Геоинформационные системы - современный подход для работы с корпоративными данными.
Отличительной особенностью большинства предприятий энергетики является географическая рассредоточенность их объектов. Вследствие этого, при решении большинства оперативно-диспетчерских и технологических задач приходится сталкиваться с обработкой территориально-распределенной информации. Кроме того, обрабатываемая информация, как правило, имеет большой объем и высокую степень разнородности.
Для эффективного и оперативного управления технологическими процессами для всех уровней иерархии предприятий энергетики необходимо иметь средство, обладающее всеми необходимыми свойствами для работы с такой информацией, т. е. позволяющее естественным и наглядным образом производить обработку и анализ разнородной и географически распределенной информации. Таким средством на настоящий момент времени является геоинформационная система (ГИС). ГИС как средство, для решения задач или как программная технология для широкого круга разработчиков появились сравнительно недавно и в последние несколько лет интерес к ним стал появляться также и в тех сферах, которые отличаются умеренными и малыми объемами инвестиций в разработку новых систем. Это произошло за счет повышения производительности персональных компьютеров, постепенно приближающихся по своим характеристикам к рабочим станциям, которые до недавнего времени являлись монополистами на рынке промышленных ГИС-приложений.
Изложенное выше обстоятельство в какой-то мере повлияло на некоторое запаздывание в распространении этой технологии в России по сравнению с западными странами, но небольшой уже имеющийся опыт применения этих технологий на отечественных предприятиях энергетики для оперативно-диспетчерского и технологического управления, а также высокие темпы распространения подобных систем в энергетике Запада позволяют сделать вывод о высокой степени эффективности их применения для этих целей.
Несколько слов о том, какое качество придает геоинформационная технология прикладным информационным системам.
Благодаря введению в информационные измерительные системы географического измерения при размещении информации из баз данных на карте становится возможным увидеть и оценить закономерности и взаимосвязи, которые ранее практически не поддавались анализу при использовании традиционных подходов работы с данными. Передовая технология ГИС позволяет одновременно эффективно работать с большими объемами разнородной информации. За счет плавного перехода между отображаемыми масштабами и насыщенностью карт и соответственным изменением детализации данных прикладного характера, например управление отображением слоев высоковольтных линий определенных классов напряжений или подстанций и т. д., можно управлять наполнением отображения участков энергосистемы, выводимых на экран компьютера. Использование широкого набора специальных графических символов и богатства цветовой палитры, позволяет обеспечить воспринимаемость оператором на карте одновременно большого количества разнородных объектов, таких как линии и подстанции различных классов напряжения, условных обозначений мест аварий на линиях электропередач, информацию о состоянии объектов, их цифровые параметры и многое другое.
Это позволяет создавать на базе ГИС специализированные программные комплексы, которые могут одновременно использоваться на энергетических предприятиях различных уровней иерархии: от предприятия распределительных сетей до объединенного диспетчерского управления (ОДУ). Так, например, на предприятиях электрических сетей (ПЭС) использование геоинформационной технологии позволяет создать единую базу и единый графический интерфейс для различных служб: службы линий, службы подстанций, службы релейной защиты и автоматики и диспетчерской службы, не в ущерб специфике работы, существующей в каждой из служб. Возможность оформления в едином стиле а также, по-возможности, на базе единой технологии графических интерфейсов, относящихся к различным службам, является, на наш взгляд, достижением в развитии современных программных технологий, т. к. это упрощает работу операторов с информацией, получаемой из других служб в случае необходимости, а также снижает затраты на разработку и сопровождение прикладной системы в целом.
В мире сейчас существует множество различных картографических систем: Arc/Info (ESRI), MGE (Intergraph), GeoSpace (Bentley), CADdy (Ziegler Inf.), WinGIS (PROGIS), MapInfo (MapInfo Corp.) и др.
Каждая из них представляет собой целый комплекс технологических средств для реализации приложений в рамках различных, существующих на сегодня в компьютерном мире технологических концепций, таких, например, как файл-серверной, клиент-серверной, трехуровневой объектно-ориентированной. Наше предприятие (ЗАО "Алексэн") с 1995 года является официальным представителем корпорации MapInfo в России и специализируется на создании приложений в области энергетики с использованием ГИС MapInfo. Эта ГИС была разработана в конце 80-х годов фирмой MapInfo Corporation (США). Дальнейшее изложение мы будем вести на примере ГИС MapInfo так как одной стороны, эта ГИС является одной из ведущих в мире среди систем подобного класса, с другой стороны, нам хотелось бы показать весь технологический ряд ГИС-продуктов именно компании MapInfo, опираясь на практический опыт полученный в процессе работы с этими продуктами и, в частности, для построения прикладных геоинформационных систем в области энергетики. Кроме того, компанией MapInfo разработан ряд программных продуктов для построения прикладных геоинформационных систем, аналогичных наборам, предлагаемым другими производителями ГИС-средств.
