Автоматизация построения информационных систем мониторинга сырьевой углеводородной базы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Кузьменко, Александр Владимирович

• Кузьменко, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузьменко, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СЫРЬЕВОЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ БАЗЫ

1.1. Мониторинг сырьевой углеводородной базы.

1.2. Анализ основных существующих информационных ресурсов мониторинга недропользования.

1.2.1. Единая информационная системы недропользования МПР России.

1.2.2. Всероссийский геологический фонд.

1.2.3. Государственный банк цифровой геологической информации и информации о недропользовании в России.

1.3. Анализ подходов, методов и средств- автоматизации построения информационных систем мониторинга.

1.3.1. Основные подходы и методы визуального построения информационных систем.

1.3.2. Средства автоматизации построения информационных систем мониторинга

1.4. Выводы по главе и постановка задачи диссертационной работы.

ГЛАВА 2. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СЫРЬЕВОЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ БАЗЫ

2.1. Требования к типовой информационной системе мониторинга сырьевой углеводородной базы.

2.1.1. Общие требования.

2.1.2. Требования, обусловленные спецификой предметной области.

2.2. Фрактальный подход к проектированию программно-инструментальной среды.

2.2.1. Классификация объектов сырьевой углеводородной базы.

2.2.2. Объектно-ориентированный анализ предметной области.

2.3. Основные функции и архитектура типовой ИСМ СУВБ.

2.3.1. Основные функции типовой ИСМ.

2.3.2. Архитектура типовой ИСМ СУВБ.

2.4. Методика автоматизированного построения ИСМ сырьевой углеводородной базы.

ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СРЕДЫ

3.1. Системно-концептуальные соглашения и технологическая база для реализации программно-инструментальной среды.

3.2. Программно-инструментальная среда визуальной разработки ИСМ СУВБ.

3.2.1. Базовые компоненты программно-инструментальной среды.

3.2.2. Технологическая база.

3.2.3. Пользовательский интерфейс MDI.

3.3. Визуальное проектирование и реализация основных информационных сущностей типовой ИСМ.

3.3.1. Реализация уровня репозитария.

3.3.2. Реализация уровня базы данных.

3.3.3. Реализация уровня пользовательского интерфейса.

3.4. Технология обработки темпоральных данных.

3.4.1. Существующие методы обработки темпоральных данных.

3.4.2. Предлагаемая технология обработки темпоральных данных.

3.5. Интеграция подсистемы ввода, проверки и редактирования данных с базой данных и авторизация доступа.

3.6. Подсистема поиска, извлечения и представления данных.

3.6.1. Реализация процедуры поиска, извлечения и представления данных.

3.6.2. Реализация пользовательского интерфейса подсистемы поиска, извлечения и представления данных.

3.7. Применение программно-инструментальной среды для автоматизированного построения специализированных систем мониторинга.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация построения информационных систем мониторинга сырьевой углеводородной базы»

Актуальность работы. Актуальность выполненной работы определяется двумя факторами: во-первых, актуальностью проведения мониторинга сырьевой углеводородной базы и преобладающей ролью информационной поддержки мониторинга при его организации; во-вторых, актуальностью исследований в области создания новых инструментальных средств информационной поддержки мониторинга, которая обусловлена постоянным изменением ситуации в области информационных технологий, необходимостью анализа и разработки новых подходов к построению программного и информационного обеспечения, их адаптации и конкретизации для автоматизированного построения систем информационной поддержки мониторинга сырьевой углеводородной базы.

Под минерально-сырьевыми ресурсами (минеральными ресурсами) понимается совокупность полезных ископаемых, выявленных в недрах земли в результате геологоразведочных работ и доступных для промышленного использования. К углеводородным ресурсам относятся нефть, газ, конденсат и их компоненты. Минеральные ресурсы относятся к числу невозобновляемых видов природных ресурсов. В России открыто и разведано около 20 тысяч [1,2] месторождений полезных ископаемых, из которых более трети введены в промышленное освоение. В то же время вероятность истощения ресурсного потенциала страны весьма велика. Состояние минерально-сырьевых углеводородных ресурсов при отсутствии эффективных правовых и экономических механизмов предупреждения негативных кризисных явлений при использовании всех видов углеводородных ресурсов создает угрозу энергетической безопасности страны.

В последние годы в России формируется новая экономическая система недропользования, предъявляющая к обслуживающим ее информационным ресурсам качественно новые требования по содержанию, объемам, условиям накопления и потребления. Информация об углеводородных ресурсах приобрела общегосударственный характер, затрагивает экономические интересы и определяет хозяйственную деятельность многих субъектов Российской Федерации.

