Способ анализа и прогноза развития сложно построенной системы и устройство для его осуществления

Способ анализа и прогноза развития сложно построенной системы и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области информационных технологий и может найти применение при визуальном анализе информации, характеризующей состояние и прогноз развития различных областей человеческой деятельности.

Известен способ цветового представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса, заключающийся в том, что идентифицированные по допусковому способу, с точки зрения принадлежности к i-му классу состояния, текущие значения разнородных динамических параметров преобразуют в соответствующие информационные цветокодовые сигналы видимого спектра последовательно во времени с обобщением по всему множеству динамических параметров в заданном временном интервале. При этом операцию преобразования осуществляют путем формирования соответствующего информационного цветокодового сигнала, отображают информационные цветокодовые сигналы посредством матрицы-диаграммы состояния многопараметрического объекта (МПО), столбцы которой соответствуют идентифицированному текущему значению i-гo класса состояния динамического параметра, строки - заданным временным интервалам. Такой подход позволяет обеспечить оперативное представление и анализ последовательности смены класса состояния МПО по циклограмме его функционирования, полноту отображения по всему множеству наблюдаемых динамических параметров и характер перехода МПО из одного класса состояния в другой с обобщением по всему упорядоченному множеству разнородных динамических параметров, отображающих текущее состояние МПО (Патент РФ №2150742, опубл. 10.06.2000 г.).

Недостатком известного способа является недостаточная визуализация многопараметрического объекта и малая обоснованность прогноза состояния объекта.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ и система организации и функционирования базы данных нормативной документации, в котором базу знаний формируют в виде трехмерного информационного пространства, в котором данные о документе или его части определяют в кластер или кластеры, образованные единичными отрезками (ортами) характеристических признаков. Полный идентификационный номер документа формируют из кодов ортов составляющих характеристических признаков и идентификационного номера документа. Производят анализ каждого кластера на полноту определения ограниченной им сферы деятельности содержащимися в кластере документами. Результат анализа заносят в этот же кластер. Поиск и анализ данных производят как с помощью формирования и обработки запроса, так и в обратном направлении с помощью подготовки базы данных для ожидаемого пользователя. В системе также предусмотрены средства для работы с базой данных, для поиска, контроля и анализа информации, документов, областей деятельности, для создания и корректировки документов системными администраторами, экспертами и пользователями в соответствии с правами доступа (Патент РФ №2386166, опубл. 10.04.2010 г. - прототип).

Известный способ позволяет в достаточной степени визуализировать исследуемый объект, однако способ не позволяет проследить изменения объекта в пространстве и во времени и выявить тенденции, происходящие в сложных системах.

В предложенном изобретении решается задача визуального анализа информации, характеризующей состояние и прогноз развития различных областей человеческой деятельности.

Задача решается тем, что в способе анализа и прогноза развития сложно построенной системы, включающем формирование базы данных объектов системы в трехмерном пространстве, исследование базы данных слайсированием, согласно изобретению базу данных формируют в виде многоступенчатой многоуровневой иерархической базы данных объектов системы, начиная с объектов низшего уровня иерархии, базу данных формируют из параметров объектов низшего уровня в трехмерном пространстве с осями: объект нижнего уровня - параметры нижнего уровня - время, параметры объектов второго и более высокого уровня формируют их измерениями и/или математической обработкой параметров объектов первого и более низкого уровня, совокупность объектов второго и более высокого уровня формируют в трехмерном пространстве с осями: ось объектов второго и более высокого уровня - параметры объектов второго и более высокого уровня - время, а слайсирование полученной таким образом иерархической базы данных проводят поуровненно с выявлением закономерностей состояния и развития сложно построенной системы.

На одном или нескольких уровнях иерархической базы данных в одном или нескольких трехмерных пространствах иерархической базы осуществляют перестановки наименований объектов на объектной оси и перестановки наименований параметров на параметрической оси, слайсируют трехмерные пространства и проводят изучение процессов, происходящих в сложной системе вдоль оси времени в виде визуализированного трехмерного тела процесса с возможностью поворота, изменения размеров, окрашивания, слайсирования представления трендовых особенностей процесса в виде графиков, диаграмм, различных видов математической обработки.

Информацию, описывающую изменение объектов системы, выводят на экран компьютера в виде трехмерного тела процесса, происходящего в системе в пространстве объект - параметр во времени, с возможностью поворота, изменения размеров, окрашивания, слайсирования, дополнения графиками, диаграммами, математической обработки.

