Павлов С.В., Саубанов О.С., Гизатуллин А.Р., Усов Т.М., Уфимский государственный авиационный технический университет, г.Уфа, e-mail: psvgis@mail.ru
Для предприятий нефтегазовой отрасли характерны существенная протяжённость и территориальная распределенность объектов ответственности (трубопроводы, перекачивающие станции, нефтебазы, автозаправочные станции и другие). Поэтому для эффективного управления предприятием необходима информация о пространственном положении этих объектов, интегрированная с данными других информационных систем в рамках корпоративной информационной системы. И по этой причине для эффективного обеспечения задач сбора, хранения, обработки пространственной информации, интеграции, использования пространственных данных для поддержки принятия решений широко применяются корпоративные геоинформационные системы (ГИС).
В течение ряда лет наш коллектив выполняет исследования по разработке и внедрению корпоративной ГИС для одного из предприятий трубопроводного транспорта нефти [1-3]. Ввиду сложности и масштабности задачи, которые обусловлены межрегиональным размещением технологических объектов предприятия, большими массивами используемой пространственной и атрибутивной информации, высокими требованиями к функциональности по обработке этой информации, очень важна последовательная разработка и реализация отдельных компонентов и всей системы. В связи с этим, были выделены и реализованы следующие этапы работ:
- анализ предметной области, предпроектное исследование, разработка технического задания и проектной документации в соответствии с требованиями, предъявляемыми Заказчиком;
- сбор и уточнение общегеографической и специальной картографической (пространственной) информации: бумажных карт, описаний положения объектов, электронных карт, снимков местности и других материалов;
- разработка прототипа ГИС в виде системы, демонстрирующей ключевые функции на фрагменте данных;
- проектирование системы безопасности;
- создание и заполнение серверной базы данных ГИС;
- реализация основных элементов системы в виде настольного клиента («толстый» клиент на основе функциональности ArcMap – базового приложения ArcGIS) и системы удаленного доступа (на платформе ArcIMS, ArcGIS Server);
- интеграция ГИС с действующими информационными системами предприятия;
- решение специальных задач, таких, например, как реализация системы моделирования аварийных разливов нефти.
Важным шагом в процессе создания корпоративной ГИС является разработка прототипа (локальной версии геоинформационной системы на ограниченном наборе данных), необходимого для отработки технологических особенностей системы. На основе созданного прототипа уточняется разработанная при проектировании функциональная схема системы (рис. 1), отображающая основные функциональные элементы ГИС, их взаимодействие, а также способы интеграции с другими информационными системами предприятия.
Рис. 1. Функциональная схема корпоративной ГИС.
Разработанная система реализована для двух видов клиентов – «толстого» (ArcMap-клиент) и «тонкого» (веб-браузер) – и внедрена в промышленную эксплуатацию. Система реализует функции поиска и отображения на электронной карте объектов предприятия и их характеристик (рис. 2), обмена данными с автоматизированными системами предприятия, моделирования аварийных разливов нефти (АРН) и отображения плана действий по ликвидации АРН, защиты информации и управления доступом, раскладки результатов внутритрубной диагностики на подробные карты (трубные секции и особенности). Таким образом, рассматриваемая ГИС решает комплекс задач, связанных с обработкой пространственной и атрибутивной информации, взаимодействуя с другими корпоративными информационными системами.
Рис. 2. Пример решения задачи поиска мест пересечения трубопровода с различными объектами для ArcMap-клиента.
Перспективными направлениями развития корпоративных ГИС сегодня являются применение сервис-ориентированных технологий, реализация мобильных компонентов ГИС и использование OLAP-технологии для повышения степени интеграции ГИС с другими информационными системами предприятия.
Рис. 3. Сервис-ориентированная архитектура корпоративной ГИС предприятия нефтегазовой отрасли.
