Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт
В статье решена актуальная задача повышения быстродействия и эффективности работы информационной системы оперативного прогнозирования геомеханических и газодинамических процессов для обеспечения безопасности ведения подземных горных работ. У статті вирішено актуальне завдання підвищення швидкодії та...
Saved in:
| Published in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87394 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт / И.Н. Слащев, В.Г. Шевченко, А.И. Слащев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 129-144. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860248529965940736 |
|---|---|
| author | Слащев, И.Н. Шевченко, В.Г. Слащев, А.И. |
| author_facet | Слащев, И.Н. Шевченко, В.Г. Слащев, А.И. |
| citation_txt | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт / И.Н. Слащев, В.Г. Шевченко, А.И. Слащев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 129-144. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | В статье решена актуальная задача повышения быстродействия и эффективности работы информационной системы оперативного прогнозирования геомеханических и газодинамических процессов для обеспечения безопасности ведения подземных горных работ.
У статті вирішено актуальне завдання підвищення швидкодії та ефективності роботи інформаційної системи оперативного прогнозування геомеханічних і газодинамічних процесів для забезпечення безпеки ведення підземних гірничих робіт.
Purpose of this work is to show methods for improving efficiency of information system for predicting behavior of gas-dynamic and geomechanical processes.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:39:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
129
УДК 622.862.3: 622.831.312: 004.42
И.Н. Слащев, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.,
А.И. Слащев, аспирант,
В.Г. Шевченко, д-р техн. наук, ст. науч. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ОПТИМИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО
ПРОГНОЗА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ШАХТ
І.М. Слащов, канд. техн. наук, ст. наук. співр.,
А.І. Слащов, аспірант,
В.Г. Шевченко, д-р техн. наук, ст. наук. співроб.
(ІГТМ НАН України)
ОПТИМІЗАЦІЯ ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ ОПЕРАТИВНОГО
ПРОГНОЗУ ГЕОМЕХАНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ДЛЯ ПІДТРИМКИ
ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ З БЕЗПЕКИ ШАХТ
I.N. Slashchev, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
A.I. Slashchev, M.S (Tech.), Doctoral Student,
V.G. Shevchenko, D.Sc. (Tech.), Senior Researcher
(IGTM, NAS of Ukraine)
OPTIMIZED INFORMATION SYSTEM FOR ON-LINE PREDICTING OF
GEOMECHANICAL PROCESS BEHAVIOR AND ENSURING PROPER
DECISION-MAKING ON THE MINE SAFETY
Аннотация. В статье решена актуальная задача повышения быстродействия и эффектив-
ности работы информационной системы оперативного прогнозирования геомеханических и
газодинамических процессов для обеспечения безопасности ведения подземных горных ра-
бот. С применением методов построения архитектуры проектов и программных моделей вы-
числительных и информационных процессов определены взаимосвязи между группами клас-
сов в объектно-ориентированной информационной системе, которые обеспечивают коррект-
ность выполнения алгоритмов и влияют на быстродействие системы. Дальнейшее развитие
получил метод оценки вычислительной эффективности программных комплексов, отличаю-
щийся алгоритмом минимизации сумм отклонений метрик нестабильности и абстрактности
Мартина по всем группам классов проекта. Исследованиями установлено, что время расчета
в программах визуализации больших массивов данных снижается при увеличении центрост-
ремительного сцепления взаимосвязанных групп классов и увеличивается при возрастании
их абстрактности, что позволило за счет минимизации сумм отклонений метрик нестабиль-
ности и абстрактности Мартина по всем группам классов проекта получить наилучшую сба-
лансированность программного комплекса. Выполненные изменения исходного кода инфор-
мационной системы позволили снизить отклонение параметров абстрактности и нестабиль-
ности от главной последовательности в среднем на 28 %. Новая архитектура проекта послу-
жила основой информационной системы для поддержки принятия решений по безопасности
шахт.
Ключевые слова: безопасность горных работ, моделирование, геомеханика, визуализа-
ция, оптимизация информационных систем, программная инженерия.