Для проведения операций с телом процесса рассматривают его как реальное тело, с которым возможно любое реальное действие руками и которое реально может быть подвергнуто анализу реальными органами чувств человека, такими как глаза, аналог которого помещен в компьютер и отображен на экране компьютера, а реальное действие с телом процесса заменяют на отношения человека с компьютером посредством компьютерной мыши, создавая связь тело процесса - глаз человека - мозг человека - рука человека - компьютерная мышь как продолжение руки человека - тело процесса.

При анализе и прогнозе развития сложно построенной системы проводят вычитание проектного результата из практического и устанавливают направление развития системы.

Для данных с размерностью более трех на экран выводят ряд трех- или двухмерных пространств, число которых определяют формулами и , где N - число, определяющее размерность, С - число сочетаний из этого числа по 2 или 3 соответственно.

Способ осуществляют посредством устройства для анализа сложно построенных многопараметрических трехмерных пространств объект - параметр - время, состоящим из компьютера, содержащего инструкции по слайсированию, выводу графиков, преобразованиям данных, визуальному представлению различного уровня пространств на мониторе с помощью компьютерной мыши, отличающееся тем, что преобразования информации осуществляются мышью, осуществляя быструю связь изображение - глаза и мозг аналитика - рука с мышью - изображение.

Сущность изобретения

Наш мир является совокупностью объектов, существующих в четырехмерном пространстве. Необходимость управлять объектами заставляет непрерывно собирать информацию о каждом из них, об их реакции на события, осуществлять мониторинг изменения данных, что приводит к созданию информационных баз и банков данных. Накопленные объемы информации огромны и требуют постоянного совершенствования их анализа. Информационные пространства многомерны, однако человек не может увидеть предмет или временной процесс в пространстве с размерностью выше трех, поэтому визуализация осуществляется в 3-D матрице. Известные способы анализа и прогноза позволяют в достаточной степени визуализировать исследуемый объект, однако они не позволяют проследить изменения объекта в пространстве и во времени и выявить тенденции, происходящие в сложных системах. В предложенном изобретении решается задача визуального анализа информации, характеризующей состояние и прогноз развития различных областей человеческой деятельности. Задача решается следующим образом.

При анализе и прогнозе развития сложно построенной системы базу данных формируют в виде многоступенчатой многоуровневой иерархической базы данных объектов системы, начиная с объектов низшего уровня иерархии. Базу данных формируют из значений параметров объектов низшего уровня в трехмерном пространстве с осями: объект нижнего уровня - параметры нижнего уровня - время (фиг.1). Параметры объектов второго уровня формируют измерениями либо математической обработкой параметров объектов первого уровня. Совокупность объектов второго уровня формируют в трехмерном пространстве с осями: ось объектов второго уровня - параметры объектов второго уровня - время. Объекты третьего уровня формируют из объектов второго уровня аналогично получению объектов второго уровня из объектов первого и т.д. Визуализируют базы данных на экране компьютера в виде трехмерного куба (фиг.2). На фиг.2 ①, ②, ③ - связанные между собой элементы, ① - слайс состояния системы на определенную дату, ② - слайс изменения конкретного параметра по всем объектам во все даты, ③ - слайс изменения параметров конкретного объекта во все даты. Дополняют базу данных таблицами. Слайсирование полученной таким образом иерархической базы данных проводят поуровненно с выявлением закономерностей состояния и развития сложно построенной системы.

Информацию, описывающую изменение объектов системы, выводят на экран компьютера в виде трехмерного тела процесса, происходящего в системе в пространстве объект - параметр - время, с возможностью поворота, изменения размеров, окрашивания, слайсирования, дополнения графиками, диаграммами, математической обработки (фиг.3). На фиг.3 тело процесса обводнения нефтяной залежи в течение 1990-2010 гг., 1 - сильное обводнение, 2 - слабое обводнение.

Для проведения операций с телом процесса рассматривают его как реальное тело, с которым возможно любое реальное действие руками и которое реально может быть подвергнуто анализу реальными органами чувств человека, такими как глаза, аналог которого изображается на экране компьютера, а реальное действие с телом процесса заменяют на отношения человека с компьютером посредством компьютерной мыши, создавая связь тело процесса - глаз человека - мозг человека - рука человека - компьютерная мышь как продолжение руки человека - тело процесса. Тело процесса так же подвергают слайсированию (фиг.4) и прочим действиям. На фиг.4 представлено тело процесса обводнения нефтяной залежи в разрезе. 1 сильное обводнение, 2 - слабое обводнение.

