Разработка геоинформационной подсистемы для программного комплекса Scada Infinity

Объектом исследования является геоинформационная система, предназначенная для отображения технологических объектов и информации о состоянии технологического процесса на географической карте. Основная цель системы – повысить эффективность введения мониторинга территориально распределенных и мобильных объектов. В настоящей работе рассматриваются вопросы, возникающие при проектировании и реализации проектов по созданию геоинформационных систем, предназначенные для визуализации информации о состоянии технологического процесса, и ведения мониторинга территориально распределенных и мобильных технологических объектов. Особое внимание уделено определению архитектурного стиля, проектированию и реализации системы.

Введение ………………………………………………………………………………………………………. 14
1 Аналитический обзор…………………………………………………………………………………. 17
1.1 Обзор существующих решений …………………………………………………………. 17
1.1.1 GISize Wonderware ………………………………………………………………………….. 17
1.1.2 Геоинформационный модуль ПК PcVue ………………………………………….. 20
1.1.3 Астра: ГИС-SCADA ……………………………………………………………………….. 23
1.2 Варианты решения задачи и их анализ ………………………………………………….. 24
1.2.1 Применение существующей ГИС ……………………………………………………. 24
1.2.2 Разработка настольного приложения ………………………………………………. 25
1.2.3 Разработка настольного клиента элемента управления ActiveX и веб-
сервера ……………………………………………………………………………………………………. 25
1.3 Обзор источников картографических данных ……………………………………….. 26
1.3.1 Информационно-поисковый сервис Google Maps …………………………….. 27
1.3.2 Поисково-информационный картографический сервис Яндекс.Карты 27
1.3.3 Картографический сервис Bing Maps ………………………………………………. 28
1.3.4 Картографический сервис OpenStreetMap ……………………………………….. 29
1.4 Обзор инструментов разработки геоинформационных систем ………………. 30
1.4.1 Инструменты ArgGis ………………………………………………………………………. 30
1.4.2 MapXtreme .Net ………………………………………………………………………………. 31
1.4.3 Quantum GIS …………………………………………………………………………………… 32
1.4.4 XtraMap ………………………………………………………………………………………….. 33
1.4.5 GMap.Net………………………………………………………………………………………… 33
2 Проектирование …………………………………………………………………………………………. 35
2.1 Определение целей, потребителей и ограничений архитектуры …………….. 35
2.1.1 Определение варианта развертывания …………………………………………….. 36
2.2 Основные варианты использования системы ………………………………………… 37
2.3 Определение архитектурного стиля и типа приложений ……………………….. 38
2.4 Архитектура системы …………………………………………………………………………… 38
2.4.1 Уровень источников данных …………………………………………………………… 41
2.4.2 Уровень сервера приложений ………………………………………………………….. 45
2.4.3 Уровень клиентов …………………………………………………………………………… 55
2.4.3.1 Компоненты пользовательского интерфейса …………………………………. 55
2.4.3.2 Компоненты логики представления ………………………………………………. 59
2.4.3.3 Модели представления …………………………………………………………………. 60
Реализация……………………………………………………………………………………………………. 63
3.1 Реализация веб-сервера ………………………………………………………………………… 63
3.2 Реализация клиентов…………………………………………………………………………….. 66
3.2.1 Реализация компонента ActiveX ……………………………………………………… 66
3.3 Unit-тестирования ………………………………………………………………………………… 70
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …….. 75
4.1 Задачи экономического исследования …………………………………………………… 75
4.2 Оценка коммерческого потенциала и перспективности разработки с
позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………….. 76
4.2.1 Потенциальные потребители результатов проекта ……………………………… 76
4.2.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………………………… 77
4.2.3 Диаграмма Исикавы …………………………………………………………………………… 79
4.2.4 QuaD – анализ ……………………………………………………………………………………. 79
4.1.5 SWOT–анализ ……………………………………………………………………………………. 81
4.3 Определение возможных альтернатив проведения разработки ………………. 83
4.4 Планирование научно-исследовательских работ …………………………………… 84
4.4.1 Организационная структура проекта ……………………………………………….. 84
4.4.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………… 86
4.4.3 Бюджет научно-технического исследования ……………………………………. 91
4.5 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования …………………………………………….. 97
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ……………………………………………………. 101
5.1 Производственная безопасность …………………………………………………………. 101
5.1.1 Повышенный уровень электромагнитных излучений …………………….. 102
5.1.2 Электрический ток ………………………………………………………………………… 104
5.2 Экологическая безопасность……………………………………………………………….. 105
5.3 Безопасность в чрезвычайных случаях ………………………………………………… 106
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 107
Заключение ………………………………………………………………………………………………… 110
Conclusion …………………………………………………………………………………………………… 112
Список использованных источников …………………………………………………………… 113
Приложение А. Часть магистерской диссертации, выполненный на иностранном
языке ………………………………………………………………………………………………………….. 116
Приложение Б. Технические требования …………………………………………………….. 129
Приложение В. Схема базы данных …………………………………………………………….. 136
Приложение Г.Основные варианты использования ……………………………………… 145
Приложение Д. Диаграмма класоов слоя доступа к данным…………………………. 146
Приложение Е. Диаграмма классов предметной области ……………………………… 148
Приложение Ж. Диаграмма классов слоя сервисов ……………………………………… 151
Приложение З. Краткое описание REST API ……………………………………………….. 152

