ГИС – основа интеграции данных геологоразведки в Компании

Ядрышникова О.А. (OAYadrishnikova@rosneft.ru), Беляков В.О. (VOBelyakov@rosneft.ru) ООО «Тюменский нефтяной научный центр», г. Тюмень

GIS: the Basis for Exploration Data Integration in the Company The article describes the approach to establishment of a single point access to archives, 3D databases and corporate geoinformation systems of oil companies.

Статья посвящена актуальному направлению применения информационных технологий – вопросу создания единой точки доступа к архивам, корпоративным геоинформационным системам (ГИС) и пространственным базам данных нефтяных компаний. Разработан и опробован метод интеграции данных на основе пространственного положения для решения основных задач геологоразведочных работ (ГРР). Он основан на использовании современных технологий хранения, WEB-доступа и визуализации пространственных данных. Этот подход реализован в информационной системе «Архив ГРР» и показал свою работоспособность и эффективность.

ООО «Тюменский нефтяной научный центр» (ООО «ТННЦ») – дочернее общество ОАО «НК «Роснефть» – занимается полным циклом подготовки и сопровождения разработки активов компании, расположенных в Западной Сибири, Восточной Сибири и Волго-Уральском регионе. Специалисты ООО «ТННЦ» ведут научно-аналитическое сопровождение геологической деятельности дочерних обществ, занимаются комплексной интерпретацией геолого-геофизической информации, получаемой в ходе этой деятельности, создают геологические модели, которые берутся за основу планирования и дальнейшего проведения геологоразведочных и буровых работ, с целью восполнения и расширения ресурсной базы компании. На базе ООО «ТННЦ» функционирует Центр лабораторных исследований керна и пластовых флюидов, оснащенный новейшим техническим оборудованием и выполняющий современные виды исследований.

ООО «ТННЦ» является одним из центров ГИС-компетенций в ОАО «НК «Роснефть». Департамент информационных технологий c 2006 года занимается созданием, развитием и поддержкой корпоративных геоинформационных систем и пространственных баз данных в Компании. Тема интеграции данных, создания единой точки доступа к ним сейчас особенно актуальна. Основываясь на своем накопленном практическом опыте и опыте других компаний, нам удалось создать работающую и востребованную технологию, использующую пространственные данные, как инструмент интеграции данных компании.

Для сотрудников департаментов геологоразведки ООО «ТННЦ», а также дочерних обществ ОАО «НК «Роснефть» разработана и внедрена система хранения, учета, поиска и получения первичных и отчетных материалов геологоразведочных работ (ГРР) – информационная система «Архив ГРР» (ИС «Архив ГРР», см. рис.1).

Рис. 1. Информационная система «Архив ГРР» – единая точка доступа к корпоративным данным

Основное назначение системы заключается в оперативном получении в одном приложении данных, необходимых для решения основных задач ГРР, формировании картины текущей обстановки для поддержания принятия решений на основе оперативного предоставления данных территориально удаленным подразделениям, хранении информации в центральной базе данных (БД) для возможности ее последующего анализа.

Предпосылки создания информационной системы

Развитие информационных технологий, увеличение потоков цифровых данных привели к росту объема хранения разнородной информации. В настоящее время в крупных компаниях накоплены терабайты файлов в различных форматах. Для быстрого и качественного принятия решений постоянно возникает потребность в привлечении специалистов разных сфер деятельности. Информации много, но найти ее сложно, так как она не проиндексирована и хранится в разнообразных форматах, таких как сканированный документ, текстовый документ, в формате специализированного программного обеспечения и т.д.

С чем сталкивается сегодня пользователь?

1. Существует множество информационных систем, баз данных, файловых архивов, ресурсов, в которых хранятся данные.
2. Накопленные данные в одних подразделениях не доступны другим, что влечет их повторное создание и дублирование.
3. Для получения необходимой информации требуется:
   • знать в какой информационной системе или на каком ресурсе имеется нужная информация;
   • получить доступ к этой системе;
   • установить специализированное ПО для работы с информацией;
   • иметь или приобрести необходимые навыки работы с программами.
4. Происходят большие потери времени на поиск и подготовку исходных данных для решения многих задач. Отсутствует оперативность получения нужных данных, затруднено поддержание их в актуальном состоянии.