© И.Н. Слащев, В.Г. Шевченко, А.И. Слащев, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
130
По прогнозам нефтяной компании British Petroleum энергетические запросы
на уголь в мировом масштабе к 2030 году увеличатся на 39 % с темпами еже-
годного роста 1,6 %, а нефть начнет терять свои позиции. Несмотря на то, что
этот рост в основном коснется стран, не входящих в состав Международной
экономической организации развитых стран OECD (Organisation for Economic
Cooperation and Development), уголь в ближайшее десятилетие продолжит за-
воевывать новые позиции на энергетическом рынке. Украина на сегодняшний
день отстает от большинства стран в объемах потребления угля, которое в пе-
рерасчете на одного жителя Украины меньше, чем в Германии в четыре раза,
чем в Польше - более чем в три раза, в США и ЮАР - почти в два раза, в Рос-
сии - более чем в 1,5 раза [1, 2]. Эти тенденции стремительного роста энергопо-
требления требуют повышения эффективности добычи угля на шахтах Украи-
ны, которые, бесспорно, относятся к предприятиям с особо опасными условия-
ми эксплуатации.
Высокая опасность шахт вызвана, прежде всего, объективными горно-
геологическими факторами, так как добыча угля осуществляется на большой
глубине (зачастую более 1000 метров) в условиях слабых обрушающихся и
(или) выбросоопасных вмещающих пород, высокой газонасыщенности пород-
ного массива метаном и другими газами. Остаются высокими аварийность и
травматизм от геомеханических и газодинамических факторов: внезапных об-
рушений и вывалов пород, горных ударов, выбросов породы и газа, взрывов га-
за и пыли, рис. 1, достигающий, в совокупности, 30-50 % от общего числа по-
страдавших [3]. Эти явления реализуются в виде неуправляемых деформаций
породных массивов, разрушений крепи и завалов выработок.
а)
б)
а – травматизм от вывалов и обрушений пород (геомеханические факторы);
б – травматизм от внезапных выбросов и взрывов газа (газодинамические факторы).
Рисунок 1 – Статистика травматизма на угольных шахтах Украины
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
131
Одним из эффективных путей снижения аварийности и травматизма являет-
ся оперативное прогнозирование условий отработки угольных пластов и оценка
сценариев развития геомеханических и газодинамических процессов с приме-
нением современных информационных систем (ИС). В частности, прогнозиро-
вание длительной устойчивости выработок снижает вероятность обрушений
пород за счет применения необходимых средств их охраны и поддержания;
прогнозирование зон повышенной трещиноватости и ориентации в геопро-
странстве магистральных трещин позволяет снизить риск внезапных проявле-
ний горного давления и своевременно применить мероприятия по их предот-
вращению; прогноз миграции в породном массиве потоков свободного метана
позволяет повысить эффективность дегазации путем корректировки параметров
заложения дегазационных скважин; прогноз состояния водонасыщенного мас-
сива и водопритоков в горные выработки позволяет снизить риск от обрушений
обводненных пород и затоплений выработок. Актуальной является задача обес-
печения стабильной работы и повышения быстродействия информационных
систем оперативного прогнозирования протекания геомеханических и газоди-
намических процессов для повышения надежности принимаемых решений по
обеспечению безопасности на шахтах.
Информационная система «GEO-RS», разработанная в Институте геотехни-
ческой механики им. Н.С. Полякова НАН Украины, предназначена для модели-
рования геомеханических и газодинамических процессов в сложносторуктур-
ном породном массиве [4]. Система применяется для анализа устойчивости об-
нажений массива горных пород, оперативного прогноза геомеханических про-
цессов, что, в свою очередь, является основой для принятия решений по обес-
печению требуемой безопасности ведения горных работ по геомеханическому
фактору. Архитектура ИС содержит основные структурные элементы и связан-
ные между собой функции системы, рис. 2. Функционально модули программы
разделены на группы. В первую группу входят алгоритмы защиты от несанк-
ционированного доступа (рис. 2, блок 1). Система защищена паролем при входе
в программу и выходе из ждущего режима компьютера. Вторая группа модулей
(препроцессор) обеспечивает загрузку сохраненной или создание новой расчет-
ной схемы в интерактивном режиме с формированием динамических массивов
исходных данных для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС)
среды (рис. 2, блок 3). Модули препроцессора позволяют: на базе треугольных
элементов формировать расчетные схемы породного массива с учетом его
структуры и конфигурации выработок; вводить исходные прочностные и де-
формационные характеристики пород послойно и для каждого элемента в от-
дельности; в интерактивном режиме выполнять загрузку, корректировку и
предварительный просмотр подготовленных расчетных схем.