Применяя программное обеспечение MapInfo , сегодня можно реализовать прикладные системы различных уровней сложности. Это и простые однопользовательские и сложные информационных системы по обработке корпоративных данных, организующие совместную работу групп пользователей одного или нескольких предприятий, обеспечивающие при этом единство и непротиворечивость используемых баз данных. Диапазон объемов данных, которыми сможет оперировать прикладная геоинформационная система при этом также достаточно велик. Программные продукты и данные, которые использовались в простых системах или системах, оперирующих небольшими объемами данных, могут быть использованы в составе более сложных систем или систем с большими объемами данных. Эта преемственность позволяет сохранить инвестиции, вложенные в разработку системы, в процессе ее развития.
В энергетике на разных уровнях иерархии управления системой существует потребность в геоинформационных системах, различающихся по уровню сложности (функциональности), по объему данных, которыми система оперирует, а также по количеству пользователей, работающих в системе. Вышеупомянутые факторы влияют на выбор архитектуры, которая используется для построения прикладной системы.
Существующие сегодня в компьютерном мире архитектуры для построения прикладных систем, если расположить их в направлении увеличения количества пользователей, объема данных и сложности, это: локальные или файл-серверные; клиент-серверные; трехуровневые объектно-ориентированные архитектуры.
Все перечисленные архитектуры нашли свое отражение в существующем наборе технологических средств для разработки и построения прикладных геоинформационных систем, которые предлагаются MapInfo. Приведем перечень основных программных продуктов из технологического ряда, предлагаемого MapInfo: MapInfo Professional, RunTime модуль, MapX, MapXtreme, SpatialWare. Для разработки приложения можно использовать MapBasic - специализированное средство от MapInfo, а также стандартные среды программирования, такие как Visual Basic, Visual C++, Delphi, PowerBuilder и др.
Архитектура ГИС-Файл-Сервер
Самой простой архитектурой для реализации является первая из перечисленных, но она же обладает и самым большим количеством недостатков, ограничивающих спектр решаемых ею задач. Простейшим случаем является случай, когда данные ГИС располагаются физически на том же компьютере, что и само приложение. Как правило, в таком виде ГИС-системы на предприятиях энергетики не применяются. В ряде случаев возможно применение прикладной ГИС-системы в варианте, где ГИС-данные хранятся централизованно на файл-сервере, а компьютеры рабочих мест с загруженными на них приложениями, осуществляют доступ к этим данным через локальную сеть. Для автоматизации ПЭС среднего размера на этом подходе может быть построен вполне работоспособный вариант системы, который обладает в целом ряде случаев вполне достаточной функциональностью, обеспечивает многопользовательский режим работы с данными и позволяет достаточно динамично манипулировать с объемами информации, необходимыми для оперативного управления на этом уровне.
К существенным неудобствам, возникающим при работе с системой, построенной по такой архитектуре, можно отнести следующее:
- трудности при обеспечении непротиворечивости и целостности данных
- существенная загрузка локальной сети передаваемыми данными
- в целом, невысокая скорость обработки и представления информации
- высокие требования к ресурсам компьютеров
При этом возникают следующие ограничения:
- невозможность организации равноправного одновременного доступа пользователей к одному и тому же участку базы данных
- количество одновременно работающих с системой пользователей не превышает пять человек для ЛВС, построенной в соответствии со спецификацией 10BaseT (скорость обмена данными до 10Mб/c)
При всем этом система обладает одним очень важным преимуществом по сравнению с системами о которых пойдет речь далее - значительно более низкой стоимостью, поскольку высокая стоимость в целом ряде случаев является непреодолимым препятствием на пути внедрения ГИС.
Системы данного варианта архитектуры реализуются с помощью MapInfo Professional, MapX, RunTime перечисленными выше средствами разработки приложений.
Архитектура Клиент-Сервер применительно к ГИС
Следующим вариантом архитектуры, который является более подходящим для корпоративных решений, является клиент-серверная архитектура.
