Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы создания корпоративных информационных систем для предприятий газодобывающей отрасли 19
1.1. Направления деятельности и структура современной газодобывающей компании 19
1.2. Модель бизнес-процессов ГДК 23
1.3. Анализ модели бизнес-процессов ГДК 25
1.4. Анализ существующих ИС предприятий нефтегазодобывающей отрасли .28
1.5. Цель и задачи исследования 40
1.6. Основные результаты и выводы по главе 42
ГЛАВА 2. Концепция построения распределенной геоинформационной системы газодобывающей компании .43
2.1. Принципы построения РГИС 43
2.2. Основные требования к РГИС 44
2.3. Обобщенная структура РГИС 48
2.4. Выбор базовых средств для поддержки хранения и обработки производственных данных РГИС 52
2.5. Основные результаты и выводы по главе 58
ГЛАВА 3. Модели данных ргис 59
3.1. Принципы построения моделей данных РГИС 59
3.2. Концептуальные модели метаданных РГИС
3.2.1. Модель метаданных для разграничения прав доступа 66
3.2.2. Модель метаданных для поддержки иерархий производственных объектов 71
3.2.3. Модель метаданных пространственной информации 75
3.3. Концептуальные модели БД производственной информации з
3.3.1. Концептуальная модель БД паспортной информации 77
3.3.2. Концептуальная модель БД плановой информации 80
3.3.3. Концептуальная модель БД технологической информации 81
3.3.4. Концептуальная модель БД пространственной информации 3.4. Физические модели данных РГИС 87
3.5. Анализ эффективности предложенных моделей данных 89
3.6. Основные результаты и выводы по главе 92
ГЛАВА 4. Алгоритмическое обеспечение РГИС 93
4.1. Алгоритмы обработки иерархий производственных объектов 93
4.1.1. Алгоритмы для реализации модифицированного метода вложенных множеств 94
4.1.2. Исследование эффективности методов организации иерархий объектов 102
4.2. Алгоритмы обработки пространственной информации 109
4.2.1. Типы пространственных данных ГДК 111
4.2.2. Многоэтапный подход к обработке пространственной информации на сервере БД 114
4.2.3. Алгоритмическое обеспечение клиента БД пространственной информации 122
4.2.4. Исследование эффективности алгоритмов обработки пространственной информации 123
4.3. Алгоритмическое обеспечение репликации производственных данных... 127
4.3.1. Особенности информационных потоков в РГИС 129
4.3.2. Имитационная модель репликационных процессов в РГИС 130
4.3.3. Разработка программного обеспечения для проведения имитационного моделирования 135
4.3.4. Результаты имитационного моделирования 138
4.4. Основные результаты и выводы по главе 142
ГЛАВА 5. Программное обеспечение ргис и результаты её апробации 144
5.1. Структура программного обеспечения РГИС 144
5.2. Выбор средств разработки программного обеспечения РГИС 146
5.3. Особенности проектирования программного обеспечения РГИС 147
5.4. Серверное и клиентское программное обеспечения РГИС
5.4.1. Основные положения 150
5.4.2. Подсистема паспортизации 151
5.4.3. Подсистема обработки пространственной информации 156
5.4.4. Подсистема планирования 158
5.4.5. Подсистема обработки технологических параметров 159
5.4.6. Подсистема обмена сообщениями
5.5. Программное обеспечение административной части РГИС 163
5.6. Апробация РГИС на предприятиях газодобывающей отрасли 164
5.7. Основные результаты и выводы по главе 173
Заключение 175
Список использованных источников
- Анализ существующих ИС предприятий нефтегазодобывающей отрасли
- Выбор базовых средств для поддержки хранения и обработки производственных данных РГИС
- Концептуальные модели БД производственной информации
- Исследование эффективности методов организации иерархий объектов
Введение к работе
s
Актуальность работы. Одной из важнейших и практически значимых целей, стоящих сегодня перед каждым предприятием газодобывающей отрасли в России, является создание эффективной автоматизированной системы управления этим предприятием. В последнее время для реализации этой цели начали внедряться ERP-системы, предназначенные для управления всеми ресурсами предприятия. При этом первые успешные шаги сделаны в направлении автоматизации финансово-экономической деятельности предприятий, однако применить стандартные средства таких систем для автоматизации производственной деятельности газодобывающих компаний (ГДК) без кардинальных переработок подсистем управления производством не представляется возможным.
