Введение к работе
Актуальность диссертационной работы определяется как важностью и актуальностью исследований энергетики, так и необходимостью разработки и применения новых информационных технологий в этих исследованиях.
Одним из лидеров в области исследований энергетики является Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН. В ИСЭМ СО РАН выполняются исследования систем энергетики (электроэнергетики, тепло-, газо-, угле-, нефте-, нефтепродуктоснабжения), региональных проблем энергетики, взаимосвязей энергетики и экономики и др. Работы выполняются как для России и ее регионов, так и для стран СНГ.
В рамках основных научных направлений выполняются исследования развития и функционирования как отраслевых систем энергетики (СЭ), так и топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в целом. Результаты исследований отраслевых систем энергетики зачастую являются исходными данными для исследований ТЭК, а результаты исследований направлений развития ТЭК должны учитываться при исследованиях развития отраслевых систем энергетики. Для исследований направлений развития ТЭК и СЭ используются, как правило, агрегированные данные. Исходные данные для выполнения работ исследователи получают из различных источников, данные могут представляться в различных форматах, представленных в виде статей, отчетов, статистических сборников и др., которые относят к декларативным явным знаниям.
Современный уровень развития информационных технологий позволяет формализовать и унифицировать отдельные процедуры работы с декларативными знаниями. Для этих целей в работе предлагается использовать концепцию Хранилища данных для хранения структурированных данных (Data Warehouse) и Хранилища знаний (Knowledge Repository) для хранения неструктурированной информации (декларативных явных знаний) в исследованиях энергетики.
Вклад в работы, связанные со структуризацией, хранением, обработкой данных внесли К. Дж. Дейт, Е.Ф. Кодд, П.П. Чен, Л.В. Щавелев и др. Разработке и внедрению хранилищ данных посвящены работы зарубежных ученых Б. Инмона, Р. Кимбалла, Э. Спирли и др. Вопросы представления декларативных знаний в виде онтологии и оперирования ими рассмотрены в работах Т. Грубера, Н. Гуарино и др., в нашей стране - Т.А. Гавриловой, Л.А. Калиниченко, М.Р. Когаловского, В.А. Серебрякова, В.Ф. Тузовского, В.З. Ямпольского и др.
В ИСЭМ СО РАН вопросы организации данных и знаний и оперирования ими рассматривались в работах Л.В. Массель, Т.Н. Ворожцовой, А.Н. Копайгородского, Н.Н. Макагоновой, С.К. Скрипкина, Л.Н. Такайшвили и др.
Таким образом, актуальность диссертационной работы определяется следующими объективными факторами:
Важностью задачи исследований состояния и направлений развития топливно-энергетического комплекса страны и угольной промышленности, как важной его составляющей.
Отсутствием как методических основ построения интегрированного хранилища данных и знаний для исследований в энергетике, так и соответствующего инструментария для работы с хранилищем данных и знаний.
Цель диссертационной работы: разработка методического подхода к построению хранилища данных и знаний и инструментальных средств для информационной и интеллектуальной поддержки исследований в энергетике и их апробация на примере исследований угольной промышленности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Выполнить анализ современных подходов к моделированию и построению хранилищ данных, подходов к представлению декларативных знаний и оперированию ими, и анализ предметной области - исследований в энергетике и исследований угольной промышленности.
Разработать методический подход к построению хранилища данных и знаний (ХДЗ) на основе современных информационных технологий, включающий концепцию ХДЗ, требования к нему, методику его построения, архитектуру и системно-концептуальные соглашения при его разработке.
Выполнить проектирование и реализацию ХДЗ для исследований энергетики и инструментальных средств для работы с ХДЗ (создание, администрирование, редактирование, извлечение и др. )
Выполнить интеграцию ХДЗ в состав ИТ-инфраструктуры исследований в энергетике.
Разработать технологию построения и применения ХДЗ в исследованиях энергетики и отладить ее на примере исследований угольной промышленности.
Методами и средствами исследования являются методы системного анализа, методы проектирования современных программных комплексов, теория систем баз данных, методы построения интеллектуальных систем, методы информационного моделирования и объектно-ориентированного проектирования и программирования.
Новизну составляют и на защиту выносятся следующие положения:
Впервые для исследований в энергетике предложено интегрировать хранилище данных и хранилище декларативных знаний и разрабатывать ХДЗ на единой концептуальной основе, используя базовые программные средства.
Разработан методический подход к построению хранилища данных и знаний для поддержки исследований в энергетике, включающий:
концепцию хранилища данных и знаний для информационной и интеллектуальной поддержки исследований в энергетике, требования к ХДЗ и системно-концептуальные соглашения при его разработке;
методику построения и архитектуру хранилища данных и знаний;
совокупность информационных моделей для построения ХДЗ, в том числе модель представления декларативных знаний, онтологические модели, модели данных для разработки базы ретроспективных данных угольной промышленности, как компонента ХДЗ.
3. Разработана и отлажена технология построения и использования ХДЗ для
поддержки исследований в энергетике (на примере исследований
направлений развития угольной промышленности).
Научно-практическая значимость работы состоит в реализации ХДЗ и инструментальных средств для работы с ним, реализации базы ретроспективных данных угольной промышленности как компонента ХДЗ, интеграции ХДЗ в состав ИТ-инфраструктуры исследований в энергетике. Результаты диссертационной работы используются для поддержки исследований в энергетике в ИСЭМ СО РАН и применены при выполнении проектов по гранту РФФИ № 10-07-00264 и гранту Программы Президиума РАН №2.29.
Личный вклад. Положения, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором. Совместно с Л.Н. Такайшвили была выполнена первоначальная постановка задачи создания хранилища документов для исследований угольной промышленности, которая была обобщена и расширена,
совместно с Л.В. Массель и А.Н. Копайгородским, до постановки задачи создания хранилища данных и знаний для исследований в энергетике.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на III Всероссийской конференции «Винеровские чтения», г. Иркутск, 2009 г.; на XIV и XV Байкальских Всероссийских конференциях «Информационные и математические технологии в науке и управлении», г. Иркутск, 2009-2010 гг.; на XXXVI Международной конференции «Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе», Гурзуф (Крым, Украина) 2009 г.; на Международной конференции CSIT2009 «Computer Science and Information Technologies», Греция, Крит, 2009 г.; на XL молодых ученых конференции «Системные исследования в энергетике», г. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2010 г., а также на семинарах кафедры «Автоматизированные системы» факультета Кибернетики Иркутского государственного технического университета, посвященных аттестации аспирантов, и семинарах лаборатории «Информационные технологии в энергетике» в Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 работ, из них 2 [1-2] в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для опубликования научных результатов диссертаций на соискание степени кандидата наук.
Объем и структура работы. Диссертация состоит введения, трех глав, заключения, списка литературы из 94 наименований, основной текст изложен на 137 стр., включает 6 таблиц и 52 рисунка.
