Проектирование и разработка ПО

Разработка моделей бизнес-процессов

В этой главе мы рассмотрим основные бизнес-процессы данной предметной области. Так как нас интересует взаимодействие процессов в общем виде, без лишних подробностей, то для описания процессов будем использовать нотацию IDF0. Одним из преимуществ данной нотации является то, что она помогает понимать взаимосвязь бизнес-процессов, не вникая в их детали. Другое преимущество в том, что нотация IDEF0 является одной из самых популярных нотаций моделирования бизнес-процессов. Так как эта нотация самая распространенная и чаще всего применяемая для описания бизнес-процессов, то она будет понятна большинству специалистов.

Всю деятельность геофизиков можно свести к одному бизнес-процессу под названием «Геофизическое исследование скважины». Далее рассмотрим более подробно этот процесс как есть.

Бизнес-процесс «Геофизическое исследование скважины» AS-IS.

Бизнес-процесс «Геофизическое исследование скважины» состоит из двух последовательно выполняемых процессов:

• — регистрация данных;
• — интерпретация.

Сначала данные должны быть получены путем их регистрации, а затем проинтерпретированы.

Бизнес-процесс «Регистрация данных».

Процесс регистрации данных происходит непосредственно на скважине. Геофизические организации имеют в своей структуре, так называемые полевые партии. Эти партии и занимаются регистрацией каротажных данных. Они постоянно ездят на различные скважины для проведения соответствующих работ. Сама регистрация каротажных данных производится при помощи специальных приборов. Существует множество разнообразных геофизических приборов. Выбор прибора зависит от того какие именно данные о скважине необходимы заказчику.

Независимо от типа прибора на вход регистрации данных идет некоторая физическая информация. Под термином «физическая информация» будем понимать — информацию, присущую процессам отражения в неорганической природе. Отражение может быть: механическое — пространственное перемещение; физическое — тепловое, электромагнитное, гравитационное; химическое — на атомномолекулярном уровне; ядерное — элементарные частицы [4].

Так как некоторые виды каротажа подразумевают работу с опасными материалами, например, радиоактивными веществами при радиоактивном каротаже, то естественно работа полевых партий жестко регламентирована различными техническими указаниями. В первую очередь это техника безопасности.

После проведения работ на скважине прибор регистрировавший данные выдает всю полученную информацию в виде компьютерного файла. Формат данных, в котором представлена информация по скважине, зависит от прибора, а точнее от компании производителя прибора. У каждой такой компании есть свои форматы для хранения каротажных данных. Бывают случаи, когда для каждого конкретного прибора создается свой уникальный способ записи данных в файле.

Далее файл с данными должен быть передан в контрольно-интерпретационную партию. Как уже говорилось ранее, в геофизике данная задача имеет ряд сложностей, связанных с ценой и сроками, за которые возможно передать информацию.

Бизнес-процесс «Интерпретация каротажных данных».

Интерпретация полученных на скважине каротажных данных выполняется специалистами из контрольно-интерпретационной партии. Данная работа также регламентирована различными техническими указаниями. На сегодняшний день процесс интерпретации всегда производится с использованием специального программного обеспечения, которое значительно облегчает работу. Следовательно, данная деятельность выполняется в соответствии с руководством пользователя выбранной для интерпретации программы.

Компания ФХС-ПНГ предоставляет геофизическим организациям специальный программный продукт под названием «Соната». Хотя существуют и другие аналогичные программные продукты, которые также могут использоваться в геофизических организациях.

После выполнения интерпретации формируется документ, в котором содержится вся необходимая информация по скважине и пород прилегающих к ней. Эта информация пересылается заказчику геофизических работ.

Бизнес-процесс «Геофизическое исследование скважины» TO-BE.

Во введении мы уже рассказывали о том, что основной проблемой при реализации бизнес-процесса «Геофизическое исследование скважины» является не эффективная передача данных от полевых партий к контрольно-интерпретационной партии. Повторюсь на всякий случай, что эффективной мы называем такую передачу данных, цена и время которой будут минимальны, а передаваемые данные достаточными для последующей интерпретации.

Бизнес-процесс A12 «Передача данных в КИП».

Для разрешения возникшей проблемы, указанной ранее, предлагается внести изменения в бизнес-процесс «Геофизическое исследование скважины». Изменения будут заключаться в вынесении из процесса регистрации данных действий, связанных с передачей данных, в отдельный бизнес-процесс, который назовем «Передача данных в КИП». Таким образом, Геофизическое исследование скважины будет состоять из следующих бизнес-процессов:

• — регистрация данных;
• — передача данных в КИП;
• — интерпретация.

Чтобы более подробно рассмотреть, как должен быть устроен бизнес-процесс передачи данных в контрольно-интерпретационную партию, произведем его декомпозицию. Из рисунка 2.3. видно, что передача данных состоит из следующих бизнес-процессов:

• — сжатие каротажных данных;
• — передача сжатых данных по имеющимся на скважине каналам связи;
• — распаковка сжатых каротажных данных.

