автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Автоматизация построения информационных систем мониторинга сырьевой углеводородной базы

На правах рукописи

КУЗЬМЕНКО Александр Владимирович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СЫРЬЕВОЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ БАЗЫ

Специальность 05.13.18 - «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск - 2005

Работа выполнена в Институте систем энергетики имени Л.А. Мелентьева Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИСЭМ СО РАН)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук

Людмила Васильевна Массель

Александр Васильевич Петров Александр Даниилович Соколов

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский геологический нефтяной институт (ВНИГНИ)

Защита диссертации состоится «22» июня 2005 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 при Институте систем энергетики СО РАН по адресу: 664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 130.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН.

Автореферат разослан «21» мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А.М. Клер

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 тыс. 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. Информаци ресурсах

(СУВБ).

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 - 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 СУВБ играют средства информационной поддержки, такие как информационные системы мониторинга сырьевой углеводородной базы. 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 Л.В. Массель. 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 (ИСМ) 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 организовать корректное функционирование информационной системы «Мониторинг 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:

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

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

методику автоматизированного построения ИСМ сырьевой углеводородной базы с йрименением 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 Департамент 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), ВостСибНИИГТиМС (г. Иркутск), семинарах и секциях Ученого Совета ИСЭМ СО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ.

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

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель исследования, указывается научная новизна и практическая значимость полученных результатов, также приводиться структура и краткое содержание работы.

В первой главе рассмотрена проблема автоматизации проведения и информационной поддержки мониторинга сырьевой углеводородной базы Российской Федерации.

Под мониторингом понимается информационная система наблюдения за ходом процессов различной природы и различной целевой ориентации, служащая инструментально-визуальным поставщиком сведений о динамике того или иного процесса. Перечень задач управления в рассматриваемой проблеме мониторинга сырьевой углеводородной базы исключительно многообразен. Автор выделяет важнейшие из них:

. наращивание и восполнение СУВБ страны;

. разработка текущих и долгосрочных федеральных и региональных программ развития сырьевой углеводородной базы и изучения недр;

. методическое и техническое обеспечение геологоразведочных работ; . экономическая и геолого-экономическая оценка объектов, проектов. К числу важнейших задач в составе информационного обеспечения управления сырьевой углеводородной базой относятся задачи отслеживания состояния и фактографического описания объектов предметной области. Среди основных объектов отслеживания в области сырьевой углеводородной базы в целом и по отдельным ее сырьевым регионам выделяются следующие: • сырьевые регионы как целостные многокомпонентные системы, их изученность;

. запасы и ресурсы полезных ископаемых . объекты производства геологоразведочных и добычных работ; . объекты недропользования.

Во втором разделе анализируются основные существующие информационные ресурсы мониторинга недропользования, рассмотрены особенности российского информационного рынка и задача совершенствования механизма информационного взаимодействия, гармонизации и интеграции межведомственного информационного пространства в сфере природопользования и охраны окружающей среды.

На основе анализа делается вывод, что в настоящее время в России существует потребность в создании информационных систем мониторинга объектов сырьевой углеводородной базы. Уже созданные системы отчасти покрывают эту потребность, но отнюдь не решают проблему полностью. Разработка систем данного класса ведется несколькими научными организациями страны, но в то же время нет программных средств, позволяющих в полной мере автоматизировать построение подобных систем с учетом ряда специфических отраслевых требований.

В третьем разделе выполнен анализ существующих подходов, методов и средств автоматизации построения информационных систем мониторинга. Рассмотрены основные подходы и методы визуального построения

информационных систем, среди которых выделена методика СА5Е-проектирования. САБЕ-средСтва служат инструментарием для поддержки методов структурного анализа и проектирования. Эти инструменты поддерживают работу пользователей при создании и редактировании графического проекта в интерактивном режиме, способствуют организации проекта в виде иерархии уровней абстракции. Фактически САЗЕ-средства представляют собой новый тип графически-ориентированных инструментов, восходящих к системе поддержки жизненного цикла информационной системы.

