CC BY
60
--------------------------------- © В.М. Аленичев, С.В. Корнилков,
В.И. Суханов, М.А. Акоев,
2009
УДК 622.23.05:004.78:025.4
В.М. Аленичев, С.В. Корнилков, В.И. Суханов,
М.А. Акоев
КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ СПРАВОЧНОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
Обсуждаются проблемы организации обмена информацией между недропользователями и директивными органами. Наиболее важными проблемами считаются процедуры прямого доступа к базам данных предприятий в реальном времени для получения актуальной информации. Для их решения необходимы распределенные гетерогенные многоуровневые информационные системы. Ключевые слова: система, информационная, недропользовние, разработка, структура, база данных, распределенная ИС.
Геоинформационная система горнопромышленного комплекса как сложного структурного образования должна содержать в первую очередь информацию о геотехногенной структуре, включающей месторождение полезных ископаемых и пространственно связанные с ним техногенные образования (карьер, шахта, отвалы, хвостохранилище и т.п.), образующие при разработке месторождения единую систему элементов, взаимодействующих и согласованно изменяющихся во времени.
Единое геоинформационное обеспечение, ориентированное на решение этой проблемы, включает данные о природной среде и социально-экономических явлениях, возникающих в процессе природопользования. Анализ их взаимосвязей позволяет выявить направления создания баз данных, обеспечивающих решение прикладных задач, связанных с оценкой сырьевого потенциала конкретного района и обоснованием рациональных вариантов комплексного использования недр.
Источниками информации в системе горнопромышленного комплекса являются различные структуры, непосредственно связанные с объектами, социально-экономическими явлениями и процессами. Информация по объектам создается при изучении топографии района, геологии и геохимии месторождения, интерпрета-
ции геофизических данных, исследованиях, проводимых горными и другими специалистами. Явления и процессы, сопровождающие освоение георесурсов, прогнозируются по результатам социологических, экономических, биологических, почвоведческих и других исследований. При этом следует иметь в виду, что информация, описывающая природную среду, явления и процессы, характеризуется следующими особенностями:
- взаимосвязностью,
- разнородностью,
- сложностью информационных моделей,
- обусловленностью множеством параметров объектов и связей между ними.
Взаимосвязь присуща объектам мира в силу его внутреннего устройства.
Разнородность данных связана с использованием большого числа моделей и методов, различных уровней изучения гороно-геологических объектов, явлений и процессов. Для повышения адекватности информационной модели необходимы способы оптимизации и систематизации потоков информации.
Сложность информационных потоков обусловлена разными формами организации и структурирования информационного пространства, разнообразными качественными и количественными характеристиками, провоцирующими избыточность информации. Для исключения последней при построении информационной модели необходима четкая конкретизация сформулированных пользователем задач и нормализации баз данных.
Множественность характеристик вызвана использованием различных методов сбора, передачи, накопления, обработки и хранения данных. Необходимость использования некоторых из них устанавливается исходя из конкретных условий, описывающих объект, явление и процесс. Выбор наиболее информативных параметров позволяет исключить некорректности в создаваемых моделях. Многофакторность моделей обусловлена высокой сложностью реального мира. Поэтому конкретизация требуемых для принятия решений данных позволяет исключить второстепенные факторы, которые не оказывают значимого влияния на результаты расчетов.
Справочно-информационная система горнопромышленного комплекса, построенная на принципах системного подхода, должна обеспечивать:
- многоцелевое использование данных для решения разнообразных задач;
- одноразовую подготовку и ввод данных;
- независимость процесса сбора и обновления (актуализации) данных от процесса их использования прикладными программами;
- независимость прикладных программ от физической организации данных;
- развитые средства лингвистического обеспечения.
Для корректного решения любой задачи в информационных системах необходимо, чтобы она предоставляла дружественный интерфейсы пользователям различных категорий, что снижает требования к предварительной подготовке персонала.
Содержащиеся в справочно-информационной системе сведения подразделяется по следующим признакам:
- временному фактору: ретроспективная, текущая и прогнозная;
- тематической деятельности: узкотематическая и широкотематическая;
- производственной принадлежности: служебная (учрежденческая), отраслевая и межотраслевая;
- характеру применения: рабочая и концептуальная.