При реализации системы в соответствии с архитектурой клиент-сервер можно выделить два различных подхода:
- гибридный
- полнофункциональный
Применение гибридного подхода можно рассматривать как компромиссный вариант между недорогой файл-серверной архитектурой и мощной, полнофункциональной архитектурой клиент-сервер. В этом варианте основная часть атрибутивных данных системы переносится в среду мощной СУБД стороннего производителя (Oracle, Informix, DB2 и др.), а географическая информация по-прежнему хранится и обрабатывается с использованием файл-серверной архитектуры, так, например данные из паспорта опоры ЛЭП содержатся в СУБД, а собственно изображение этой опоры на географической карте хранится в таблицах MapInfo на файл-сервере. Такой способ построения системы позволяет значительно разгрузить компьютер, используемый на клиентском рабочем месте, в случае, если система оперирует со значительными (более 5 Мб) объемами атрибутивных данных. К другим преимуществам такой архитектуры можно отнести:
- простота поддержания непротиворечивости и целостности атрибутивной информации
- уменьшение сетевой загрузки, - поскольку передаются не все атрибутивные данные, как при использовании файл-серверной архитектуры, а лишь та часть, которая является результатом обработки SQL-запроса и требуется для работы в данный момент. В результате - увеличивается число пользователей, способных эффективно и комфортно работать с системой одновременно
- улучшается масштабируемость системы в целом
Полнофункциональная архитектура клиент-сервер, конечно, является более эффективным и мощным способом построения корпоративной системы, чем гибридная. При использовании этого подхода и географические и атрибутивные данные системы хранятся в среде сторонней СУБД. При этом с программы, выполняющейся на рабочем месте пользователя снимается вся нагрузка по обработке данных - она занимается лишь отображением и визуализацией результатов SQL-запросов, получаемых от сервера СУБД. Возможность построения подобных систем появилась совсем недавно (всего несколько месяцев назад) , с появлением технологии SpatialWare (данная технология реализована и другими компаниями - производителями ГИС и СУБД, но у них она имеет другое название).
MapInfo SpatialWare - это программный продукт, фактически выполняющий роль переводчика между настольной ГИС и сервером СУБД. На практике это дает возможность хранить и обрабатывать атрибутивную информацию вместе с географическими данными в среде СУБД. При этом для сервера СУБД географические данные представляются как бинарные объекты (т. е. для сервера данные о расположении ЛЭП на местности не отличимы от зву
кового файла, хранящегося в этой же базе данных), а SpatialWare умеет различать эти бинарные объекты, как объекты имеющие географические координаты и графические атрибуты: цвет, форму и т. п. Таким образом, технология SpatialWare вносит новое географическое измерение в традиционные реляционные СУБД и вместе с тем, расширяет возможности существующих ГИС-систем за счет мощности, надежности и эффективности обработки больших объемов данных, которыми обладают сторонние СУБД (Oracle, Informix, DB2, Sybase). Необходимо отметить следующий факт: чтобы превратить систему построенную в соответствии с гибридной архитектурой в полнофункциональный клиент-серверный вариант, достаточно установить и настроить версию SpatialWare для соответствующей СУБД и, используя утилиты SpatialWare, перенести географические данные из находящихся на файл-сервере таблиц MapInfo в среду СУБД. Кроме того, потребуются незначительные модификации в программном обеспечении, работающем на рабочих местах пользователей. При этом все инвестиции , вложенные в разработку системы и наполнение ее данными сохраняются. Наряду с отмеченными выше, у такого варианта системы имеется множество дополнительных преимуществ - подробнее см. вкладку Основные особенности SpatialWare.
Применение трехуровневой архитектуры в ГИС
Совершенно очевидно, что при построении реальной корпоративной системы в энергетике могут возникать ситуации, когда ЛВС предприятия, как единая коммуникационная среда, на которой строится вся система, будет препятствовать реализации системы в целом. В силу специфики энергетической отрасли, различные службы одного предприятия могут быть удалены друг от друга на значительные расстояния, так что охват всех служб и подразделений ЛВС будет невозможен. Из иерархического принципа управления, принятого в энергетике, автоматически следует та же самая ситуация. В дополнение к вышесказанному можно добавить, что корпоративное решение, построенное на ЛВС исключает также возможность существования горизонтальных связей между соседними энергопредприятиями в рамках единой системы, которые в ряде случаев могли бы оказаться полезными для эффективного управления энергопредприятием.
