CC BY
40
M
Pu =
Маа +маЬ
р = м* Угъ
(м^+м^-а+м^
ï
Ръ 2 =
ML
Mab ' Who + МЫ>)
Mbb
Ръъ ----
Mba +Mhb Mb-W^-Mba)
M ab •( Mba+MbbУ
Практическое значение выведенных соотношений заключается в том, что позволяет по экспериментальным данным оценить статистические оценки переходных вероятностей.
Использование предложенной марковской модели возможно только при известных матрицах переходных вероятностей, значения которых могут быть либо априори заданными, либо оцениваться статистически по экспериментальным данным. Для простейших цепей Маркова оценка ptJ по относительной частоте условных событий = /1 = j
не представляет каких-либо трудностей [6]. В общем случае такая статистическая оценка оказывается более сложной, так как требует агрегирования данных.
Виблиографический список
1. Евсеев В.В., Алехина С,В., Евсеева И,В, Выбор релевантного алгоритма оценивания знаний обучаемых в системе дистанционного обучения II Сб, научных трудов конференции ВИРТ-2003, 2Q03. - С,311-315,
2. Панченко A.A. Методические указания для преподавателей ДВГУПС по конструированию и статистической обработке тестов. 2000. http://www.dvgups,ru/MetDoc/testAest2.htm Дата извлечения: 15.12.2003,
3. Романовский В.И. Дискретные цепи Маркова. - М,: Гостехиздат, 1949.
4. Lawrence M. Rudner. Computer Adaptive Testing Tutorial, http://ericae.net/scripts/cat/catdemo.htm, Дата извлечения: 01,07.2003,
5. Кемени Дж., Снелл Дж. Кибернетическое моделирование. Некоторые приложения, Нью-Йорк, 1963-1970. Пер. с англ. - М,: Изд-во «Советское Радио», 1972. - 192 с.
6. Кирий В,Г., Ульянов ДА Корреляционный анализ ответов на вопросы при адаптивном тестировании II Вестник ИрГТУ. - 2003, -№3-4(15-16), - С, 125-128.
А.В.Кузьменко
Методика автоматизированного проектирования информационно-аналитических систем в геологии нефти и газа
Введение
Стабильное функционирование природно-ресурсного комплекса страны во многом определяется эффективностью межведомственного взаимодействия всех уровней государственной системы управления. Возникающие противоречия требуют скоординированных оперативных межведомственных и межрегиональных решений, что в быстро меняющихся социально-экономических условиях затруднительно.
Для информационного обеспечения задачи управления в геологии нефти и газа необходима разработка целого ряда информационно-аналитических систем (ИАС) различного назначения и ранга. В данной статье рассматривается функция управления на примере мониторинга сырьевой углеводородной базы. Предлагается описание подхода, облегчающего и ускоряющего разработку ИАС в геологии нефти и газа с помощью автоматизации и визуализации ряда этапов жизненного цикла системы.
Управление и мониторинг сырьевой углеводородной базы
Перечень задач управления в проблеме управления и мониторинга сырьевой углеводородной базы исключительно многообразен и исчерпывающее перечисление их здесь вряд ли целесообразно, Определим лишь важнейшие из них: наращивание и восполнение сырьевой базы страны; стратегия и практика недропользования;
разработка текущих и долгосрочных программ развития сырьевых баз и изучения недр; методическое и техническое обеспечение геологоразведочных работ; экономическая и геолого-экономическая оценка проектов (объектов, процессов); природоохранные мероприятия и др,
Очевидно, что в изложенном виде ни одна из этих задач в полной мере формализована быть не может. Поэтому более рациональным следует делать основной акцент на более просто формализуемые задачи обеспечения и промежуточные решения внутри самого процесса управления.
К числу важнейших в составе обеспечения управлением сырьевыми базами относятся задачи отслеживания состояния и фактографического описания объектов предметной области. Предметы отслеживания в применении к отрасли в целом или отдельным ее сырьевым регионам:
сырьевые регионы в их фактографическом описании и изученности как целостные и как многокомпонентные
системы;
ресурсы и запасы полезных ископаемых (состояние, оперативное уточнение); объекты недропользования;
геолого-экономическая и экономическая позиции сырьевых объектов различного ранга и различной организации.
