Е.А. Ржанникова (ОАО «Самаранефтегаз»)

Ржанникова Е.А.

ОАО «Самаранефтегаз», как добывающее предприятие, характеризуется широким распределением и протяженностью объектов деятельности. Для выполнения лицензионных соглашений, а также безопасного ведения работ требуется не только формирование и пополнение баз данных планов и карт, но и организация эффективной работы с ними.

Для оперативного предоставления информации об объектах нефтедобычи используется географическая информационная система (ГИС). Сотрудники подразделений ОАО «Самаранефтегаз» посредством геосервиса ГИС получают доступ к картографическим материалам и данным, на основе которых проводится пространственный анализ, осуществляется выдача технических условий и проектных решений в рамках деятельности общества.

Геосервис является настольной платформой, следовательно, весь цифровой материал доступен только на офисном компьютере. В связи с необходимостью использования пространственных данных в полевых условиях было предложено разработать мобильную ГИС.

Мобильная ГИС — автоматизированная информационная система, функционирующая на мобильном устройстве и предназначенная для сбора, оперативной обработки и представления пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация. Мобильная ГИС ориентирована на автономное применение в полевых условиях и базируется на программно-аппаратных комплексах, объединяющих приемник GPS/ГЛОНАСС и мобильный компьютер, оснащенный специализированным программным обеспечением и средствами приема/передачи информации.

Основная цель создания мобильной ГИС — повышение эффективности подразделений ОАО «Самаранефтегаз» в части оперативного использования пространственных данных для информационной поддержки процедур управления, контроля и принятия решений на всех этапах производственного процесса.

Задачи, решаемые мобильной ГИС, делятся на три основные группы.
1. Информационно-навигационные:
— авторизация и предоставление доступа к информации (в том числе защита от несанкционированного доступа);
— отображение слоев и объектов в заданном виде и системе координат;
— предоставление пользователю связанной с объектом семантической информации и его атрибутов;
— поиск и выделение объектов по указанной базе данных;
— формирование наборов данных, которые удовлетворяют определенным условиям;
— загрузка и просмотр дополнительных данных об объекте;
— локальный и удаленный информационный обмен;
— определение местоположения и прокладка маршрута (навигация).
2. Маркшейдерско-геодезические:
— определение проекции и системы координат для наборов данных;
— определение и отображение пространственных координат объектов;
— модификация существующих и добавление новых объектов;
— выполнение измерений по указанным объектам;
— геодезические задачи и задачи выноса в натуру.
3. Аналитические:
— определение пространственных отношений объектов;
— построение тематических карт и схем;
— сбор и вывод статистической информации;
— контроль выполнения операций и верификация данных;
— расчет, прогнозирование и моделирование природных и техногенных явлений (прогнозирование паводка и прорывов нефтепроводов).

Решение перечисленных задач позволит расширить возможности геосервиса двумя важными функциями: определение местоположения пользователя и выполнение работ на местности с задействованием банка пространственных данных акционерного общества.

Архитектура мобильной ГИС
При системном подходе процесс разработки ГИС интерпретируется как поиск оптимальной структуры системы путем разбиения ее на подсистемы.

Построить схему обобщенной ГИС можно на основе анализа входных и выходных информационных потоков, функционирующих в автоматизированной системе.

Совокупность входных и выходных данных ГИС может быть представлена в виде независимых технологических совокупностей трех групп: сбора; моделирования и хранения; представления. Сбор информации проводится независимо от хранения данных. Данные хранятся независимо от процедур сбора и представления информации.

В основу архитектуры мобильной ГИС будет положена концепция использования гибкой технологической платформы, позволяющая обеспечить информационное взаимодействие составляющих системы.

Любая информационная система базируется на аппаратно-программной платформе и совокупности обрабатываемых локальных и удаленных данных. Взаимодействие с пользователями, серверами, внешними устройствами осуществляется посредством доступных интерфейсов, они же обеспечивают доступ к функционалу системы.

Отличительная особенность построения мобильной ГИС заключается в том, что она не является изолированной, а представляет собой часть более крупной информационной системы — корпоративной ГИС. Поэтому взаимодействие с центральной базой данных при сборе и обработке информации обязательно.