Для решения этих проблем требовалось разработать систему, позволяющую оптимизировать работу пользователя с информацией. Эта система должна была быть способна интегрировать данные из нескольких информационных систем и осуществлять поиск данных по произвольной, задаваемой пользователем территории. Использование технологии геоинформационных систем (ГИС) с их возможностями проведения поиска в базах данных и осуществления пространственных запросов позволило существенно повысить скорость выполнения этих задач.

Информационная система для ГРР

Совместно с сотрудниками департаментов ГРР разработанная технология была применена для создания ИС «Архив ГРР», адаптированной для применения в геологоразведке.

Геологоразведочные работы на нефть и газ состоят из трех этапов:

1. Региональный этап – оценка перспектив существующих активов Компании и поиск новых регионов для расширения ресурсной базы.
2. Поисковый этап – поиск новых месторождений и залежей углеводородов для поддержания уровней добычи Компании.
3. Разведочный этап – изучение геологии месторождений для оптимизации разработки и улучшения экономических показателей добычи.

Для выполнения этих работ специалистам требуется большой объем разнородных данных: полевые материалы и результаты обработки сейсморазведки 2D, 3D сетки геофизических полей, скважинная информация (ГИС, испытания, добыча), результаты научно-исследовательских работ (стратиграфия, тектоника, нефтегазоносность), результаты лабораторных исследований (керн, пластовые флюиды) и многие другие.

Кроме того, важным показателем для специалистов Управления ГРР является изученность территории (рис. 2). Во многих информационных системах пространственная привязка данных осуществляется опосредованно: по месторождению, лицензионному участку или региону. Это затрудняет поиск информации по произвольной территории, так как пользователь получает большое количество лишних данных, либо, наоборот, не получает всего необходимого их объёма.

Рис. 2. Изученность территории в ИС «Архив ГРР»

Наша информационная система на основе геоинформационных технологий имеет следующие основные преимущества для пользователей:

• оперативное получение данных в одном месте из разных информационных систем;
• актуальность данных;
• отсутствие необходимости в специализированном ПО;
• минимальные требования к навыкам работы с ПО;
• интуитивно понятный интерфейс;
• невмешательство в другие ИС.

Основные задачи и функции системы:

• быстрый атрибутивный поиск информации;
• пространственный поиск;
• фильтрация данных – как атрибутивная, так и пространственная;
• получение материалов изученности по территории;
• разграничение прав доступа;
• рассылка сообщений;
• логирование и статистика посещения.

Организация процесса

Работы над созданием ИС «Архив ГРР» начались в 2011 г. Процесс оказался довольно трудным и долгим. Нам удалось достичь результата благодаря тесному взаимодействию подразделений информационных технологий и департаментов геологоразведки. Был выстроен организационный процесс накопления информации, передачи данных от подразделений ГРР в информационную систему.

Отправная точка создания ИС «Архив ГРР» – начало организации процесса упорядочивания накопленных архивов в подразделения ГРР. В то время департаменты геологоразведки имели множество информационных ресурсов без какой-либо определенной структуры, при этом большая часть информации хранилась на рабочих местах пользователей. Создание единого информационного ресурса по результирующим отчетам подразделений ГРР включало следующие шаги:

1. Сбор данных. Были собраны все накопленные данные с серверных ресурсов и с компьютеров пользователей (более 1,5 миллионов файлов объемом около 4 терабайт).
2. Анализ данных. Произведен анализ дублей, выбор наиболее полных версий.
3. Создание структурированного ресурса «Отчеты ГРР», единого для всех департаментов. При этом данные были размещены согласно созданной и утвержденной структуре.
4. Организация распределенного доступа к отчетной информации.
5. Создание WEB-приложения «Архив ГРР», интегрированного с другими информационными ресурсами, позволяющего найти нужную информацию из любой системы посредством атрибутивного или пространственного поиска.

В настоящее время в систему загружены данные по 2500 завершенным отчетам Управления ГРР, 3500 сейсмопартиям, 25500 сейсмопрофилям и 55314 скважинам. В базе пространственных данных собран большой объем данных разнообразной тематики: Топографическая основа; Месторождения, лицензионные участки Компании и других недропользователей; Конкурсы и аукционы; Трубопроводы; Траектории стволов скважин в 3D; Геология; Геофизика.