Поэтому в большинстве крупных ГДК наряду с ERP-системами в интересах производственных служб создаются корпоративные информационные системы (КИС) для сбора, обработки и анализа производственной информации. Основной проблемой при разработке таких КИС является проблема создания методов и программных средств поддержания в актуальном состоянии распределённых баз данных из-за значительной территориальной распределенности источников (различные АСУ ТП, пользователи и т.п.) и потребителей (специалисты производственных служб, топ-менеджеры и т.п.) производственной информации в современной вертикально-интегрированной ГДК.
Другой проблемой является проблема получения, передачи и эффективной обработки таких видов производственной информации, как пространственные данные (карты, планы), технологические схемы и мнемосхемы производственных объектов и процессов. Это означает, что в КИС должна быть геоинформационная компонента с развитым графическим редактором и т.п.
При решении этих проблем в настоящее время получены в основном теоретические результаты по разработке распределённых КИС, в том числе с геоинформационной подсистемой для обработки пространственных данных. Результаты получены коллективами отечественных и зарубежных ученых под руководством Юркевича Е.В., Царегородцева А.В., Мазура И.И., Дейта Дж. и др.
Однако практическая реализация предложенных ими идей, концепций и методов проектирования сложных КИС в полной мере пока отсутствует. На рынке России до сих пор нет полнофункциональных корпоративных распределённых геоинформационных систем для предприятий газодобывающей отрасли. Существующие зарубежные разработки программного обеспечения (ПО) КИС не локализованы и не могут быть легко адаптированы к российским условиям. На рынке ПО КИС в России имеется несколько отечественных и зарубежных систем, ориентированных на нефтедобывающую отрасль. Среди них полнофункциональные КИС «OillnfoSystem», «SliderOffice» и специализированные информационные системы «АСС», «Трубопроводы» и т.д. Однако эти КИС не учитывают специфику газодобывающей отрасли в должной мере и поэтому не могут полностью удовлетворить потребности производственных ПО разделений современных вертикально-игіт1|^^р^|шЩ^Т|ЖТ' ,
STSKgCa'
Всё вышеизложенное позволяет сказать, что разработка полнофункциональных распределённых КИС для сбора и обработки производственной информации в современных вертикально-интегрированных ГДК является актуальной и практически значимой проблемой.
Исследования и разработки по теме диссертационной работы проводились в соответствии с утвержденными планами НИР Института «Кибернетический центр» ТПУ в 1997-2005 гг., а также в рамках проекта Минпромнауки РФ по гранту №00-15-98478 поддержки ведущих научных школ России.
Цель работы и задачи диссертации. Целью диссертационной работы является создание корпоративной распределённой геоинформационной системы для сбора и обработки производственной информации в вертикально-интегрированной газодобывающей компании и её апробация на предприятиях газодобывающей отрасли.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи.
-
Разработать концепцию построения распределённой геоинформационной системы (РГИС) для сбора и обработки производственной информации в ГДК, включающую принципы построения и основные требования к системе, а также на этой основе разработать структуру РГИС.
-
Создать информационную модель РГИС. Задача предполагает разработку концептуальных и физических моделей баз данных РГИС, включая модели пространственных данных.
-
Разработать математическое обеспечение (методы и алгоритмы) РГИС.
-
Разработать ПО РГИС. Результатом решения данной задачи являются программные средства, реализующие предложенную структуру РГИС и алгоритмы её функционирования.
-
Апробировать разработанное информационное, алгоритмическое и программное обеспечение РГИС на предприятиях газодобывающей отрасли.
Методы исследований. В работе использовались методы проектирования информационного обеспечения систем, статистического анализа, имитационного моделирования, объектно-ориентированного анализа и проектирования систем, объектно-ориентированного программирования, пространственного анализа данных.
Научную новизну полученных в работе результатов определяют:
-
Модифицированный метод вложенных множеств и реализующие его алгоритмы добавления, удаления и реиндексации данных, повышающие эффективность обработки больших объемов иерархически упорядоченных производственных данных.
-
Многоэтапный подход к обработке пространственной информации, включающий в качестве основных этапов выбор пространственной информации из баз данных на основе метода независимых пространственных индексов и последующую генерализацию выбранных данных.
