本文是一篇硕士论文，硕士论文是攻读硕士学位研究生所撰写的论文。它应能反映出作者广泛而深入地掌握专业基础知识，具有独立进行科研的能力，对所研究的题目有新的独立见解，论文具有一定的深度和较好的科学价值，对本专业学术水平的提高有积极作用。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇硕士论文，供大家参考。
第 1 章 绪论
1.1 选题背景与意义
1.1.1 选题背景
“数字地球”（Digital Earth）的说法由来已久，最早是在 1998 年由美国前副总统戈尔提出的，此后便迅速引起共鸣。“数字油田”的概念基于“数字地球”而产生，20 世纪末，大庆油田率先提出了这一具有创新意性和前瞻性的概念（姜伟 等，2006；孙建光，2007）。“数字油田”就是指油田建设的全面信息化，研究油田的地形地物特征，采集并管理其三维坐标，构建数据资源库，利用多媒体和虚拟技术使其实现多维化、智能化、可视化（毛峰，2001；景民昌 等，2003）。这个概念迅速得到了广泛认可，伴随着这一概念的普及，全国各大油田开始了各具特色的数字化建设。近年来，计算机网络技术持续进步，地理信息系统技术也在飞速地发展着，这些外在因素都在带动着“数字油田”的发展和建设。随着数字油田的逐步成熟，“智慧油田”的概念也开始兴起（毛峰 等，2004；冯玉敏，2012），美国前总统奥巴马曾经提出通过物联网、云计算等先进理念实现智慧地球的构建，各大城市纷纷开始摸索智慧城市的建设，而作为支柱产业之一的石油行业在更早的时候就已经开始了“智慧油田”的研究和建设。地理信息系统（GIS）是一种依托于计算机软件、硬件系统的支持而运作的空间信息系统，作为实现“智慧油田”的主要技术支持，其能够通过野外调查、地图、遥感等多种途径采集有关地理分布数据，组织建立规范标准的地理数据库，规范化管理，实现对数据的监控、维护、修改和检索。还可以通过软件的处理，对数据进行分析和计算并加以显示（王静，2012）。GIS 在过去三十多年的时间里，取得了非凡的进展，且已经广泛应用在资源调查、区域发展规划等众多领域（邬伦 等，2004；马智民，2007）。
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1.2 国内外研究现状与发展趋势
1.2.1 国外三维 GIS 系统的研究现状
空间实体处于三维空间之中，二维 GIS 将世界简化为平面上的二维投影，注定了其在三维立体表达方面的缺陷，而只有三维 GIS 能够从根本上解决这一缺陷（王丰，2013）。对三维 GIS 的研究一直是学术界的热点，国外的许多专家学者对此都饶有兴趣，他们分别从各自的视角阐述了三维 GIS 的功能，Rhind 基于二维 GIS 相关理论提出了三维 GIS 的十大功能，Kelk 提出了十四项关于三维地学模拟的功能，而 Breuing 提出的三大基础功能则是基于空间信息的集成。1989 年，Raper 教授总结了时下最先进的 GIS 理论研究成果，与此同时，Turner 教授也主持召开了首次第三维 GIS 专题会议，讨论了三维 GIS 的研究重点和发展方向，自此，三维GIS 的研究全面展开（王之顺，2012；曹瑜 等，1999；杜云等，2002）。GIS 三维可视化系统以三维空间为研究对象，用建模、表示、管理、操作、分析以及决策的手段去处理与三维对象相关的信息，而不再是二维的信息。这样除了数据量增大之外，还会导致各种各样的对象类型和空间关系的产生（周京春 等，2000）。因此，GIS 三维可视化系统并不单纯是对二维 GIS 的扩展。在国外，众多 GIS 三维可视化系统的原型系统的开发，加快了其在诸多领域的应用（陈石等，2006）。1987 年，加拿大知名学术专家 Kavouras 和 Mastry实现了对 GIS 三维可视化系统的原型系统的开发（TurnerAK，1992），事实证明其可成功用于矿产资源的评估、开采等，德国 Stuttgart 大学联合其他知名大学，研究 GIS 三维可视化系统在城市数字化建设中的应用，他们对目标对象进行详细的分类，创建城市数字化模拟系统，从而可以极为方便的查询、分析和显示城市基础设施（范力铭，2007）。20 世纪末，美国人 M.J.Kraak 研究了通过二三维地图复合的方式实现三维建模的方法，并成功建立起了 CTM（三维地形可视化系统），该系统不仅具有数据查询和动态数据漫游功能，还具有空间分析等功能。用户可以自行设定行走路线，还能够不断的变化场景，给人一种亲临现场的感觉，让人更容易获得深层次的信息（龚俊等，2003）。目前，GIS 三维可视化系统不再局限于研究层次，已经开始在一些商用的 GIS 系统方面得到了运用和推广。比如EVENTS&SUTHERLAND公司研制的三维景观实时仿真系统，可以说是极具代表性，其具有 SOCET SET 数据接口，能够制作三维景观，并加以实施动态显示(Kofler M et al，2000；吴信才,2002)。
