海洋油气资源调查与评价数据库系统的设计与实现

王刚龙　李绍荣　陈泓君　曾繁彩

（广州海洋地质调查局，广州，510760）

第一作者简介：王刚龙，男，1971年生，物探工程师，1995年毕业于长春地质学院电子仪器系电子仪器与测量专业，主要从事信息管理及信息研究工作。

摘要　“海洋油气资源调查与评价数据库”是以海洋油气资源调查工作为基础，汇集大量海洋地质调查和油气资源评价成果资料，综合利用计算机、地理信息系统（GIS）、数据库及网上发布等技术建设而成的，是一个为国家海洋矿产资源战略决策、为海洋经济建设、为今后的海洋地质调查和科研项目及可持续发展提供全面、准确基础资料和决策依据的专业化信息管理系统。文中重点介绍了系统数据库的建设及系统功能的开发的思路。

关键词　油气资源　GIS　海洋勘查　数据库　网上发布

1　意义

我国海域蕴藏着丰富的油气资源。数十年来，我国在海域油气资源调查方面，取得了大量的海洋地质调查成果资料和油气资源评价资料，这些资料凝结着广大科技工作者的劳动结晶。以寻找海洋油气资源为目的的海洋地质调查工作投入高昂，从海上资料和数据采集到陆上资料处理、解释、研究，直至编写成果报告、编制成果图件，各个环节都要投入大量人力、物力、设备和资金。应用先进的信息技术建立海上油气地质调查资料与资源评价数据库系统，将会提高我国的海洋地质调查资料管理和服务水平，使海洋地质调查和资源评价资料更好地为国家海洋矿产资源战略决策、为国家经济建设、为今后的海洋地质调查和科研项目服务。

2　系统设计

本系统的目标是应用数据库技术、网络技术、地理信息系统技术开发一套技术上较先进的数据库应用系统，将油气资源及评价相关的数据和调查资料进行管理，综合应用多项技术，实现资料全文、电子图件、各种媒体资料的网上浏览、查询和统计分析。满足海洋油气地质调查资料和资源评价数据管理的需要和从事海洋油气地质调查和科研人员利用资料的需要。

2.1　数据库设计及建设

针对海洋油气地质调查成果的资料形式，建立一个适用于海洋地质资料管理和利用的数据库系统。建库工作包括数据库设计、资料档案目录数据、成果报告全文电子文件、成果报告附图扫描图片电子文件、资源评价数据的整理、录入。

2.2　应用软件开发

要实现的系统基本功能包括：资料目录数据和全文内容电子文件的录入、编辑修改、资料归档管理、资料借阅管理、资料目录报表输出、目录输出、图像显示和输出、电子版图件和文字资料下载、远程资料查询和传送、网络环境下客户端浏览器的电子地图、全文、声像文件的显示/播放和 *** 作、数据库文件备份等。

软件开发工作包括三套应用软件：①“地质资料管理系统”，使用者为资料管理人员；②“资源评价数据管理系统”，使用者为油气资源评价数据收集和录入人员；③“地质资料查询系统”，供普通科技人员通过Intranet/Internet网浏览查询资料全文、电子图件和目录数据内容。以上三个应用系统均使用同一个数据库系统，前二者对数据维护，后者从数据库读取数据。

2.3　系统集成工作

实现服务器和客户机的连接和组网；后台数据库服务器与客户端的连接；原有资料目录数据导入处理；新数据录入加载；WEB站点的建立；MapGis-IMS互联网地图服务器的安装建立和矢量图形数据的整理加载，信息系统开发的三个应用软件与上述各系统的整合。

3　系统总体结构

从逻辑上看，整个系统由“地质资料管理系统”、“资源评价数据管理系统”、“地质资料查询系统”三个应用系统和后台的数据库系统4个部分组成（图1），其中“地质资料查询系统”又由WEB服务器、MapGis-IMS互联网地图服务服务器、服务器端脚本程序以及0040数据库接口、ODBC数据库接口、MapGis数据库引擎等多个软件部件组成。

3.1　C/S结构应用软件

“地质资料管理系统”和“资源评价数据管理系统”，仅限于资料管理员和数据维护人员使用，为提高系统安全，采用C/S结构。选用Power Builder集成开发环境作为C/S应用软件的开发工具。Power Builder是专用于开发数据库应用软件的工具，具备支持ORACLE等大型数据库平台的接口，提供特色的数据窗口控件，把常用的数据库 *** 作封装在数据窗口控件中，提供开发语言Power Script，是开发数据库应用软件的高产开发工具。