Мониторинг сырьевой углеводородной базы можно рассматривать как специализированную подсистему энергетического мониторинга. Энергетический мониторинг [3-11] - это систематическое наблюдение, диагностика, анализ, оценка и прогноз состояния и взаимосвязей энергетического хозяйства России и ее регионов, происходящих в нем процессов на базе системы сбора, систематизации, хранения, обработки и выдачи соответствующих данных и документов. Методические основы организации процесса мониторинга сырьевой углеводородной базы были заложены в работах В.Н. Воробьева, А.Э. Конторовича, М.Б. Келлера; энергетического мониторинга - в работах Н.И. Воропая, Г.Б. Славина, С.М. Клименко.

Большую роль в системе мониторинга сырьевой углеводородной базы играют средства информационной поддержки, такие как информационные системы мониторинга (ИСМ) сырьевой углеводородной базы (СУВБ). Создание таких систем «с нуля» является достаточно сложной проблемой, требующей разработки методического подхода, выбора и адаптации технологий, системно-концептуальных решений и т.п. При разработке программного обеспечения использованы современные методы проектирования, предложенные в работах Г. Буча, И. Якобсона, Дж. Румбау, Э. Гаммы, являющиеся основой применения объектно-ориентированного подхода. Применен метод моделирования объектного представления знаний, предложенный JI.B. Мас-сель. При создании базы данных были изучены реляционные и объектные концепции СУБД, разработанные К. Дейтом, Е. Коддом, А. Сахаровым.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности создания средств информационной поддержки мониторинга сырьевой углеводородной базы Российской Федерации.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи:

• Выполнить анализ специфики разработки информационных систем мониторинга объектов сырьевой углеводородной базы и тенденций развития архитектуры современных прикладных программных систем.

• Разработать методический подход для решения проблемы автоматизации построения ИСМ сырьевой углеводородной базы.

• Разработать архитектуру типовой ИСМ СУВБ.

• Спроектировать и реализовать программно-инструментальную среду для автоматизации построения ИСМ в рамках предложенного методического подхода.

• С помощью реализованной программно-инструментальной среды разработать алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющее органи

Г* зовать корректное функционирование информационной системы «Монито

1 ' ринг запасов углеводородного сырья».

Методами и средствами исследования являются методические основы построения информационных технологий и систем, методы системного и прикладного программирования, методы объектно-ориентированного подхода (анализ, проектирование, программирование), фрактальный подход к структурированию знаний, методы проектирования и реализации хранилищ и • баз данных (БД).

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих результатах:

I. Предложен методический подход к автоматизации построения информационных систем мониторинга объектов сырьевой углеводородной базы, включающий:

• методические принципы построения специализированной программt но-инструментальной среды для визуального объектно-ориентированного моделирования и кодирования программных средств;

• методику автоматизированного построения ИСМ сырьевой углеводородной базы с применением авторской специализированной программно-инструментальной среды;

• технологию обработки темпоральных данных с использованием программно-инструментальной среды.

2. Разработана специализированная программно-инструментальная среда для автоматизации построения ИСМ, основанная на предложенном методическом подходе и базирующаяся на использовании объектно-ориентированного подхода и визуальных средств проектирования баз данных, репозитария и пользовательского интерфейса, применение которой позволяет в рамках предлагаемого методического подхода в сжатые сроки выполнять проектирование и реализацию ИСМ объектов сырьевой углеводородной базы, а также других схожих предметных областей.

3. Предложены архитектура типовой информационной системы мониторинга, а также информационные модели, алгоритмы и программные средства, с использованием которых реализован ряд информационных систем для задач мониторинга сырьевой углеводородной базы.

На защиту выносятся:

1. Предложенный автором методический подход к автоматизации построения информационных систем мониторинга объектов сырьевой углеводородной базы, позволяющий сократить время разработки систем данного класса.

2. Созданная автором специализированная программно-инструментальная среда для автоматизации построения ИСМ, основанная на предложенном методическом подходе и базирующаяся на использовании объектно-ориентированного подхода, визуальных средств проектирования и программирования, баз данных и репозитария.

3. Разработанная автором архитектура типовой информационной системы и ее компонентов, построенные на этапе проектирования объектные и информационные модели, в соответствии с которыми выполнена реализация информационной системы «Мониторинг запасов углеводородного сырья».