Концептуально геоинформационные системы горнопромышленного комплекса можно строить на принципах централизации и децентрализации предоставляемой информации.
В централизованной информация собирается от локальных систем и обеспечивается ее хранение и доступ заинтересованным специалистам. Достоинствами этой системы являются автономность и готовность оперативного предоставления запрашиваемых данных, а основной недостаток - жесткая схема хранения данных и необходимость своевременного предоставления этих данных в нужном для системы формате низовыми структурами.
В децентрализованных системах при запросе информации специалистами производится поиск необходимых данных в частных локальных информационных системах, преобразование их в необходимый формат и предоставление пользователям в реальном времени. Достоинства децентрализованных систем - отсутствие
требований к составу, порядку представления и формату хранимых данных в локальных ИС.
Причины, обуславливающие необходимость перехода к децентрализованным информационным системам, связаны с трудностями поддержания центральных баз данных в актуальном состоянии и возможным дублированием информации в системах разных уровней, что может приводить к использованию устаревших сведений.
Актуальность данных в единой централизованной ИС затруднена тем, что необходимые для функционирования системы данные являются собственностью разных организаций, не находящихся в государственной собственности, что затрудняет своевременное предоставление данных. До сих пор законодательно не установлены права собственности на весь массив собранной кем-либо информации. Организации собственники информации используют для ее управления разные СУБД, часто не совместимые даже на уровне форматов обмена данных. Директивное внедрение унифицированной ИС на всех предприятиях отрасли экономически не оправданно, поскольку потребуется существенные расходы на разработку и внедрение. Безусловно, в этом случае снимаются требования к программному, техническому, а главное, к кадровому обеспечению информационной деятельности предприятий недропользования. Однако при этом предъявляются жесткие требования к каналам связи, оперативному доступу к локальным ИС и к защите информации от несанкционированного использования.
Дублирование информации в централизованных ИС порождает как проблемы актуальности и целостности, так и организационные проблемы хранения и доступа к данным. Собранная информация будет либо агрегирована с целью её унификации, либо предприятия будут вынуждены работать с новой и старой ИС, что увеличит их накладные затраты. Как следствие, поставляемая с предприятий информация может быть противоречивой и неактуальной.
Учитывая перечисленные выше проблемы, таким образом, целесообразно строить ИС как распределенный комплекс существующих на предприятиях ИС, обменивающихся данными по запросам через документированные шлюзы в транспортных форматах. При этом должны быть определены правила доступа к информации для внешних организаций.
Рассмотрим проблему формирования исходных данных для функционирования ИС. Существенный объем информации даже на передовых горнодобывающих предприятиях представлен в традиционных бумажных отчетах, геологических планах и разрезах и других документах. Преобразовать весь накопленный массив информации в машиночитаемую форму за разумный срок и с приемлемыми затратами не представляется возможным. Провести полную верификацию и согласование всех данных накопленных на предприятиях в современных условиях практически невозможно, так как для предметной области не создана всеобъемлющая модель данных, отражающая разные аспекты функционирования предприятия (рис. 1). Таким образом, учитывая перечисленные выше проблемы целесообразно строить ИС как централизованный репозитарий информации обо всех аспектах деятельности горнодобывающего предприятия. Это предполагает централизованное хранение только метаописания информации, правила и условия доступа к ней, созданные в соответствии с моделью данных, отражающей все аспекты деятельности предприятия. Для всех хранящихся данных требуется определить декларативную процедуру проверки качества, актуальности и полноты.
Особую проблему представляет необходимость накопления и передачи информации между организациями на протяжении всего жизненного цикла объекта (рис. 2). Решение проблемы нужно получить с учетом того, что информация и данные меняются во время жизни предприятия, представляя их в четырех измерениях (геопро-странственные данные и время) с использованием в качестве регламента международный стандарт ISO 15926. Для проверки полноты описаний объектов инфраструктуры на всех этапах жизненного цикла можно использовать процедуры, описанные в международном стандарте ISO 15288 (verifiable controlled process).
Для преодоления вышеперечисленных проблем предлагается при построении ИС использовать принципы организации, включающие следующие основные аспекты функционирования систем: инфологический, даталогический, онтологический и нормативный.