Бизнес-процесс A21 «Загрузка каротажных данных».

Для того чтобы сжать данные в десятки раз, необходимо использовать нестандартные алгоритмы. То есть рассматривать эти данные не как бессмысленный набор байтов, а как информацию в виде каналов, состоящих из зарегистрированных сигналов на определенной глубине. Для того чтобы представить эти данные в нужном виде, их необходимо определенным образом прочитать из исходного файла.

Как уже говорилось выше, существует огромное многообразие: подходов к регистрации данных в скважине; приборов, которыми эти данные регистрируются; и форматов данных, в которых может быть записана информация, полученная с приборов. Все это многообразие усложняет создание любого программного обеспечения в данной предметной области.

Так как загрузка является необходимым и важным процессом при передаче данных, а также очень сложным (с точки зрения пользователя само сжатие намного проще, чем предварительная загрузка каротажных данных перед сжатием), то данный процесс был выделен, как отдельный, предшествующий сжатию.

Бизнес-процесс A22 «Сжатие каротажных данных».

Для того чтобы цена за передачу каротажных данных уменьшилась до приемлемого значения, предполагается сжимать эти данные. Сжатие будет осуществляться при помощи специального программного обеспечения, которое необходимо будет разработать. Называться оно будет «Сжатие ГИС», так как основной его задачей является сжатие ГИС перед его отправкой в КИП. Термин ГИС означает данные, полученные в результате геофизического исследования скважины.

На входе данного бизнес-процесса уже загруженные каротажные данные, в виде каналов, состоящих из зарегистрированных сигналов на определенной глубине. На выходе бизнес-процесса будем получать некоторый файл, содержащий всю необходимую для последующей интерпретации информацию. Размер выходного файла должен быть в десятки раз меньше исходного, иначе передача не будет эффективной.

Сжатием каротажных данных будут заниматься полевые партии сразу после регистрации приборами.

Бизнес-процесс A23 «Передача сжатых данных по имеющимся на скважине каналам связи».

Далее сжатые каротажные данные должны быть переданы сотрудникам контрольно-интерпретационной партии. Для этого могут использоваться различные каналы связи (см. Глава 1.2.), но скорее всего, будет доступна лишь спутниковая связь, так, как только ее зона покрытия охватывает практически всю территорию России.

Естественно передача данных должна быть жестко регламентирована. Должны быть специальные указания, как для сотрудников полевых партий, так и для сотрудников КИП. Деятельность контрольно-интерпретационной партии должна быть организована таким образом, чтобы данные с множества скважин передавались сразу же аналитикам, которые должны их интерпретировать.

На входе бизнес-процесса каротажные данные, передаваемые со скважины, а на выходе те же данные, но уже принятые в центре обработки информации.

Бизнес-процесс A24 «Распаковка сжатых каротажных данных».

Перед тем как начать анализировать переданные со скважины данные, их необходимо преобразовать в исходное представление. То есть представить каротажные данные в том виде, в котором они были до сжатия. Это необходимо для того, чтобы они могли быть загружены в программное обеспечение, которым будет осуществляться интерпретация. Так как программа Соната также является продуктом той же компании, что и разрабатываемое программное обеспечение, то в первую очередь необходимо предусмотреть возможность конвертирования сжатых данных в формат сонаты.

Получается, что для эффективной передачи каротажных данных необходимо разработать программное обеспечение «Сжатие ГИС», которое сможет не только загружать и сжимать геофизические данные, но и восстанавливать их. Также необходимо подчеркнуть, что данная программа должна быть установлена на ноутбуках сотрудников полевых партий и на компьютерах в контрольно-интерпретационной партии.

Оптимизация описных процессов будет происходить за счет внедрения программного обеспечения «Сжатие ГИС». Данная программа должна будет позволить геофизическим организациям минимизировать время и сумму, которые необходимо потратить на передачу каротажных данных. При этом обеспечить достаточную целостность данных для последующей интерпретации.

Время, потраченное на передачу данных в КИП, не должно превышать двух часов, а сумма должна быть не более 500 $. Исходя из этих условий, объем передаваемой информации будет ограничен до 40 Мб по GPRS, 150 Мб по EDGE и 100 Мб по Inmarsat BGAN (спутниковый интернет).

Каротажные данные представляются в виде так называемых каналов. Каналы делятся на одномерные и многомерные. Каждый канал представляет из себя набор данных на определенной глубине, и имеет шаг по глубине — расстояние, через которое записаны данные. Одномерные каналы на каждой отметке глубины содержат одно значение, а многомерные соответственно некоторый массив значений.

