GIS在石油行业中的应用

在石油工业中，发现新的石油资源，取得竞争优势，是成功的关键之一。GIS系统能帮助评估潜在的石油资源，及时、准确、直观地定位油气资源的空间分布及其特征，以正确有效地开展部署勘探开发工作，占领市场先机。

石油勘探要求分析许多不同类型的数据，诸如：卫星影像、数字航空相片镶嵌、地震勘探、地表地质研究、地下和横断面影像、以及井位和现有的基础下部构造信息。GIS系统能够综合这些信息，彻底地分析潜在的资源，以发现新的资源或扩展现有资源。

设备管理 

全球石油自然资源由于处在地表下部结构中，因此管理困难、工作量十分庞大。作为一个大型的、综合石油公司，必须跟踪从钻井，到管线网络，到炼油厂的每一个过程，在油田这样一个复杂而地域广阔的环境下，有效地规划、操作和维护这些设施显得十分重要和迫切。 

通常，一个储藏量的发现乃至它的商业收益很大程度上依赖于勘探和生产的设备和管道设施。GIS能够集成传统的基础管理系统如CAD、属性记录和扫描的文件，并能赋予它们真实的地理位置和相关属性。并在此基础上位设施管理维护服务。

与地理相关的管道工业 

竞争的加剧和石油工业的结构调整，要求石油天然气管道的管理这个石油企业普遍关心的问题得以更好地解决。这就要求管道操作员以更加有效可靠的方式来操作。能全面准确地掌握资产信息的地理分布，以便在发生紧急情况时具备很好的应变能力。 

GIS技术组织和管理这些管道数据。可以进行石油管道网络分析、追踪分析、迅速制定关阀门方案等，提高管理能力，增强市场竞争力。

利用GIS技术可以实现管网图形数据和属性数据的计算机录入、编辑；对管线及各种设施进行属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析；对各类图形（包括管线的横断面图和纵断面图）及统计分析报表显示和输出；为爆管、漏水事故的抢修、维修提供关闸方案，派工单及用户停水通知单，从而实现管网的信息化管理，为管网的改造优化和扩建提供辅助决策支持。通过GIS的集成，使得管网图形库、属性数据库及外部数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效，而且易于动态更新，为日后管网的优化调度奠定良好的基础，从而大大提高了管网管理工作的效率和质量。

二、GIS简介 

GIS（Geographic Information System）,中文译名“地理信息系统”，是国际上20世纪60年代以来发展起来的一门新兴技术。它是利用现代计算机图形和数据库技术来处理地理空间及其相关数据的计算机系统，是融地理学、测量学、几何学、计算机科学和应用对象为一体的综合性高新技术。其最大的特点就在于: 它能把地球表面空间事物的地理位置及其特征有机地结合在一起，并通过计算机屏幕形象、直观地显示出来。这一特点使得GIS具有更加广泛的用途。1963年，加拿大建立了世界上第一个地理信息系统（CGIS）。随后美国、澳大利亚、欧洲、日本和巴西等国也相继建立各自的地理信息系统。以上这些国家都是比较早从事GIS研究与开发的国家，也都是GIS技术比较发达的国家。

2.1 GIS系统组成

GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对地理空间数据及其相关属性数据进行采集、输入、存储、编辑、查询、分析、显示输出和更新的应用技术系统。

GIS一般由以下四大部分组成:

(1)硬件

GIS的硬件是一组电子设备。它通常包括中央处理器（CPU）、磁盘存储器、显示器、绘图仪、数字化仪和扫描仪等。其中，中央处理器用来处理数据，磁盘存储器用来存储数据和程序，数字化仪和扫描仪用来输入数据，显示器和绘图仪用来显示与输出数据。

(2)软件

GIS的软件是一个含若干程序模块的软件包。它主要包括数据输入和格式转换模块、数据编辑模块、数据管理模块、数据操作模块以及数据显示和输出模块等。其中，数据输入和转换模块负责空间数据及属性数据的输入，实现不同的GIS数据格式之间的互为转换; 数据编辑模块负责建立空间数据的拓扑关系，实现空间数据和属性数据的关联，完成数据的增加、删除和修改; 数据管理模块负责数据库的定义、建立、访问和维护; 数据操作模块负责对空间数据进行放大、缩小和漫游操作，对空间数据及属性数据进行双向查询，对空间数据进行缓冲区分析、叠加分析及网络分析等;
数据显示和输出模块负责显示或输出地形图、专题图、文档与表格。

(3)数据

GIS的数据是和空间地理要素相关的数据。GIS数据按类型可分为空间数据和属性数据。其中空间数据通常为几何图形或图像数据，属性数据通常为文档或表格数据。GIS数据按内容又可以分为基础数据，如地质、地貌、地形数据; 专题数据，如规划、房地产、交通、环保、公用事业、公安和消防等数据; 宏观数据，如综合统计指标数据。

(4)用户

GIS的用户是使用GIS的操作者。这些操作者必须受过严格的培训，具有GIS的基本概念，熟悉专业的管理业务，具备通用的计算机操作能力，能够在实际工作中运用GIS软件来处理管理中的日常事物。

2.2 GIS基本原理

2.2.1数据采集

建设GIS的首要工作是建立地理数据库，而建立地理数据库的第一步是要确定其数据源并获取数据。GIS的数据源是多种多样的，从总体上可分为空间数据和属性数据两大类。空间数据也称几何图形与图像数据，它包括现在的和历史的地形图、专题图及遥感影像等。其中地形图是空间数据最重要的数据源。属性数据也称文档与表格数据，它包括所有与地理要素有关的特征信息，如某个街区的面积、人口、绿化率及配套设施等。

