Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ проблемы обработки пространственной информации в обеспечении газом промышленных предприятий
1.1 Анализ проблемы обеспечения газом промышленных предприятий 15
1.2 Анализ информации и пространственных объектов, использующихся при обеспечении газом промышленных предприятий 19
1.3 Анализ автоматизированных систем обработки пространственной информации при обеспечении газом промышленных предприятий 23
1.4 Анализ топологических отношений, используемых для поддержания в актуальном состоянии пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий 27
1.5 Анализ проблемы локализации аварийной ситуации и расчета запаса газа объектов обеспечения газом промышленных предприятий на основе пространственной информации 33
1.6 Постановка задачи исследования 36
Результаты и выводы к главе 1 37
2 Разработка методов организации хранения и обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий на основе топологических отношений 39
2.1 Место автоматизированной обработки пространственной информации в процессе управления обеспечения газом промышленных предприятий 39
2.2 Разработка метода формирования структуры распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в сложноструктурированных иерархических геоинформационных системах 45
2.3 Разработка метода поддержания в актуальном состоянии базы пространственных данных обеспечения газом промышленных предприятий на основе топологических отношений 61
2.4 Разработка метода обработки пространственной информации для поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации на объектах обеспечения газом промышленных предприятий 75
Результаты и выводы к главе 2 85
3 Разработка системы обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий 86
3.1 Разработка функциональной модели 86
3.2 Разработка информационной модели 95
3.3 Разработка алгоритма формирования структуры распределенной базы пространственных данных 100
3.4 Разработка алгоритмов поддержания корректности информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в базе пространственных данных на основе топологических отношений 102
3.5 Разработка алгоритма поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации на объектах обеспечения газом промышленных предприятий 109
3.6 Алгоритм работы системы обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий 111
Результаты и выводы к главе 3 118
4 Внедрение и анализ эффективности разработанных методов при организации обеспечения газом промышленных предприятий 119
4.1 Программная реализация предложенных методов и алгоритмов обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий 119
4.1.1 Формирование распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий ... 119
4.1.2 Поддержание в актуальном состоянии базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий на основе топологических отношений
4.2 Программная реализация поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации при обеспечении газом промышленных предприятий на основе обработки актуальной (топологически корректной) пространственной информации 127
4.3 Анализ эффективности использования системы обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий 134
Результаты и выводы к главе 4 140
Заключение 141
Список сокращений и условных обозначений 143
Список использованной литературы
- Анализ топологических отношений, используемых для поддержания в актуальном состоянии пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий
- Разработка метода формирования структуры распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в сложноструктурированных иерархических геоинформационных системах
- Разработка алгоритма формирования структуры распределенной базы пространственных данных
- Формирование распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Одним из основных факторов, влияющих на развитие регионов Российской Федерации, является рост промышленности, обусловленный развитием существующих и созданием новых промышленных предприятий, деятельность которых зависит от бесперебойного и безаварийного обеспечения энергоресурсами, важную роль среди которых занимает природный газ, большая часть потребления которого приходится именно на промышленные предприятия, осуществляемого эксплуатирующими инженерные сети предприятиями, которые, как правило, имеют сложную иерархическую структуру.
Обеспечение газом промышленных предприятий осуществляется специализированными организациями с помощью совокупности комплексов иерархически и территориально распределенных объектов, которые взаимосвязаны между собой на региональном уровне, но в тоже время являются частью системы обеспечения газом федерального уровня. Процесс обеспечения газом промышленных предприятий связан с обработкой с обработкой информации об объектах, специфика которой заключается в важной роли пространственной составляющей, поэтому для организации качественной обработки и поддержки принятия решений необходимо использовать геоинформационные системы (ГИС).
Учитывая динамику развития потребностей промышленных предприятий в газе, правительством Российской Федерации принимаются меры, направленные на регулирование процессов обеспечения газом, что свидетельствует о важности проблемы рассматриваемой в данной диссертационной работе. В рамках правительственных программ по развитию обеспечения газом промышленных предприятий, создаются информационные системы, в которых на сегодняшний день не решены все проблемы, связанные с обработкой пространственной информации.
Для возможности использования пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в решении аналитических задач (например, поддержка принятия решений при локализации аварийной ситуации) необходимо обеспечить непротиворечивость и качество пространственной информации, применяя топологические отношения.