В приведенном перечислении последний пункт относится скорее к процедурам управления, нежели к предметам отслеживания, хотя указанная нагрузка на него также является содержательной. В случае его понимания как задачи, он сближается с конечной задачей управления - оценкой оптимальности решения. Обусловлено это принятой нами парадигмой экономической нагрузки оптимумов, согласно которой «неэкономичное решение не оптимально».
Рассмотрим перечисленные задачи подробнее. Описание сырьевых регионов может быть выполнено в двух формах - как целостных систем, так и в совокупности с входящими в их состав объектами различного ранга. Первый вариант предусматривает суммирование сведений по тектонической, нефтегазогеологической системам районирования объекта, по связям его с субъектами Федерации, по сырьевой ресурсной базе, изученности, перечню входящих в его состав объектов более низких рангов до отдельных месторождений, залежей, площадей глубокого бурения и скважин включительно. Описание составных документов регионального объекта производится по аналогичному принципу.
Собственно фактографическое обеспечение должно быть реализовано посредством хранилища данных. Так же как и в предшествующей ситуации, применимость существующих баз данных к задачам управления невелика. Объясняется это их наиболее типичным недостатком, связанным с ориентацией БД, главным образом, на предметы и свойства нижних уровней иерархической организации геологической среды. Не отрицая необходимость таких описаний, отметим, что первичная информация атомарного уровня в задачах управления привлекается в редких случаях. Более необходимы сведения, переведенные в интегральную форму и обеспеченные устойчивыми системами взаимосвязей внутри предметной области. Действительно, при решении задач регионального и федерального уровней необходимость в справках по единичной скважине (по отдельному блоку сведений по ней) практически никогда и не возникает. В то же время базы данных способны не только обеспечить необходимые запросы по группам скважин одного или нескольких объектов произвольного типа, но и систематизировать эту информацию в формах, необходимых пользователю. В качестве примера можно сослаться на такие хорошо известные способы интегральных описаний, как типовые таблицы, предусмотренные Инструкциями ГКЗ при утверждении запасов полезных ископаемых, типовые таблицы описания эталонных и расчетных участков при оценке прогнозных ресурсов и т.д.
Отслеживание состояний и оперативной корректировки запасов в масштабах страны и регионов производится обычно посредством известной статистической формы 6-ГР. Наиболее сложной здесь является процедура создания выборок из предметной области баланса по произвольным формам. Необходима возможность многоцелевых процедур интерактивного общения с «Балансом ...», начиная с его создания вплоть до редактирования и формирования атомарных и интегральных выборок по различным группам принадлежностей. Процедуры отслеживания и текущей корректировки перспективных ресурсов каких-либо затруднений не представляют, тем более что эти сведения в задачах управления привлекаются обычно в интегральной форме.
Отслеживание и текущая корректировка прогнозных ресурсов - одна из наиболее сложных задач управления. Здесь обособляются целые группы задач, выходящих на фонд структур, на подготовленные и предварительно оцененные запасы, на изученность недр, на эталонные и расчетные участки оценки ресурсов и т.д. Очевидно, что в связи с новыми открытиями, изменениями перспективных ресурсов и запасов, ростом изученности ресурсы прогнозные (как будет показано ниже) изменяются в ту или иную сторону, И если отслеживание запасов и ресурсов Сз существенных
затруднений не вызывает, то оперативное уточнение прогнозных ресурсов сопряжено с необходимостью их пересчета, В авторских решениях процедура пересчета реализована для метода внутренних аналогий путем редактирования входных параметров к эталонным участкам и коэффициентов аналогий для участков оценочных, Однако практическое ее применение все еще сопряжено с серьезными осложнениями технического характера в связи с необходимостью обращений к исключительно большим информационным массивам аналитического и графического содержания.
Исходя из вышесказанного понятно, что для полноценного информационного обеспечения задач управления необходимо создание информационно-аналитической системы, Такая система должна:
обеспечить надежное хранение большого количества данных, так как количество отслеживаемых объектов минерально-сырьевой углеводородной базы достаточно велико;
быть простой в использовании и нетребовательной к ресурсам системы;
легко масштабироваться и усовершенствоваться, так как постоянно возникает необходимость добавления новых объектов отслеживания;
обладать средствами обмена данными с другими программными комплексами.