На основе анализа подходов, методов и средств автоматизации построения информационных систем мониторинга автор делает вывод, что существующие методологии разработки ИСМ, основанные на визуальном моделировании, слишком общи для непосредственного применения. Они являются, скорее, философией, а не технологией. Как правило, они не поддерживают весь жизненный цикл разработки программного обеспечения, в числе их основополагающих принципов не учитываются критерии практической применимости: не объяснены стратегии связи с программным кодом и пользовательским интерфейсом, не показано, как СА8Е-средства должны поддерживать итеративный процесс анализа и проектирования ИСМ и так далее. Необходимо разработать программно-инструментальную среду, поддерживающую основные стадии жизненного цикла информационной системы мониторинга и позволяющую интегрировать существующие современные методики и программные средства визуального проектирования и программирования и адаптировать их к рассматриваемой предметной области с целью минимизации времени и повышения качества автоматизированного построения ИСМ.

В заключении главы формулируется постановка задачи диссертационной работы в соответствии с поставленной во введении целью работы.

Вторая глава посвящена анализу информационной модели предметной области, разработке требований к типовой ИСМ сырьевой углеводородной базы, методике автоматизированного построения специализированных систем мониторинга на основе типовой ИСМ, проектированию программно-инструментальной среды, обоснованию применения и адаптации методов и технологий, выбранных автором в качестве основы при разработке программно-инструментальной среды для автоматизированного построения информационных систем мониторинга сырьевой углеводородной базы.

В первом разделе формулируются требования к типовой информационной системе мониторинга сырьевой углеводородной базы. Под типовой информационной системой мониторинга автор понимает систему, которая реализует набор общих для систем мониторинга функций и которая может быть адаптирована с учетом специфики области ее применения. Выделяются как общие требования, вытекающие из требований к информационным системам в целом, так и требования, обусловленные спецификой предметной области. К последним относятся:

• Поддержка быстрого оптимизированного ввода с бумажных носителей, так как большое количество данных в отрасли все еще храниться на бумаге.

• Обеспечение верификации вводимых данных, так как требования к достоверности сведений о геологических объектах и процессах очень высоки.

• Возможность ввода, хранения и обработки темпоральных и ретроспективных данных.

• Обеспечение выборки данных по запросу из базы данных для обработки и анализа в интерактивном режиме. Составление запроса должно быть интуитивно понятным, так как эксперты и специалисты предметной области не всегда обладают знаниями, необходимых для составления запроса на специализированных языках манипулирования данными.

. Представление отобранных данных в различном виде, в том числе в виде таблиц, диаграмм, картограмм.

• Обеспечение связи с программными продуктами сторонних разработчиков, в том числе предназначенных для анализа отобранных данных.

Во втором разделе выполняется проектирование программно-инструментальной среды с использованием фрактальной стратифицированной модели (ФС-модели), предложенной Л.В. Массель. Фрактальная стратифицированная модель и основанный на ее использовании фрактальный подход к построению информационных технологий базируется на представлении всей имеющейся информации о реальном мире в виде информационного пространства, которое может быть расслоено на информационные миры, объединяющие однотипные информационные объекты. В свою очередь, каждый информационный объект также может быть расслоен. Методически фрактальный подход позволяет рассматривать информационные объекты в разных масштабах, интегрировать однотипные объекты и осуществлять переход от одного информационного мира (слоя) к другому при условии сохранения инварианта объекта. Согласно фрактальному подходу, процесс построения информационной технологии заключается в разработке способов описания информационных объектов и их отображений, а реализация этих способов дает инструментальные средства поддержки конкретной информационной технологии.

Автором в рамках ФС-модели выделяются четыре основных информационных подпространства (четыре информационных слоя) типовой ИСМ СУВБ (рис 1):

• Описание предметной области. На этом уровне объекты описываются терминологией, понятной для экспертов анализируемой предметной области, например, месторождение, залежь, нефтегазоносная провинция, административный регион, скважина, отбор или проба керна и так далее.

. Репозитарий. Объекты предметной области описываются на этом уровне в терминах хранилища метаданных.

. База данных. Объекты предметной области описываются в терминах систем баз данных - в виде таблиц, атрибутов, представлений, триггеров.

