体系提供了更为强大的重新组织功能。

Oracle9i目前允许连机“CreateTableAsSelect”操作。

在新的体系结构中，表的内容被复制到一个新表中，在复制内容的同时，数据库跟踪对原始表的更新。

使用新的体系结构，可以连机更改表的任何物理属性，另外许多逻辑属性都可以更改。

Oracle9i还支持索引编排表上级次索引的联机创建、重建等。

管理员也能快速的停止数据库以便执行要求非活动事务处理的操作。

③准确的数据库修复

Oracle8i包含非常完备的恢复功能，Oracle9i通过使这些功能更强大和更准确对它们进行了扩展。

Oracle9i包括对磁盘损坏的更好预防和改进的处理方法。

Oracle9i也可以通过使用新的两关口恢复算法更快地从崩溃中恢复过来，此算法确保只有那些需要处理的块才从数据文件中读取和写入数据文件。

④自我服务错误更正

Oracle9i包含处理人为错误的强大技巧，包含授权终端用户以更准确、更有效和更容易的方式更正其自身错误的功能。

要更改错误，终端用户需要能够通过查看更改历史识别错误，并且他们需要能够通过将数据恢复为错误发生之前的数据来退出错误。

查询方法有两种，一种是利用Oracle9i的Flashback（回闪式）的查询特性允许从过去的某一点来查询数据，一种是用Logminer从日志文件中查寻数据库的更改历史。

（2）可伸缩性和性能

Oracle9i允许电子商务扩展到千万用户，每个用户每小时都执行数百万事物处理。

包括：

①Oracle9iRealApplicationClusters-CacheFusion

Oracle9iRealApplicationClusters可以使所用的应用程序不经修改便能获得数据库的高可用性、可伸缩性和高性能。

Oracle9iCacheFusion体系结构中利用簇中所有节点的聚合高速缓存来满足数据库请求。

Oracle9iCacheFusion在读/读、读/写和写/写争用的情况下直接将数据块从一个节点的高速缓存运送到另一个节点的高速缓存。

这建立在处理读/写争用以前的Oracle8iCacheFusion执行的基础之上。

②可伸缩的会话状态管理

新的共享内存功能、JAVA会话支持的改进、联网和多线成服务器改进大大减少了Oracle9i上每个用户所需的覆盖区--允许将更多的用户托管在同一个或更大的硬件平台上。

③对电子商务起关键作用的优化特性

Oracle9i中的特定性能改进集中于改进对电子商务解决方案起关键作用的领域和性能。

对本地编译改进的PL/SQL优化的支持大大提高了当今许多应用程序的性能。

对应用程序服务器和后端的Oracle9i数据库之间的连接来说，OracleNetServices新特性--VI（VirtualInterface，虚拟接口）Protocol支持性能改善10%。

此外，特定的网络接口优化、新改进的虚拟线路I/O和统一的事件/等待模式都大大提高了客户机/服务器的通信性能。

通过使用OCI来重做数据库/数据库通信提高了分布式数据库的性能。

（3）可管理性

管理是Oracle9i主要改进之一。

Oracle9i采取的管理方法有五个方面：

①自我管理数据

Oracle9i数据库能够管理其自身的撤销（回退，Rollback）段--管理员不再需要仔细规划并优化回退段的数目和大小，或者为如何在策略上将事务处理分配给特定的回退段而操心。

内存管理是Oracle9i中给予重大管的另一个领域。

②改进的和简化的操作管理

数据库的其他传统管理领域也得到了改进。

随着Oracle9i中持久地INIT.ORA特性的引入，参数改变在多次关闭中持续存在。

③精细的、自动化的资源管理

在Oracle8i中引入DatabaseResourceManager在Oracle9i中得到了极大地增强，能够对更细小的资源进行控制，并且增加了一些新的特性。

④管理工具和技巧

Oracle9i也提供了新的特性、工具和技巧，使管理员留下了很少的工作成了一件乐事。

在Oracle9i中，OracleEnterpriseManager继续提供支持数据库和整个电子商务平台的新功能的易用管理工具。

为了进一步简化管理任务，增强了OracleEnterpriseManager包括有指导的专家诊断和问题解决方案。

所有的基本管理功能是基于WEB的，管理员可以直接从WEB浏览器管理其系统。

⑤端到端的系统管理解决方案

在Oracle9i中，OracleEnterpriseManager也允许管理员超出仅监视单个目标（如数据库）的性能这一范围，管理员能够监视基于Oracle的整个系统的响应，并确保它们满足所需要的商业服务级别约定。

（4）Windows集成

Oracle9i作为基于Windows2000平台上的领导地位。

包括：

①与Windows2000的集成

Oracle9i支持与MicrosoftTransactionServise、MicrosoftMessageQueuing和InternetInformationServices的更好集成。

Oracle9i中的PKI体系结构和SingleSignon功能也与Windows2000、ActiveDirectory和MicrosoftCertificateStore很好的集成在一起。

②在MSWindows平台上开发和部署

对于Windows开发者，Oracle9i提供了一个增强的本地OLEDBprovider。

OracleObjectforWindows支持XML、DatabaseEvent（数据库事件）和Oracle9iOCI扩展。

实现基于Oracle的分布式数据库查询[10]:

由于油田数据库系统较为完善，并放在不同的部门，可把这些物理上存放于网络的多个Oracle数据库，逻辑上可以看成一个单个的大数据库.用户可以通过网络对异地数据库中的数据同时进行存取，而服务器之问的协同处理对于工作站用户及应用程序而言是完全透明的，这样就无需关心网络的链接细节、无需关心数据在网络接点中的具体分布情况、也无需关心服务器之问的协调工作过程。

下面简要阐述实现过程。

数据库系统服务器包括两部分，一是数据库管理系统，一是分布式数据库接口。

数据库管理系统负责管理本地的数据库，完成用户的各种对本地数据的操作。

分布式数据库接口负责完成与远程用户的连接，接受远程用户对本地数据库的操作，并返回结果。

同时，分布式数据库接口还负责完成远程用户对其他分布式数据库的操作请求，它通过服务器对服务器连接方式，完成用户请求操作，并返回结果。

2.4VisualStudio2008

VisualStudio2008是一套完整的开发工具集，用于生成ASP.NETWeb应用程序、XMLWebServices、桌面应用程序和移动应用程序[11]。

VisualBasic、VisualC++、VisualC#和VisualJ#全都使用相同的集成开发环境（IDE），利用此IDE可以共享工具且有助于创建混合语言解决方案。

使用VisualStudio2008可以高效开发Windows应用，设计器中可以实时反映变更XAML中智能感知功能可以提高开发效率。

同时VisualStudio2008支持项目模板、调试器和部署程序。

VisualStudio2008还可以高效开发Web应用，集成了ASP.NETAJAX1.0，包含ASP.NETAJAX项目模板，它还可以高效开发Offic