В результате расчетов определяют узловые смещения и силы, значения осе-
вых деформаций, главных и касательных напряжений для каждого элемента
расчетной схемы. В каждом конкретном случае для более детальной характери-
стики НДС породного массива рассчитываются интегральные информативные
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
132
параметры: полные смещения узлов, ориентация площадок скольжения, пло-
щади зон неупругого деформирования и разрыва сплошности, концентрации и
интенсивность изменения во времени главных напряжений, ориентация глав-
ных напряжений и деформаций и др.
Рисунок 2 – Архитектура построения информационной системы
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
133
Модули третьей группы реализуют расчетный постпроцессор и служат для
вычисления интегральных характеристик модели, а также графического анали-
за результатов расчета (рис. 2, блоки 5, 6). Программа визуализации в постпро-
цессоре обеспечивает наглядное представление данных в иллюстрациях и гра-
фиках, является необходимой для понимания научно-исследовательских разра-
боток производственниками. ИС реализует методы моделирования геомехани-
ческих и газодинамических процессов, технологии обработки, анализа и визуа-
лизации больших массивов данных.
Основные требования к технологиям представления больших массивов дан-
ных были сформулированы ведущими специалистами мира в документе DVC
1998 года (Data and Visualization Corridor). Термин «коридор» обозначает кон-
кретную направленность развития обработки данных и визуализации на задачи
полномасштабного моделирования процессов. При этом создание действующих
систем моделирования рассматривается как комплексная проблема, решение
которой будет оказывать самое серьезное воздействие на науку, промышлен-
ность, образование и социальную сферу.
Современные программы по оценке геомеханического состояния породного
массива, представляют собой объектно-ориентированные ИС, включающие ал-
горитмы обработки больших массивов данных. Эти системы должны отвечать
повышенным требованиям по производительности, иметь интерактивность и
корректность представления данных (низкую погрешность вычислений), а так-
же предоставлять инженеру инструменты для полноценного управления про-
цессом моделирования. Вместе с тем, далеко не каждая ИС имеет возможность
работать в системах оперативного прогноза вследствие их недостаточной про-
изводительности.
Оценку вычислительной эффективности ИС можно выполнить путем расче-
тов различных метрик, которые позволяют не только оценить реализацию того
или иного оптимизационного решения, но и определить качество обработки
больших и сложных функций, производительность и скорость работы ИС, в том
числе ее интерактивность и возможности работы в режиме «реального време-
ни».
В объектно-ориентированных метриках используется понятие «категория
классов», которое определяет связь класса с работающей с ним в кооперации
группой классов, от которых он не может быть отделен. Следовательно, для
очередного использования одного из таких классов необходимо повторно ис-
пользовать всю группу классов, так как в реальной программе изолированное
повторное использование класса встречается крайне редко. Такая группа клас-
сов имеет сильную связь и называется «категорией классов».
В категории классов должны выполняться три условия. Во-первых, классы в
пределах категории должны быть закрыты от любых попыток изменения. Это
означает, что, если один класс должен измениться, все классы в этой категории
с большой вероятностью изменятся. Если любой из классов открыт для некото-
рой разновидности изменений, они все открыты для такой разновидности изме-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
134
нений. Во-вторых, классы в категории повторно используются только вместе.
Они взаимозависимы и не могут быть отделены друг от друга. Таким образом,
если делается любая попытка повторного использования одного класса в кате-
гории, все другие классы должны повторно использоваться вместе с ним. В-
третьих, классы в категории выполняют некоторую общую функцию или дос-
тигают некоторой общей цели. Из объектно-ориентированных метрик рассмот-
рим подгруппу метрик Мартина [5] в которых выделим основные параметры.
Мерой качества программного обеспечения служит «связность» (cohesion)
модулей программы. Если модули сильно связаны, то программа становится
трудномодифицируемой, тяжелой в понимании, использовании и тестировании.
То есть связность – это мера того, насколько сильно связаны между собой ме-
тоды модуля ИС, которая зависит от количества используемых глобальных пе-
ременных, передаваемых параметров и др. Метрики LCOM и LCOM HS (Lack
of cohesion in Methods) определяют недостаток сцепления методов:
∑
=×
n
i
MF
0FM
1-1=LCOM , (1)
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
− ∑
=
n
i
MF
F
M
0
1
1-M
1=HS LCOM , (2)
где M – количество методов в классе (статических и экземплярных конструк-
торов, геттеров и сеттеров свойств, методов добавления и удаления событий);
F – количество экземплярных полей класса; MF – количество методов класса,
имеющих доступ к определенному экземплярному полю; n – количество экзем-
плярных полей класса.