Пространственные данные из завершенных отчетов ГРР загружаются в модель данных GEOLOGY. На данный момент загружено:

• разломы – более 60 000
• геологические границы – более 35 000
• геологические объекты – более 11 000
• изолинии – более 750 000
• литология – более 2 500
• структуры – более 15 000
• тектоника – более 1 500
• пластопересечения – более 50 000
• космоснимки и растровые данные (гриды) – более 100Гб.

Интеграция данных

Интеграция данных в информационных системах понимается как обеспечение единого унифицированного интерфейса для доступа к некоторой совокупности неоднородных независимых источников данных.

При этом в первую очередь встает проблема разработки некой интегрирующей модели, которая будет являться ядром единого пользовательского интерфейса. Создавать новую модель данных или взять за основу одну из систем? Неоднородность источников данных усложняет эту проблему: одна система может быть файловым архивом, вторая – базой данных, а третья – WEB-сайтом. В них могут использоваться различные модели данных, при проектировании которых применялись разные уровни абстракции, что может приводить к омонимии и синонимии в именовании. Во всех информационных системах существуют уникальные ключи для объектов. Например, уникальный ключ скважины в РН КИН – WELL_ID, в OIS – UWI, в ArcGIS ArcSDE – GUID. Встает проблема задания соответствия между этими ключами.

И, наконец, проблема привязки объекта в пространстве. Во многих системах объект никак не связан со своим местоположением.

Каким образом создать интегрирующую модель, которая позволила бы объединить в себе данные из нескольких предметных областей и осуществлять поиск не только по названию и характеристикам, но и по территории?

Решить эту задачу получилось не сразу, поэтапно. Еще в 2009 г. мы писали, что геоинформационная (ГИС) технология, которая изначально использует географическое положение в качестве основного критерия в привязке данных и связанных с ними описательных атрибутов, наилучшим образом способствует координации действий всех подразделений и групп специалистов, занимающихся решением разнообразных задач, привязанных к конкретной территории [1]. В 2011 г. была описана важная позиция геоинформационной системы в общем информационном пространстве крупной отраслевой компании нефтегазового комплекса, что делает более реальными планы дальнейшего развития и продвижения ГИС-технологии как инструмента управления, мониторинга, планирования, выработки стратегии, моделирования производственных процессов и их оптимизации [2]. В 2012 г. начались пилотные работы по интеграции данных по скважинам из нескольких баз данных в корпоративной ГИС (рис. 3). Полученные результаты позволили нам в полной мере убдиться, что именно пространственное положение объекта и должно стать ключом для интеграции. Все объекты, которые исследуются в подразделениях ГРР, можно идентифицировать с привязкой к пространству, местоположению. Использование в качестве основы базы пространственных данных позволит создать модель, учитывающую абсолютно все интересующие данные. Изучение опыта других компаний только подтверждает то, что мы развиваемся в правильном направлении, т.е. используем «ГИС – как ядро корпоративных информационных систем» [3].

Рис. 3. Схема интеграционной базы данных

В результате была создана модель данных, которая для каждого объекта хранит:

• пространственное положение и геометрию объекта;
• глобальный идентификатор GUID;
• короткую атрибутивную базу (в большинстве случаев – только название).

Связь с информационными системами осуществляется при помощи таблиц соответствий между GUID’ом и ключами в этих системах. Таким образом, сама база пространственных данных не содержит никаких характеристик объектов. Все данные получаются из профильных информационных систем.

Связь между объектами внутри базы пространственных данных осуществляется не по ключам, а по пересечению объектов. Например, если сейсмопрофиль пересекает месторождение – значит, они связаны. Таким образом, при добавлении новых объектов не требуется задавать взаимосвязи. Благодаря этому пользователь может получить список всех объектов (даже разной тематики) по интересующей его территории.

В процессе поиска пересечений учитывается также и размер пересечений (длина для линейных или площадь для полигональных объектов) для того, чтобы исключить мелкие пересечения, касания границ и т.п. Это делает результаты поиска более точными. При маленьком количестве объектов на территории такой анализ может выполняться «на лету», но когда объемы данных большие такая операция становится достаточно ресурсоемкой и выполняется долго.

Чтобы повысить быстродействие, был разработан инструмент для предварительного построения таблиц пересечения объектов. При выборе какой-либо заранее определенной территории (например: регион, лицензионный участок или месторождение) список пересекающих объектов берется из этих таблиц. Обновление таблиц пересечения объектов происходит согласно расписанию.