В зависимости от типа зарегистрированных многомерных данных объем может варьироваться от нескольких десятков до сотен мегабайт на 1 км записи. Таким образом, объем данных при регистрации комплексом геофизических методов на больших интервалах (несколько километров) может достигать нескольких гигабайт. С появлением новых сканирующих приборов объемы регистрируемой геофизической информации будут неизменно увеличиваться.

Сжатие исходных данных без потерь с помощью стандартных архиваторов может обеспечить степень сжатия в среднем в 1,5 — 3 раза. Естественно этого не достаточно для достижения поставленных условий: до двух часов и менее 500 $.

Следовательно, для получения необходимой степени сжатия стоит использовать нестандартные алгоритмы. Для этого необходимо рассматривать сжимаемые данные не как некоторый непонятный набор байтов, а как геофизическую информацию, записанную в виде каналов, состоящих из зарегистрированных сигналов на определенной глубине. Для того чтобы представить исходные данные в требуемом виде, их сначала необходимо определенным образом прочитать из исходного файла.

Методы сжатия.

Для решения вопроса оперативной передачи геофизической информации большого объема необходимо применять алгоритмы, позволяющие с минимальными погрешностями в информативных частях исходных данных, обеспечивать степень сжатия на порядок выше стандартных алгоритмов сжатия без потерь.

Предполагается использовать алгоритмы и способы сжатия данных основанные на ДКП (дискретное косинусное преобразование) и на ДВП (дискретное вейвлет преобразование).

Суть метода заключается в следующем. Исходные данные подвергаются предварительной обработке (без потери точности) для приведения к удобному для преобразования виду. В зависимости от вида полученных в результате преобразования данных подбирается необходимая вэйвлет-функция. Далее проводится двумерное ДКП + ДВП. Затем полученные коэффициенты квантуются, а малозначимые обнуляются. Затем с помощью усовершенствованных алгоритмов арифметического сжатия полученная последовательность упаковывается. Распаковка происходит в обратной последовательности. Аналогично предыдущей методике, данные могут быть разбиты на различные информативные блоки и для каждого блока установлена своя степень погрешности/сжатия. Это позволяет сильнее сжимать менее информативные участки и наоборот, оставлять более информативные участки с меньшими искажениями.

Данная методика позволяет адаптировать сжатие данных для любых известных геофизических методов, регистрирующих большой объем исходной информации.

Требования к ПО «Сжатие ГИС».

Основными функциональными возможности разрабатываемого ПО должны быть:

• — загрузка каротажных данных,
• — сжатие загруженных данных,
• — распаковка данных,
• — экспорт в другие форматы,
• — визуализация информации.

Экспорт в другие форматы необходим для того, чтобы после распаковки в КИП эти данные можно было загрузить в любую программу для интерпретации. Визуализация данных может быть очень полезна, так как позволяет не только просмотреть имеющиеся данные, но и выбрать из них те, которые следует передать на обработку. Таким образом, помимо сжатия имеется еще и возможность фильтрации данных пользователем.

Все покупатели геофизических программ работают на ОС семейства Windows. Поэтому приложение будет разрабатываться под Windows с помощью среды разработки Visual Studio. Так как требуется визуализировать огромные массивы каротажных данных (сотни мегабайт), то приложение должно будет быстро работать с графикой. Поэтому было решено вести разработку с помощью системы для построения клиентских приложений — WPF. Графической технологией, лежащей в основе WPF, является DirectX, в отличие от Windows Forms, где используется GDI/GDI+. Производительность WPF выше, чем у GDI+ за счёт использования аппаратного ускорения графики через DirectX [8].

Требования к модулю загрузки.

Загрузка данных является необходимой частью системы, так как без нее не возможны все остальные действия с данными. Прежде чем сжимать или отображать каротажные данные, их необходимо сначала прочитать из файла.

Существует огромное разнообразие:

• — способов регистрации данных в скважине;
• — приборов, которые регистрируют эти данные;
• — форматов представления данных, в которых может быть записана информация, полученная с приборов.

Все это разнообразие делает проблематичным создание любого программного обеспечения для работы с каротажными данными.

Приборы создаются различными компаниями, которые предпочитают использовать свои собственные способы представления каротажных данных. Таким образом, мы сталкиваемся с проблемой загрузки данных, которая заключается в необходимости загружать в «Сжатие ГИС» информацию из любых возможных источников.

Требования к загрузке:

• — возможность добавления в систему загрузки новых форматов;
• — загрузка основной информации (каналы данных);
• — загрузка дополнительной информации;
• — возможность выбора загружаемой дополнительной информации;
• — время загрузки не дольше 1 мин на 1 ГБ данных;
• — максимально простой и понятный интерфейс, так как загрузка будет осуществляться сотрудниками полевых партий.

Добавление новых форматов в уже готовый модуль загрузки является довольно сложной задачей, так как необходимо встраивать его в уже установленное на компьютере клиента программное обеспечение. Причем обновляя его, а, не переустанавливая, всю программу.