LCOM принимает значения в диапазоне 0…1, LCOM HS в диапазоне 0…2.
Если LCOM равен нулю, то у класса нет больше чем одной причины для изме-
нений (сплоченный класс). Высокое значение LCOM определяет плохо спло-
ченный класс.
Сцепление (coupling) или «зависимость» – это мера того, насколько класс
сфокусирован на своих задачах и зависит от других классов
1
n
t i
i
C r r
=
⎛ ⎞
= ⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑ , (3)
где ri – количество ссылок на класс, где ссылка – это поле, локальная перемен-
ная, возвращаемый тип или параметр метода; rt – количество ссылок на класс,
участвующий в подсчете метрики; n – количество классов.
Связность и сцепление – это объективные величины, которые для каждой
ИС имеют свои параметры. На рис. 3 показаны типы связности классов, кото-
рые помогают оптимизировать модули ИС.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
135
Рисунок 3 – Типы сцепления в группе классов
Следующим важным параметром является «нестабильность» (instability), кото-
рый определяет степень зависимости классов друг от друга в пределах модуля:
e
a e
CI
C C
=
+
, (4)
где Ce – центростремительное сцепление, определяющее количество классов
вне исследуемой категории, зависящее от классов внутри этой категории; Ca –
центробежное сцепление, определяющее количество классов внутри исследуе-
мой категории, зависящее от классов вне этой категории.
Эта метрика имеет диапазон значений 0…1. Если I=0, то это указывает на
максимально стабильную категорию. Если I=1, то это указывает на максималь-
но нестабильную категорию.
При применении объектно-ориентированного подхода к программированию
нам необходимо определять метрику, которая измеряет «абстрактность» кате-
гории классов, так как, исследуя абстрактность, мы можем определить возмож-
ности дальнейшего расширения приложения. Если категория абстрактна, то она
достаточно гибкая и может быть легко расширена. Абстрактность определяется
из выражения:
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
136
nAllnAA /= , (5)
где nA – количество абстрактных классов в категории; nAll – общее количество
классов в категории.
Значения этой метрики изменяются в диапазоне 0…1. При этом, если А=0 ,
то категория полностью конкретна, а если А=1, то категория полностью абст-
рактна.
Для автоматизации процесса анализа исходного кода приложений и расчета
метрик разработана специализированная программа, которая реализует методи-
ку подсчета параметров эффективности ИС, рис. 4.
Рисунок 4 – Структурная схема методики для оценки эффективности информационных
систем
В результате разработки и тестирования системы анализа качества исходно-
го программного кода ИС были выполнены следующие задачи:
- исследованы метрики качества исходного кода Мартина, а именно связ-
ность, сцепление и нестабильность;
- разработан алгоритм подсчета значений метрик;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
137
- разработана экспертная система по выдаче текстовых рекомендаций на ос-
нове полученных значений метрик;
- выработаны рекомендации для метрик связности, сцепления и нестабиль-
ности;
- реализован прототип приложения для анализа исходного кода с использо-
ванием метрик.
Программу можно использовать для изучения и анализа сложных проектов,
в частности, расчета метрик программного обеспечения: количества классов,
абстрактных классов и интерфейсов, центростремительного сцепления, центро-
бежного сцепления, абстрактности, нестабильности, а также наглядного ото-
бражения структуры исходного кода программ (пакетов, классов, интерфейсов,
взаимосвязей объектов в ИС).
Исследование эффективности работы и оптимизация модулей в информаци-
онной системе «GEO-RS» было начато с выделения категорий классов проекта.
Для подсчета метрик независимости и нестабильности категорий подсчитыва-
лись связи, которые взаимодействуют с каждой категорией. Принцип единст-
венной ответственности (single responsibility principle) предполагает, что в луч-
шем случае класс должен иметь лишь одну возможную причину для изменений
[6]. Если класс может быть изменен по нескольким причинам, то для оптимиза-
ции кода его необходимо разделить на отдельные классы, поскольку изменения
могут повлиять на его функциональность.