3.2　B/S结构应用软件

“地质资料查询系统”面向所有普通用户，要求不需要学习就能让用户使用，因此该应用软件结构采用B/S结构。“地质资料查询系统”涉及几项工作，分别选用的如下：

（1）微软公司的IIS5.0（Internet Information Server），在WEB服务器上建立网站。

（2）WEB应用软件，由于WEB应用软件的开发工具非常多，在应用软件开发中使用了多种技术和方法，包括：①语言：HTML、ASP、VB Script、Jscript、Action Script等；②数据接口：（）DBC接口，004（）接口；③开发工具：InterDev、Flash等。

（3）我国中地公司的MapGis-IMS互联网地图服务器实现电子地图浏览。

图1　系统总体结构

Fig.1　System construction chart

4　系统数据库设计

本系统的数据主要是地质资料，包括地勘项目或科研项目完成后以成果报告和图件形式提交的资料，及在项目进行中产生的各种文件材料以及与资料或档案材料内容一致的电子文件。

4.1　从应用系统的数据管理来看，三个应用系统分别管理三类数据

（1）地质资料数据

由“地质资料管理系统”维护的资料目录、报告全文以及各种多媒体的电子文件数据。

1）目录数据：成果报告、档案、图件等实体的目录数据，是描述这些实体属性特征的数据。例如成果报告的名称、编者、提交单位等。

2）文字材料的全文：成果报告、审核类文字材料（如评审意见书）的内容，在计算机中以电子文件形式存储，按照“国土资源部成果地质资料电子文件汇交格式（SZ1999002-2001）”的规定，要以WORD软件的.DOC文件格式存储。

3）多媒体资料的电子文件：包括声音、图像、视频、动画、幻灯片等电子文件。

（2）油气资源评价数据

与油气资源评价相关事物的属性数据，包括调查活动、构造、油气田、油气探井等。

（3）电子图件数据

由MapGis-IMS软件维护的矢量型图形数据，分别属于“成果地质资料电子文件汇交格式（SZ1999002-2001）”标准规定的第一类附图和第二类附图的电子文件格式，可由“地质资料查询系统”读取显示在浏览器中的数据。其在数据库中存储结构是MapGis-IMS开发者设计的。

4.2　地质资料各实体关系

本信息系统工作重点是地质资料的管理和查询服务，主要是对地质资料数据库设计和数据库集成和应用开发。

地质资料各实体关系如图2。

图2　地质资料数据E-R模型

Fig.2　Geological data structure E-R model chart

需要说明的是，一份成果报告，有多个全文电子文件。一份报告的全文按照报告章节分成多个电子文件，是一对多的关系，而不是一对一。这是考虑避免用户在网上阅读报告全文时，每次都要从数据库取出整个报告的全文内容传送到本地浏览器中，从而增加网络数据传输量和数据库服务器的负担，造成等待而使用户感觉应用软件运行速度过慢。

根据资料数据模型、现行的资料管理办法和资料著录标准，确定各数据库结构及定义，共设计了3类17个数据表组成系统的数据库。电子地图数据表则由商品化软件设计管理。

（1）地质资料数据库表

包括报告基本信息表、报告附图信息表、档案总目录信息表、档案明细信息表、图件资料信息表、资料电子文件信息表等。

（2）资料管理事务库表

包括成果资料移交信息表、成果资料报送信息表、资料借还信息表、资料访问日志信息表、用户基本信息表等。

（3）油气评价数据库表

包括局部构造信息表、圈闭信息表、调查工作量信息表、油气田信息表、油气资源评价信息表、油气探井信息表等。

在数据库管理系统服务器端，用PL/SQL语言编写建立库数据表、表空间、序列、触发器等的命令代码文件，可在ORACLE的SQL-PLUS环境下自动执行完成相应对象的建立。

4.3　服务器端的后台数据库系统

采用ORACLE数据库管理系统，用PL/SQL语言编写命令文件，在SQL-PLUS环境中执行，完成各种建库和维护 *** 作，使建库、建立序列、建立触发器、数据导入程序化执行。直接利用DBA STUDIO可视化数据库管理工具，进行数据库表、用户账号密码、各种权限、序列、触发器等的维护和管理。用ORACLE提供的BLOB二进制大对象数据块字段类型，实现成果报告全文、图件资料的缩略图等电子文件的入库管理。

5　系统功能实现

“地质资料管理系统”（GDMS）和“资源评价数据管理系统”，开发采用Power Builder软件的Power Script语言开发，与后台数据库连接采用Power Builder提供的ORACLE专用接口实现。软件结构采用客户机/服务器（C/S）结构。