Изложенные выше вопросы и необходимость разработки механизмов их решения обуславливают актуальность темы диссертационного исследования, целью которого является разработка методов и алгоритмов обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий.
Степень разработанности темы
Методологической основой исследования вопросов применения информационных технологий в различных областях, управления сложными системами, а так же обеспечения информационной поддержки при принятии решений
послужили работы отечественных и зарубежных авторов А. М. Берлянта,
A. Д. Иванникова, А. В. Бакланова, А. В. Кошкарева, С. В. Павлова,
Р. 3. Хамитова, В. Е. Гвоздева, Б. Г. Литвака, Т. И. Михеевой, А. А. Емельянова,
B. Я. Цветкова, А. М. Трофимова, Д. А. Поспелова, Р. Ф. Томлинсона,
Т. А. Гавриловой, Л. С. Берштейна, С. Л. Белякова и др.
Различные аспекты развития и использования информационных систем при обеспечении промышленных предприятий энергоресурсами и управления информацией о пространственно-распределенных объектах нашли свое отражение в работах таких исследователей, как А. В. Аносов, Д. Д. Верховский, В. Н. Лосев, Д. Е. Андрианов, Р. А. Штыков, В. С. Панкратов, В. В. Александров и др.
Исследования топологических отношений, с помощью которых описываются взаимосвязи между пространственными объектами, нашли своё отражение в работах М. Эгенхофера, Э. Клементини, М. Зейлера, Де Мерса М. Н., Э. Митчелла и др.
Тем не менее, теоретическая проработанность процессов обработки пространственной информации об объектах обеспечении газом промышленных предприятий, остается недостаточной, а проблемы разработки информационных систем с использованием геоинформационных технологий и применением топологических отношений при решении поставленной задачи не исследованы в полной мере.
Объект и предмет исследования
Объектом является процесс обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий на основе топологических отношений.
Предметом исследования являются методы организации хранения и обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий с применением теории множеств и топологических отношений.
Целью диссертационной работы является разработка методов и алгоритмов обработки пространственной информации с использованием топологических отношений, для создания информационной системы обеспечения газом промышленных предприятий.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать метод формирования структуры распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в сложноструктурированных геоинформационных системах.
-
Разработать метод поддержания базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в актуальном состоянии на основе топологических отношений.
-
Разработать метод обработки пространственной информации для оказания информационной поддержки принятия решений при возникновении аварийных ситуаций на объектах обеспечения газом промышленных предприятий.
-
Осуществить программную реализацию предложенных методов и алгоритмов обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий и провести анализ эффективности предложенных методов.
Научная новизна результатов работы
-
Метод формирования структуры распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в сложноструктурированных иерархических геоинформационных системах, основанный на формальном анализе структуры входящих в её состав баз пространственных данных, позволяющий установить соответствие между всеми элементами распределенной базы пространственных данных и автоматизировать процесс синхронизации информации между базами пространственных данных входящими в её состав, тем самым повышая его эффективность.
-
Метод поддержания базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в актуальном состоянии, основанный теоретико-множественном подходе, который заключается в выделении классов пространственных объектов и построении топологических отношений между ними для выявления и устранения топологических ошибок, позволяющий повысить качество пространственной информации.
-
Метод обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, основанный на использовании пространственной информации из распределенной базы пространственных данных и их анализе с помощью формализованных экспертных знаний, позволяющий осуществлять расчет запаса газа на отключаемом сегменте газопровода для повышения эффективности оказания информационной поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации.
Теоретическая и практическая значимость
-
Метод формирования структуры распределенной базы пространственных данных в сложноструктурированных иерархических геоинформационных системах, основанный на формальном анализе структуры входящих в её состав баз пространственных данных на уровне взаимодействия баз данных, классов пространственных данных и атрибутивных характеристик, позволяющий установить соответствие между всеми элементами распределенной базы пространственных данных и автоматизировать процесс синхронизации информации между базами пространственных данных входящими в её состав.
-
Метод поддержания базы пространственных данных обеспечения газом промышленных предприятий в актуальном состоянии на основе топологических отношений, основанный на теоретико-множественном подходе, который заключается в выделении классов пространственных объектов и построении
топологических отношений между ними для выявления и устранения топологических ошибок, позволяющий повысить качество пространственной информации, что является необходимым условием для возможности её дальнейшего использования при решении функциональных задач.