-
Алгоритмы обработки пространственных данных, реализуемые на серверах баз данных РГИС.
4. Результаты исследования эффективности предложенных алгоритмов обработки пространственных данных и реализованного в РГИС механизма репликации данных.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Практически значимыми являются предложенная концепция построения и структура РГИС; информационная модель производственных данных РГИС, включающая в том числе геореляционную модель для поддержки пространственной информации; методы, алгоритмы и реализующие их ПО РГИС. Практически ценным является также ПО для моделирования репликационных потоков производственных данных. Разработанное информационное, алгоритмическое и программное обеспечение РГИС позволяет решать задачи различных производственных служб современной ГДК и функционирует в рамках клиент-серверной архитектуры на клиентских компьютерах типа IBM PC под управлением ОС Windows NT/2000/XP/2003 и серверной платформе СУБД MS SQL Server 2000/2003. Объем исходного кода созданного ПО системы составляет более 40000 строк на языках C++, Object Pascal и T-SQL.
Разработанные концепция, модели данных, алгоритмическое и программное обеспечение РГИС использовались при выполнении НИОКР №8-26/00 между Институтом «Кибернетический центр» Томского политехнического университета и ООО «Томсктрансгаз» ОАО «Газпром»; а также при выполнении НИОКР №8-32/02 и №8-21/03 между Институтом «Кибернетический центр» Томского политехнического университета и ОАО «Востокгазпром». Созданное информационное, алгоритмическое и программное обеспечение РГИС адаптировано и внедрено в ООО «Томсктрансгаз» ОАО «Газпром» и ОАО «Востокгазпром». Результаты внедрений подтверждены соответствующими актами.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработанные модели данных РГИС позволяют эффективно хранить и оперировать всеми видами производственной информации в современной вертикально-интегрированной ГДК.
-
Предложенный модифицированный метод вложенных множеств и реализующие его алгоритмы дают возможность пользователям РГИС эффективно обрабатывать иерархически упорядоченные производственные данные больших объемов.
-
Предложенные многоэтапный подход и реализующие его алгоритмы для обработки пространственной информации на сервере баз данных РГИС повышают скорость выполнения пространственных запросов и скорость визуализации данных на клиентских местах пользователей.
-
Результаты исследования репликационных потоков данных РГИС, полученные на разработанной имитационной модели, позволяют эффективно реализовать механизм репликационных процессов в РГИС.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на II, III, VIII и IX Korean-Russian International Symposium On Science and Technology KORUS-98, KORUS-99, KORUS-2004, KORUS-2005 (Томск, 1998; Новосибирск, 1999; Томск, 2004; Новосибирск, 2005); Региональной научно-практической конференции «Добыча, подготовка и транспорт нефти и га-
за» (Томск, 1999); 37 Международной научно-студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 1999); Международной научно-практической конференции «Геоинформатика-2000» (Томск, 2000); VI Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформатика в нефтегазовой и горных отраслях» (Тюмень, 2001); Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии ICT'2003» (Новосибирск, 2003); III Межрегиональной научно-практической конференции «Газораспределительные системы. АГНСК. АГЗС. Проектирование. Строительство. Эксплуатация» (Томск, 2003); I и II Всероссийской научно-практической конференции по имитационному моделированию ИММОД-2003, ИММОД-2005 (Санкт-Петербург, 2003, 2005); Научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевого комплекса и производительных сил Томской области» (Томск, 2004); III Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование» (Анжеро-Судженск, 2004); Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2005).
По результатам диссертационных исследований опубликовано 18 работ, в том числе 8 статей.
Личный вклад:
-
Постановка задачи по разработке концепции построения РГИС для сбора и обработки производственной информации в ГДК выполнена автором совместно с Н.Г. Марковым
-
Информационное обеспечение РГИС разработано лично автором, в том числе предложен модифицированный метод вложенных множеств, разработаны модели данных производственной информации и модели метаданных для распределения прав доступа к производственной информации, организации иерархий производственных объектов, хранения пространственной информации.
-
Алгоритмическое обеспечение серверной части РГИС разработано лично автором, в том числе реализованы предложенные алгоритмы модифицированного метода вложенных множеств и обработки производственной пространственной информации.
-
Реализация программного обеспечения РГИС выполнена автором совместно с А.В.Кудиновым, Р.В. Ковиным, Е.А. Мирошниченко. При этом реализация ПО описанных выше алгоритмов серверной логики и подсистемы паспортизации выполнены лично автором.