Программно-инструментальная среда
При проектировании информационно-аналитической системы мониторинга запасов и ресурсов углеводородного сырья автором была разработана программно-инструментальная среда (рис, 1), то есть комплекс концептуальных соглашений, а также взаимосвязь программных средств, используемых на всех стадиях жизненного цикла ПО. Она была опробована и использована при создании уже целого ряда информационно-аналитических систем геологического содержания.
Основой среды является репозитарий. Репозитарий - это хранилище метаданных, то есть данных о данных. Он предназначен для того, чтобы, дав лишь в одном месте описание таблицы, столбца или связи, можно было бы использовать это унифицированное описание в различных подсистемах создаваемого комплекса. Использование репозита-рия более подробно будет описано далее,
■ф Borland Delphi 5
Vir, ~
Формы «справочник» и «редактор»
жa m щ
Компоненты доступа к данный:
1. Текстовая метка,р»«я»» не БД
2. Текстовая метка |данммс из &Д "3
Компоненты построения отчетов Компоненты решения алгоритмов в MS Excel
Platinum ШЖю 4
5 I
•"■■•■";».......... '
❖ Разработка стандартов именования таблиц и атрибутов
❖ Использование 1ЮР для задания свойств полей и таблиц
❖ Скрипты для автоматического заполнения репозитария, разработанные на встроенном языке макросов
fiares " ■ '■"
MS Excel 2000-л
......'!СТУ-------
Месторождения близ Усть - Ку
. ^ J «•»«11ЧКАА»,*. ; С i.tif I-, : - «VCTÍll.k/J.»,. j-
, —í > «». » ■ " ' flSgsBыШ&ШШШёшЁеёЁяШ
SQL Server
-. ^ Информация системы
р '' 'ШЯП ?
. .3 М'дааж ИТ, о ТЪг-Ук т-етг.Мир»
9 'ЙИЦККЙМ «"К О Нлчьи . M.4.4Í.1
lio sé èj^W-ÏW» НТК о ЧЪямя&ягякЛаА
} 14 ¡i >г О iûtoiK»»-»Tr.Cua
Тем«««««» »"К î с Sei'-, (ь.ьи
Н"К û X) к , í; D crncí C>¿¿U'.
.iweia» к~к «•(•.•<>:<ЖЙ?П!>:,В>1 Чатвмрм И'К : !««<< Hfua
bxitíf i:* &rn H" ft 35&4М»:
-.MAI»
¡ <или
Репозитарий
Репозитарий метаданных. Метаданные данных.
хранилище данные о
Репозитарий хранит
следующую информацию: • Таблица (имя, заголовок,...) •Связи между таблицами (имя, тип, поле связи,...) »Поле (имя, тип, размер, ограничения целостности,...) •Оформление поля в отчете
Рис. 1. Программно-инструментальная среда
Заполнение репозитария производится на основе инфологической модели данных. Проектирование этой модели производится в CASE-средстве Platinum ErWin 4. Данное CASE-средство позволяет упростить проектирование структуры данных путем ее визуализации, обеспечивает автоматическое документирование и т.д. При создании инфологической модели для каждого объекта (таблицы, атрибута, связи) помимо стандартных параметров, необходимых для генерации базы данных, задаются некоторые UDP-параметры (User defined property), Они служат для дополнительного описания объекта и попадают прямиком в репозитарий системы. Например, UDP-параметр КраткоеНазвание служит для задания краткого названия поля, которое затем применяется при визуализации простого поля ввода (см. Разработка пользовательского интерфейса в Borland Delphi), а также в подсистеме отбора информации для оформления заголовка столбца отчета в MS Excel,
Инфологическая модель данных или системы мониторинга запасов и ресурсов YB сырья содержит в себе более 70 взаимосвязанных таблиц. В информационном аспекте это сложная многокомпонентная модель, описываемая запасами и ресурсами (нефть, газ, конденсат, этан, пропан, бутаны, гелий, сера, конденсат, уголь и т.д.) нефтегазоносных (перспективных) провинций, областей и районов, тектонических элементов различного ранга, месторождений и залежей, перспективных структур, объектов лицензирования и т.д. Эта система еще более усложняется за счет постоянного изменения во времени,
На основе спроектированной в ErWin инфологической модели производится автоматическая генерация базы данных в MS SQL Server. Если размеры базы данных большие и не позволяют производить весь необходимый анализ без создания дополнительных не нормализованных таблиц, то в инфологическую модель включаются также дополнительные таблицы, используемые для, например, построения кубов [2]. В основном в хранилищах данных используется схема «звезда» и «снежинка» [3], Перенос данных из таблиц базы данных в таблицы для анализа производится с помощью утилиты Microsoft DTS (Data transformation service).