Штрафы
Квоты
Инспектор
Природнадзора
Я=Т~У* Нарушения X
Инспектор охраны труда
Менеджер
Собственник Информационная Главный инженер
система
Рис. 1. Разные точки зрения на горнодобывающее предприятие
Рис. 2. Жизненный цикл горнодобывающего предприятия
В инфологическом аспекте ИС содержит набор информационных моделей горнодобывающих предприятий, отрасли и региона с требованиями к составу, структуре, качеству, актуальности и целостности данных;
В даталогическом аспекте в ИС включаются только ссылки на данные и дескриптивная информация об объекте или источнике информации в соответствии с правилами, описанными в инфологи-ческом аспекте. Обязательный минимум представлен следующей информацией:
- постоянным идентификатором, позволяющим ссылаться на объект;
- метаописанием (названием, ключевыми словами, типом/видом информации);
- условиями доступности и получения к информации;
- связями с существующими объектами;
- информацией об отсутствующих данных;
- ссылку на программное или организационное решение по получению исходных данных.
Для верификации и проверки согласованности данных в ИС предприятий предоставляется инструментарий, позволяющий предприятию организовать проверку накопленных данных, не раскрывая их содержимого третьим лицам.
В онтологическом аспекте ИС представляется пакетами инженерных, расчетных, прогностических моделей с описанием требований к исходным данным, совместимыми по формату и содержанию определенными в даталогическом аспекте. Для всех исходных данных и результатов расчетов в моделях должны быть реализованы средства представления информации.
В нормативном аспекте ИС представлена нормативной и законодательной базой, регламентирующей оборот данных в системе. По каждой единице хранения в даталогическом аспекте должны быть указаны права собственности, условия и процедура получения доступа к данным.
В даталогическом аспекте информация, представленная в системе, включает:
- общие сведения о месторождении:
1) объект недропользования (наименование месторождения),
2) вид полезного ископаемого,
3) субъект Российской Федерации,
- географическое положение месторождения;
- общие сведения о недропользователе:
1) наименование недропользователя,
2) реквизиты лицензии на право пользования недрами,
3) условия лицензирования;
- проектные показатели:
1) разработчик проекта,
2) кем и когда (№ протокола и дата) утверждения последней действующей проектной документации,
- способ разработки месторождения (ОГР /ПГР),
- нормативы потерь, принятые в ТЭО кондиций и в проекте,
- нормативы потерь при добыче в годовых планах развития горных; работ (по выемочным единицам и добычной единице);
- классификация потерь полезного ископаемого при добыче;
- места образования потерь;
- причины образования потерь;
- причины образования сверхнормативных потерь;
- данные форм Федерального государственного статистического наблюдения по учету состояния и движения запасов, потерь и разубоживания и об извлечении полезных ископаемых при добыче;
- основные технические и технологические решения процесса переработки (обогащении);
- потери при первичной переработке минерального сырья, содержащего драгоценные металлы и драгоценные камни
- фактические потери полезного ископаемого по годам разработки месторождения;
- анализ причин и сведений о комплексном использовании полезных ископаемых при обогащении по формам Федерального государственного статистического наблюдения;
- проектная годовая производительность по добыче полезного ископаемого;
- нормативные и регулирующие документы;
- материалы геологического изучения месторождения;
- данные о техногенных образованиях и инфраструктуре;
- картографическая и экологическая информация;
- статистические данные о движении запасов, объемах (добычи полезного ископаемого, вскрышных пород, горной массы);
- технологической и технической, включающей параметры и качественные характеристики элементов горных выработок, горнотранспортного оборудования и технологических процессов;
- экономической, содержащей показатели и оценки расхода ресурсов, показатели ценности продукции, интенсивности и эффективности производства работ и т.п;
- себестоимость добычи 1 т полезного ископаемого, отнесенная на 1 т погашенных запасов;
- цена реализации добываемого полезного ископаемого;
- прибыль на единицу погашенных запасов;
- потерянная ценность для предприятия (по прибыли);
- потерянная ценность для бюджета (по НДПИ);
- экологической, отражающей взаимодействие технологических процессов горного производства и природных факторов;
- динамика движения запасов, показатели рационального и комплексного использования недр;
- технико-экономические показатели и статистические отчеты;
- паспорта объектов;
- материалы исследований.