Практическая значимость работы заключается в разработке специализированной программно-инструментальной среды и ее применении для автоматизированного построения информационной системы «Мониторинг запасов углеводородного сырья», а так же еще ряда систем, внедренных в Министерстве природных ресурсов Российской Федерации (МПР России) г. Москва.

Разработанная автором ИС «Мониторинг запасов углеводородного сырья» принята к практическому использованию в Департаменте геологии и использования недр МПР России г. Москва, внедрена в опытно-промышленную эксплуатацию во Всероссийском научно-исследовательском головном нефтяном институте (ВНИГНИ) г. Москва, Восточно-Сибирском научно-исследовательском институте геологии, геофизики и минерального сырья (ВостСибНИИГГиМС) г. Иркутск, о чем составлены соответствующие протоколы.

Разработанная автором ИС «Электронный документооборот Рабочей группы по досрочному прекращению прав пользования недрами» рекомендована к принятию в опытную эксплуатацию в Департаменте лицензирования МПР России г. Москва.

Апробация работы. Результаты работы докладывались автором на Всероссийском семинаре «Информационные технологии в энергетике», 2000 г. (г. Иркутск), Всероссийской конференции «Информационные и телекоммуникационные технологии в науке и образовании Восточной Сибири», 2001 г. (г. Иркутск), Всероссийской конференции «Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии», 2003 г. (г. Иркутск), Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии», 2004 г. (г. Иркутск); на XXII, XXIII конференциях научной молодежи ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, в 2002, 2003 г.г.; на международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе», Украина, Ялта-Гурзуф, 2003 г, а также на семинарах и секциях Министерства природных ресурсов Российской Федерации (г. Москва), ВНИГНИ (г. Москва), ОАО НК ЮКОС (г. Москва), ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург), ВостСибНИИГГиМС (г. Иркутск), семинарах и секциях Ученого Совета ИСЭМ СО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ [12-22].

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 82 наименований, трех приложений.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Кузьменко, Александр Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе автором получены следующие основные результаты:

• предложен методический подход к автоматизации построения информационных систем мониторинга объектов сырьевой углеводородной базы, позволяющий сократить время разработки подобного класса систем;

• реализована программно-инструментальная среда для автоматизации построения, основанная на предложенном методическом подходе и базирующаяся на использовании объектно-ориентированного подхода, визуальных средств проектирования и программирования, баз данных и репозитария;

• выполнена промышленная реализация предложенного методического подхода и разработанной программно-инструментальной среды в ряде действующих информационных систем, в том числе системы «Мониторинг запасов углеводородного сырья»;

• разработанная информационная система «Мониторинг запасов углеводородного сырья» принята к практическому использованию в Департаменте геологии и использования недр Министерства природных ресурсов Российской Федерации (г. Москва), внедрена в опытно-промышленную эксплуатацию во Всероссийском научно-исследовательском головном нефтяном институте (ВНИГНИ г. Москва), Восточно-Сибирском научно-исследовательском институте геологии, геофизики и минерального сырья (ВостСибНИИГГиМС г. Иркутск), о чем составлены соответствующие протоколы. В настоящий момент произведено заполнение системы ретроспективными данными обо всех нефтегазоконденсатных месторождениям России за период с 1998 по 2003 год. Объем базы данных превысил 400 мегабайт.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кузьменко, Александр Владимирович, 2005 год

1. Природные ресурсы и окружающая среда России (Аналитический доклад) / Под ред. Б.А. Яцкевича, В.А. Пака, Н.Г. Рыбальского. -М.:НИА-Природа, РЭФИА, 2001. -572 с.

2. Государственное информационное обеспечение природопользования и охраны окружающей среды / Под ред. Г.И. Морозова. -М.: НИА-Природа, 2002. -176 с.

3. Воропай Н.И, Массель Л.В, Славин Г.Б. Организация системы мониторинга энергетического хозяйства России на базе новых информационных технологий // Электричество. -№ 9, 2002. -С.2-8.

4. Бушуев В.В, Воропай Н.И, Мастепанов А.М, Шафраник Ю.К. и др. Энергетическая безопасность России. -Новосибирск: Наука, СИФ РАН, 1998. 302 с.

5. Клименко С.М, Славин Г.Б. Методология мониторинга энергетической безопасности России и ее регионов // Надежность систем энергетики:достижения, проблемы, перспективы / Под. ред. Н.И. Воропая. Новосибирск: Наука. СП РАН, 1999. С. 136-144.