. Пользовательский интерфейс. Объекты предметной области и базы данных проецируются на уровень пользовательского интерфейса в виде окон, компонентов и других визуальных и не визуальных средств отображения информации и взаимодействия с пользователями.

I Описание предметной области

т.

I -1

V.

Информационные - и предм«

области

объекты предметной^ ^

I Репоэитарий

Хранилище метаданных

База данных

Таблицы

Пользовательский интерфейс

Рис. 1. Основные слои и отображения фрактальной стратифицированной модели типовой ИСМ СУВБ

Автор делает вывод, что если для проецирования подпространства

предметной области на подпространство баз данных могут быть

использованы стандартные СА8Е-средства, то для поддержки отображений

«Предметная область —» Репозитарий» и «Предметная область —> Пользовательский интерфейс» требуется разработка специализированной программно-инструментальной среды, что и является предметом данной диссертационной работы.

Далее рассматривается информационная модель сырьевой углеводородной базы, включающая описание геологических условий локализации запасов и ресурсов углеводородов, изученности территорий, степени техногенного воздействия на геологическую среду и так далее. Процессы, являющиеся источниками такой информации, объединяются в две основные группы:

• Геологоразведочные работы. Объекты геологической среды в связи с формированием, наращиванием, эксплуатацией и восполнением сырьевой углеводородной базы подвергаются целевому техногенному воздействию.

• Разработка месторождений (скоплений) полезных ископаемых. Несмотря на сугубо прикладную направленность этой группы процессов, она также является поставщиком информации о геологической среде, отражая, в первую очередь, меру техногенного воздействия на объекты.

Выполнены объектно-ориентированный анализ и классификация объектов предметной области. Данная классификация необходима для выделения основных групп объектов типовой ИСМ и разработки видов и средств отображений этих объектов в рамках ФС-модели. В общем виде объекты предметной области классифицируются по двум основным признакам (рис. 2).

1. По степени вложенности:

• Независимые - это объекты, не имеющие связей с себе подобными внутри одного класса, например, месторождение, скважина. Совокупность независимых объектов можно представить в виде обычного списка.

• Иерархически зависимые - объекты, имеющие связи с себе подобными в пределах одного класса, например, административные районы,

нефтегазогеологические и тектонические объекты. Совокупность иерархически зависимых объектов можно представить в виде дерева.

2. По возможности изменений во времени: . Неизменные во времени - это объекты, атрибуты которых за время существования ИСМ остаются неизменными.

. Изменяемые во времени - это объекты, атрибуты которых за время существования системы могут меняться, причем для таких объектов дополнительно необходимо разделение по необходимости хранения ретроспективной информации на:

. Объекты без необходимости сохранения ретроспективной информации.

• Объекты с необходимостью сохранением ретроспективной информации.

сохранение ретроспективы

Рис. 2. Общая классификация объектов СУВБ Каждый экземпляр объекта предметной области описывается совокупностью значений атрибутов, позволяющей установить различия между экземплярами однотипных объектов, а также указать место каждого экземпляра в предметной области. Атрибуты объектов предметной области в общем виде классифицированы автором по двум основным признакам. 1. По способу ввода значения атрибута в систему:

• Прямой ввод - значение атрибута вводится напрямую с помощью устройств ввода, например, клавиатуры.

• Ввод из справочника - значение атрибута вводится с помощью выбора соответствующего значения из справочника системы.

2. По типу значения атрибута:

. Символьный - состоит из одного или нескольких символов, например, имя месторождения, название недропользователя.

. Числовой - состоит из цифр, знака минус и десятичной точки, например, год открытия месторождения, номер лицензии, добыча нефти за год.

. Дата - задается в формате «дд.мм.гггг», где «дд» - день, «мм» - месяц, «гпт»- год, например, дата выдачи лицензии.

• Логический - может принимать лишь два значения - О или 1 (Да/Нет), например, распределенность фонда недр, суша/шельф.

. Составной - значение атрибута в контексте системы может быть декомпозировано на несколько значений, которые в свою очередь вводятся прямым вводом или выбираются из справочника.