Архитектура информационной системы «Архив ГРР»

Для интеграции данных в системе была использована сервис-ориентированная архитектура (SOA). Все данные остаются у владельцев, не требуется перегрузки данных в единое хранилище; при этом пользователь может даже не знать, где хранятся данные. При запросе происходит обращение к определенным сервисам, которые связаны с источниками, где находится информация (рис. 4). Большой плюс такого подхода заключается в том, что системы, основанные на данной архитектуре, могут быть независимы от технологий разработки и платформ. Благодаря этому, разработчики могут создать сервисы, обладающие типовым интерфейсом, практически для любой интегрируемой системы.

Рис. 4. Архитектура ИС «Архив ГРР»

В нашем случае общее клиентское приложение для доступа к данным было разработано на технологии Microsoft Silverlight. Работа с пространственными данными происходит на платформе ArcGIS. Все данные централизованно хранятся в многопользовательской реляционной базе геоданных ArcSDE. Для публикации картографических web-сервисов используется ArcGIS for Server.

Возможности WEB-приложения «Архив ГРР»

Интерфейс этого приложения можно разделить на 5 основных блоков, показанных на рис. 5:

1. фильтр по типам данных;
2. дерево регионов;
3. строка поиска с результатами;
4. карточка объекта, собранная из данных различных систем;
5. карта, пространственный фильтр.

Рис. 5. Интерфейс клиентского приложения

По умолчанию поиск ведется по всем данным, занесенным в систему. С помощью фильтра по типам данных пользователь имеет возможность ограничить результаты поиска. Например, отображать только скважины и отчеты. Кроме того, возможна фильтрация объектов по каким-либо характеристикам. Критерии фильтрации для каждого типа объектов свои. Для лицензионных участков – это принадлежность к Компании, для отчетов – его тип, наличие WEB-карты.

Блок фильтров по типам данных также содержит количественную характеристику по изученности этой территории. Отображается как общее число объектов каждого типа на этой территории, так и количество отображаемых (удовлетворяющих условиям фильтрации) объектов.

Дерево регионов содержит в себе предопределенные территории, которые могут интересовать пользователей. Например, административные регионы, лицензионные участки, территории деятельности компаний. Выбирая в дереве интересующую территорию, пользователь сразу получает сведения о наличии информации – изученность.

Все найденные объекты представляются в третьем блоке. Они отображаются в едином списке. Для удобства пользователей каждый тип объекта имеет свою иконку. Реализован поиск среди выданных результатов по названию. При выделении объекта информация о нем отображается в карточке объекта, а на карте подсвечивается его местоположение. Можно приблизиться к нему или центрировать карту по соответствующему местоположению.

Карточка объекта состоит из двух блоков: блок справочной информации и блок данных. Справочная информация – это основные характеристики объекта. Их состав зависит от типа выбранного объекта. Например, для скважины – это альтитуда, альтитуда ротора, долгота, широта. Для лицензионного участка – номер участка, компания владелец, дата выдачи и окончания лицензии и др. Блок данных представляет собой дерево различных ссылок: ссылка на объект в WEB-интерфейсе системы, ссылка на файлы из архивов, ссылка на WEB-приложение просмотра данных.

В ИС «Архив ГРР» реализовано несколько модулей для просмотра данных. Разработка и внедрение новых модулей просмотра позволит использовать ИС «Архив ГРР» как «витрину данных».

Блок карты дает возможность визуально увидеть объект на карте. На ней отображается и территория, с которой работает пользователь, и выбранный объект. Благодаря этому, пользователю гораздо легче ориентироваться в результатах поиска. С помощью пространственного фильтра пользователь имеет возможность вручную нарисовать на карте интересующую его область по заданным точкам.

В ИС «Архив ГРР» реализована рассылка сообщений о поступлении материала. Пользователям, подписанным на рассылку, на электронную почту приходят сообщения о новом поступлении со ссылкой на материалы.

Также реализована обратная связь. Пользователь может сообщить либо о проблеме в данных, либо о проблеме в работе программы. При этом к сообщению автоматически привязывается выбранный объект, есть возможность прикрепить файлы.

Безопасность данных

Большое внимание при разработке системы уделялось информационной безопасности.

В системе реализован традиционный метод разграничения прав на основе ролей, которые регламентируют, какие данные и из каких систем может получать пользователь. Это позволяет реализовывать гибкие, изменяющиеся динамически в процессе работы правила разграничения доступа.