Для анализа информации, хранящейся в БД, используется подсистема отбора информации. Она позволяет выполнять логические запросы. Данная подсистема активно использует репозитарий системы. Из него загружаются доступные атрибуты, их описания, а также описания связей между сущностями базы данных и многое другое. Более подробно о работе подсистемы изложено ниже,
Также для выполнения анализа можно использовать и любые программные средства, разработанные другими компаниями, ориентированными на работу с реляционными базами данных. Каждое такое приложение может предъявлять ряд своих требований к подготовке данных. Зти требования необходимо рассматривать для каждого такого продукта отдельно.
При проектировании программно-инструментальной среды принят целый ряд системно-концептуальных соглашений, что необходимо для упрощения взаимодействия между разработчиками, а также для корректной автоматической работы компонент. Например, соглашения об именовании таблиц и столбцов:
1, Таблица в своем названии должна содержать описание содержащейся в ней информации, но при этом название должно быть достаточно кратким,
2, Ключевой столбец должен быть синтетическим ключом и называться [ИмяТаблицы]_Ю.
3, Любой столбец должен в своем названии содержать описание содержащейся в нем информации и иметь имя в формате [ИмяТаблицьЩИмяСтолбца].
4, Таблица, используемая для организации связи многие-ко-многим должна иметь название в формате [ИмяТаб-лицы1 иИмяТаблицы2]_1?,
5, Столбец таблицы, служащий для организации связи с другими сущностями базы данных, должен иметь название в формате [ИмяТаблицьЩИмяСтолбцаСвязи]_Ю.
Разработка пользовательского интерфейса в Borland Delphi
Выполнение пользовательского интерфейса в Borland Delphi обусловлено тем, что данная технология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development) позволяет в максимально короткие сроки создавать довольно сложные программные продукты. Использование компонент доступа к базе данных ADO, а также создание многооконного интерфейса (MDI) дает пользователю наиболее простые и быстрые методы ввода, редактирования и обработки информации.
После анализа хранящейся в таблицах базы данных информации было подмечено, что в целом информацию можно визуализировать разработкой лишь двух видов справочников: содержащего «плоскую» таблицу и содержащего иерархическую информацию. В дальнейшем система хранения и визуализации осложнилась еще введением возможности хранения полной ретроспективной информации о выбранном объекте.
В основе подсистемы ввода данных лежит суперкласс - справочник. Справочник использует информацию из репозитария для автоматического задания своего описания, названия, а также для определения видимости, порядка следования и сортировки столбцов. Класс наследован от визуального объекта Delphi TForm, т.е. не производилось отделение функциональности объекта от его визуализации, Справочник обеспечивает визуализацию информации об объек-
тах мифологической модели, а также механизмы манипуляций ими. От него наследуются уже конкретные экземпляры «справочников», например, реестр лицензий и недропользователей, журнал месторождений и т.д. На рис, 2 показан экземпляр справочника - реестр недропользователей.
3 Q äs Л Щ1 В fife ■ Irl i 1
Административные объекты
В Волго-Вятский регион [регион] * I Л Название и тип UJ
Кировская область [субъект] S \ .... , Восточно-Сибирский регион [регион] |
¿1 Восточно-Сибирский регион [регио! Иркутская область [субъект] : Красноярский край (субъект] : :'••• Тлймыпский дкгпнпм|ный пкпиг^_И ' Л J Иркутская область [субъект] IB
;Ж Красноярский край [субъект] —J
ÜJj Таймырский автономный округ [субъект]
SI Эвенкийский автономный округ [субъект] _т|
X Закрыть )
..... 1
Рис. 2. Внешний вид справочника на примере административных субъектов
Такой подход позволяет создавать унифицированный пользовательский интерфейс, то есть каждый элемент управления программы несет одну и ту же функцию, где бы он ни находился.