Далее в работе приводится соотношение терминов и отображений информационных слоев ФС-модели для каждого типа объектов, выделенного на основании приведенных выше классификаций.

В третьем разделе определены основные функции и архитектура типовой ИСМ СУВБ. Основные функции типовой ИСМ СУВБ продиктованы необходимостью обработки больших объемов информации достаточно сложной структуры, с основной ориентацией на поиск данных по определенной совокупности поисковых критериев. Выделяются следующие основные функции: ввод, хранение и редактирование информации; контроль правильности данных; просмотр и поиск информации по заданным критериям; получение отчетов в той или иной форме.

Архитектура типовой информационной системы мониторинга сырьевой углеводородной базы представлена на рис. 3.

Типовая информационная система мониторинга сырьевой углеводородной базы

ввод данных

подсистема ввода, проверки и редактирования данных

Г

проверка данных

редактирование данных

подсистема

поиска, извлечение и представления данных

Внешние инструменты представления данных

ArcGIS

MS Excel

Текстовый файл

Рис. 3. Архитектура типовой ИСМ СУВБ В основе типовой информационной системы мониторинга СУВБ лежит расширяемая типовая ИСМ, реализующая основные функции системы. Адаптация типовой ИСМ (ее специализация для конкретной предметной области и задачи) осуществляется путем автоматизированного наполнения каркаса типовой системы конкретными объектами предметной области и формами пользовательского интерфейса с помощью визуальных средств проектирования и программирования, интегрированных в программно-инструментальную среду.

Хранение информации ИСМ, а также репозитария осуществляется в системе управления базами Данных (СУБД) MS SQL Server. Взаимодействие типовой ИСМ и СУБД осуществляется с помощью технологии «клиент-сервер». Такая архитектура обеспечивает удаленный доступ пользователей с нескольких компьютеров одновременно. Оформление и выдача данных, отобранных подсистемой поиска, извлечения и представления данных, осуществляется посредством внешнего инструментария, в частности, таблицы формируются в Microsoft Excel. Это позволяет проводить дальнейший анализ данных с помощью программных продуктов третьих компаний.

В четвертом разделе приводится предлагаемая автором методика автоматизированного построения ИСМ сырьевой углеводородной базы. Она базируется на спиральной модели жизненного цикла программного обеспечения, но основное внимание уделяется автоматизации наиболее трудоемких и затратных по времени этапов построения ИСМ: проектирования и программирования. Методика предполагает выполнение четырех этапов:

1 этап - Анализ предметной области. На этом этапе формулируются и документируются требования заказчика к будущей информационной системе мониторинга. Целью анализа является преобразование общих, неясных знаний о требованиях к будущей системе в точные определения. Затем с учетом требований определяются архитектура системы, ее функции, внешние условия, требования к программным и информационным компонентам, необходимые аппаратные ресурсы, требования к базе данных.

На этом этапе разработчику предлагается принять в качестве базовой архитектуру и функции типовой ИСМ с возможной их адаптацией под специфику конкретной предметной области.

2 этап - Визуальное проектирование инфологической модели. Задачей этого этапа является исследование структуры системы и логических

взаимосвязей ее информационных объектов, причем здесь не рассматриваются вопросы, связанные с реализацией на конкретной платформе. Проектирование определяется как итерационный процесс построения инфологической модели системы вместе со строго сформулированными целями, поставленными перед нею.

Предлагаемая автоматизация этапа осуществляется с помощью визуального САБЕ-средства, позволяющего облегчить работу проектировщика при создании и редактировании инфологической модели в графическом виде. Мифологическая модель изучаемой предметной области разрабатывается путем адаптации типовой инфологической модели ИСМ, включающей описание основных типов сущностей, связей между ними, а также атрибутов. Для каждой сущности, связи и атрибута задается специальная дополнительная информация, расширяющая инфологическую модель и необходимая для формирования репозитария системы, для автоматизированного построения пользовательского интерфейса, а также для автоматического функционирования подсистемы поиска, извлечения и представления данных.