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第 2 章 系统开发理论和三维建模技术
油气集输三维影像系统通过分析和处理地理空间数据，在计算机中再现三维场景。整个建模过程不仅涉及建模基础数据的获取，还会涉及模型的建立与绘制等多方面的技术，本章着重介绍 Skyline 技术的相关理论以及数据库 Oracle 的相关特性。
2.1 系统开发关键技术
目前国内外比较成熟的三维影像展示技术主要为 google earth 和 Skyline 两个平台。其中 Skyline 起源于以色列，最早是给 ATI 制作游戏引擎的，后来逐渐转行，开始致力于地理信息系统的研究（J. E. Kennedy，1997）。美国空军将其作为军用的三维软件。由于美国军方所使用的软件皆需是美国公司开发，遂在美国成立公司，命名为 Skyline。同时成立的还有 Keyhole 公司，也就是后来被google 收购后的 google earth（邓洁，2008）。从技术上来说，skyline 和 google earth 是同源的，但就应用效果上而言，skyline 提供了更专业化、容易定制的服务。Skyline 利用卫星数据、航空影像以及地理信息数据，创建了一个能够实现快速支持数据融合和更新以及实时进行信息共享的平台（Paul S.Cameron et al,1997），其框架体系见图2-1。海量数据管理的高效集成：在海量数据一体化管理上，系统可以通过利用多线程调度技术、多级三维数据存储和交换技术，以及 LOD（多细节层次）三维模型和影像金字塔技术实现与关系数据库的无缝集成（邵明旭 等，2008）。影像金字塔技术，即实时调用该区域的用户视图，以看到合理分辨率的数据，避免了所有数据进入系统影响图像的速度，从而提高了交互性能; 多级系统是基于视点的距离，通过对不同级别的模型细节的展示，使距离模型越近时，表达越详细，从而可以大大提高系统速度（郭花利，2010）。
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2.2 三维建模技术
三维建模技术是在计算机环境下精确描述现实物体客观属性的技术，其核心是根据三维空间信息构造实体的几何模型，利用建模工具或编程技术对其进行处理，得到实体的三维空间信息，并利用相关算法，获取三维实体的几何属性（陈敏敏 等，2007；张文君 等，2007），例如形状、大小、尺寸、坐标等，然后建立三维空间特征点的空间位置与二维图像对应点的坐标之间的定量关系，该过程可通过一定的计算机程序实现，最后，可形成模型的精确显示效果。三维建模在工业、医学、动画等诸多领域都发挥着重要作用，三维模型的建立是一个对于空间实体三维信息的采集和处理的过程，先进行初始三维数据的采集，其次是数据的分类和处理，包括几何校正、数据融合等方面内容，最后进行模型的建立(P. N. Suganthan ,1999)，这是整个三维建模流程的关键点，也是难度最大的一步，要保证模型的立体感，也要充分展示出真实效果，同时还要尽可能压缩存储空间以保证显示速度（肖乐斌 等，2001）。三维建模技术在数字油田中的应用不仅要考虑油区复杂地形，也要充分保证地面管网、场站等特殊地物的模型真实性，油区地形的建模要结合各大区块地形实际情况，充分展现其地形起伏变化，油区内建筑物可以通过非接触式三维扫描来获取其点云数据，这种传统方法简便易行，但数据处理的工作量较大，效果也未必很好，所以数字油田建设中三维建模的方法选取十分重要。三维建模的方法有很多，大致可分为以下几种：（1）基于空间信息技术的三维建模方法基于数字高程模型、地形图数据、激光扫描数据、遥感影像数据等资源，建立接近真实的地表模型和影像模型，最终形成三维模型，有效利用 DEM 和DOM 数据，能够准确反映地形起伏（Miller HJ，2001）。但此方法适用于大型场景的三维模型制作，无法详细表述地形细节，地势平坦地区会出现几何数据冗余，最终模型的立体效果也较差（张正栋 等，2005）。（2）基于虚拟现实技术的三维建模方法利用测绘数据，建立独立的道路系统、建筑物和其他景观模型，细化对象模型，形成更小的单元，贴图形成三维模型。由于使用细小单元的贴图，此方法构建的三维模型在细节上是比较完美的，能够保证模型的精度，立体效果较好，但数据量庞大，不适合构建大型三维场景模型（张云勇 等，2000）。#p#分页标题#e#