3. Метод обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, основанный на использовании пространственной информации из распределенной базы пространственных данных и их анализе с помощью формализованных экспертных знаний, позволяющий осуществлять расчет замаса газа на отключаемом сегменте газопровода, что повысило эффективность оказания информационной поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации на объектах обеспечения газом промышленных предприятий.
Практическую значимость имеет применение данных методов для проектирования и реализации системы обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, что подтверждается актом ввода в промышленную эксплуатацию ОАО «Газпром газораспределение Уфа» (свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ от 29.04.2013 № 2013614353 и свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ от 17.04.2014 № 2014614124) и актом внедрения в учебный процесс.
Методология и методы исследования
В работе использовались методы системного анализа, структурного анализа и проектирования, математический аппарат теории множеств, методы геоинформационного моделирования, теория реляционных и объектно-ориентированных баз данных.
На защиту выносятся:
-
Метод формирования структуры распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в сложноструктурированных геоинформационных системах, основанный на формальном анализе структуры входящих в её состав баз пространственных данных.
-
Метод поддержания базы пространственных данных обеспечения газом промышленных предприятий в актуальном состоянии на основе топологических отношений, основанный на теоретико-множественном подходе и использовании топологических отношений между классами пространственных объектов.
-
Метод обработки пространственной информации для оказания информационной поддержки принятия решений при возникновении аварийных ситуаций на объектах обеспечения газом промышленных предприятий, основанный на использовании для расчетов информации об объектах из распределенной базы пространственных данных и анализе результатов с помощью формализованных экспертных знаний в виде продукционных правил.
4. Программная реализация методов и алгоритмов обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, и результаты проведенных анализов их эффективности.
Достоверность и апробация полученных результатов
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Межрегиональная научно-практическая конференция «Региональные проблемы развития и совершенствования земельно-имущественных отношений» (Уфа, 2010), 2-6-я Региональная конференция пользователей программных продуктов компании ESRI (Уфа, 2011-2015), XVIII-XX Конференция пользователей ESRI в России и странах СНГ (Москва, 2012-2014), V международная конференция «Геоинформационные технологии и космический мониторинг» (Ростов-на-Дону, 2012), Производственно-техническая конференция молодых специалистов ОАО «Газпром газораспределение Уфа» (Уфа, 2014), Третья международная конференция «Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений» (Уфа, 2015).
Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 20 источниках, включая 3 статьи в изданиях из перечня, утвержденного ВАК России («Вестник УГАТУ», «Электротехнические и информационные комплексы и системы», «Инженерный вестник Дона»), 3 материала научных конференций и 2 свидетельства о государственной регистрации программы ЭВМ.
Публикации
Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 20 источниках, включая 3 статьи в изданиях из перечня, утвержденного ВАК России, 3 материала научных конференций и 2 свидетельства о государственной регистрации программы ЭВМ.
Связь темы исследования с научными программами
Работа выполнена в соответствии с региональной Стратегией развития организации обеспечения газом уровня Республики Башкортостан «Стратегии развития ОАО «Газпром газораспределение Уфа» на среднесрочную (до 2015 года) и долгосрочную (до 2020 года) перспективу», которая разработана на основе стратегии развития обеспечения газом в масштабах Российский Федерации.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из 187 страниц машинописного текста, включающего в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы из 140 наименований и четыре приложения.
Анализ топологических отношений, используемых для поддержания в актуальном состоянии пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий
Обеспечение газом промышленных предприятий [40] осуществляется по трубопроводам и объектам, которые обслуживают специализированные организации, и их основные задачи: своевременное, бесперебойное и безаварийное обеспечение газом и поддержание в работоспособном состоянии инфраструктуру газопроводов и сооружений. Как правило, эти организации имеют сложную иерархическую территориально-распределенную структуру, а кроме этого сами являются элементами системы федерального уровня, занимающейся распределением природного газа от газораспределительных станций к потребителям.