При необходимости на экран выводится графическая карта с расположенными на ней объектами, трехмерное пространство данных, слайс в виде цветной карты и в виде таблицы (параметр-время) при этом все изображения связаны между собой и относятся к объекту, выбираемому аналитиком с помощью компьютерной мыши (фиг.5). На фиг.5: 1 - слайс и таблица состояния системы на заданную дату (2007 г.), 2 - слайс и таблица состояния объектов системы по заданному параметру (параметр 27) за все даты, 3 - слайс и таблица изменения параметров заданного объекта по всем датам, 4 - указатель объекта на карте, соответствующий выбранному слайсу №3 (объект №44).

На одном или нескольких уровнях иерархической базы данных в одном или нескольких трехмерных пространствах иерархической базы осуществляют перестановки наименований объектов на объектной оси и перестановки наименований параметров на параметрической оси, слайсируют трехмерные пространства и проводят изучение процессов, происходящих в сложной системе вдоль оси времени в виде визуализированного трехмерного тела процесса с возможностью поворота, изменения размеров, окрашивания, слайсирования представления трендовых особенностей процесса в виде графиков, диаграмм, различных видов математической обработки (фиг.4, 5).

При анализе и прогнозе развития сложно построенной системы проводят вычитание двух трехмерных пространств проектного и фактического, устанавливают отклонения факта от проекта, определяют характер развития системы и корректируют проект в соответствии с поставленной целью при помощи управленческих решений. Так, при анализе состояния разработки нефтяной залежи, при котором на первом уровне иерархической базы данных составляют базу по скважинам, а на втором - по залежи, удается провести вычитание двух трехмерных пространств полей пластового давления проектного и фактического, установить отклонения фактического поля давления от проектного, определить характер распределения полей и выявить структурные изменения в виде разломов земной коры, которые невозможно было определить по результатам бурения скважин. Наличие разломов учитывают как барьер для движения пластовых флюидов, разбивают залежь на две залежи, разграниченные разломом, и строят разработку каждой залежи индивидуально (фиг.6-8).

Для данных с размерностью более трех на экран выводят ряд трех- или двухмерных пространств, число которых определяют формулами и , где N - число, определяющее размерность, С - число сочетаний из этого числа по 2 или 3 соответственно (фиг.9).

Пример конкретного выполнения

Анализируют состояние и строят прогноз развития нефтяной промышленности России. Информацию об объектах низшего уровня иерархии - скважинам собирают в виде таблиц, в которые заносят 15 параметров, таких как дебит нефти, воды, жидкости, накопленная добыча и т.п. Пользователь имеет возможность выполнить сортировки параметров по возрастанию, по убыванию, по алфавиту, по номеру, по значимости параметра и т.п. Каждая скважина является объектом низшего уровня. Скважины одного месторождения составляют совокупность объектов низшего уровня. В компьютере формируют, а на экране компьютера отображают куб данных с осями скважины (номера скважин) - время - параметры скважин (наименования параметров). Таким образом, сформирован низший уровень иерархической базы данных.

Для формирования объекта второго уровня проводят математическую обработку параметров объектов первого уровня. Для этого данные по скважинам подвергают математической обработке, в данном случае суммирован дебит скважин. В результате получают данные по одному конкретному нефтяному месторождению. Объектом второго уровня является месторождение со своими параметрами, полученными при математической обработке данных объектов (скважин) низшего уровня. Другое месторождение со своими параметрами является другим объектом второго уровня. Месторождения одного региона составляют совокупность объектов второго уровня. Совокупность объектов второго уровня формируют в трехмерном пространстве с осями: ось объектов второго уровня - параметры объектов второго уровня - время.

Для формирования объектов третьего уровня проводят математическую обработку параметров объектов второго уровня. Вычисляют суммарную добычу нефти по нефтяным регионам. Объектом третьего уровня является нефтяной регион со своими параметрами, полученными при математической обработке данных объектов второго уровня.

Объектом четвертого уровня является Российская Федерация как совокупность нефтяных регионов.

Для каждого уровня визуализируют данные, т.е. строят свой куб данных на экране компьютера. Визуализируют базы данных на экране компьютера в виде трехмерного куба. Слайсирование полученной таким образом иерархической базы данных проводят поуровненно с выявлением закономерностей состояния и развития сложно построенной системы. При слайсировании выявляют линии, характеризующие изменение накопленной добычи, и фиксируют их. Сложением линий получают фигуру, называемую телом процесса. Информацию, описывающую изменение объектов системы, выводят на экран компьютера в виде трехмерного тела процесса, происходящего в системе в пространстве объект - параметр - время, с возможностью поворота, изменения размеров, окрашивания, слайсирования, дополнения графиками, диаграммами, математической обработки.