3 этап - Генерация репозитария и структуры базы данных. На этом этапе производится создание базы данных системы, формирование ее структуры, реализация системы предопределенных триггеров и хранимых процедур, а также наполнение репозитария системы.

На основе инфологической модели создается физическая модель для конкретной СУБД с использованием типовых хранимых процедур и триггеров. Результатом работы по созданию физической модели становится автоматическое создание базы данных и генерация ее структуры. Хранилище метаданных заполняется с помощью разработанной и интегрированной в САБЕ-средство специализированной утилиты.

4 этап - Визуальное создание пользовательского интерфейса. Создание качественного пользовательского интерфейса системы один из

самых трудоемких и длительных процессов. Его автоматизация позволяет существенно сократить время разработки всей системы в целом.

Для автоматизации создания пользовательского интерфейса предлагается адаптировать и наполнять конкретными информационными объектами таловую информационную систему мониторинга, реализующую в визуальной объектно-ориентированной среде основные типы информационных объектов и их атрибутов. Формы реестра (списка) и представления объектов наследуются от соответствующих форм типовой ИСМ, реализующих необходимое поведение. Затем форма реестра автоматически подключается к репозитарию, получает информацию о параметрах представления списка и начинает функционировать в соответствии с этими параметрами.

ЪмШМ

-Г Справочник УЧ

& л & щ ш

Учрсткл

\f49CTO*. Сариосоцскмй

т

За

Центральная эалежь

вв

Центральный вал

Центра/ьный купол

часть мяв ресл Коми

Черноморский

©

X

I ^ Сеееро-Кавкаэокий {регион)

аг

Ставропольский край (субъект)

ОбЪ ЭКГ» АЩЮИС: На&ти В дорем (а

I Б доеное« (регион) В 8 осточноСмбирский (регион) Иркутская область |субье> Красноярский край (субъе Т о^чь рсшй ДО )сцбьект) КЗаанц*ац&АО Ходйьекг! I Даленееосточньй (регион) — I Западно СибирсмЛ (регион) Ш Ка/мнинграаекий (регион) 1+1. Поволжский (оегиои! , X

I >г

Таймырский ДО (субъект)

Хабаровский край (субъект) Чеченская Реслу бита Ичкерия [суС Чукотский ДО (субъект)

|]Яиало^енацк^Д0 (субъект)

X Зжрып» |

Рис. 4. Схема автоматизированного создания форм представления и управления реестрами (списками) информационных объектов типовой ИСМ

На рис. 4 представлены примеры реализации справочников независимых объектов (форма Б) и иерархически зависимых объектов (форма В), наследованных от формы типовой ИСМ СУВБ (форма А). Для организации функционирования унаследованных форм нет необходимости писать программный кол, так как он реализован в форме-предке (форме А) типовой ИСМ СУВБ.

иш

у^, 1 X

наполнение атрибутами

Компонент прямого (непосредственного) ваоди литии шчцО&уг*

Ими ИПТОЩЦМИЯ ^1|Ц6ШИ1» |МЩ|Гс5

Компонент выборе анеюнш и» стреепчи им

Компонент выборе течения м> древотпиото

Игчкки вбмсп

.Г

м

ОпибвяиКвЛв«« иНМгя I

ОпЬмрмв

Г дебитор: (мрйонвпей

В ВосгаиоОвфоойргчси(рвгнои) Иркутская обметь (субъект!

М

•ьм. (с^Г"

ил

№И»«|НРК|ПШНЭ 3

_ ]

¿11

РАОИсЫ»И—нг» МиицчицоРооо»

Ои^оЦГёЭ ^Реслрделс»»*

~3

¿1!

г№*«ПИ-1 С|Е»»1М ———| гЬМ*--—| Пц1«ИН- г Аяеым-1 гГчямим- г СЯм$пееы| --]

Дяяонгс Втямт ДмоМГ« Дм «тоге Вмтчт* ймогтш

1 & Г.. м 1 I _ ^ 1 4 .4 I »1

естмг««|| Уин | X ЭТОЛ

Рис. 5. Схема автоматизированного создания формы представления и управления информационным объектом типовой ИСМ

Типовая форма представления информационного объекта адаптируется

путем ее наполнения конкретными атрибутами данного объекта (рис.5).