6. Массель JI.B, Макагонова Н.Н, Трипутина В.В. и др. Система поддержки принятия решений по обеспечению энергетической безопасности // Известия РАН. Энергетика, 2000. -№ 6. -С. 40-48.

7. Кузьменко A.B. Информационная система мониторинга запасов углеводородного сырья // Труды Всероссийского семинара «Информационные технологии в энергетике». -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. -С. 57-62.

8. Кузьменко А.В. Разработка информационной системы мониторинга минерально-сырьевых ресурсов РФ // Системные исследования в энергетике / Труды молодых ученых. -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. -Вып. 32. -С. 245249.

9. Кузьменко А.В. Проектирование информационно-аналитических систем на примере мониторинга запасов и ресурсов углеводородного сырья РФ // Системные исследования в энергетике / Труды молодых ученых. -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2003. -Вып. ЗЗ.-С. 245-249.

10. Кузьменко А.В, Машович Д.А. Разработка ГИС для анализа фонда нефтегазоперспективных объектов // Труды Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии». -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2004. -С. 158-162.

11. Кузьменко А.В. Методика автоматизированного проектирования информационно-аналитических систем в геологии нефти и газа // Вестник Ир-ГТУ. -Иркутск: ИрГТУ, 2004. -№3 (19). -С. 26-32.

12. Кузьменко А.В. Современный подход к мониторингу минерально-сырьевой углеводородной базы // Разведка и охрана недр. -Москва, 2004. -№8-9. -С. 39-41.

13. Поттосин И.В. Программная инженерия: содержание, мнения и тенденции //Программирование, 1997. -№ 4. -С. 26-37.

14. Одинцов И.О. профессиональное программирование. Системный подход. -СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -512 с.

15. Маклаков С.В. BPwin и ERwin. CASE-средства разработки информационных систем. -М: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. -256 с.

16. Вендров А. М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. -М.: Финансы и статистика, 2000.

17. ERwin и автоматическая генерация кода клиентских приложений // Компьютер-пресс, 1998. -№10.

18. Маклаков С.В. Инструментальные средства создания корпоративных информационных систем. Компьютер Пресс. 1998. -№7. -183 с.

19. Калянов Г. Н. CASE структурный системный анализ (автоматизация и применение). -М.: ЛОРИ, 1996.

20. Кондратьев A.M. «CASE-средство и объектные базы данных» // Объектно-ориентированное визуальное моделирование / Под ред. проф. Терехова А.Н. -СПб: Издательство С.-Петербургского университета, 1999. -С. 57-78.

21. Буч Г, Рамбо Д, Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. -М.: ДМК, 1998.

22. Фаулер М, Скотт К. UML в кратком изложении. Применение стандартного языка объектного моделирования. -М.: Мир, 1999.

23. Леоненков А. В. Самоучитель UML. -СПб.: БХВ-Петербург, 2001.

24. Кватрани Т. Rational Rose 2000 и UML. Визуальное моделирование: Пер. с англ. ДМК Пресс, 2001.-176 с.

25. Тейксейра С., Пачеко К. Delphi 5. Руководство разработчика: Пер. с англ. -М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. -992с.

26. Карпов Б. Delphi: специальный справочник. -СПб.: Питер, 2001. -668с.

27. Гамма Э, Хелм Р, Джонсон Р, Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного программирования. Паттерны проектирования. -СПб.: Питер, 2001.

28. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд. -М.: Бином, СПб.: Невский диалект, 1998.

29. Аджиев А. Объектная ориентация: философия и футурология // Открытые системы, 1996. -№6. -с. 40-45.

30. Шлеер С, Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях. -Киев: Диалектика, 1993.

31. Кознов Дм. В. Проблемы разработки компонентного программного обеспечения //Объектно-ориентированное визуальное моделирование / Под ред. проф. Терехова А.Н.-СПб: Издательство С.-Петербургского университета, 1999. -С.86-100.

32. Елманова Н. MetaBASE ERwin для Delphi // Компьютер-пресс. -Москва, 1997. -№6. -с. 129-133.

33. Инструментальная платформа для создания, сопровождения, и развития прикладных информационных систем UNIV. http://www.cctpu.edu.ru/win/product.htm.

34. Геология нефти и газа // Геологический словарь. -М.: Недра. -Т. 1. -С.

35. Дюк В., Самойленко A. Data mining: учебный курс. -СПб.: Питер, 2001.-386 с.

36. Вейскас Д. Эффективная работа с Microsoft Access. -СПб.: Питер, 2000. -976 с.