В данной работе рассмотрен процесс разработки геоинформационной
системы для отображения технологических объектов и информации о состоянии
технологического процесса на географической карте.
В ходе работы, был выполнен обзор существующих SCADA-систем,
объединяющие функции мониторинга и управления технологическим процессом с
функциями геоинформационных систем. Выполнен обзор картографических
сервисов с целью определения потенциальных преград, которые могут возникнуть
при использовании материалов этих сервисов. Также проведен анализ вариантов
реализации систем, и определен наиболее эффективный вариант реализации. Кроме
этого проделан краткий обзор программных платформ и инструментов,
предоставляющие компоненты, в которых реализована функциональность,
относящая к ГИС.
На этапе проектирования были определены цели архитектуры,
архитектурный стиль системы, типы приложений, основные варианты
использования и развертывания, учитывающие все ограничения. Созданы
структурные схемы компонентов системы, диаграммы UML, эскизы
пользовательского интерфейса и абстрактные модели, позволяющие упростить
понимание системы и перейти к этапу реализации. Также спроектирован REST
интерфейс, обеспечивающий взаимодействие компонентов системы.
На этапе реализации созданы структура базы данных и компоненты доступа
к данным. Реализован веб-сервер, предоставляющий функциональность
централизованного хранения и доступа к данным для совместного использования
клиентами, а также компонент ActiveX, обеспечивающий интеграцию с программой
Infinity HMI, следствием которого является организация единого
автоматизированного рабочего места.
Результатом диссертации является геоинформационное приложение,
обеспечивающий отображении технологических объектов и информации о
состоянии технологического процесса на географической карте.
CONCLUSION

In this work, the process of developing a geoinformation system for displaying
technological objects and information on the state of the technological process on a
geographic map is considered.
The review of existing SCADA-systems, combining the functions of monitoring
and control of the technological process with the functions of geoinformation systems,
was performed. An overview of mapping services was performed to determine the
potential barriers that may arise when using the materials of these services. Also, an
analysis of the implementation options for the systems was carried out, and the most
effective implementation option was identified. In addition, a brief overview of software
platforms and tools providing components in which GIS functionality is implemented is
provided.
At the design stage, the objectives of the architecture, the architectural style of the
system, the types of applications, the main uses and deployments that took into account
all the constraints were defined. The structural diagrams of the system components, UML
diagrams, user interface sketches and abstract models have been created, which make it
easier to understand the system and go to the implementation phase. A REST interface
has been designed to ensure the interaction of system components.
At the implementation stage, a database structure and the data access components
have been created. A web server has been implemented that provides the functionality of
centralized storage and data access for customer sharing, and an ActiveX component that
integrates with the Infinity HMI program, which results in a single automated workstation.
The result of the work is a geoinformation application that provides mapping of
technological objects and information about the state of the technological process on a
geographical map.