Влияние абстрактности на потенциал расширения программы и повышение
ее функциональности проведено путем увеличения абстрактности за счет соз-
дания из основного класса Geomechanics двух взаимосвязанных классов
Geomechanics и GeomechanicsRect. Функционально первый класс обрабатывает
массивы данных о координатах вершин элементов, их связях и физико-
механических свойствах моделируемых пород. Второй класс формирует сетку
конечных элементов и отвечает за работу редактора. Повышение абстрактности
группы классов информационной системы привело к увеличению метрики
Мартина и функциональности приложения, рис. 5. Возрос потенциал расшире-
ния программы, появились новые возможности: добавления автогенерации сет-
ки по заданным ограниченным контурам, создания сеток других типов и пере-
разбивки расчетной схемы при моделировании геомеханических процессов. То
есть можно сделать вывод, что есть прямая связь между абстрактностью систе-
мы и увеличением потенциальной функциональности ИС.
В случае, если отсутствуют указатели на функции с контролем параметров,
то для их вызова из многих мест программы используют анонимный класс
Listener, который исполняет код в зависимости от события. С его помощью ис-
следовано влияние абстрактных классов на интерактивность программы визуа-
лизации и функциональность всей информационной системы. Например, при
выделении области в геомеханической расчетной схеме редактор должен обно-
вить две таблицы и миниатюру, рис. 6.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
138
Рисунок 5 – Повышение абстрактности группы классов и функциональности
информационной системы «GEO-RS» при разделении класса Geomechanics на два класса
Рисунок 6 – Влияние абстрактных классов на интерактивность системы визуализации
(показана взаимосвязь выделения экранной области с перегрузкой таблиц и миниатюры)
Будем рассчитывать нестабильность и абстрактность категорий классов. Ес-
ли мы возьмем пакеты как категории классов, то общая нестабильность и абст-
рактность всей информационной системы составит I=0,89999 и A=0,20313 со-
ответственно. Полученный уровень нестабильности обусловлен тем, что систе-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
139
ма использует интерфейс, который поддерживает много связей между классами
проекта, рис. 7. Для оптимизации ИС и снижения нестабильности были созданы
два промежуточных класса Panel и Dialog. В результате этого нестабильность
проекта была снижена до I=0,85715.
а) б)
Рисунок 7 – Анализ изменений структуры и сбалансированности программного комплекса
до (а) и после (б) оптимизации исходного программного кода (показан фрагмент системы)
На основе метрик Мартина построим график, на котором отразим зависи-
мость между абстрактностью и нестабильностью каждой категории классов
системы и прямую I+A=1, называемую главной последовательностью. Следует
отметить важную характеристику главной последовательности – на этой пря-
мой будут лежать категории, имеющие наилучшую сбалансированность между
абстрактностью и нестабильностью групп классов проекта. Поэтому информа-
ционная система, у которой все группы классов лежат на главной последова-
тельности может считаться оптимально сбалансированной. Конечно, реальный
проект такими свойствами не обладает. Вместе с тем, мы можем путем пере-
стройки структуры ИС добиться максимального приближения групп классов к
главной последовательности. Для этого введем еще две метрики, которые будут
отражать:
- расстояние до главной последовательности
2
1−+
=
IAD ; (6)
- нормализированное расстояние до главной последовательности
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
140
2−+= IADn (7)
Рассмотрим главную последовательность нашей системы, рис.8.
Рисунок 8 – Абстрактность и нестабильность взаимосвязанных групп классов
до и после модификации исходного программного кода
Проанализируем изменение расстояний до главной последовательности по-
сле изменения групп классов проекта. Как показано на графике (рис. 9) выпол-
ненные изменения исходного кода ИС позволили снизить отклонение парамет-
ров абстрактности и нестабильности объектно-ориентированных групп классов
проекта от главной последовательности в среднем на 28,6 %, и тем самым, по-
высить сбалансированность программного комплекса и обеспечить эффектив-
ность его работы в режиме «реального времени».
Вычислим статистические характеристики (дисперсию σ2 и среднеквадратиче-
ское отклонение σ), характеризующие степень приближения категорий классов
к главной последовательности:
∑
=
−=
n
i
i xx
1
22 )(σ , ∑
=
−=
n
i
i xx
n 1
2)(1σ . (8)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
141
Рисунок 9 – Повышение сбалансированности ИС после модификации программного кода
Характеристики проекта до и после изменений сведены в табл. 1 и рис. 10.