Для проведения операций с телом процесса рассматривают его как реальное тело, существующее вне компьютера в реальном мире, с которым возможно любое реальное действие руками и которое реально может быть подвергнуто анализу реальными органами чувств человека, такими как глаза. В компьютере тело процесса рассматривают как аналог, помещенный в компьютер и отраженный на экране компьютера, а реальное действие с телом процесса заменяют на отношения человека с компьютером посредством компьютерной мыши, создавая связь тело процесса - глаз человека - мозг человека - рука человека - компьютерная мышь как продолжение руки человека - тело процесса.

На компьютере проводят исследование поведения тела процесса во времени, т.е анализируют накопленную добычу во времени и анализируют изменение формы тела процесса, сравнивают с проектными (прогнозировавшимися) показателями тела процесса, построенного из проектных (прогнозировавшихся ранее) данных. При анализе и прогнозе развития сложно построенной системы проводят вычитание проектного результата из практического, определяют степень ошибки планирования и устанавливают направление развития системы с помощью действий, определяемых управленческими решениями.

Аналогичный анализ проводят по другим свойствам нефтедобывающей промышленности, таким как обводненность, текущий дебит и пр. Анализ обводненности показывает степень выработки месторождений, анализ текущего дебита показывает работу систем поддержания пластового давления и пр. В результате создается ясная и полная картина состояния и направления развития каждого месторождения, нефтяной компании и нефтяной промышленности страны.

В результате удается решить задачу визуального анализа информации, характеризующей состояние и прогноз развития нефтяной промышленности страны.

Применение предложенного способа позволит более наглядно оценивать информацию и более точно прогнозировать направление деятельности человека.

1. Способ анализа и прогноза развития сложно построенной системы, включающий формирование базы данных объектов системы в трехмерном пространстве, исследование базы данных слайсированием, характеризующийся тем, что базу данных формируют в виде многоступенчатой многоуровневой иерархической базы данных объектов системы, начиная с объектов низшего уровня иерархии, базу данных формируют из параметров объектов низшего уровня в трехмерном пространстве с осями: объект нижнего уровня - параметры нижнего уровня - время, параметры объектов второго и более высокого уровня формируют их измерениями и/или математической обработкой параметров объектов первого и более низкого уровня, совокупность объектов второго и более высокого уровня формируют в трехмерном пространстве с осями: ось объектов второго и более высокого уровня - параметры объектов второго и более высокого уровня - время, а слайсирование полученной таким образом иерархической базы данных проводят поуровненно с выявлением закономерностей состояния и развития сложно построенной системы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на одном или нескольких уровнях иерархической базы данных в одном или нескольких трехмерных пространствах иерархической базы осуществляют перестановки наименований объектов на объектной оси и перестановки наименований параметров на параметрической оси, слайсируют трехмерные пространства и проводят изучение процессов, происходящих в сложной системе вдоль оси времени в виде визуализированного трехмерного тела процесса с возможностью поворота, изменения размеров, окрашивания, слайсирования представления трендовых особенностей процесса в виде графиков, диаграмм, различных видов математической обработки.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что информацию, описывающую изменение объектов системы, выводят на экран компьютера в виде трехмерного тела процесса, происходящего в системе в пространстве объект - параметр - время, с возможностью поворота, изменения размеров, окрашивания, слайсирования, дополнения графиками, диаграммами, математической обработки.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что для проведения операций с телом процесса рассматривают его, как реальное тело, с которым возможно любое реальное действие руками и которое реально может быть подвергнуто анализу реальными органами чувств человека, такими как глаза, аналог которого помещен в компьютер и отражен на экране компьютера, а реальное действие с телом процесса заменяют на отношения человека с компьютером посредством компьютерной мыши, создавая связь: тело процесса - глаз человека - мозг человека - рука человека - компьютерная мышь, как продолжение руки человека - тело процесса.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что при анализе и прогнозе развития сложнопостроенной системы проводят вычитание проектного результата из практического и устанавливают направление развития системы.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для данных с размерностью более трех на экран выводят ряд 3- или 2-мерных пространств, число которых определяют формулами и , где N - число, определяющее размерность, С - число сочетаний из этого числа по 2 или 3 соответственно.

7. Устройство для анализа и прогноза развития сложнопостроенной системы, состоящее из компьютера, содержащего инструкции по слайсированию, выводу графиков, преобразованиям данных, визуальному представлению различного уровня пространств на мониторе с помощью компьютерной мыши, отличающееся тем, что преобразования информации осуществляются мышью, реализуя быструю связь между изображением - глазами и мозгом аналитика - рукой с мышью - изображением.