-
Постановка задачи на исследование эффективности репликационных процессов в РГИС, разработка модели и алгоритмического обеспечения среды имитационного моделирования для этих целей и интерпретация результатов моделирования выполнены лично автором. Разработка ПО среды моделирования выполнена автором совместно с А.С. Анищенко
-
Постановки задач исследования эффективности предложенных метода и алгоритмов выполнены автором совместно с Н.Г. Марковым. Результаты исследования получены лично автором.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 145 наименований и приложения. Объем основного текста диссертации составляет 127 страниц машинописного текста, иллюстрированного 73 рисунками и 10 таблицами.
Анализ существующих ИС предприятий нефтегазодобывающей отрасли
Для объективного восприятия предметной области и описания её бизнес-процессов (БП) необходимо построить соответствующую модель ГДК. Создать модель БП позволяют такие методологии как SADT (Structured Analysis and Design Teqnique) [32] и разработанная на её основе IDEFO (Integrated computer aided manufacturing DEFinition), [17]. Стандарт IDEFO, предложенный с 1981 по 1993 гг. национальным институтом по стандартам и технологиям США, является более поздним по сравнению с SADT и успешно применяется для моделирования БП различных предприятий. Современные программные продукты [45, 99, 106] реализуют методологию IDEF0, для автоматизированного построения модели БП предприятий.
Для описания БП ГДК воспользуемся методологией IDEF0 и программной средой BPWin 4.0 [99], реализующей ее возможности. Среда BPWin 4.0 позволяет представить некую предметную область в виде модели, состоящей из иерархически упорядоченного набора диаграмм, текста документации и словарей, связанных друг с другом с помощью перекрестных ссылок. Двумя наиболее важными компонентами, из которых строятся IDEFO-диаграммы, являются бизнес-процессы (представленные на диаграммах в виде прямоугольников) и данные (изображаемые в виде стрелок), связывающие между собой бизнес-процессы.
На рис. 1.3 в качестве примера приведена диаграмма абстрактного БП, на которой отражены все базовые графические примитивы нотации IDEF0 [17]. Дея 24 тельность, описываемая диаграммой, обладает идентификатором, который показывает вложенность данного БП в БП более высокого уровня. Т і Управление Вход Название деятельностиА1.1 Выход Механизм Рис. 1.3. Схема деятельности, согласно методологии IDEF0 Общая модель бизнес-процессов ГДК представляет собой иерархию диаграмм БП отдельных подразделений ГДК, которая в качестве примера представлена на рис. 1.4. При этом детальность декомпозиции предметной области на составляющие остается в компетенции аналитика (проектировщика диаграмм) [17].
Каждая из диаграмм либо показывает деятельность некоторого подразделения в виде совокупности БП, либо описывает отдельный БП того или иного подразделения. В качестве примера диаграммы БП одного из подразделений на рис. 1.5 приведена схема деятельности отдела эксплуатации трубопроводов, функционирующего в рамках ГДП (средний уровень производственной иерархии ГДК). Управляющим воздействием для всех бизнес-процессов отдела следует считать должностные обязанности сотрудников отдела и распоряжения, отдаваемые вышестоящей структурной единицей. В качестве механизма исполнения всех бизнес-процессов таюке предлагается воспринимать специалистов отдела. В связи с этим, управляющие воздействия и механизмы приведены только для всей диаграммы в целом, а не представлены для каждого бизнес-процесса в отдельности.
Целью анализа является составление перечня необходимых и достаточных БП, автоматизация которых приводит к автоматизации деятельности основных подразделений ГДК на всех уровнях иерархии. Для этого, при помощи специалистов ГДК, выступивших в роли экспертов в данной предметной области, модель БП проанализирована по специфике выполняемой деятельности. Установлено, что БП многих подразделений являются сходными по природе и принципу работы, различаясь лишь в области применения. В качестве примера укажем на такие распространенные для многих подразделений БП как паспортизация производственных объектов и планирование (и контроль исполнения) мероприятий. Этот факт позволяет говорить о наличии БП, многократно используемых в различных подразделениях ГДК. Для удобства дальнейшего изложения внесем следующее определение.