在收集好各种数据资料之后，还必须对这些数据资料进行分类和标准化。分类就是将数据按客观的特征进行归纳、分层和分级，以便今后系统对这些数据进行扩充、更新和维护。标准化就是确定数据的统一格式和编码，这有利于保障数据的正确性和对数据进行检索与分析。在完成数据资料的收集，并经过分类和标准化处理以后，就可将数据输入到计算机中。 

2.2.2空间数据结构

GIS的核心是地理数据库，而地理数据库中最重要的数据是空间数据。空间数据结构就是指空间数据在地理信息系统内的组织和编码形式。

(1)空间数据表示

人们可以用自己的眼睛来有效地识别地球表面的各种实物，但计算机却做不到。要使计算机能够识别这些实物，则必须先由人将地球表面的各种实物抽象化，再通过形象的几何图形或图像数据即空间数据加以描述之后，才能让计算机对其进行识别。空间数据有两种基本的描述形式: 栅格数据和矢量数据。这两种数据描述现实世界的具体方法见上图。

(2)栅格数据结构

栅格数据的结构实际上就是像元阵列，每个像元由行和列来确定它的位置，并有一个唯一的值与之对应。栅格数据是对地理空间信息的量化和离散描述，其每个像元的值可以用1位二进制来表示，可以用1个字节来表示，也可以用3个字节来表示。栅格数据结构强调的是图像。这种结构的数据简单、直观，便于人的肉眼进行识别，适合于作GIS的背景显示。

(3)矢量数据结构

矢量数据的结构实际上就是坐标集合，这些坐标集可以精确地定义图形的位置、形状和大小。其最常用的坐标系是二维笛卡尔平面直角坐标系。 

矢量数据结构强调的是几何图形。这种结构的数据相对栅格结构的数据精度高，所占空间小，是高效的图形数据结构。它可以清楚地表示点、线、面各空间实体之间的关系，在GIS中便于计算机进行识别以及作空间查询与分析。

无论是矢量数据还是栅格数据，它们在GIS中都有其特定的作用，不能简单地强调某种数据描述的重要性。只有将矢量数据和栅格数据结合起来使用，才能使GIS发挥最佳的效果。

2.2.3编辑与管理

地理数据通过数据采集并按既定的数据结构被输入到计算机里之后，还需要对其进行编辑与管理。其中编辑的主要任务有:

(1)建立空间数据的拓扑关系。所谓拓扑关系是指几何图形元素之间的链接关系。对空间数据建立拓扑关系有利于GIS对其进行查找和分析。

(2)实现空间数据和属性数据的连接。空间数据和属性数据在GIS中是以不同的组织形式分别存储，但是GIS又要对这些数据进行综合性处理，因此这就需要在它们之间通过一个与空间数据和属性数据两者一起存储的唯一的标识符来连接。

(3)完成数据的增加、删除和修改。这项处理是GIS一项经常性的操作。在系统进行更新和维护时尤其如此

三、GIS在石油中的优势 

3.1海量数据的存储

企业级信息系统以及社会级信息系统的核心是数据仓库，用来存储和管理所有的空间和属性数据。GIS具有海量数据的存储和管理能力。

3.2长事务处理和版本管理

通常RDBMS采用“锁定-修改-释放”的策略以实现其对多用户并发操作数据库的控制。但这种策略不很适合用于处理地理数据的DBMS，尤其在石油行业。有些业务，可以几分钟完成，但有些业务由于其特殊性，也可能要花几个月的时间。这种情形即所谓的“长事务处理”。GIS软件能使多个用户可以同时编辑一个图形数据库，甚至是同一空间要素。可以很好地保证数据的一致性，同时实现多用户高效得并发访问机制。

3.3集成性

GIS系统在实际应用中可以跟其它诸如MIS系统结合。 我们常常会谈论到所谓“无缝集成”的问题。对于“无缝”，其实是因为许多软件系统在与外部系统连接时是“有缝”的，甚至是“两层皮”，无法很好地集成和融合。GIS软件可以提供相应手段以实现高度集成的可能。

3.4移动GIS

随着GPS，轻巧的移动计算设备与软件的整合，人们将越来越多地看到用于野外测量和更新的数据采集和编辑应用。特别是这些移动设备多为无线设备，因此数据采集时可以直接和迅速的将测量信息返回在线GIS数据库进行更新。

    运用GIS技术可将地理信息、生产信息、动态监测信息、多媒体信息等融为一体，实现地下地面化、藏量可视化的管理模式。

四、3DGIS的应用

随着信息技术的高速发展，GIS由二维发展到三维，三维GIS是GIS的一个重要发展趋势，它区别于以往的二维GIS。二维 GIS是始于二十世纪六十年代的机助制图，今天已深入到社会的各行各业中，但是二维GIS存在着自身难以克服的缺陷，本质上是基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的本原感受。虽然能够表达出表面起伏的地形，但地形下面的信息却不具有，世界的本原是处在三维空间中的，二维GIS将现实世界简化为平面上二维投影的概念模型注定了它在描述三维空间现象上的无能为力。三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术给用户展现地理空间现象，能方便地对空间对象进行三维空间分析和操作。

采用三维GIS可提供精确方位，在地图上通过三维立体图像可以直观显示石油管线铺设情况，若发生突发事件比如石油泄漏，电子地图上会定位显示，工作人员可调出监控的现场画面，迅速提供泄漏点周边相关信息，及时制定抢修方案。如今三维GIS已经开始试用于各行各业中。