Таблица 1 – Статистические характеристики отклонения от главной последовательности
интегральных параметров групп классов проекта
Характеристика Значения до
изменений
Значения после
изменений
Изменение,
%
Дисперсия 5,974581 5,523083 – 7,56
Среднеквадратическое отклонение 0,533389 0,512839 – 3,85
В результате исследований с применением методологии построения архи-
тектуры проектов и программных моделей вычислительных и информационных
процессов определены взаимосвязи между группами классов в объектно-
ориентированных информационных системах, которые влияют на скорость и
корректность работы алгоритмов в программных комплексах. Обоснована ме-
тодология анализа ресурсоемкости информационных систем и скорости обра-
ботки исходных данных для получения наилучшей сбалансированности прило-
жений и минимизации времени работы алгоритмов при известных характери-
стиках аппаратного обеспечения. Установлено, что время расчета в программах
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
142
визуализации больших массивов данных снижается при увеличении центрост-
ремительного сцепления взаимосвязанных групп классов и увеличивается при
возрастании их абстрактности, что позволяет за счет минимизации сумм откло-
нений метрик нестабильности и абстрактности Мартина по всем группам клас-
сов проекта получить наилучшую сбалансированность программного комплек-
са. Выполненные изменения исходного кода информационной системы позво-
лили снизить отклонение параметров абстрактности и нестабильности объект-
но-ориентированных групп классов проекта от главной последовательности в
среднем на 28,6 %, и тем самым, повысить сбалансированность программного
комплекса и эффективность его работы.
а)
0,5
0,505
0,51
0,515
0,52
0,525
0,53
0,535
Среднеквадратическое отклонение
До
После
б)
0,51
0,515
0,52
0,525
0,53
0,535
0,54
0,545
0,55
Стандартное отклонение
До
После
Рисунок 10 – Статистические характеристики сбалансированности проекта до и после
внесенных изменений
Новая архитектура информационной системы послужила основой для раз-
работки восьмой версии программного комплекса «GEO-RS» v 8.2, что позво-
лило повысить стабильность его работы, быстроту обработки исходных данных
и самого расчета, а, следовательно, эффективность выполняемого комплексом
оперативного прогноза геомеханических процессов и надежность принимаемых
на основе такого прогноза решений по обеспечению безопасности шахт, что
имеет важное научное и практическое значение для решения проблем безопас-
ности и эффективности горного производства.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Портал по энергосбережению «ЭнергоСовет» [Электронный ресурс]. «Международное энерге-
тическое сотрудничество в ХХI веке». - Режим доступа: www.energosovet.ru/stat488.html. – Загол. с
экрана.
2. Официальный сайт мировой угольной ассоциации [Электронный ресурс]. «Мировая угольная
промышленность». - Режим доступа: http://www.worldcoal.org/coal-energy-access/the-global-energy-
challenge. – Загол. с экрана.
3. Довідка про виробничий травматизм зі смертельними наслідками на підприємствах вугільної
промисловості України станом на 01 вересня 2013 року [Электронный ресурс] - Режим доступа:
http://mpe.kmu.gov.ua/fuel/control/uk/publish/article?art_id=246170&cat_id=202151. – Загол. с экрана.
4. Слащев, И.Н. Применение информационных технологий для повышения эффективности и
безопасности горных работ / И.Н. Слащев // Уголь Украины. – 2013. – № 2. – С. 40-43.
http://www.energosovet.ru/stat488.html�
http://www.worldcoal.org/coal-energy-access/the-global-energy-challenge�
http://www.worldcoal.org/coal-energy-access/the-global-energy-challenge�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
143
5. Martin, Robert C. (2008), Clean Code: A Handbook of Agile Software Craftsmanship, Prentice-Hall,
Englewood Cliffs, NJ, ISBN: 0132350882.
6. Beck, F. and Diehl S. (2011) “On the Congruence of Modularity and Code Coupling”, Proceedings of
the 19th ACM SIGSOFT Symposium and the 13th European Conference on Foundations of Software Engi-
neering (SIGSOFT/FSE 11), Szeged, September 2011, Hungary.
REFERENCES
1. Web portal on energy saving "EnergoSovet" (2012), “Mezhdunarodnoye energeticheskoye sotrud-
nichestvo v 21 veke”, [Online], available at: www.energosovet.ru/stat488.html (Accessed 14 February 2013).
2. The official site of Word Coal Association (2012), “The Global Energy Challenge”, [Online], avail-
able at: http://www.worldcoal.org/coal-energy-access/the-global-energy-challenge (Accessed 18 Feb. 2013).