Мировой опыт показывает, что наиболее естественным и эффективным дополнением клиент-серверной архитектуры при построении корпоративной системы в вышеуказанных ситуациях является трехуровневая объектно-ориентированная архитектура на базе Internet/Intranet технологий.
В семействе продуктов MapInfo ведущая роль в реализации такой архитектуры лежит на пакете MapXtreme, который как и SpatialWare появился совсем недавно. Этот пакет устанавливается на Web-сервере и в его среде выполняется специально разработанное приложение. Это приложение принимает запросы от пользователей системы, транслирует их в форму "понятную" SpatialWare, затем SpatialWare извлекает из СУБД требуемые данные и возвращает их приложению MapXtreme (в случае, если MapXtreme и SpatialWare установлены на разных компьютерах - связь со SpatialWare осуществляется по ЛВС). Далее приложение передает эти данные пользователю. Результатом такой работы могут быть отдельные участки карты и(или) любая атрибутивная информация.
Кроме того, что данный подход позволяет справиться с вышеперечисленными трудностями, он также позволяет организовать клиентские рабочие места с помощью бесплатно распространяемых продуктов типа Microsoft Internet Explorer или Netscape Navigator.
ГИС и копьютерная телефония. Пример интеграции.
Эффективность диспетчерского управления во многом зависит от оперативности принимаемых решений, что напрямую связано со своевременностью поступления необходимой информации. Несмотря на высокие темпы распространения компьютеров и областей, охватываемых компьютерными сетями, телефонная связь по-прежнему остается основным средством коммуникации для большинства людей, а во многих случаях - и единственным. Безусловно, наилучшим средством, способствующим быстрому и эффективному использованию информации является компьютер. Для того, чтобы оперативно отреагировать на произошедшее событие необходимо, чтобы требуемая информация была своевременно доставлена в компьютерную систему. Не возникает проблем с доставкой информации в компьютер, если есть соединение с источником информации через компьютерную сеть. В случае, если такого соединения нет (из-за ограниченности области распространения компьютерных сетей) на помощь приходит новая технология - компьютерная телефония, обеспечивающая полнофункциональную связь компьютера через телефонную сеть с обычным телефонным аппаратом, превращая его в терминал компьютера. Эта технология осуществляет слияние двух независимо существующих миров - телефонного и компьютерного. Она появилась в нашей стране совсем недавно и является очень перспективной, поскольку позволяет автоматизировать те области, которые до ее появления автоматизации не поддавались. Основу технологии компьютерной телефонии составляют платы расширения к персональным компьютерам. Не будем подробно останавливаться на деталях как самой технологии, так и на описании широкого круга задач, которые могут быть решены с ее помощью, а также областей ее применения среди которых далеко не последнее место занимает и энергетика. Мы коротко расскажем об одном опыте использования компьютерной телефонии, который позволит нам проиллюстрировать возможности интеграции прикладных систем, построенных на базе технологических средств MapInfo с прикладной системой компьютерной телефонии.
Алгоритм работы :
1. Телефонный звонок и телефонный сервер делает запись в базу данных (БД).
2. Телефонный сервер сообщает ГИС-клиентам по ЛВС / Internet о появлении новой записи в БД.
3. Рабочие станции-клиенты обращаются к БД и обновляют стиль отображаемых объектов на карте.
4. Операторы ГИС имеют возможность просмотреть / прослушать / проанализировать новую информацию, поступившую по телефонным линиям
Подсистема обработки телефонных звонков позволяет с обычного телефонного аппарата передавать в систему цифровую информацию об объекте - напряжение, частоту, мощность и т. п. Объектом может быть подстанция, линия электропередач, различные датчики
Передаваемая по телефонной сети информация - идентификатор и тип объекта, цифровые характеристики - принимается и обрабатывается телефонным сервером и заносится в базу данных с привязкой к объекту на карте. Кроме этого в базу данных может быть записано речевое сообщение абонента, связанное с объектом и временем передачи информации.
После поступления в базу данных новой информации по телефонной линии, все компьютеры-клиенты незамедлительно изменяют свойства соответствующих отображаемых объектов (цвет, форма). При изменении технологических параметров объекта за пределы допустимого значения, система сообщает об этом оператору. Предусмотрена возможность комплектации телефонного сервера многоканальным автоматическим определителем номера. Система по номеру телефона автоматически определит и отобразит местоположение абонента на карте с точной координатной привязкой.