Сервис-ориентированная архитектура является развитием традиционной клиент-серверной архитектуры, она позволяет повысить степень распределенности и кроссплатформенности компонентов. Для обеспечения эффективного взаимодействия сервисов в рамках корпоративной информационной системы используется сервисная шина предприятия – система, контролирующая и координирующая работу сервисов (рис. 3). Анализ действующей корпоративной геоинформационной системы предприятия нефтегазовой отрасли показал целесообразность использования сервисного подхода для решения как минимум трех классов важных задач, а именно:
а) обеспечение доступности отдельных ГИС-функций или всей системы через интернет или локальную сеть пользователям, на рабочих местах которых не установлено специальное программное обеспечение;
б) организация взаимодействия центральной базы геоданных и функциональных модулей системы с компонентами ГИС, работающими на мобильных устройствах пользователей;
в) интеграция с данными и использование функций других информационных систем предприятия.
Использование сервисного подхода может снизить требования к программному и аппаратному обеспечению рабочих мест сотрудников предприятия, затраты на администрирование, упростить подключение новых функций и решение задач интеграции корпоративной ГИС с другими информационными системами.
Другим перспективным направлением, как было указано выше, является разработка мобильных компонент ГИС. Быстрое развитие телекоммуникационных технологий и мобильных устройств привело к распространению решений, основанных на использовании тонких клиентов, к активному внедрению преимуществ мобильных систем, таких как возможности определения местоположения пользователя, использования информационных систем вне офисов, и, как следствие, открыло новые пути для применения ГИС-технологий.
Особенностью создания мобильных компонент ГИС является, с одной стороны, широкий спектр доступных платформ (по сравнению с настольными системами) и, с другой стороны, – их ограниченная совместимость, а также относительно низкая производительность мобильных устройств. Поэтому при анализе требований заказчика важной задачей является выбор программно-аппаратной платформы, которая позволит решить поставленные задачи и будет совместима с существующей корпоративной ГИС и информационной инфраструктурой предприятия в целом. После выбора программно-аппаратной платформы создается прототип системы, в котором реализуются функции, используемые при решении большинства задач, например, отображение картографической и другой информации, организация хранения данных, определение местоположения. Создание мобильной системы также включает этап подготовки данных корпоративной ГИС для использования на мобильных устройствах с учетом их специфики: малые размеры экрана, ограниченные вычислительные мощности и ограниченные возможности по передаче данных.
При разработке мобильных компонентов возможно использование широкого спектра инструментов, технологий и платформ. В нашем проекте была применена распространенная ГИС-платформа ведущего производителя – компании ESRI. Она позволяет разрабатывать мобильные ГИС-решения, расширяющие возможности корпоративных геоинформационных систем, интегрированных в информационную инфраструктуру предприятия, гибко управлять размещением данных, организовывать оперативный обмен данными (рис. 4).
Рис. 4. Архитектура корпоративной ГИС с мобильной компонентой.
Существуют различные способы реализации мобильной компоненты корпоративной ГИС. Их можно классифицировать по типам используемых устройств (мобильные телефоны, КПК, коммуникаторы), по доступным технологиям подключения к телекоммуникационным сетям (беспроводные и проводные), по требованиям к программному обеспечению и размещению данных.
По требованиям к программному обеспечению можно выделить решения, выполненные в виде приложения для операционной системы Microsoft Windows Mobile или платформы Java, и на основе тонкого клиента, когда большая часть операций выполняется на стороне сервера.
Рис. 5. Способы распределения данных между центральной базой данных и мобильным устройством.
По размещению данных выделяют следующие возможные решения (рис. 5):
- хранение всех данных в центральной базе геоданных на сервере;
- хранение данных на мобильном устройстве;
- распределенное хранение данных на сервере и на мобильном устройстве.
Хранение данных на сервере позволяет использовать ГИС на мобильных устройствах с ограниченным объемом доступной памяти. Но данный вариант имеет серьезные ограничения, связанные с необходимостью постоянного подключения к Интернету, что влечет за собой снижение надежности работы. К его недостаткам также можно отнести большой объем входящего трафика и, следовательно, возрастание расходов на связь. А при хранении данных только на мобильном устройстве ограничивается круг решаемых задач в связи с отсутствием реальной возможности синхронизации данных пользователями вне офиса с центральной базой геоданных.