Использование пространственной базы данных и четкое позиционирование объекта в пространстве позволило внедрить инновационный способ разграничения прав – по территории. В системе есть возможность задать для работы пользователя территорию любой площади и формы. Это дает возможность очень точно разграничить данные одной тематики, но разных производственных единиц.

Полученные преимущества

Благодаря применению геоинформационной базы данных при интеграции данных, получены следующие преимущества:

1. Связь по пространственному положению. Пользователи имеют возможность поиска всех объектов по интересующей их территории. Это позволяет проводить более полный анализ данных по территории, устанавливать более точные зависимости между объектами и явлениями.
2. Универсальность системы. Зачастую логика не позволяет хранить в одной базе данные из разных предметных областей, например, добавить в базу по сейсмике данные об автомобильных дорогах не получится. Но с точки зрения пространственной базы сейсмопрофиль и автомобильная дорога друг от друга ничем не отличаются – это просто линии. И для администратора, и для пользователей логика позволяет хранить их в одной базе и использовать на одной карте. Таким образом, в пространственную базу мы можем загрузить абсолютно все объекты, которые участвуют в бизнес-процессах Компании, не ограничиваясь одной предметной областью.
3. Расширяемость системы. При добавлении нового источника данных потребуется лишь подключить сервис для получения данных из него.
4. Интуитивно понятный интерфейс. Использование пространственной базы дает возможность использования карты в интерфейсе пользователя. Графическая информация воспринимается человеком лучше, чем в табличном или текстовом виде. А сами карты – универсальный язык передачи информации, который понимают абсолютно все. Таким образом, даже неподготовленный человек сможет быстро понять полученные данные.
5. Актуальность данных. Их источниками являются работающие информационные системы и ресурсы. При этом не происходит перегрузки данных или вмешательства в работу систем, требуется только ведение связей идентификаторов объектов и их представлений в ГИС.

Благодаря использованию в качестве клиента WEB-приложения, не требуется установка специализированного ПО на большинстве рабочих мест. Конечному пользователю не нужно знать, как пользоваться всеми информационными системами и ресурсами. С помощью одного приложения он может оперативно получать интересующие его данные. Таким образом, разработанный метод интеграции данных на основе пространственного положения может стать ядром для интеграции любых данных Компании, а суррогатный ключ GUID – единым корпоративным идентификатором.

Перспективы развития

Основное направление развития ИС «Архив ГРР» – добавление новых типов объектов и подключение новых источников данных. В ближайшей перспективе – это интеграция с ИС «Сейсморазведка».

Также будет развиваться и WEB-приложение, включая следующие шаги: добавление функционала для переключения подложек карт (топография, структурные карты, геологические карты и т.п.); создание стандартных профилей пользователей, которые позволят оптимизировать интерфейс для работы с определенным набором данных; разработка сервиса пакетной выгрузки информации для получения пользователями всех интересующих их данных одним кликом мышки.

Доступ к большому объему данных дает возможность использования WEB-приложения как «витрины данных». Такой подход позволяет пользователю просмотреть всю информацию, не используя специализированное ПО.

Выводы

В ООО «ТННЦ» разработан и опробован метод интеграции данных на основе пространственного положения. Одно из основных его преимуществ заключается в новых возможностях улучшения управления собственной организацией и ее ресурсами на основе объединения имеющихся данных по географическому признаку (местоположению), в возможности их совместного использования и согласованной модификации разными подразделениями. Коллективное использование и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяют повысить скорость и качество работы как отдельных подразделений, так и Компании в целом.

Этот метод был реализован в ИС «Архив ГРР» и показал свою работоспособность и эффективность. Это подтверждается тем, что система пользуется все большей популярностью у пользователей. Она является удобным, оперативным средством поиска актуальной информации из различных систем на любую территорию деятельности Компании. Созданная база пространственных данных стала ядром для интеграции любых данных Компании.

Литература

1. Костров В.А., Ядрышникова О.А. DataCenter – вектор развития геоинформационных систем ТНК-ВР. Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации №1(68), 2009, с.34-38.
2. Чернявская Т.А., Место геоинформационной системы в информационном пространстве нефтегазодобывающей компании. ArcReview №1(56), 2011.
3. Бакланов А.В. ГИС – как ядро корпоративных информационных систем. ArcReview №3(70), 2014.