3. The official web portal Ukraine Ministry of Energy and Coal Industry (2012), “Dovidka pro vyrob-
nychyy̆ travmatyzm zi smertel�nymy naslidkamy na pidpryyemstvakh vuhil�noï promyslovosti
Ukrai ̈ny stanom na 01 veresnya 2013 roku” [Information on fatalities in the coal industry of
Ukraine as of September 1, 2013], [Online], available at:
http://mpe.kmu.gov.ua/fuel/control/uk/publish/article?art_id=246170 &cat_id=202151 (Accessed 10 Feb.
2013).
4. Slaschev, I.N. (2013) “The use of information technology to increase the efficiency and safety of min-
ing operations”, Coal of Ukraine, vol. 2, pp. 40-43.
5. Martin, Robert C. (2008), Clean Code: A Handbook of Agile Software Craftsmanship, Prentice-Hall,
Englewood Cliffs, NJ, ISBN: 0132350882.
6. Beck, F. and Diehl S. (2011) “On the Congruence of Modularity and Code Coupling”, Proceedings of
the 19th ACM SIGSOFT Symposium and the 13th European Conference on Foundations of Software Engi-
neering (SIGSOFT/FSE 11), Szeged, September 2011, Hungary.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Слащев Игорь Николаевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший
научный сотрудник в отделе Проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт
геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН
Украины), Днепропетровск, Украина, pgalpha.ltd@gmail.com
Шевченко Владимир Георгиевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, уче-
ный секретарь института, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной ака-
демии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина, V.Shevchenko@nas.gov.ua
Слащев Антон Игоревич, магистр, аспирант, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск,
Украина, SlashovAnton@ya.ru
About the authors
Slashchev Igor Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences (Ph.D), Senior Researcher, Senior Re-
searcher in Department of Mineral Mining at Great Depths, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Me-
chanics under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine,
pgalpha.ltd@gmail.com
Shevchenko Vladimir Georgievich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Senior Researcher, Scientific
Secretary of the Institute, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy
of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, V.Shevchenko@nas.gov.ua
Slashchev Anton Igorevich, Master of Science, Doctoral Student, M.S. Polyakov Institute of Geotech-
nical Mechanics under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk,
Ukraine, SlashovAnton@ya.ru
–––––––––––––––––––––––––––––––
http://www.energosovet.ru/stat488.html�
http://www.worldcoal.org/coal-energy-access/the-global-energy-challenge�
http://mpe.kmu.gov.ua/fuel/control/uk/publish/article?art_id=246170�
mailto:pgalpha.ltd@gmail.com�
mailto:V.Shevchenko@nas.gov.ua�
mailto:SlashovAnton@ya.ru�
mailto:pgalpha.ltd@gmail.com�
mailto:SlashovAnton@ya.ru�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
144
Анотація. У статті вирішено актуальне завдання підвищення швидкодії та ефективності
роботи інформаційної системи оперативного прогнозування геомеханічних і газодинамічних
процесів для забезпечення безпеки ведення підземних гірничих робіт. Із застосуванням ме-
тодів побудови архітектури проектів і програмних моделей обчислювальних та інформацій-
них процесів визначено взаємозв'язки між групами класів у об'єктно-орієнтованої інформа-
ційної системі, які забезпечують коректність виконання алгоритмів і впливають на швидко-
дію системи. Подальший розвиток отримав метод оцінки обчислювальної ефективності про-
грамних комплексів, якій відрізняється алгоритмом мінімізації сум відхилень метрик неста-
більності і абстрактності Мартіна по всіх групах класів проекту. Дослідженнями встановлено
, що час розрахунку в програмах візуалізації великих масивів даних знижується при збіль-
шенні доцентрового зчеплення взаємопов'язаних груп класів і збільшується при зростанні їх
абстрактності, що дозволило за рахунок мінімізації сум відхилень метрик нестабільності і
абстрактності Мартіна по всіх групах класів проекту отримати найкращу збалансованість
програмного комплексу. Виконані зміни початкового коду інформаційної системи дозволили
знизити відхилення параметрів абстрактності і нестабільності від головної послідовності в
середньому на 28 %. Нова архітектура проекту послужила основою інформаційної системи
для підтримки прийняття рішень з безпеки шахт.
Ключові слова: безпека гірничих робіт, моделювання, геомеханіка, візуалізація, оптимі-
зація інформаційних систем, програмна інженерія.
Abstract. Purpose of this work is to show methods for improving efficiency of information sys-
tem for predicting behavior of gas-dynamic and geomechanical processes.