5.1　地质资料管理系统

根据用户对地质资料档案管理过程的需求，该系统需基本具备对数据的输入、维护、查询、统计、借阅、输出、备份等模块。为了保证数据的安全性，增加了凭密码、账号登录功能及用户管理，设置了系统管理员、资料管理员和普通用户三种权限，防止非法用户访问资料。普通用户只能对资料进行查询，不能对资料进行添加或修改等 *** 作，资料管理员有权对资料进行添加、修改、查询等 *** 作，而系统管理员则权限最大，增加了对用户管理表和系统日志信息表进行维护的权限。为了使用户更好地掌握本系统，还必须建立联机帮助模块。本系统各个主要模块之间的关系如图3所示。

图3　地质资料管理系统主要模块关系示意图

Fig.3　Geological data management system module chart

5.2　资源评价数据管理系统

“资源评价数据管理系统”管理对象是与油气资源评价有关的构造、油气资源、油气田、油气探井、资源评价数据的信息，功能上主要侧重于油气评价数据的维护。如录入新数据、数据查询与修改、数据备份/恢复和在线帮助。数据的安全性采用与地质资料管理系统相同的安全机制。考虑到PowerBuilder程序编制的特点，采用如图4所示的系统功能模块图。

5.3　地质资料查询系统

“地质资料查询系统”实际是一个WEB应用软件系统，由网页组成的，这与传统的结构化应用程序不同，也与可视化集成环境下开发的窗体应用软件结构不同。传统的应用程序，结构明显，由各模块组成，模块之间通过参数传递实现模块间的联系，模块通过调用执行。可视化集成环境下开发的窗体应用软件，是由各种窗体、表单、模块、各种对象组成，代码执行是通过消息和事件驱动的。“地质资料查询系统”则由许多网页组成，网页中嵌入了可执行的脚本程序、Java小程序、控件等，必须在WEB服务器上建立网站运行，与WEB服务器上的各种应用服务一起实现特定的应用功能。

图4　系统功能模块图

Fig.4　Evaluation data management System module chart

WEB服务器采用的是微软公司的IIS5.0（Internet Information Server），实现网站建立和管理。图件资料电子地图的发布查询浏览功能采用中地公司的MapGis-IMS互联网地图服务器，电子地图的图形数据文件存放在服务器上的数据库中或磁盘上，应用程序可通过数据库引擎读取图形数据，电子地图的目录数据则放在ORACLE数据库中。对ORACLE数据库中的以BLOB二进制大对象数据块存储的成果报告全文和图件缩略图等电子文件的读取，是通过ORACLE提供的0040数据接口实现。应用程序编程语言包括ASP、HTML、VB Script、Jscript、Action Script等，在Visual InterDev6.0集成开发平台完成开发工作。

图5的系统结构图中列出了地质资料查询系统的菜单和网页功能及其调用顺序。

6　结束语

项目开发的系统是一个网络化的信息系统，分成前台应用软件和后台数据库系统两部分。本系统采取的技术路线是：采用商用大型数据库管理系统软件在后台对数据管理和维护，前台应用软件采用针对数据库应用软件开发的可视化集成开发环境（工具）进行开发工作。这样，数据库的物理结构设计及实现、数据维护管理、数据库网络连接接口等问题交由后台的商用数据库管理系统去完成，减少了系统开发难度，提高系统的稳定性和可靠性。

本系统的数据库应用实例已完成开发和在工作中运行，建成的系统具有如下特点：①实用性强；②系统的用户群体广；③系统功能满足了日常工作中的资料管理和资料查阅的需求，系统建成后能够继续得到日常维护；④系统提供的资料内容多样化，有全文资料和电子地图；⑤实现Intranet/Internet网络化服务，系统易使用和 *** 作，适用于地质资料的社会化服务；⑥与当前国家关于地质资料信息化要求及相关标准相吻合。

图5　地质资料查询系统功能结构图

Fig.5　Geological data retrieval system module chart

参考文献及资料

地矿部北京计算中心和石油地质研究所，1990.油气资源普查勘探数据库系统研制报告（地矿部科技发展项目86166）

胡存生.2001.Powerbuilder 7.0高级开发实例与技巧.北京：电子工业出版社

王庆瑞.1998.数据结构，北京出版社

武汉中地信息工程有限公司.MAPGIS Internet Map Server开发手册

张文新.1999.Internet程序设计java＆HTML.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社

Kevin Loney.2000.Oracle 8i DBA Handbook.北京：机械工业出版社

Designing and Implememtation of Petroleum and Gas Resources Survey＆Evaluation DBMS of Ocean

Wang Ganglong Li Shaorong Chen Hongjun Zeng Fancai

（Guangzhou Marine Geology Survey,Guangzhou,510760）

Abstract:Based on the data from petroleum and gas resources survey,as well as from marine geological survey,evaluation and material,petroleum and gas resources survey＆evalu-ation DBMS（Pgrs＆eDBMS）is formed by using computer,GIS,database and WEB development technology.Pgrs＆eDBMS is a professional information management system for providing comprehensive and actual data as well as dicision-making basis for marine mineral resources survey,marine economic construction,science research and sustainable marine development.This paper focuses on introducing the establishment of database of Pgrs＆eDBMS and the development of its function.