37. Криворуцкий Л.Д, Массель JI.B. Информационная технология исследований развития энергетики.-Новосибирск.: Наука, 1995. -160 с.

38. Массель JI.B., Болдырев Е.А., Горнов А.Ю. и др. Интеграция информационных технологий в системных исследованиях энергетики / Под ред. Н.И. Воропая. -Новосибирск: Наука, 2003. -320 с.

39. Дейкстра Э. Заметки по структурному программированию // Дал У, Дейкстра Э, Хоор К. Структурное программирование. -М.: Мир. -1975. -С. 7-97.

40. Дейкстра Э. Дисциплина программирования. -М.: Мир. -1978.

41. Вирт Н. Алгоритмы + структуры данных = программы. -М.: Мир, 1985.

42. Кнут Д. Искусство программирования, том 1. Основные алгоритмы (3-е изд. ). -М.: Издательский дом "Вильяме", 2000.

43. Андреев А. Эволюция современных языков программирования // Мир ПК. -№ 3, 2001.

44. Бен-Ари М. Языки программирования. Практический сравнительный анализ -М.: Мир, 2000.

45. Ахтырченко К. В, Леонтьев В. В. Моделирование программной архитектуры // Вычислительные методы и программирование, 2001. -Т. 2. -С. 3348.

46. Принципы проектирования и разработки программного обеспечения. Учебный курс MCSD: Пер. с англ. -М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2000. -608 стр.

47. Конопка Р. Создание оригинальных компонент в среде Delphi: Пер. с англ. -К.: НИПФ-«ДиаСофт Лтд.», 1996. -512 с.

48. Канер С., Фолк Д., Нгуен Е. Тестирование программного обеспечения. -К.: ДиаСофт, 2000.

49. Майерс Г. Надежность программного обеспечения. -М.: Мир, 1980.

50. Керниган Б., Пайк Р. Практика программирования. -СПб.: Невский диалект, 2001.

51. Ахо А., Сети Р., Ульман Дж. Компиляторы: принципы, технологии и инструменты. -М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.

52. Бульонков М.А., Бабурин Д.Е. HYPERCODE открытая система визуализации программ // Автоматизированный реинжиниринг программ. -СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000.

53. Брукс Ф. Как создаются программные комплексы или мифический человеко-месяц. -СПб.: Символ-Плюс. -304 с.

54. Дейт К. Руководство по реляционной СУБД. -М.: Финансы и статистика, 1988. -320с.

55. Дейт, К, Дж. Введение в системы баз данных, 6-е издание. -К.; М.; СПб.: Издательский дом «Вильяме», 2000.

56. Ульман Дж. Основы систем баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983. -с. 334.

57. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. -М.: Финансы и статистика, 1983. -с. 317.

58. Бойко В.В, Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. -М: Финансы и статистика, 1989. -с. 350.

59. Мартин Дж. Организация баз данных в информационных системах. -М.: Мир, 1980. -с. 660.

60. Мейер Д. Теория реляционных баз данных. -М.: Мир, 1987. -с. 607.

61. Тиори Т, Фрай Дж. Проектирование структур баз данных. -М.: Мир, 1985.-е. 278.

62. Корнеев В.В, Гареев А.Ф, Васютин С.В, Райх В.В. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. -М.: «Нолидж», 2000. -352 с.

63. Львов В. Создание систем поддержки принятия решений на основе хранилищ данных // СУБД, 1997. -№3. -С.30-40.

64. Зиндер Е. Новое системное проектирование: информационные технологии и бизнес-реинжиниринг. Часть 2: бизнес-реинжиниринг. СУБД. -№ 1, 1996.

65. Джеймс Р. Грофф, Пол Н. Вайнберг. SQL: полное руководство: Пер. с англ. -К.: Издательская группа BHV, 1998. -608 с.

66. ISO/IEC 9075:1992. Database Language SQL.

67. Дунаев С. Доступ к базам данных и техника работы в сети. Практические приемы современного программирования. -М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. -416 с.

68. Саймон А.Р. Стратегические технологии баз данных / Под ред. и с предисл. М.Р.Когаловского: Пер. с англ. -М.: Финансы и статистика, 1999 -479 с.

69. Кулаичев А. П. Методы и средства анализа данных в среде Windows. -М.: Информатика и компьютеры, 1999.

70. Воробьев В.Н, Кузьменко А.В. «Разработать и апробировать систему управления ресурсами и запасами нефтегазогеологических объектов различного порядка. Отчет по теме 01423412-780». -Иркутск: ВостСибНИИГТиМС, 1999. -с. 450.