Для регулирования работы организаций, обеспечивающих промышленные предприятия газом разрабатываются правовые акты федерального уровня [91,92], что свидетельствует о важности задачи управления развитием объектов обеспечения газом промышленных предприятий в масштабах всей страны. Рассмотрим процесс обеспечения газом промышленных предприятий на примере Республики Башкортостан, где обеспечение газом осуществляет открытое акционерное общество «Газпром газораспределение Уфа», которое является одним из пяти крупнейших поставщиков газа в Российской Федерации [70,108].
Основными видами деятельности организации:
1. Обеспечение газом потребителей на территории Республики Башкортостан и оперативное управление объектами обеспечения газом.
2. Разработка и реализация комплекса мер по созданию информационной системы об объектах обеспечения газом промышленных предприятий.
3. Взаимоотношения с федеральными органами исполнительной власти с целью создания экономических, организационных и правовых условий, обеспечивающих эффективное функционирование системы обеспечения газом.
В рамках исследования проблемы обеспечения газом промышленных предприятий проведено обследование организационной структуры ОАО «Газпром газораспределение Уфа» [14] и составлен перечень территориальных (ТП) и структурных подразделений, а так же состав групп и специалистов внутри каждого подразделения.
ОАО «Газпром газораспределение Уфа» имеет иерархическую многоуровневую структуру, которая включает центральный аппарат, территориальные подразделения (ТП) и входящие в их состав отделы.
Законодательство в области регулирования взаимоотношений между организацией, осуществляющей обеспечение газом и предприятиями -потребителями природного газа, с каждым годом все больше ужесточается [92]. Для получения заключения о возможности подключения потребитель должен предоставить организации, обеспечения газом, пакет документов, в том числе и пространственную информацию, характеризующую объект потребляющий газ. При этом в процессе обеспечения газом промышленных предприятий необходимо владеть информацией о пространственных объектах обеспечения газом промышленных предприятий и их характеристиках, а так же об объектах местности, на которой планируется создание нового потребителя. При анализе пространственных данных были изучены источники [12,13,85].
В процессе присоединения к существующим объектам обеспечения газом нового потребителя промышленного предприятия могут возникнуть сложности из-за отсутствия технической возможности или недостаточной материальной обеспеченности, которая не позволяет организовать строительство и тогда подключение нового промышленного предприятия не представляется возможным. Это может происходить по следующим причинам:
1. Из-за роста количества перспективных потребителей, объемы для которых бронируются сроком до 3 лет по выданным ранее техническим условиям, в соответствии с [92, 104], а так же на основании запросов на увеличение потребления газа, возникающего при наращивании производственных мощностей существующих промышленных предприятий.
2. Отсутствие необходимых свободных мощностей существующих объектов и оборудования газоснабжения [104].
Кроме того, при организации процесса обеспечения газом промышленных предприятий необходимо учитывать множество таких факторов, как: 1. Взаимное влияние крупных источников газа на соединенные между собой объекты обеспечения газом. 2. Влияние различных природных и техногенных факторов на объекты обеспечения газом промышленных предприятий. 3. Обеспеченность существующих потребителей газом при проведении на объектах обеспечения газом промышленных предприятий работ по реконструкции, капитальному ремонту, новому строительству, техническому перевооружению. Изложенная выше информация свидетельствует о том, что проблема обеспечения газом промышленных предприятий в силу влияния на этот процесс большого количества различных факторов, начиная от политических, организационных и заканчивая природными, техногенными является технически сложной и требует углубленного исследования. Анализ проблемы [110] обеспечения газом промышленных предприятий показал, что процесс обеспечения газом осуществляется с помощью с помощью инфраструктуры специализированных объектов, на которые оказывают воздействие различные факторы (политические, организационные, природные, техногенные), вследствие чего возникает необходимость контроля и согласования их взаимного влияния на исследуемый процесс, что решается с использованием информационных систем.
Разработка метода формирования структуры распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в сложноструктурированных иерархических геоинформационных системах
А также, учитывая (2.2), что база данных каждого территориального подразделения состоит из уникальной части и общей части для территориальных подразделений, задача формирования структуры распределенной базы данных DBQ, состоящей из объединения DBi, заключается в таком выделении в каждой DBi части пространственных и атрибутивных данных, чтобы выполнялось соотношение: BOD,DBij,DBf ,DBf ,DBl,DB. l,DB. Гі можно построить непротиворечивую структуру данных, необходимую для реализации базы данных организации, включающую в себя распределенную базу данных организации DB0 , со множеством входящих в её состав баз данных территориальных подразделений DBt, которые содержат в себе пространственную и атрибутивную информацию необходимую специалистам различных отделов для решения задач, а также реализовать программное обеспечение для многопользовательского удаленного доступа и обработки этих данных всеми / riUj ATt
Предложенный метод основан на теоретико-множественном представлении [129] и анализе пространственных данных и позволяет сформировать непротиворечивую структуру распределенной базы данных, удовлетворяющую потребностям всех территориальных подразделений и пользователей различных отделов организации.