Определение 1.1. Реентерабельным бизнес-процессом (РБП) ГДК назовем БП автоматизирующий некоторую деятельность и используемый более чем в одном подразделении ГДК. В результате изучения моделей БП основных подразделений ГДК, сформирован следующий перечень РБП: 1. паспортизация производственных объектов; 2. обработка оперативной технологической информации; 3. управление производственными объектами; 4. планирование и контроль исполнения планов мероприятий; 5. обработка пространственных данных; 6. обмен сообщениями. Вышеописанные РБП не решают весь спектр задач всех подразделений ГДК, так как деятельность каждого подразделения обладает некоторыми уникальными отличиями. Для полного охвата задач ГДК введем понятие дополнительного БП (ДБП), присутствующего в деятельности каждого подразделения и позволяющего решать узкоспециализированную задачу (или задачи) того или иного подразделения. В качестве примеров ДБП можно привести следующие: 1. расчет эффективности участка трубопровода; 2. построение месячного эксплутационного рапорта об эксплуатации скважин месторождения; 3. построение диаграммы потенциалов для установок электрохимической защиты трубопроводов; 4. и т.д.
Таким образом, наиболее распространенные задачи подразделений могут быть решены путем автоматизации описанных выше РБП и ДБП. В качестве примера, в табл. 1.1. приведены производственные службы аппарата управления ГДП (средний уровень иерархии ГДК) и необходимые в их деятельности РБП. Между тем, необходимость в использовании РБП сохраняется и в подразделениях других уровней производственной иерархии ГДК. В связи с этим можно утверждать, что все выделенные РБП востребованы в деятельности подразделений любого уровня
Набор РБП, приведенных в табл. 1.1., определим как базовый набор РБП, востребованный во всех подразделениях ГДК любого уровня. На основании этого сделаем вывод: ИС ГДК должна в первую очередь автоматизировать базовый набор РБП, что приведет к автоматизации большинства БП подразделений ГДК. Для максимально полной автоматизации деятельности всех подразделений ГДК (в дополнение к реализации базового набора РБП) ИС должна реализовать ряд ДБП, уникальных для каждого подразделения.
Выбор базовых средств для поддержки хранения и обработки производственных данных РГИС
Все основные параметры любой ИС всецело зависят от правильности и корректности базовых принципов, на основе которых она спроектирована. Анализ существующих ИС для решения задач в газодобывающей отрасли и формализация основных задач автоматизации ГДК, выполненная в главе 1, позволяют выделить следующие основные принципы построения РГИС ГДК. 1. Принцип многоуровневости РГИС компании, позволяющий охватить рабочие места специалистов всех уровней управления и сформировать в ГДК прозрачную вертикально-интегрированную структуру управления производством. 2. Принцип интеграции производственных данных РГИС и, соответственно, формирование единого информационного пространства ГДК. Это позволит анализировать производственную информацию по множеству критериев и, тем самым, повысить качество принятия управленческих решений. 3. Принцип интеграции с существующими в ГДК АСУ ТП и ERP-системами по данным и инструментарию (по базовым программным средствам). Использование данных из других систем (АСУ ТП и ERP-систем) расширит функциональные и информационные границы РГИС. 4. Принцип расширяемости перечня решаемых производственных задач. Данный принцип обеспечит адаптацию РГИС к той или иной ГДК, а также к из 44 меняющимся условиям функционирования и тем самым увеличит ее жизненный цикл. 5. Принцип открытости данных и реализуемых технологий путем использования в системе отраслевых и международных стандартов представления данных, что гарантирует переносимость информации в рамках предприятий газодобывающей отрасли. 6. Принцип использования при создании РГИС готовых современных программных решений и технологий для реализации части функций РГИС: использование геоинформационной составляющей (современной ГИС), промышленной системы управления базами данных (СУБД) и т.д.
Реализация описанных принципов позволит создать полнофункциональную ИС ГДК, обладающую рядом преимуществ по сравнению с известными аналогами.
На основе анализа предметной области, описанного в главе 1, сформулируем основные требования к создаваемой РГИС ГДК.