Каждый из типов атрибута, приведенных в классификации выше, на

информационном слое пользовательского интерфейса представляется в виде

самостоятельного визуального компонента, реализующего соответствующее поведение. Информация о типе атрибута, области допустимых значений, его текстовое описание и другие метаданные автоматически считываются компонентом из репозитария.

Третья глава посвящена проектированию и реализации программно-инструментальной среды, а также ее практическому применению для автоматизированного построения специализированных информационных систем мониторинга сырьевой углеводородной базы.

В первом и втором разделе главы формулируются системно-концептуальные соглашения, выполняются подбор и адаптация технологической базы для реализации программно-инструментальной среды.

В третьем разделе рассмотрена реализация типовой ИСМ. С помощью репозитария осуществляется поддержка автоматизированного отображения «Предметная область —» Пользовательский интерфейс». Отображение «Предметная область —» Репозитарий» осуществляется на основе информации о сущностях, связях и атрибутах инфологической модели посредством специальной, реализованной в рамках программно-инструментальной среды утилиты. Основные компоненты программно-инструментальной среды и схема их взаимосвязей представлена на рис. 6.

Основные функции средств организации и поддержки репозитария — хранение, доступ, обновление всей информации по проекту. Каждый информационный объект в репозитарии описывается перечислением его свойств: идентификатор, имена-синонимы, тип, текстовое описание, файл-хранилище, область значений, кроме этого, хранятся все отношения с другими объектами (например, все объекты, в которых данный объект используется, все перекрестные ссылки), правила формирования и редактирования объекта, а также контрольная информация о времени порождения объекта, времени его последнего обновления, кем и в каком проекте он был порожден, номере версии, возможности обновления.

Borland Delphi 5

Формы «справочник» и «редактор»

Компоненты доступа к данным:

1 Т<жсТ<Щт mm [дан^е из 6 Д

2 Т<*ствшя|»ш«|даиныси»БД Sj

3 Г--:--*

Компоненты построения отчетов Компоненты решения алгоритмов a MS Excel

'4

В Platinum ErWin 4p

♦Разработка стандартов

именования таблиц и атрибутов «Использования 1ШР для задания свойств полай и таблиц * Скрипты для автоматического заполнения релозитария, разработанные на встроенном языке макросов

чищм^чжлм* мьк'м

\

ig MS тя-тий

Y

MicTopoamwia бит Усть - Ку

IMS SQL Server

gjawlmm 0 ivhidwmm

........... >TK a NxDHWin

fx I «шкпвотжлм

■____ Репозитарий ____________

Р*пошт*рий - хранилища метаданных.

МелиЛанмые - данные о данных.

релоэитарий хранит

следующую информацию: •Таблица (имя, заголовок,...) •Связи между таблицами {имя, тип, поле связи,...) •Поле (имя, тип, размер, ограничения целостности,...) •Оформление поля в отчете

Рис. 6. Основные компоненты программно-инструментальной среды

Далее рассмотрена реализация уровня базы данных и уровня пользовательского интерфейса типовой ИСМ. Реализация представления справочника (журнала или реестра) объектов и управления им - наиболее сложная форма в проекте типовой ИСМ СУВБ (рис. 4, форма А). За внешней простотой формы скрыто более пяти тысяч строк кода, реализующих универсальность ее адаптации и использования для работы со справочниками объектов предметной области. При инициализации формы производится автоматический поиск метаданных справочника в репозитарии и автоматически настраивается поведение интерфейса в зависимости от типа объектов. На рис. 4 представлены интерфейсы справочников независимых (форма Б) и иерархически зависимых (форма В) объектов.

В четвертом разделе приводится описание технологии хранения и обработки темпоральных данных. Под темпоральными данными понимаются данные о состоянии объекта в определенные моменты времени. Параметры объектов сырьевой углеводородной базы, как правило, изменяются во времени. Время представляет собой такое измерение, с которым нелегко

обходиться в традиционных системах баз данных, эффективное управление темпоральными данными при помощи традиционных СУБД требует многих априорных знаний, для поддержки аспекта времени должна быть создана специальная структура базы данных. Предложена специальная структура хранения, обеспечивающая на основе стандартной реляционной модели и языка SQL обработку темпоральных данных (рис. 7).