Различают три основные схемы взаимосвязи мобильных информационных систем с централизованной базой данных:
1. Все данные хранятся на сервере, там же решаются все задачи; мобильная система инициирует запросы, получает и отображает результаты обработки данных в виде гипертекстовых страниц и изображений. Такая реализация условно называется «тонкий клиент». Однако следует отметить ряд недостатков такого подхода: необходимость подключения к серверу, что ведет к снижению надежности системы и расходу трафика, обязательное шифрование в ряде случаев передаваемых данных (при передаче данных с грифом секретности по общедоступным сетям).

2. Часть данных хранится на мобильном устройстве, там же решаются оперативные задачи; задачи, требующие значительных вычислительных ресурсов, решаются на сервере. При этом выполняется периодическая синхронизация. Такая реализация условно называется «толстый клиент». При таком подходе на мобильном устройстве создается копия части данных центральной базы. Реализация не требует постоянного доступа к серверу, ведется обмен только оперативной информацией, что минимизирует затраты на трафик и снижает требования к скорости и качеству каналов связи. Однако при такой архитектуре остаются требования по шифрованию данных при передаче по открытым сетям и защите информации от порчи и несанкционированного доступа.

3. Все данные хранятся на мобильном устройстве, там же решаются все задачи, в заданные моменты времени происходит синхронизация с единой базой данных. При реализации такой архитектуры мобильная система может функционировать независимо от центральной. Синхронизация данных происходит как по сети (удаленно), так и при локальном (несетевом) подключении к серверу. Данные для синхронизации могут передаваться на съемных носителях, но при этом существенно повышаются требования к аппаратно-программной реализации мобильного устройства, его соответствию решаемым задачам, защите информации.

В результате анализа исходных данных, спектра решаемых задач, круга пользователей и предъявляемых к системе требований было решено реализовать архитектуру мобильной ГИС, позволяющую обеспечить функционирование системы по всем трем указанным выше схемам.

Обобщенная архитектура мобильной ГИС в составе аппаратно-программной платформы, клиентских приложений и интерфейсов представлена на рис. 1.

Рис. 1. Архитектура мобильной ГИС

Схемы функционирования мобильной ГИС с проектируемой архитектурой в различных условиях доступности центральной базы представлены на рис. 2.

Рис. 2. Схемы взаимодействия мобильной ГИС с центральной БД

При постоянной и надежной связи с центральной базой (рис. 2, а) система функционирует в режиме реального времени, выполняя информационный обмен с сервером, формируя запросы на предоставление информации, обрабатывая данные с сервера и измерительных устройств. Часть задач решается локально, часть — на сервере. При такой схеме возможен постоянный мониторинг положения мобильного устройства (геотрекинг). В этом случае все данные измерений сохраняются в локальное хранилище независимо от того, переданы они на сервер или нет.

При отсутствии постоянной связи с сервером (рис. 2, б) система работает только с локальным хранилищем данных, причем «толстый клиент» принимает на себя роль сервера для «тонкого клиента» и измерительных приборов. Вся оперативная информация (изменения в данных) накапливается в локальном хранилище на мобильном устройстве, и во время сеанса связи с сервером происходит синхронизация с центральной базой. Данные измерений сохраняются в локальное хранилище независимо от того, переданы они на сервер или нет.

В случае полного отсутствия связи с центральным сервером (рис. 2, в) — мобильное устройство не оборудовано средствами связи или находится вне зоны доступности каналов связи — система работает только с локальным хранилищем данных, «толстый клиент» принимает на себя роль сервера для «тонкого клиента» и измерительных приборов. Все собранные в поле данные обрабатываются на мобильном устройстве и записываются в локальное хранилище. По окончании полевых работ все изменения копируются на съемный носитель информации и передаются администратору центральной базы данных, который проводит их синхронизацию. В свою очередь изменения в центральной базе данных в том же порядке переносятся на мобильное устройство.

Следует отметить, что третья схема является крайним вариантом обеспечения информационного обмена с мобильной ГИС. Однако с учетом уровня покрытия территории беспроводными сетями полностью исключать возможность его использования нельзя. Реализация архитектуры мобильной ГИС, которая обеспечивает возможность функционирования всех трех схем информационного обмена, повышает надежность и автономность системы, существенно расширяет круг решаемых задач и мест использования системы.