1. РГИС должна содержать и уметь обрабатывать информацию обо всех производственных объектах ГДК и их составных единицах. В соответствии с современными требованиями, предъявляемыми к информационным системам, хранение производственных данных должно осуществляться в виде БД, управляемых промышленной СУБД. Обычно набор эксплуатируемых производственных объектов подвержен изменениям. В связи с этим, первым требованием, обеспечивающим последующее развитие РГИС, является возможность не ограниченного расширения модели данных в части описания номенклатуры используемых производственных объектов, их детальности и глубины описания. Это требование принуждает разработчиков к созданию такой структуры корпоративной распределенной БД, которая позволит беспрепятственно вносить описания для новых типов производственных объектов [141]. 2. Каждое структурное производственное подразделение (служба) ГДК должно наполнять корпоративную распределенную БД паспортной информацией по характерным для подразделения производственным объектам. Для внесения паспортных данных требуется развитый пользовательский интерфейс, настраиваемый под потребности сотрудников каждого подразделения ГДК. Таким образом, вторым требованием к системе становится наличие множества различных пользовательских интерфейсов.
3. Сегодня на современных автоматизированных промыслах ГДК почти каждый из производственных объектов (минизавод, установка по подготовке газа и т.д.) является постоянным источником технологической информации. Оперативная технологическая информация поступает по телеметрическим каналам с датчиков на объектах в АСУ ТП, которых, в свою очередь, даже на одном промысле может быть несколько. Источниками первичной оперативной технологической информации могут быть не только датчики АСУ ТП, но и специалисты различных подразделений промысла, анализирующие и, если это необходимо, корректирующие поступающую в систему технологическую информацию. Чаще всего коррекция технологических данных необходима в случае рассогласования показаний датчиков и реальных значений параметров работы производства.
В силу исторических обстоятельств и поэтапного развития производства автоматизация производственных объектов промысла может осуществляться с помощью различных АСУ ТП, таких как Delta V [107], RS-3 [137] компании Fisher-Rosemount [109] (ныне Emerson Process Management), Fix32 7.0 и iFix 2.5 [114] компании Intellution (ныне входит в General Electric Company) и т.д. Наличие разнородных АСУ ТП затрудняет обобщение производственной технологической информации и проведение её анализа на основе агрегированных показателей, характеризующих работу всего промысла. Следовательно, необходим новый уровень агрегации технологических данных, позволяющий решать требуемые задачи. В этом качестве может выступить БД технологической информации промысла под управлением современной СУБД. Для связи между СУБД РГИС и АСУ ТП, необходим интерфейс доступа к данным современных АСУ ТП, что следует счи 46 тать третьим требованием. Создание интерфейса может осуществляться, например, на основе широко распространенного промышленного стандарта ОРС (OLE for Process Control) [147]. Это позволит всю разнородную оперативную технологическую информацию, поступающую с различных АСУ ТП или с рабочих мест специалистов промысла, накапливать в виде унифицированных структур данных реляционной БД, управляемой стандартной промышленной СУБД.
4. На основании анализа задач, решаемых производственными службами ГДК, проведенного в главе 1, выявлена потребность специалистов ряда служб в использовании пространственных данных. Следовательно, четвертым требованием к РГИС является необходимость в её составе средств для хранения и оперирования пространственными (картографическими) данными. Согласно методологиям в области обработки пространственных данных необходим функционал для послойного отображения векторных пространственных данных, выполнения различных пространственных запросов, механизмы для формирования подписей векторных объектов, возможность использования информации не только векторного, но и растрового типов. Используемые в ГДК пространственные данные должны являться частью корпоративной БД РГИС. К ним следует относить такую информацию как тематические карты, технологические схемы, ситуационные планы, генеральные маркшейдерские планы и геологические карты (изученности геологической среды, структурные карты, карты эффективных газо- и нефтена-сыщенных толщ, карты изобар, карты суммарных и текущих отборов газа, карты пористости и т.д.).
Концептуальные модели БД производственной информации
Проблемы вертикальной и горизонтальной сегментации производственных данных решаются с помощью создания информационной модели, отражающей объекты предметной области на атомарные объекты СУБД и позволяющей выделить из множества кортежей сущностей, те подмножества, что принадлежат отдельно взятому серверу.
Предлагаемая модель разграничения доступа состоит из 4-х составляющих: производственные домены, роли пользователей, права доступа, метаданные о производственных объектах. Последовательно рассмотрим эти составляющие.