Key Word:Petroleum resources　GIS　Marine survey　Database　Online distribution.

（一）系统数据库类型

数据库是整个农用地分等信息系统的基础，是系统开发设计要考虑的重中之重。在数据形式上，系统数据库包括两大块：一是空间数据库，二是属性数据库。目前的空间数据技术已从以MapInfo为代表的混合型数据库（空间数据库＋关系型数据库）发展到以ArcInfo的Coverage为代表的拓展型数据库。鉴于农用地分等属性数据量庞大，为减少数据冗余，提高数据检索的速度，本研究采用空间数据和属性数据分开管理的模式，依据关键字段进行绑定，进行科学索引，从而实现空间数据和属性动态链接和高效整合。

1.空间数据库

江苏省农用地分等信息系统空间数据库内容包括以下方面：

（1）土地利用现状图层：全省13个省辖市以1996年土地利用现状图为基础，经变更调绘形成以2000年为基准年的土地利用现状图，以现行的土地分类标准按八大类分类进行信息提取并分层存储，系统分别存储为耕地、林地、水域、未利用地、建设用地等图层。

（2）全省土壤类型图层：以土属为分类单位，比例尺为1:20万。

（3)1996年和2000年全省行政区划图层：在行政区划中精确到乡镇级别，分别提取存储了市名图层、县（区）名图层、乡（镇）名图层、全省行政界线图层、市级行政界线图层、县（区）级行政界线图层、乡（镇）级行政界线图层。

（4）评价单元图层：通过GIS空间叠加功能，利用土地利用现状图、行政区划图和土壤类型图叠加产生的评价单元图层，建立分等评价单元数据库。

2.属性数据库

江苏省农用地分等信息系统属性数据库内容包括以下方面：

（1）土壤属性数据：以全国第二次土壤普查为基础，结合全省土壤监测样点数据，建立土壤质量状况数据库，最小单位为土种，包括pH值、有机质含量、表层土壤质地、耕层厚度、障碍层深度、水土侵蚀程度、盐渍化程度数据。

（2）农田水利环境数据：建立了1996～2000年间各乡镇农田水利环境基础数据库，包括灌溉保证率、排水条件数据。

（3）土地利用现状数据：建立了全省13个省辖市的以1996年土地利用现状图为基础，经变更调绘形成的以2000年为基准年的土地利用现状数据库，区分耕地中的详细用地类型差异，标示水田、旱地、荒草地等纳入本次评价范围的用地内容。

（4）全省地形地貌数据库。

（5）农业区划数据：输入了江苏省农业区划数据，把江苏全省划分为6大区划，以乡镇为最小级别，建立全省乡镇的区划归属数据库。

（6）农业耕作制度数据：建立了全省各市、县、乡镇的农业耕作制度数据库，包括指定作物水稻和小麦的播种空间分布状况数据库。

（7）光温生产潜力数据：建立了全省各市、县指定作物水稻和小麦的光温生产潜力和气候生产潜力数据库。

（8）农业投入－产出数据：全省13个省辖市以乡镇为单位，建立了1996～2000年农业生产投入－产出数据库。

（9）作物产量数据：全省13个省辖市以乡镇为单位，建立了1996～2000年的指定作物水稻和小麦的产量数据库。

（10）土地利用详查分类面积数据：全省13个省辖市以乡镇为单位，建立了2000年土地利用详查分类面积数据库。

从数据格式上分，数据库又可分为：①图件数据库：指空间数据以及绑定在空间数据上的相关属性数据，本次江苏省农用地分等建立了以分等单元为记录的属性数据库，并通过关键字段与空间数据关联；②分类统计数据库：包括全省13个省辖市以乡镇为单位的1996～2000年指定作物产量统计数据和全省13个省辖市以乡镇为单位的2000年土地利用详查分类面积统计数据。