- предметно-ориентированные и фактографические базы данных;
С методологической точки зрения типы исходных данных, используемые для создания геоинформационного обеспечения, подразделяются на:
1) массивы цифровых данных из первичных источников (геолого- и сейсморазведки, характеризующиеся изотропностью, идентификацией источника информации объекта измерения;
2) цифровые модели объектов геотехногенной структуры:
3) статистические ряды данных;
4) сканированные тексты источников;
5) метаописания источников информации, не имеющих электронной версии.
В свою очередь совокупность моделей подразделяется на классы:
1) прогнозные модели;
2) модели визуализации данных;
3) расчетные модели;
4) модели оптимизации.
Принципы работы ИС горнопромышленного комплекса
Существующие компьютерные технологии и инструментальные средства разработки информационных систем, развитие телекоммуникаций позволяет ставить и решать новые задачи информатизации горно-геологической отрасли территории. Если в первые годы развития Интернет разработчики информационных систем использовали локальные решения, несовместимые и платформозависимые технологии, например: классический сервер Apache, языки класса PHP, реляционные СУБД со слабой функциональностью, то сегодня на сцену выходят технологии, ориентированные на кроссплатформенные многофункциональные распределенные приложения, сертифицированные ведущими фирмами мировой индустрии программирования. К ним относятся прежде всего операционные системы класса Unix/Linux и технологии на основе языка Java. Открытый и бесплатный характер этих технологий привлекает в развитие и разработку на их основе информационных систем большое количество квалифицированных специалистов, что делает устойчивой перспективу их использования и сопровождения разработанных на их основе приложений.
Структурная схема организации распределенной информационной системы представлена на рисунке З. Система верхнего уровня взаимодействует с локальными ИС, которые в свою очередь могут иметь подобную организацию. На сервере верхнего уровня хранятся метаданные - информация о структурах хранения и правилах доступа к данным локальных ИС. Это должны быть описания используемой платформы, типа СУБД и их интерфейсов, баз данных, таблиц, хранимых процедур и функций, правил доступа, адаптеров для отображения данных в различных моделях (например, реляционной и объектной) и другие сведения, позволяющие со стороны главного сервера получать или вычислять требуемую информацию.
Локальные хранилища
Расчетная модель *4 Запрошенные данные ► исходных данных
Рис. 3. Организация распределенной многоуровневой ИС
Кроме того, в репозитарии должны храниться шаблоны алгоритмов вычисления требуемых сведений из тех данных, которые можно получить в локальных ИС и описания регламентов для запроса данных в ручном режиме (источники, форма представления, сроки, стоимость и др.).
Такая организация взаимодействия центральной и локальных ИС обладает максимальной гибкостью, не предъявляет требований к организации локальных ИС, что делает ее живучей и адаптирующейся к изменяющимся условиям жизненного цикла отрасли и предприятий по недропользованию. Подобные идеи заложены в стандарты CORBA при разработке систем масштаба «24 часа 7 дней в неделю», предложенные в 90-х годах прошлого столетия международным консорциумом OMG. Эффективность такой системы, обусловленная сокращением сроков подготовки информации для директивных органов, уменьшением нагрузки на персонал предприятий по подготовке, форматированию и транспортировке данных, изменением стиля взаимодействия директивных органов и предприятий при решении задач управления и мониторинга, ослабит квалификационные требования к персоналу на местах,
V.M. Alenichev, S. V. Kornilkov, Suhanov V. I., Akoev M.A
THE CONCEPTION OF CREATING THE INFORMATIONAL SUSTEMS OF THE MINING INDUSTRIAL COMPLEX
Discussed problems to organizations of the information exchange between depths users and directive managements. Most important problems are considered procedures of the direct real-time access to enterprise database for reception actual informations. For their decisions necessary portioned layered information system.
Key words: informational system, subsurface use, development, structure, data base, distributed informational system.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------
Аленичев Виктор Михайлович - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт горного дела Уральского отделения РАН, alenichev@igd.uran.ru;
Корнилков Сергей Викторович - доктор технических наук, профессор, директор, Институт горного дела Уральского отделения РАН, direct@igd.uran.ru;
Суханов Владимир Иванович - доктор технических наук, доцент, зав. кафедрой ПСС, ГОУ УГТУ-УПИ, suh@fat.ustu.ru;
Акоев Марк Анатольевич - ГОУ УГТУ-УПИ, тел. (343) 375-46-42.