Анализ пространственной информации, которую используют в своей повседневной работе сотрудники территориальных подразделений организации, позволил получить необходимые данные для того, чтобы построить структуру распределенной базы пространственных данных газоснабжающей организации.
Распределенная база данных всей организации, осуществляющей обеспечение газом газом промышленных предприятий, DB0 разрабатывается на основе соответствующей модели данных (DM) [95], которую обозначим DM0 : DM0 = {St ...Sl A1 ...Аг,Ыг ... Nh l (2.22) где Si — совокупность слоев пространственной информации, Аг -совокупность атрибутивных полей, Nh - связи между атрибутами и слоями. Например, для (2.22): S± — газопроводы; S2 — промышленные предприятия; . — пункты редуцирования газа; S4 —переход диаметра, материала газопровода и т.д. Модель базы данных DMQ является совокупностью моделей данных территориальных подразделений:
Учитывая, что модель базы данных DMt, описывающая базу данных i-го территориального подразделения DBt содержит пространственную и атрибутивную информацию, можно записать:
Необходимо отметить, что модели данных различных отделов, входящих в состав DBt, в рамках каждого территориального подразделения являются отличными друг от друга в силу потребности отделов в различных пространственных и атрибутивных данных для решения своих производственных задач и того, что идентичные задачи в различных территориальных подразделениях могут выполнять различные отделы: DM0 DMtl DMi2 Ф-Ф DMtj. (2.29) Если рассмотреть модели данных в разрезе атрибутивной и пространственной составляющих, можно записать следующее: Цвмй Цвм/1 Ф - Ф \J_DMf, Цвм/} 2 30 і=їдї і=їдї ; =i,fe ;=i,fc Модель базы данных DMf описывает пространственную информацию, содержащуюся в базе данных в виде классов географических объектов, которые содержат географические координаты. DM = {Si;...Si;}, (2.31) где I - количество слоев, содержащих пространственную информацию 7-х отделов в базе пространственных данных DBtj территориального подразделения.
Модель базы данных DMj описывает атрибутивную составляющую информации, которая хранится в DBf в виде таблиц реляционной базы данных, поэтому DMf для всех DBi будет представлена в виде совокупности отношений: DM {Alj...Arj}, (2.32) где г - количество атрибутивных полей, содержащих информацию j-x отделов в базе атрибутивных данных DBf- территориального подразделения. Например, для (2.32) при описании атрибутивных характеристик объекта газопровод необходимых производственно-техническому отделу задаются: Аг1 — диаметр; А21 — материал газопровода; А31 — способ прокладки; А41 — давление фактическое и т.д.
Следовательно, база данных DBQ всей организации является совокупностью DBf и DBf, описываемых соответствующими моделями
Графически модель базы данных [77,26] можно представить в виде куба (Рисунок 2.6), в одной грани которого содержится множество пространственных слоев Sh во второй - множество атрибутивных значений Аг и в третьей - множество связей, описывающих различные сочетания пространственных и атрибутивных данных Nh .
В силу того, что в базе пространственных данных после её создания производится ряд преобразований (репликация редактируемых слоев из DBQ в базу данных соответствующего ТП DBi), необходимо иметь однозначное соответствие между местом хранения в распределенной базе данных всей организации
Разработка алгоритма формирования структуры распределенной базы пространственных данных
Разработка структуры данных является одной из важных задач при проектировании системы использования пространственной информации об объектах газового хозяйства, с помощью которых осуществляется обеспечение газом промышленных предприятий, поскольку необходимо учесть большое количество факторов влияющих при вводе информации, организовать поддержание её в актуальном состоянии и использование всеми заинтересованными пользователями для решения различных функциональных задач.