В качестве параметров справочника необходимо задать лишь имя объекта и форму Delphi, оформленную по разработанным стандартам, которая обеспечит редактирование конкретного объекта, например, лицензии (рис. 3). На основании заданного имени объекта справочник считывает информацию о нем, а также параметры его визуализации из репозитария. Справочник обеспечивает выполнение следующих функций.
добавление нового объекта (для иерархического справочника также добавление вложенного объекта); редактирование, просмотр, копирование и удаление объекта; выполнение сортировки и быстрого поиска по любому столбцу;
для иерархического справочника доступен также ряд специальных функций, таких как группировка объектов, перенос в другую группу и т.д.
Во время разработки ИАС мониторинга запасов и ресурсов углеводородного сырья был создан целый ряд компонент для представления и редактирования данных. Это позволяет использовать их не только в данном проекте, но и при создании подобных систем. Данные компоненты в своем поведении полностью основываются на репозитарии. На основании минимального количества указанной информации о поле, как, например, название столбца, из репозитария загружаются все необходимые сведения о данном поле БД, например, формат поля, ограничения длины, min и max значения, описание поля и т.д. Среди созданных компонент основными являются следующие:
1. Простое текстовое поле ввода. Оно позволяет вводить информацию текстового и числового содержания. При вводе выполняется проверка на допустимость вводимых символов, а также на нахождение вводимого значения в заданных пределах.
Отложение: ¡02ду,жиеетские Д4
2. Поле, основанное на выборе одного из допустимых значений, содержащихся в справочнике. Служит для организации связи один-к-одному. При выборе значения используется список допустимых из справочника. Кнопка в данной компоненте предназначена для вызова контекстного меню, позволяющего выполнить просмотр более подробной информации об объекте справочника, а также вызвать сам справочник для, например, добавления необходимого значения, на данный момент еще не введенного.
Лицензия: ¡УФА 00354 НЗ
3. Компоненты для организации связей один-ко-многим и многие-ко-многим. Используются при организации, например, привязок объектов к иерархическим справочникам. Представляют привязку в виде «дерева» объектов. Кнопка
-5J несет ту же функцию, что и в поле выбора из справочника.
В- Уральский регион [регион)
Республика Башкортостан [субъект]
I ill
Лицен
По СОСТОЯНИ1
Общие сведе!
10ЛНИТ'
Серия, ном'
АО Компания Русиа Петролеум
ладелец д|
• Срок окончания .ействия лицензии:
действия л, Полное назв<
лицензирован«)
Создание однотипного справочника позволило многократно увеличить скорость ввода и редактирования информации в системе.
Пример созданной на основании этих компонент формы редактирования лицензии представлен на рис. 3.
Рис. 3. Пример формы редактирования - лицензии
Подсистема отбора информации
Данная подсистема служит для обеспечения анализа имеющейся информации о различных объектах, хранящихся в системе, таких как недропользователь, лицензия, лицензионный участок, месторождение, залежь и т.д.
Эта подсистема также активно использует общий репозитарий системы, Для формирования выборки пользователь должен сначала задать логическое условие. Он может использовать более чем 1500 критериев и более 20 операций над ними, Критерии представляются в удобной иерархической форме. Пользователь может задавать достаточно сложные запросы с использованием логических выражений И, ИЛИ, отрицания условия, скобок и т.д.
Например, пользователь может задать следующее простое условие (рис, 4),
Система построения аналитически« запросов
•У 4 ♦ : □ (3 В М:
ИНр
Задание набора чсловий фильтрации
Л } Условие Фильтрации 1л_| —----—
Административный объект: Название содержит (Ирк) * г.. ..I Гили..... ' ,
Административный объект: Название содержит (Тайм) I I ! ; или
Административный объект: Название содержит (Эвенк) или
Административный объект: Название содержит (Якутия) I I
шш
111 ' 111111111
Рис. 4. Пример задания условия отбора
После этого пользователь может выбрать информацию, которую необходимо выдать по отобранным объектам, задать необходимый порядок ее следования, сортировки, условия группировки и агрегирования, оформления и агрегирования ячеек и т.д. Также он может настраивать еще множество параметров оформления и обработки информации. В результате все запрошенные данные оформляются в МБ Ехсе! (рис. 5), что позволяет производить дальнейший анализ и оформление, построение графиков, составление отчетов и т.д.
