0 引言
油田企业的业务范围包括油气勘探、开发生产、储运集输、水电通讯、矿区服务等几个主要方面，而地面工程在这几个业务中都具有重要作用。地面工程包括井位建设、管线铺设、供水供电等油田基础设施建设，建设空间分布十分广泛。从野外采油队到采油厂到处理站，长输管线空间穿越距离长达数十乃至数百公里。数万口油气水井分散在各采油厂开发区域内，井场周边遍布农田、村舍、树林、河流等，纵横交错的道路、管线、电力线如同一张立体的网络覆盖在油区，不同功能的计量间、注入站和接转站像网络节点一样将分散的井场连接起来。在油田公司，管道输油、区域消防、供电、供水、道路、通信及其它配套系统也是一张复杂的纵横交错的网络。面对如此庞大的地面建设工程，采用地理信息系统管理业务单元是油田企业的必然选择。借助于地理信息系统，将结构复杂、功能繁多、分布零散、时空跨度大的各类空间实体，采用图形、图表和数表的形式集成在一张底图上，具有信息集成度高、直观明确的特点。可以为各类业务人员和生产管理人员提供极大的便利。
在多年的信息化建设中，油田企业面向不同的业务板块都建设了数量和程度不等的地理信息系统，在一定程度上促进了业务的发展。但是，随着应用向深度和广度的开展，一些问题也逐步暴露出来。例如：数据共享效率低下，孤立的应用系统难以集成等。这些问题严重制约地理信息系统的进一步应用。因此，新疆油田决定构建全油田统一的地理信息共享与服务平台，消除地理信息应用瓶颈，为企业信息化的长远发展奠定基础。
1 共享与服务平台建设要求
1.1总体建设要求
随着数字化油田向智能化油田的快速迈进，各业务单位对地理信息系统的应用也提出了更高的要求。为了更好地管理油田地理信息数据，提高数据的共享使用效率，方便业务单位快速搭建高效率的油田应用系统，降低信息孤岛带来的负面效应，在全企业范围内建设统一的地理信息共享与服务平台。基本要求如下：
(1)全面实现油田地理信息数据的高效率共享，整合现有油田地理信息资源，实现基于网络化运行环境的地理信息资源互联互通;
(2)建设全油田统一的地理信息应用平台，方便构建跨业务的高集成度应用系统;
(3)采用云技术架构体系，全面提高硬件设备的利用效率，建设高效率应用环境;
(4)基于云技术构建云服务，为应用系统提供基本的功能接口与调用服务，避免重复的功能开发，提高应用效率。
1.2总体建设目标
以天地图为基本建设平台，依托天地图西北信息节点的技术支持，新疆油田地理信息共享与服务平台将面向未来智能油田业务需要，确定总体建设目标如下：
(1)实现国家地理信息平台数据和油田自身数据的有效结合，构建一体化的数据服务体系。
(2)建成分布式地理信息服务系统，提供油田信息浏览、标图制图、导航定位、信息加载、系统搭建等网络化油田基础地理信息服务功能。
(3)建成二次开发接口，为各部门提供基于地理信息的在线油田业务服务。
(4)形成业务化运行维护与管理机制。建立健全地理信息共享服务平台运行维护有关规定和管理办法，形成不间断运行服务机制，为平台的资源管理、服务调度、运行监控及适时更新提供有力的保障。
2 共享与服务平台技术实现
2.1总体技术架构
根据项目建设要求和建设目标，结合天地图平台的数据优势和技术特点，设计了油田地理信息数据共享与服务平台的总体架构，如下：
图1 地理信息共享与服务平台总体架构
Fig. 1 the overall architecture of geographic information sharing and service platform
该平台由基本保障与三层技术架构构成。基本保障包括：数据规范、技术标准、管理制度、安全保障机制等。三层技术架构即运行支撑层、数据层、服务层，其上是油田应用层。各层的组成和内涵说明如下。
(一)运行支撑层
主要是基础硬件环境：服务器集群、服务器、存储备份设备、网络、定位系统、测绘基准等基础设施。
(二)数据层
存储油田地理信息系统运行的基础数据，包括地理信息数据和专业数据。
(1)天地图平台公共地理框架数据：包括地理实体数据、地名地址数据、电子地图数据、影像数据、高程数据五类。可作为油田地理信息数据的有益补充。
(2)油田基础空间数据：油田历史上自建的基础地理信息数据，包括：河流交通数据、航飞影像数据、卫星影像数据、三维高程等。通过制图处理，生成的JPG或TPF格式的图片文件，用金字塔规则处理和组织，提供瓦片数据服务。
(3)油田专业空间数据库：井网矢量数据、管线矢量数据、电力矢量数据、站库矢量数据等。
(4)油田三维模型数据：井、站、库、管线、房屋、电力、供水等设施的三维模型数据。
(5)油田图件数据：地质图、工艺流程图、产量分布图、岩芯图等业务图片。
(6)油田生产数据库：油田各业务活动数据，包括钻井、录井、测井、试油、生产等。
(7)油田设备设施运行数据：各物联网设备的运行参数、规格型号等。
(三)服务层
在线服务系统是油田地理信息共享服务平台建设的核心，通过服务接口，提供瓦片数据(Tile Data)服务、三维数据服务、矢量数据服务、地理编码服务等。提供调用油田生产数据的浏览器端服务。以及二次开发接口服务，包括目录服务、地理信息浏览服务、数据存取服务、数据分析处理服务、油田生产数据服务、统一认证服务、位置服务等。
(四)油田应用层