Производственные домены. В целом, все производственные данные РГИС распределены по различным серверам, которые в свою очередь могут находиться на разных уровнях производственной иерархии. Производственные данные генерируются на каждом уровне и распространяются на сервера-партнеры по репликации. Возникает вопрос: как отличить информацию, сгенерированную на различных серверах PFHC? В качестве решения предлагается сопроводить каждую запись производственной информации специальной уникальной подписью, полностью идентифицирующей экземпляр РГИС. В качестве такой подписи может выступать глобальный уникальный идентификатор (Globally Unique Identifier -GUID), уникальность которого обеспечивается функциями ОС Microsoft Windows. Такой GUID-идентификатор производственных данных и будет являться «производственным доменом», т.е. идентификатором области производства.
Роли пользователей. Для удобства управления группами пользователей предлагается сопоставлять множество пользователей множеству искусственно введенных ролей пользователей системы. Каждая роль представляет интересы некоторой группы пользователей - специалистов предприятия и подразумевает определенные виды доступа к необходимой им производственной информации.
Права доступа. Для разграничения доступа к данным могут быть использованы различные права доступа, среди которых наиболее распространенными являются «чтение», «редактирование», «добавление», «удаление». Обозревая историю развития идеологий доступа к данным на примерах различных операционных систем и СУБД [69, 70, 117, 118, 128, 129, 132], можно сказать, что описанный выше набор прав является наиболее распространенным и охватывает большинство потребностей пользователей. Тем не менее, предлагаемая идеология позволяет расширять новыми правами существующий перечень прав доступа к информации. К примеру, предложенная модель позволяет определить дополнительное право «обнаружения» объекта, т.е. обладатель такого права имеет возможность знать о существовании объекта, видеть его название, но не иметь возможности просмотра характеристик производственного объекта.
Метаданные о производственных объектах представляют собой сущность, содержащую описания классов производственных объектов. Описание класса заключается в определении названия класса и указания таблицы данных, где хранится производственная информация. Таким образом, для внесения нового класса производственного объекта необходимо завести соответствующие структуры данных и корректно описать данный класс в таблице метаданных о производственных объектах.
Информацию о распределении прав доступа на производственные объекты предложено хранить в четырехмерном массиве, измерениями которого являются экземпляры ролей пользователей (R), видов прав доступа (А), классов производственных объектов (О) и производственных доменов (D). Ячейки массива принимают логические значения (истина или ложь), тем самым, разрешая или запрещая для роли R, доступ вида А, к информации о производственных объектах О, принадлежащих производственному домену D.
Предложенная модель разграничения прав доступа на производственную информацию проецируется на структуры метаданных концептуальной модели БД согласно схеме, представленной на рис. 3.4.
Сущности «Роли доступа», «Права доступа», «Классы объектов», «Домены» описывают основные составляющие в процессе распределения прав доступа. Искусственно введенная композиционная сущность «Взаимосвязи прав, ролей, данных и доменов» позволяет описать обязательную связь между четырьмя взаимодействующими сущностями. Благодаря такой модели, сущности «Роли доступа», «Виды доступа», «Классы объектов», «Домены» могут расширяться новыми кортежами, без возникновения каких либо аномалий. Обязательность каждой связи гарантирует, что в случае удаления кортежей из базовых сущностей, все связанные с ним кортежи из сущности «Взаимосвязи прав, ролей, данных и доменов» так же будут удалены.
Исследование эффективности методов организации иерархий объектов
На основании результатов исследований из [86, 113, 116] можно сделать вывод, что для ускорения операций выборки пространственных данных следует использовать методы и алгоритмы пространственной индексации. Для применения стандартных или адаптивных методов пространственной индексации предложено внести в концептуальную модель БД пространственной информации структуры для поддержки пространственных индексов. Внесение в концептуальную модель сущности «Геоиндекс» (рис. 3.15), описывающей параметры минимального прямоугольного покрытия пространственного объекта, позволит эффективно реали-зовывать пространственные запросы «оконного» типа. Наличие пространственного индекса для ускорения пространственного анализа является вторым отличием предложенной модели от «прозрачной».
В предлагаемую концептуальную модель БД пространственной информации заложена возможность подключения сущностей с дополнительными пространственными индексами как это показано на рис.3.16 При этом дополнительно введенные пространственные индексы не окажут влияния на работу запросов, основанных на прежней индексной структуре.