（二）系统数据库管理模式

为减少数据存储冗余，同时提高索引速度，江苏省农用地分等信息系统数据文件采用普遍的目录树形式进行管理，按省－市－县行政体系分别存储相关数据。全省建立13个省辖市分目录，分目录下按照各自所含的县（区）建立子目录。根据目前行政管理体系现状，基础资料大多来源于县级行政单位，因此采用县（区）为基本行政单位较为合理，在保证资料来源的同时，也利于资料的分类归档存储。其相对应的空间图件数据也按精度要求分割到县级行政单位，既能减少系统调用数据的吞吐量，同时也满足了系统的精度需求。空间数据、属性数据、文本数据按照各自所属的行政级别归类存储，同时设立数据文件管理器进行目录文件的索引管理，见图3-86。

图3-86 江苏省农用地分等信息系统数据文件管理模式图

（三）系统数据库结构

数据库的结构设计决定了数据之间的调用及接口关系，清晰的逻辑调用关系和统一的数据接口格式有利于数据的组织、管理、调用。

1.空间数据库

江苏省农用地分等信息系统空间数据库以矢量图件的形式存在，以分图层的方式管理，包括了全省行政界线、土壤类型、按八大类分别提取的土地利用现状、分等单元等图层。其中，分等单元图层作为农用地分等的基础，考虑到图层本身信息量大，可能影响到系统运行效率，因此所在图层的属性表中只保留了ID字段，通过ID字段与外部属性库绑定，实现分等单元与外部属性库一一对应关系。ID字段是本图层的特征代码，表征了单元的唯一性，能体现出单元的图上位置和行政归属。《农用地分等定级规程》（国土资源大调查专用）和《中华人民共和国行政区划代码》（GB/T 2260-1999）为本研究分等单元代码的编码依据；本研究有1996年和2000年两套行政区划工作底图，为此分等单元特征代码共设14位，依次为江苏省代码（2位）－市代码（2位）－2000年县或区代码（2位）－2000年乡镇代码（2位）－1996年县或区代码（2位）－1996年乡镇代码（2位）－分等单元号（2位）。其中，省、市、县（区）的行政代码按国家统一代码，乡镇级代码在县（区）范围内根据划分分等单元的需要依次编码；分等单元编号的原则是不破乡镇界，即单元号是在同一乡镇内部自行编码。示例：32011501210101，指1996年江苏（32）南京（01）市江宁县（21）由于2000年行政调整变更为南京（01）的江宁区（15）。按行政体系分级编码的优点是有利于空间查询和国土资源管理部门根据工作需求按行政级别分类汇总统计数据。

2.属性数据库

江苏省农用地分等信息系统采用关系型数据库来存储数据，优点是结构清晰明了，数据的更新维护方便，通过索引能优化数据库，建立快速的查询浏览（表3-26～表3-30）。

表3-26 行政代码数据结构表

表3-27 土壤属性数据结构表

表3-28 农田水利设施数据结构表

表3.29 指定农作物投入－产出数据结构表

表3-30 农业耕作制度及农业区划表

（四）系统模型库

系统以《农用地分等定级规程》（国土资源大调查专用）中的相关技术方法和计算模型为基础，在模型库中预先内置了分等计算模型。模型库是动态，它允许专家根据情况动态调整计算模型形式及其参数。系统主要模型的数学计算公式如下：

（1）农用地自然质量分值（Clij）计算公式见式（3-11）。

（2）样点土地利用系数计算公式：

中国耕地质量等级调查与评定（江苏卷）

式中：

Klj´——样点的第j种指定作物土地利用系数；

Yj——样点的第j种指定作物实际单产；

Yj,max——第j种指定作物最大标准粮单产。

（3）等值区土地利用系数计算公式：

中国耕地质量等级调查与评定（江苏卷）

式中：

Klj——等值区内第j种指定作物土地利用系数；

Klj´——参与计算的同一等值区内合格样点第j种指定作物土地利用系数；

n——排除异常数据后参与计算的样点的个数。

（4）样点土地经济系数计算公式：

中国耕地质量等级调查与评定（江苏卷）

式中：

Kcj′——样点的第j种指定作物土地经济系数；

Yj——样点第j种指定作物实际单产；

Cj——样点第j种指定作物实际成本；

Aj——第j种指定作物最高“产量－成本”指数。

（5）等值区土地经济系数计算公式：

中国耕地质量等级调查与评定（江苏卷）

式中：

Kcj——等值区内土地经济系数；

Kcj´——参与计算的同一等值区内合格样点第j种指定作物土地经济系数；

n——排除异常数据后参与计算的样点的个数。

（6）农用地自然质量等指数（Ri）计算公式见式（3-12）和式（3-13）。

（7）农用地利用等指数（Yi）计算公式见式（3-14）和式（3-15）。

（8）农用地经济等指数（Gi）计算公式见式（3-16）和式（3-17）。

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