提供基于天地图平台的油田应用开发框架，能够重构、改造老的油田地理信息应用系统，在不重新开发的前提下，实现天地图平台在油田业务上的全面应用。包括如下三部分：
(1)油田应用框架
实现油田业务和开发平台松耦合，在油田业务不做变动的情况下可灵活替换地理信息平台进行开发，仅需遵循框架定义的油田业务和地理信息应用模块有关的接口规范即可。其中GIS应用组件包含有地图操作、数据加载、空间查询、属性查询、空间统计、空间分析、地图标注三维显示等功能模块。
(2)地理信息管理类系统
①数据管理子系统：实现多种类型、多种格式数据的高效组织与管理，支持数据发布。
②信息服务子系统：以在线方式提供地理信息服务，支持常用开发语言构建基于服务的应用。
③运维管理子系统：实现用户权限管理、服务管理，以及服务与应用的运行状态实时监测。
(五)油田应用系统
通过油田应用架构调用天地图平台二次开发接口，结合油田具体应用业务可进行油田各应用系统的快速搭建。老的地理信息系统通过重构和改造(非重建)纳入进来。
2.2云技术应用
(一)云技术架构
为了充分利用油田在历史上积累的大量硬件系统，提高平台的整体应用效能，采用云计算技术实现底层的网络与硬件架构，使平台系统整体具有高伸缩性、高可扩充性和高容错性。如下图：
图2 地理信息共享与服务平台云技术架构
Fig. 2 the architecture of geographic information sharing and service platform by the cloud technology
普通1个集群可以容纳4000个节点，本项目采用Hadoop集群新技术可达到10000个节点。天地图存储有30亿个瓦片文件，新疆油田也有上千万，需要用Hadoop HDFS或HBase进技术行管理，实现低延迟数据访问。所有的文件被切割分片，每片至少2个备份，提供本地和远程容错机制。
(二)瓦片存储云
瓦片存储云由Lvs+Keepalived主备，Nginx+存储服务器访问模块，云存储由3部分组成(见下图)。(1)Lvs+Keepalived主备：负责后端Nginx服务器的负载均衡，同时也会检测后端Nginx的可用性，自动剔除后端出现问题的Nginx服务器。(2)Nginx+存储服务器访问模块：Nginx负责提供HTTP服务，存储服务器访问模块用来访问瓦片数据存储服务器。(3)存储服务器：MongoDB是一个基于分布式文件存储的数据库，为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。
图3 瓦片存储云结构
Fig. 3 tiles storage structure
(三)应用服务云
应用服务云由前端代理和后端的应用服务器组成，前端负责应用的转发均衡，后端的应用服务器负责应用的执行，这样可以保证系统规模几乎可以无限扩大。
(1)前端代理
前端代理负责负载均衡，检测后端服务的可用性，同时也可以为前端提供静态HTML的HTTP服务。
图5 后端应用服务器结构
Fig. 5 architecture for application server
2.3负载均衡策略
Web应用服务器集群采用静态调度轮转算法，依次将用户请求分发到集群内不同的服务器上，使得各个服务器平均分担用户的连接请求。在满足长时在线地理信息应用服务时，将存在用户的请求必须持续分发到同一个服务器，以及不同用户发起的连接保存时长差异较大等情形，这时则需要将算法调整为静态调度基于源IP的Hash或基于源IP端口的Hash算法或动态调度算法。
3 开发与应用效果
目前，新疆油田地理信息共享服务平台已经初步开发完成并投入应用。部分早期建设的地理信息系统已经完成重构、改造，纳入新平台管理。基于该平台开发的新应用系统也已经投入使用。通过应用实践，解决了历史问题，总体达到了预期效果。
3.1油气管线业务应用
油气管线业务是地面工程业务的重要组成部分，原有的地理信息系统在新平台上进行了拆分、重构，移植到了新平台上，实现了基础地理信息数据的全油田共享，实现了应用系统的平稳过渡，保护了早期投资。
图6 油气管线业务应用效果图
Fig. 6 business result of oil-pipelines
3.2三维模型应用
三维模型系统是完全基于新平台开发的应用系统。油田的基础设施包括储油罐、建筑、采油设备等，通过3DMAX工具建立应用模型，在三维地理信息系统环境中进行展示，可以获得更加直观的应用效果，获得用户的良好评价。
图7 油田三维模型应用效果图
Fig. 7 3D model of oilfield
4 结束语
新疆油田面向未来智能油田的发展需要，构建了全油田统一的地理信息共享与服务平台。该平台的成功建设具有重要意义：(1)改变了以往地理信息数据利用效率低下的状况;(2)云技术架构体系为应用系统提供了高效率的运行环境;(3)解决了二代地理信息系统平稳移植和集成问题。为企业信息化的长远发展奠定了坚实的基础。
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作者简介：
谭向农，(1964-)，男，地质工程专业硕士，主要研究方向是数字油田、智能油田的规划与建设等。
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