Взаимосвязь дополнительных пространственных индексов и данных пространственных объектов В итоге можно сказать, что сформирована концептуальная модель пространственных данных, учитывающая послойное хранение пространственных объектов и позволяющая неограниченно расширять описание предметной области в части пространственных объектов. Кроме того, модель адаптирована для выполнения пространственных «оконных запросов» и не запрещает использование других методов пространственной индексации.
Физические модели данных отличаются от концептуальных тем, что учитывают особенности конкретной СУБД и могут быть уточнены и расширены за счет возможностей, реализованных в конкретной СУБД. Напомним, что на основании сделанного ранее анализа в качестве целевой СУБД РГИС выбрана СУБД Microsoft SQL Server 2000.
В процессе генерации физических моделей паспортной, плановой, технологической и пространственной информации CASE-средство Sybase Power Designer 9.0 [146] преобразует объекты концептуальной модели (сущности, атрибуты, отношения и пр.) в объекты (структуры данных), характерные для целевой СУБД (таблицы, поля, связи и т.д.). Физические модели, полученные из концептуальных моделей, требуется расширить бизнес-правилами, реализация которых невозможна на концептуальном уровне. В основном к модели БД физического уровня добавляются такие виды бизнес-правил СУБД Microsoft SQL Server 2000 как «представления», триггеры, хранимые процедуры и функции.
В качестве примера сгенерированной физической модели на рис. 3.17 приведен фрагмент физической модели БД пространственной информации. Стоит учесть, что в соответствии с используемой при информационном моделировании нотацией IE, хранимые процедуры и триггеры не обладают графическими образами и на диаграммах физического уровня не отображаются.
На рис. 3.17 отражены метаданные БД пространственной информации («Карты», «Слои карты», «Слои», «Классы объектов», «Реестр объектов»), таблицы с производственной пространственной информацией («Геообъекты», «Геоточки»), вспомогательные структуры для минимизации времени выполнения пространственных запросов («Геоиндекс», «Геокеш»). Классы объектов ГО_Класса D_GUIDJNC(36) pk Название класса D Наименование(ЮО) ак FK Слои - Классы Название таблицы БД 0_Наименование(100) щ Тип таблицы char(1) Поле-лервичный ключ О_Наименование(100) Поле-назаание объекта О_Наименование(100) Иконка 0_Данные_стиля(2147483647) Принадлежность корню дерева bit Карты
Таблицы, описывающие производственные объекты, не отражены на данном рисунке в силу своего большого количества. Связь между всеми производственными объектами и их пространственными образами происходит посредством таблицы «Реестр объектов», как было предложено ранее на рис. 3.14
После завершения проектирования физических моделей БД и внесения в них необходимых бизнес-правил процесс проектирования информационного обеспечения РГИС можно считать законченным. 3,5. Анализ эффективности предложенных моделей данных
Сопоставим возможности предложенных моделей данных и возможности моделей данных известных ИС для решения задач нефтегазодобывающей отрасли. Выполним сравнение моделей данных на основе следующих условий: 1. наличие структур данных для хранения паспортной информации по производственным объектам ГДК; 2. наличие структур данных для хранения плановой информации; 3. наличие структур данных для хранения технологической информации; 4. наличие структур данных для хранения пространственной информации; 5. наличие структур данных для разграничения прав доступа к производственной информации; 6. наличие возможностей для расширения набора видов производственных объектов и их характеристик. Для сравнения были избраны модели данных тех ИС, которые ранее показали наибольшую пригодность к решению задач ГДК (рис. 1.8). Это такие ИС как «Oil-InfoSystem», «Slider Office», «Архивно-справочная система».
Результаты сравнения моделей данных представлены в табл. 3.1. Из таблицы следует, что модели данных рассмотренных ИС в лучшем случае лишь частично охватывают предметную область ГДК (условие о наличии структур данных для хранения паспортной информации о производственных объектах ГДК). Причина неполного охвата в том, что ИС «OillnfoSystem» и «Slider Office» ориентированы на автоматизацию процессов добычи нефти как первичного продукта и попутной добычи газа, что сказывается и на моделях данных.
Такая ориентация исключает из рассмотрения в вышеупомянутых ИС описаний на уровне моделей данных ряда специфических производственных объектов по подготовке газа и газового конденсата, широко распространенных на газокон-денсатных месторождениях.
Похожие диссертации на Распределённая геоинформационная система для сбора и обработки производственной информации в газодобывающей компании