Basing on project architecture-building techniques, software models of computing and informa-
tion processes, interrelationship between the groups of classes in object-oriented information system
was specified which ensured algorithm correctness and impacted on the system speed.
Method for assessing effectiveness of computer software systems was further developed. The
method differs by algorithm for minimizing total deviations of the Martin metrics of instability and
abstractness for all groups of information system classes.
The research shows that calculation time in visualization programs for large data arrays
becomes shorter with increasing of centripetal chaining of interconnected groups of classes and
becomes longer with increasing of their abstractness. The findings allowed to obtain a well-
balanced software package thanks to minimized total deviations of the Martin metrics of instability
and abstractness for all groups of classes of information system. Changes made in the information
system source code provided at average 28% reduce of deviation of abstraction and instability
parameters from the main sequence. The new architecture of the project became a basis for informa-
tion systems to support decision-making on mine safety.
Keywords: Mine Safety, Simulation, Geomechanics, Visualization, Optimization of Informa-
tion Systems, Software Engineering.
Статья поступила в редакцию 10.06. 2013
Рекомендована к печати д-ром техн. наук Т.В. Бунько
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87394 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:39:58Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Слащев, И.Н. Шевченко, В.Г. Слащев, А.И. 2015-10-17T18:50:47Z 2015-10-17T18:50:47Z 2013 Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт / И.Н. Слащев, В.Г. Шевченко, А.И. Слащев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 129-144. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87394 622.862.3: 622.831.312: 004.42 В статье решена актуальная задача повышения быстродействия и эффективности работы информационной системы оперативного прогнозирования геомеханических и газодинамических процессов для обеспечения безопасности ведения подземных горных работ. У статті вирішено актуальне завдання підвищення швидкодії та ефективності роботи інформаційної системи оперативного прогнозування геомеханічних і газодинамічних процесів для забезпечення безпеки ведення підземних гірничих робіт. Purpose of this work is to show methods for improving efficiency of information system for predicting behavior of gas-dynamic and geomechanical processes. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт Оптимізація інформаційної системи оперативного прогнозу геомеханічних процесів для підтримки прийняття рішень з безпеки шахт Optimized information system for on-line predicting of geomechanical process behavior and ensuring properdecision-making on the mine safety Article published earlier |
| spellingShingle | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт Слащев, И.Н. Шевченко, В.Г. Слащев, А.И. |
| title | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт |
| title_alt | Оптимізація інформаційної системи оперативного прогнозу геомеханічних процесів для підтримки прийняття рішень з безпеки шахт Optimized information system for on-line predicting of geomechanical process behavior and ensuring properdecision-making on the mine safety |
| title_full | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт |
| title_fullStr | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт |
| title_full_unstemmed | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт |
| title_short | Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт |
| title_sort | оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87394 |
| work_keys_str_mv | AT slaŝevin optimizaciâinformacionnoisistemyoperativnogoprognozageomehaničeskihprocessovdlâpodderžkiprinâtiârešeniipobezopasnostišaht AT ševčenkovg optimizaciâinformacionnoisistemyoperativnogoprognozageomehaničeskihprocessovdlâpodderžkiprinâtiârešeniipobezopasnostišaht AT slaŝevai optimizaciâinformacionnoisistemyoperativnogoprognozageomehaničeskihprocessovdlâpodderžkiprinâtiârešeniipobezopasnostišaht AT slaŝevin optimízacíâínformacíinoísistemioperativnogoprognozugeomehaníčnihprocesívdlâpídtrimkipriinâttâríšenʹzbezpekišaht AT ševčenkovg optimízacíâínformacíinoísistemioperativnogoprognozugeomehaníčnihprocesívdlâpídtrimkipriinâttâríšenʹzbezpekišaht AT slaŝevai optimízacíâínformacíinoísistemioperativnogoprognozugeomehaníčnihprocesívdlâpídtrimkipriinâttâríšenʹzbezpekišaht AT slaŝevin optimizedinformationsystemforonlinepredictingofgeomechanicalprocessbehaviorandensuringproperdecisionmakingontheminesafety AT ševčenkovg optimizedinformationsystemforonlinepredictingofgeomechanicalprocessbehaviorandensuringproperdecisionmakingontheminesafety AT slaŝevai optimizedinformationsystemforonlinepredictingofgeomechanicalprocessbehaviorandensuringproperdecisionmakingontheminesafety |