В методологии SADT взаимосвязи и структура пространственной информации описываются в виде диаграмм сущность - связь, которые в нашем случае составляют информационную модель геоинформационной системы обеспечения газом промышленных предприятий на основе стандарта IDEF1 X.
Информационная модель, разработанная на основе стандарта IDEF1 X, является логической структурой информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий и дополняет функциональную модель, описанную выше. Информационная модель представляет собой совокупность элементов: - сущностей, под которыми понимаются классы пространственных объектов; - атрибутивных данных, которые характеризуют свойства каждого отдельно взятого объекта (сущности); - связей между сущностями и атрибутами, которые позволяют описать принадлежность сущностям атрибутивных данных.
Проведенный анализ пространственной информации позволил сгруппировать сущности и атрибутивные данные, входящие в информационную модель базы данных организации, осуществляющей обеспечение газом промышленных предприятий, и дополнить данными необходимыми для выполнения различных функций, входящими в состав функциональной модели процессов.
При проектировании информационной модели необходимо учитывать специфику формирования и использования данных различными территориально распределенными подразделениями организации: - учитывая то, что организация имеет иерархическую территориально распределенную структуру, база пространственных данных является распределенной; - пространственная и атрибутивная информация об объектах обеспечения газом промышленных предприятий и окружающих объектах вносится пользователями в удаленных ТП, так как в них хранится документация и исходные данные об обслуживаемых объектах и оборудовании; - имеется часть пространственных данных необходимая всем пользователям геоинформационной системы (например, общегеографические данные о территории района Республики Башкортостан) независимо от выполняемых функций; - в силу того, что территориально удаленные подразделения организации имеют общие друг с другом границы обслуживания объектов обеспечения газом промышленных предприятий, существует пространственная и атрибутивная информация, интересующая пользователей соседних территориальных подразделений организации [84]; - территориальные подразделения организации содержат в своем составе различные отделы, для пользователей которых требуется организация разграничения доступа к пространственной и атрибутивной информации в зависимости от решаемых задач и выполняемых функций.
Выполнен анализ пространственной информации, которую используют специалисты территориальных подразделений организации в своей работе: Аварийно-диспетчерской службы; Производственного отдела; Группы электрохимической защиты; Отдела эксплуатации внутридомового газового оборудования; Бухгалтерии; Отдела главного энергетика; Отдела капитального строительства и инвестиций; Отдела по имуществу и корпоративной работе; Группы метрологии; Группы мобилизационной подготовки и ГО.
На основе исследования пространственной информации, к которой обращаются различные группы пользователей отделов территориальных подразделений организации, разработана обобщенная структура информации необходимой для обеспечения газом промышленных предприятий (рисунок 3.7).
На рисунке 3.8 приведен фрагмент информационной модель обеспечения газом промышленных предприятий в виде сущность - связь, на которой представлены пространственные объекты (сущности), атрибутивная информация, которая их характеризует и взаимосвязи между ними. Более полная информационная модель описания объектов необходимых для обеспечения газом промышленных предприятий приведена в ПРИЛОЖЕНИИ А. Фрагмент разработанной структуры базы пространственных данных приведен в ПРИЛОЖЕНИИ В.
Разработана информационная модель сложно структурированной иерархической информационной системы обеспечения газом промышленных предприятий, описывающая пространственную и атрибутивную информацию об объектах, позволяющая организовать многопользовательский доступ к распределенной базе пространственных данных и использование информации об обслуживаемых объектах обеспечения газом на примере газоснабжающей организации регионального уровня (Республики Башкортостан).
Формирование распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий
Геоинформационная система обработки пространственной информации для оказания информационной поддержки обеспечения газом промышленных предприятий используется большим количеством сотрудников для решения повседневных производственных задач и оперативного принятия решений. В силу этого, скорость выполнения анализа и предоставления доступа к пространственной информации об эксплуатируемых объектах является одним из ключевых показателей эффективности работы системы, что особенно критичным является при возникновении аварийных ситуаций. Диспетчерские подразделения в своей повседневной работе оперируют большими объемами информации большая часть, которой является пространственной, поэтому обеспечение сотрудника принимающего оперативные решения инструментами быстрого анализа пространственной информации об обслуживаемых объектах позволяет повысить скорость и качество принимаемых решений. Наиболее удобным способом анализа эффективности реализованной поддержки принятия решений при возникновении аварийных ситуаций являются диаграммы Ганта, которые позволяют проиллюстрировать время выполнения перечня последовательных задач [52]. Приведены диаграммы процесса получения пространственной информации и проведение необходимых расчетов сотрудниками организации без применения системы обработки пространственной информации для оказания информационной поддержки при обеспечении газом промышленных предприятий (рисунок 4.10) и с её применением (рисунок 4.11).