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第 3 章 系统设计.....17
3.1 系统需求分析 .....17
3.2 系统总体设计 ......18
3.2.1 系统设计目标与原则 ..........18
3.2.2 系统架构与功能设计 ..........19
3.3 油田地面三维模型的可视化表达 .........22
3.4 数据库设计 .........28
第 4 章 关键技术.....33
4.1 最短路径分析 .....33
4.2 管网优化 ....35
4.3 剖面分析技术 .....37
第 5 章 三维影像系统应用.......38
5.1 三维漫游 ....38
5.2 空间查询 ....39
5.3 井位部署 ....40
5.4 地面工程规划 .....43
5.5 空间分析 ....47
5.6 辅助汇报分析 .....49
结 论.....50
第 5 章 三维影像系统应用
中石化华北分公司油气集输三维影像系统是以油田地面配套设施管理为核心，以油气资源矿权信息管理、主要企业信息管理、油气集输管线信息管理为外延，以 GIS 作为数据集成、调用和展示的手段，将上述实体的各类数据有机地组织在一起的集数据管理、查询、统计、分析等功能为一体的可视化应用平台。本章将详细展示三维影像系统的各大功能实例。
5.1 三维漫游
系统实现了对油田地面信息海量数据的三维可视化，同时可以对整个或部分系统进行实时漫游。通过使用 LOD（多细节等级）技术，各个等级之间可实现平滑的切换，并确保了稳定的漫游速度。用户可以根据自己的需要，从系统界面左侧信息树中选择对应的信息进行点击，便可以 fly to（飞入）或者 jump to（跳转）的方式直接漫游至用户所关注的对象。系统支持对用户预先设好漫游的路径进行漫游，也就是说系统可以根据此路径对油田集输管网进行浏览，使用户不用到现场就能够清晰地认识和了解对现场状况。如图 5-1、5-2 所示。输入查询时通过条件设置面板，得到对应的基础查询对象，再根据设置的查询条件进行查询。其中“对象输入”和“坐标输入”是指两种不同的输入方式，“对象输入”是直接输入对象的名称或 ID，取得基础查询对象，它支持模糊查询，然后在列表框中选择需要的对象，如图 5-3 所示，用户根据自己的需求，在“搜索”栏内输入要搜索的关键字，然后单击“Enter”键，系统就可以将包含该关键字的所有名称全部显示出来，用户从中挑选满足自己需要的名称，双击，就可以快速浏览到该目标地物，或者以飞入（fly to）、跳转（jump to）的方式到达目标地物。
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结 论
本论文首先阐述了三维影像技术的国内外发展现状，其次对数据库的建设和三维影像系统功能模块设计的相关关键性技术进行了说明，随后又对三维影像系统众多功能模块进行操作和分析。不论从技术还是方法来说，本论文对以后三维影像系统技术的研究都有一定的借鉴意义。主要成果体现在以下几个方面。
（1）设计并开发了油气集输三维影像系统，实现了华北分公司集输系统的三维可视化，使得管理者在电脑中便可以轻松获得管线分布、设备位置及其功能属性等各项参数，极大地方便了管理者对于整个集输系统概况的直观了解。
（2）在三维可视化的基础上，按照地理信息系统的要求以及规范，对集输管网的海量数据进行了有效的组织和管理，建立了适合集输管网管理的地理信息系统，同时也为专业功能的开发奠定了基础。
（3）在建立了集输管网地理信息系统的基础上，增加了最短路径、管网优化以及剖面分析等 3 项功能，有助于管理者在事故发生后最短的时间内采取最有效的方法进行处理，便于管理者借助三维影像平台的直观性，提高地面工程规划方案制定的可靠性由于论文时间有限和部分客观条件的限制，没能对三维影像技术进行更深层次的分析和讨论，而三维影像技术作为一项深有发展潜力的课题，能够研究的地方还很多很多。
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参考文献（略）