г: :Т.Ш

РК Prod ID: IdwtitY

Pred_Fk»tDate daMm* Prad_LntDats daMme Pred_DateOfChange datetlme

J 2 __JWMBS? •..«.....,„

PK PndStatoJD; idtnttty

FK1 PradSUte otqedio- identity

PredState BaginSlate datetim«

PredStat« EndStato databme

PredState.DateOfChange datetime

Рис. 7. Структура хранения темпоральных данных в реляционной БД Предлагается использовать две таблицы для хранения каждого объекта, изменяемого во времени. Первая таблица (Ргеё) хранит общее описание объекта, а также содержит набор полей, которые остаются неизменными в течении всего времени существования объекта. В таблице хранятся даты начала и окончания периода отслеживания объекта в системе, а также дата последнего изменения объекта и информация о пользователе, внесшем изменения. История изменений объекта хранится в специальной таблице базы данных. Вторая таблица (Ргес181а1е) описывает изменения состояний объекта во времени. Эта таблица должна содержать сведения о времени существования состояния, а также о дате последнего изменения состояния объекта и пользователе, внесшем изменения.

Целостность и корректность темпоральных данных обеспечивается разработанной системой хранимых процедур и триггеров СУБД. Для обработки и манипулирования темпоральными данными на уровне пользовательского интерфейса реализована специализированная форма,

позволяющая добавлять, редактировать, удалять и отслеживать состояния объекта. Подсистема поиска, извлечения и представления позволяет выполнять запросы данных по состоянию на настоящий либо на любой в ретроспективе момент времени.

Соотношение основных операций технологии обработки темпоральных данных и реализованных средств их информационной поддержки приведены в таблице 1.

Табл. 1. Соотношение основных операций технологии обработки темпоральных данных и средств их информационной поддержки

Операции Подсистема Средства информационной поддержки

Ввод и редактирование темпоральных данных Подсистема ввода, проверки и редактирования данных Типовая адаптируемая форма ввода, редактирования, просмотра, копирования и удаления темпоральных данных СПШогуРогт)

Хранение темпоральных данных Подсистема ввода, проверки и редактирования данных Специальная структура хранения темпоральных данных в реляционной базе данных, хранимые процедуры и тригеры

Выборка темпоральных данных Подсистема поиска, извлечения и представления данных Подсистема, обеспечивающая выбор данных на настоящий момент времени или некоторый момент времени в прошлом

В шестом разделе описана реализация подсистемы поиска, извлечения и

представления данных. Подсистема предназначена для формирования и выполнения запросов данных из БД системы мониторинга, причем для их формирования у пользователя нет необходимости в специальных знаниях (язык запросов SQL и тому подобное). Результат поиска и извлечения данных представляется в виде стандартной таблицы Microsoft Excel, что позволяет выполнять дальнейшее оформление и анализ информации (рис. 8).

Рис. 8. Пример оформления отобранных данных в Microsoft Excel Для функционирования подсистемы используются метаданные из репозитария ИСМ. На основе информации о сущностях и связях между ними подсистема автоматически строит дерево таблиц (рис. 9). Запрос автоматически формируется и выполняется на основе анализа и выбора необходимых таблиц и поиска связей между ними в сформированном дереве.

Месторождение

I Недропольдов<тель |

I Лицензия"^-

щ

Административная принадлежность | НГПюйонироеаниу

Тектоническое описание

J

—«j Запасы нефть, таз, компоненты^ —e^Psq/pcbmepcnemffiHfc^J

[ Свита ^ р[ Пласт |

Р

р I Стой I

| Система 11 Подсвита 11 Горизонт |

Рис. 9. Пример дерева таблиц, посгроенного системой мониторинга на основе метаданных для построения запроса