Общее время 2 ч. 25 мин. Рисунок 4.11 - Диаграмма процесса получения пространственной информации и проведение необходимых расчетов сотрудниками организации (с использованием геоинформационной системы). На основе анализа диаграмм Ганта можно сделать вывод что использование геоинформационной системы обработки пространственной информации для оказания информационной поддержки при обеспечении газом промышленных предприятий при возникновении аварийной ситуации сокращает временные затраты на доступ к пространственной информации и проведение с её использованием расчетов в 40,5 раз.
1. Осуществлена программная реализация методов и алгоритмов формирования распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения промышленных предприятий газом, позволяющая организовать распределенное хранение и синхронизацию информации между центральной базой данных и удаленными базами пространственных данных территориальных подразделений, вследствие чего повышается качество принятия решений по управлению объектами обеспечения газом промышленных предприятий.
2. Реализован метод и поддержания в актуальном состоянии базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий на основе топологических отношений, позволяющий создать непротиворечивую базу геоданных, поддерживать качество пространственной информации при помощи топологических правил, что является необходимым для возможности её использования при решении функциональных задач.
3. Осуществлена программная реализация предложенного метода обработки пространственной информации для поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации на объектах обеспечения газом промышленных предприятий, позволяющая проводить расчет запаса газа на отключаемом сегменте газопровода, что позволило значительно сократить время, необходимое для принятия решений при возникновении аварийной ситуации.
4. Проведен анализ эффективности реализации разработанных методов и алгоритмов обработки и управления пространственной информацией об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, в результате которого было выявлено, что предложенные решения по автоматизации процессов формирования распределенной базы данных позволяют значительно (в 4 раза) сократить трудозатраты на синхронизацию информации, а временные затраты на доступ к пространственной информации и проведение с её использованием расчетов при возникновении аварийной ситуации сокращаются в 40,5 раз.
В рамках диссертационной работы решена научно-техническая задача обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий на основе топологических отношений, а так же реализована поддержка принятия решений при возникновении аварийной ситуации на объектах обеспечения газом промышленных предприятий и получены следующие научные и практические результаты:
1. Разработан метод формирования структуры распределенной базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в сложноструктурированных иерархических геоинформационных системах, основанный на формальном анализе структуры входящих в её состав баз пространственных данных, позволяющий установить соответствие между всеми элементами распределенной базы пространственных данных и автоматизировать процесс синхронизации информации между базами пространственных данных входящими в её состав.
2. Разработан метод поддержания базы пространственных данных об объектах обеспечения газом промышленных предприятий в актуальном состоянии, основанный на теоретико-множественном подходе, который заключается в выделении классов пространственных объектов и построении топологических отношений между ними для выявления и устранения топологических ошибок, позволяющий повысить качество пространственной информации.
3. Разработан метод обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, основанный на использовании пространственной информации из распределенной базы пространственных данных и их анализе с помощью формализованных экспертных знаний, позволяющего осуществлять расчет запаса газа на отключаемом сегменте газопровода для повышения эффективности оказания информационной поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации.
4. Разработан алгоритм и осуществлена программная реализация системы обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, основанная на клиент-серверномом подходе с использованием сервис-ориентированной архитектуры, повысившая эффективность доступа к пространственной информации большого количества пользователей.
Анализ результатов внедрения показал, что разработанный метод формирования структуры распределенной базы пространственных данных позволил автоматизировать процесс синхронизации информации и в 4 раза сократить затрачиваемое для этого время. Реализация метода обработки пространственной информации об объектах обеспечения газом промышленных предприятий, позволяющего осуществлять расчет запаса газа на отключаемом сегменте газопровода позволил повысить эффективность поддержки принятия решений путем сокращения времени, затрачиваемого на получение пространственной информации и проведение необходимых расчетов сотрудниками организации в 40,5 раз.