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (19) 2004
31
Рис. 5. Пример вывода информации в MS Excel Заключение
Предложенный автором подход к созданию информационно-аналитических систем позволяет создавать различные системы в геологии нефти и газа, ориентированные на хранение, обработку и анализ больших объемов данных. Удобный многооконный пользовательский интерфейс обеспечивает быструю обучаемость и удобную работу в системе пользователей. Подсистема отбора информации позволяет как производить анализ самостоятельно, так и передавать данные в другие более мощные пакеты анализа сторонних фирм.
Созданная на основе разработанного подхода информационно-аналитическая система была доложена заказчику в МПР РФ, а также во ВНИГНИ и ВСЕГЕИ и получила положительную оценку. В настоящее время она находится в эксплуатации в Управлении геологии и лицензирования ресурсов углеводородного сырья.
Библиографический список
1. Природно-ресурсный комплекс Российской Федерации II Использование и охрана природных ресурсов в России. - 2001. - № 1-2. - С. 28-59.
2. Торбен Бэч Педерсен, Кристиан Йенсен. Технология многомерных баз данных // Открытые системы. - 2002, - № 1. - С. 68.
3. Сураджит Чаудхури и другие. Технология баз данных в системах поддержки принятия решений II Открытые системы. - 2002. - №
1. - С, 92,
Л.М.Михно
Учебно-методический комплекс кафедры как информационная система
т 4 Имя ДДЯ. Ияя ее т рождения И« в т Описание залежи Н:КХ:#) Н:КХ:ф Н;КХ:в|
5 i Иркутская область Бакунзйское 3 Cml нижнемотекзя ВЧ1 вяранёчонекий от
6 г Cmt нйжнематсмя ВЧ1 +842 верхнечонсняй
7 'i Cml нижнемотская В42 верхиечо«ский
a 4 Ееркнечонское 5 Сгп1 осинсшй 0,848 14
9 5 Cml Преображенский 3,67 0.44
to 6 Cml ВЧ! вяржмечонский 0,847 5,17 0.62
U 1 Cml 842 бФрхнечайСкий 0Й48 3,7 0,48
12 8 3<wa слиянии пластои Cml 841 +842 8*р>'Нвч0ИСКИЙ 0.863 4 0,51
13 <> Дамяло®ское 4 Cml усты утский 0,345 0,34
14 10 Дрясьми некое 1 Cml н»?жнемотс*ая < ярактинег-ий оть 2,29 0.14
15 : 11 Марковское 6 С ml осин с кий о т 0,57 0.69
m n Пил*одиисгле 2 Cm) усольская &синск«й 0,85
M 13 Ярактинское 7 Cml нй5»гкеыотс*зл t-ll 0.833 1,06 0,15
Современная система высшего образования, как и многие другие сферы деятельности, все больше нуждается в информационном обслуживании, в основе которого лежит переработка и передача больших объемов информации с использованием вычислительной техники и средств связи. Наиболее эффективно такое обслуживание может осуществляться в рамках информационной системы, где реализуются информационные технологии, ориентированные на повышение производительности труда специалистов и поддержку принятия решений.
В настоящее время информационные системы становятся стратегическим источником информации, своевременное предоставление которой потребителям позволяет получать необходимые результаты решения различных задач. Именно в таком качестве должна
строиться информационная система высшего учебного заведения, непростая структура которого и многоас-пектность решаемых в нем задач должны найти свое отражение в организации и функциональной наполненности вышеназванной системы, а также во входящих в ее состав информационных систем факультетов, кафедр и других структурных единиц вуза.
Известно, что одной из важных вузовских задач является создание учебно-методического комплекса (УМК) кафедры как основы организации учебного процесса, главного в системе образования, Для разработки учебно-методического комплекса кафедры как части информационной системы вуза, прежде всего, следует дать его определение с точки зрения авторов, сформулированное на основе анализа моделей, в