В седьмом разделе рассмотрено применение программно-

инструментальной среды, реализованной в соответствии с предложенным

методическим подходом к решению проблемы автоматизации построения

информационных систем мониторинга сырьевой углеводородной базы для

создания ряда специализированных систем. Среди этих систем можно

выделить две наиболее существенные:

• ИС «Мониторинг запасов углеводородного сырья». В качестве

основного исходного документа, описывающего объекты мониторинга,

выступает статистическая форма № 6-ГР «Сведения о состоянии и изменении

запасов нефти, газа, конденсата, этана, пропана, бутанов, серы, гелия, азота, углекислого газа». Созданная система отслеживает семь основных типов объектов: месторождение, залежь, невскрытый пласт, перспективная площадь, продуктивное отложение, недропользователь и лицензия. Обеспечивает ввод, редактирование, просмотр, копирование и удаление подробной информации об этих объектах.

• ИС «Электронный документооборот рабочей группы по досрочному прекращению прав пользования недрами». Основными объектом мониторинга являются условия лицензионных соглашений. В случае обнаружения расхождений между запланированными и фактическими показателями запускается административная процедура, позволяющая скорректировать ситуацию, а в случае невозможности и процедура лишения предприятия лицензии на право пользования недрами. Разработанная информационная система обеспечивает информационную поддержку этих административных процедур путем отслеживания официальных документов, участвующих в процессе устранения нарушений по лицензионному соглашению. Система рекомендована к опытной эксплуатации в Управлении по работе с природопользователями и государственного надзора за исполнением лицензий МПР России (Москва).

Кратко рассмотрены этапы автоматизированного построения информационной системы «Мониторинг запасов углеводородного сырья» согласно методическому подходу с помощью реализованной программно-инструментальной среды. Пример разработанного пользовательского интерфейса информационной системы приведен на рис. 10.

мйи Жуоиат 71,11Ш>и вяиниги Агам

а I %эзз

Рис. 10. Пример пользовательского интерфейса информационной системы «Мониторинг запасов углеводородного сырья»

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 (ВостСибНИИГТиМС г. Иркутск), о чем составлены соответствующие протоколы.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

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

2. Кузьменко A.B. Разработка информационной системы мониторинга минерально-сырьевых ресурсов РФ // Системные исследования в энергетике / Труды молодых ученых. -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. -Вып. 32. -С. 245-249.

3. Кузьменко Ал. В., Кузьменко Ан. В., Машович Д.А. Использование пространственной интерполяции для мониторинга ресурсов углеводородного сырья // Труды Всероссийской конференции «Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии». -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2003. -Ч. 2. С. 123-129.

4. Кузьменко A.B., Массель JI.B. Информационная поддержка мониторинга состояния минерально-сырьевой углеводородной базы РФ // Труды XXX Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе». -Украина, Ялта-Гурзуф, 2003. -С. 251-254.

5. Кузьменко A.B., Кузьменко Ан.В. Методика создания информационно-аналитических систем на примере системы мониторинга углеводородной базы РФ // Труды XXX Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе». -Украина, Ялта-Гурзуф, 2003. -С. 248-251.

6. Кузьменко A.B., Машович Д.А. Применение ГИС для отслеживания прогнозных ресурсов углеводородного сырья // Труды XXX Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе». -Украина, Ялта-Гурзуф, 2003. -С. 245-248.

7. 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. 33.-С. 245-249.

8. Кузьменко Ал. В., Кузьменко Ан. В., Машович Д.А. Проектирование ГИС для системы мониторинга ресурсов углеводородного сырья // Труды Байкальской Всероссийской конференции «Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии». -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2003. -Ч. 1. -С. 152-156.

9. Кузьменко A.B., 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.

10. Кузьменко A.B. Методика автоматизированного проектирования информационно-аналитических систем в геологии нефти и газа // Вестник ИрГТУ. -Иркутск: ИрГТУ, 2004. -№3 (19). -С. 26-32.

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

Отпечатано в типографии АвРпШ Тираж 120 экземпляров Заказ № 142 Подписано в печать 20.05.2005 664000, г. Иркутск, ул. Лапина, 1 «Б»

РНБ Русский фонд

2006^4 9509

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.

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

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.

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.