Для корректного функционирования указанных схем необходимо реализовать соответствующий информационный обмен как в рамках самой мобильной ГИС, так и в рамках взаимодействия с центральной базой данных. Важным является выделение в центральной базе буферной области для организации обмена оперативной информацией и синхронизации данных, а также введение операций верификации данных при переносе сведений из буферной области в основную базу данных (рис. 3).

Рис. 3. Схема информационных потоков мобильной ГИС

Как любая компьютерная система, мобильная ГИС имеют аппаратную и программную составляющие. На сегодняшний день рынок мобильных устройств достаточно развит. Широко представлены отечественные и зарубежные разработки.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к мобильному устройству:
— легкость, удобство переноса;
— защищенный корпус, стабильная работа при низких температурах;
— продолжительное время работы от батареи;
— большой сенсорный экран с адаптацией для ГИС, возможность работы при ярком солнечном свете;
— встроенный навигационный приемник и слоты для подключения внешних устройств;
— полнофункциональная операционная система;
— наличие модуля беспроводной связи;
— съемный электронный или жесткий диск;
— возможность применения в смежных областях деятельности.

Указанным выше требованиям соответствуют аппаратные платформы Научно-производственного объединения «Техника-сервис», прежде всего ППК «Гранат». Техника и технологии динамично развиваются, поэтому в будущем аппаратная реализация может быть выполнена и на другой платформе.

Отдельное условие при выборе программного обеспечения — сохранение привычной инструментальной среды для пользователей и администраторов, уже работающих c ГИС и геосервисом. Для ОАО «Самаранефтегаз» это MapInfo Professional, MapInfo SpatialWare, MapX (все — Pitney Bowes Software, США), WebMap (ЗАО «Резидент»), Geographic Tracker (Blue Marble Geographics, США), MS SQL Server.

Создаваемая система будет использоваться широким кругом сотрудников ОАО «Самаранефтегаз», непосредственно занятых в производственных процессах. В таблице представлены перечень потенциальных пользователей мобильной ГИС, решаемых ими производственных задач, а также требования к функционалу.

Таблица. Пользователи мобильной ГИС

Кроме сотрудников подразделений ОАО «Самаранефтегаз» мобильная ГИС может быть полезна специалистам проектных институтов, подрядных организаций, имеющих соответствующие лицензии и аккредитацию. При удачной реализации проекта система может быть использована в дочерних обществах ОАО «НК «Роснефть».

В заключение отметим преимущества проектируемой мобильной ГИС.

Реализация комбинации «тонкого» и «толстого» клиентов обеспечит надежность функционирования системы как при наличии, так и при полном отсутствии связи с центральной базой данных, существенно расширит спектр устройств для установки инструментария мобильной ГИС.

За счет функционала решения оперативных задач на мобильном устройстве будет достигнуто распределение нагрузки между мобильным устройством и центральным сервером.

Деление центральной базы данных на основную и буферную, а также введение механизмов контроля и верификации позволят повысить качество данных мобильной ГИС и исключить непреднамеренную порчу данных пользователем.

Каждый пользователь мобильной ГИС получит доступ только к части данных общей базы (в пределах территории деятельности пользователя), необходимой ему для решения конкретных задач, что существенно снизит риск утраты и разглашения информации с грифом секретности.

Уже подготовлен и утвержден проект по организации и сопровождению мобильной ГИС ОАО «Самаранефтегаз», ведется закупка оборудования, разрабатываются алгоритмы, актуализируются пространственные данные. Особое внимание уделяется сохранности информации. Мобильная система должна иметь высокую степень защиты: разделение уровней пользователей, ведение электронных журналов, аппаратная и программная защита устройства и каналов связи.

Дальнейшее развитие мобильной ГИС видится в рамках реализации общей с ООО «СамараНИПИнефть» инфраструктуры банка пространственных данных. Качественные изменения организации информации помогут ориентировать мобильную ГИС под конкретного пользователя и его задачи, а также снизить риск несанкционированного доступа к данным. Кроме этого ведется работа по созданию навигационных карт, которые автоматизируют решение задачи выбора оптимального пути подъезда к объектам инфраструктуры по отведенным дорогам. Планируется ввести в действие систему слежения в режиме реального времени за транспортными средствами.

Мобильные системы позволят специалистам в полевых условиях работать с необходимым картографическим материалом, определять местоположение, быстро реагировать на нестандартные ситуации, своевременно принимать эффективные управленческие решения.