Наиболее гибким решением, отвечающим требованиям предприятий нефтегазовой отрасли [4], является распределенное хранение данных на сервере и на мобильном устройстве с возможностью отложенной синхронизации. То есть пользователи могут работать с мобильной компонентой в условиях отсутствия связи с сервером.
Для мобильных ГИС на платформе ArcGIS Server предпочтительным представляется решение с распределенным хранением данных на основе коммуникаторов с операционной системой Microsoft Windows Mobile, имеющих встроенные GPS-, ГЛОНАСС-приемники.
Постоянный рост вычислительных возможностей мобильных устройств с модулями определения местоположения, а также увеличение зоны покрытия беспроводных сетей мобильных операторов позволяют выполнять на мобильных ГИС все большее количество функциональных задач, поддерживаемых корпоративными ГИС, в том числе:
- моделирование аварийных разливов нефти и нефтепродуктов;
- вычисление оптимальных маршрутов транспортных средств, перевозящих нефтепродукты, в соответствии с информацией о дорожной ситуации, поступающей из различных источников;
- выполнение расчетов по раскладке трубных секций.
Все чаще корпоративные геоинформационные системы предприятий нефтегазовой отрасли интегрируются с другими информационными системами, данные которых используются для решения различных задач, в том числе требующих выполнения сложных аналитических запросов. К числу актуальных аналитических задач для предприятий трубопроводного транспорта, которые могут быть решены с помощью ГИС, относятся: определение и отображение степени износа нефте- и газотрубопроводной сети в зависимости от региона, давления, вязкости, температуры; определение на основе регрессионного анализа факторов, повышающих риск возникновения чрезвычайных ситуаций на технологических объектах. Но реализация таких задач может привести к снижению быстродействия и надежности работы корпоративной информационной системы, поскольку они требуют выполнения ресурсоемких распределенных запросов. Кроме того, большинство взаимодействующих с ГИС информационных систем являются OLTP-системами, связанными с выполнением транзакций в режиме реального времени, и, как следствие, они не предназначены для эффективной обработки аналитических запросов. Поэтому представляется целесообразным переход на систему обработки аналитических запросов и хранения данных, основанную на традиционном OLAP-подходе с учетом специфики ГИС-задач предприятий нефтегазовой отрасли. Этот переход заключается в консолидации необходимых данных информационных систем и базы данных ГИС. При этом в качестве OLAP-хранилища используется база геоданных корпоративной геоинформационной системы (рис. 6).
Рис. 6. Интеграция данных информационных систем предприятия с базой геоданных ГИС на основе OLAP-технологии.
Накопленный опыт разработки и внедрения корпоративных геоинформационных систем для предприятий нефтегазовой отрасли показал, что использование сервис-ориентированных технологий, широкое применение мобильных компонентов ГИС в цикле производственных задач, а также OLAP-технологии позволяют существенно повысить эффективность применения корпоративных ГИС при принятии управленческих решений.
Литература
- Интеграция ГИС с информационными системами предприятий трубопроводного транспорта / Васильева М.И., Кунаков Ю.Н., Саубанов О.С., Шарафутдинов Р.Р. // Межвузовский научный сборник «Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем», 2007.
- Integration of the Geoinformation System into Informational Infrastructure of the Public Company «Uralsibnefteprovod» / Arnautov G.S., Pavlov S.V., Plekhanov S.V., Saubanov O.S. // Proceedings of the Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT’2005), Ufa, September 18-21, 2005. Volume 3.
- Автоматизированная информационная система объектов магистральных нефтепроводов ОАО «Уралсибнефтепровод им. Д.А. Черняева» / Бахтизин Р.Н., Набиев Р.Р., Павлов С.В. // Трубопроводный транспорт нефти. №12, Москва, 1997.
- Использование мобильных вычислительных средств в корпоративных геоинформационных системах предприятий нефтегазовой отрасли / Павлов С.В., Гизатуллин А.Р., Саубанов О.С., Усов Т.М // Научно-технический журнал «Нефтегазовое дело», том 6, №2, 2008.
