автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Исследование информационного обеспечения систем управления защиты окружающей среды

Введение.

Глава 1. Основы создания информационных систем

1.1. Жизненный цикл программного обеспечения (ПО).

1.2. Модели жизненного цикла ПО.

1.3. Методологии и технологии проектирования ИС.

1.4. Структурный подход к проектированию ИС.

1.4.1. Функциональное моделирование SADT

1.4.2. Типы связей между функциями.

1.5. Моделирование потоков данных.

1.5.1. Моделирование данных, Case - метод.

1.5.2. Моделирование данных, методTDEF

Актуальность темы.

Повышенный интерес к управлению средствами защиты окружающей средой связан с возможными серьезными последствиями нарушения ее качества. Это, прежде всего, загрязнение воздуха, воды, почвы, истощение природных ресурсов.

Вопросы управления решаются не достаточно эффективно и здесь можно выделить следующие главные причины: отсутствие необходимой информации для лиц, принимающих решения, неадекватность используемых данных, неопределенность и трудности установления причинно-следственных связей между критериями оценки качества окружающей среды. Основной вопрос, который решается при управлении - это получение достоверной информации и в необходимом объеме. Применение вычислительных сетей для сбора, обработки и передачи информации о состоянии экосистем исследованы пока недостаточно.

В диссертации с позиций системного подхода решаются задачи получения информации о состоянии природной среды.

Получение информации связано с некоторыми трудностями, которые состоят в следующем: наличие большого количества точек съема информации; рассосредоточенность точек контроля; неоднозначность информации, снимаемой даже в близлежащих точках; ограниченность возможностей контроля; необходимость первичной обработки объема информации непосредственно на месте ее получения; передача информации на значительные расстояния; преобразование информации для последующего принятия решения об управляющих воздействиях; защита информации от несанкционированного доступа, связанного с незаконным ее использованием и изменением.

Поэтому в диссертации основное место уделено вопросам получения, обработки, передачи, хранению и использованию информации для выработки управлений в системах защиты окружающей среды.

Цель и задачи исследований.

В связи с этим целью исследований является использование методов системного подхода для анализа экосистем, выявления закономерностей, лежащих в основе функционирования экологических объектов, получение характеристик и структуры системы информационного обеспечения автоматизированной системы управления средствами защиты окружающей среды.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи: делается анализ методов автоматизированного проектирования информационных систем на основе Case - технологий; проанализировано состояние окружающей среды на примере Санкт-Петербурга и Ленинградской области; разрабатываются математические модели переноса примесей в атмосфере, качества воды, на основе которых решаются вопросы получения информации о динамике миграции загрязнений; предложены методики создания рациональных структур информационных вычислительных сетей; созданы приближенные оценки эффективности функционирования вычислительных информационных систем;

Предметом исследований является информационное обеспечение систем управления охраной окружающей среды. Исследования проводятся на основе анализа информационных характеристик математических моделей переноса примесей в атмосфере и качества воды.

Научная новизна исследований.

Новизна диссертации состоит в комплексном подходе к исследованию причин загрязнения окружающей среды, в полученных закономерностях динамики процесса миграции загрязнителей, в новых подходах на основе CASE - технологий к проектированию информационного и программного обеспечения информационных систем, в исследованиях вычислительных сетей как многоканальных систем массового обслуживания, в методиках по организации приоритетного обслуживания в вычислительных сетях.

Практическая значимость.

Основные результаты работы и в частности методические положения, математические модели, способы выбора рациональной структуры вычислительных информационных сетей внедрены в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций при проведении учебного процесса, в НПФ «Меридиан», в ОАО «Канонерский судоремонтный завод».

На защиту выносятся:

1. Методики проектирования информационных систем на базе Case -технологий.

2. Математические модели и результаты исследований характеристик окружающей среды.

3. Методика выбора рациональной структуры компьютерной информационной сети, как многоканальной системы массового обслуживания.

4. Приближенные оценки эффективности функционирования вычислительных сетей.

5. Способы организации приоритетного обслуживания заявок в вычислительных сетях.

Апробация исследований.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Региональная информатика-2000 (международная конференция);

На кафедральных семинарах «Сложные системы и их моделирование».

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 126 наименований. Работа содержит 150 страниц печатного текста, 40 рисунков.

Основные результаты исследований такие как методические положения, математические модели, способы выбора рациональной структуры вычислительных информационных сетей внедрены в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций при проведении учебного процесса, в НПФ «Меридиан», в ОАО «Канонерский судоремонтный завод».

Заключение

Проведенные в диссертации исследования позволили получить следующее:

1. Методики проектирования информационных систем на базе Case -технологий, которые.сокращают время создания систем, повышают эффективность программного обеспечения и наиболее полно решают вопросы получения, обработки и представления информации для пользователя.

2. Математические модели миграции вредных примесей в атмосфере и в водной среде, что позволило разработать требования и критерии оценки информационного обеспечения систем автоматизированного управления техническими средствами охраны окружающей среды.

3. Методику выбора рациональной структуры и конфигурации компьютерной информационной сети, как многоканальной системы массового обслуживания.

4. Приближенные оценки эффективности функционирования вычислительных сетей, как информационной части системы автоматизированного управления техническими средствами охраны окружающей среды.

5. Способы организации приоритетного обслуживания заявок в вычислительных сетях на уровне математических моделей, структурных и функциональных схем.

1. Альянах И. Н. Моделирование вычислительных систем. Л.: Машиностроение, 1988. с.221.

2. Бакаев А. А., Костина Н. И., Яровицкий Н. В. Имитационные модели в экономике. Киев: Техника, 1982. с. 176.

3. Бардзинь Я.М., Калкиныи А.А., Стродс Ю.Ф., Сыцко В.А. Язык спецификаций SDL/PLUS и его применения. Рига 1988, 313 с.

4. Беленький А. С. Исследование операций в транспортных системах. М.: Мир, 1992. с.584.

5. Бреховских С. М. Основы функциональной системологии материальных объектов. М.: Наука, 1986. с.250.

6. Бусленко В. Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977. с.239.

7. Бусленко Н. П., Калашников В. В., Коваленко И. Н. Лекции по теории сложных систем. М.: Сов. радио, 1973. с.440.

8. Бэрри Нанс. Компьютерные сети. М.: Бином, 1996. с.400.

9. Вавилин В. А., Циткин М. Ю. Математическое моделирование и управление качеством водной среды/ Водные ресурсы. 1977. №5 с.34

10. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М. Финансы и статистика. 1998. 176 с.

11. Вендров A.M. Один из подходов к выбору средств проектирования баз данных и приложений. "СУБД", 1995, №3.

12. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Физматгиз, 1962. с. 564.

13. Вихров Н. М., Гаскаров Д. В., Грищенков А. А., Шнуренко А. А. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов. СПб.: Энергоатомиздат, 1995. с.303.

14. Власов Л. В., Колесников Д. Н., Сорокин И. А. Имитационное моделирование систем массового обслуживания с использованием GPSS. Л.: ЛПИ, 1989. с.87.

15. Воеводин В. В. Математические модели и методы в параллельных процессах. М.: Наука, 1986. с.296.

16. Воропаев Г. В. и др. Моделирование водохозяйственных систем аридной зоны СССР. М.: Наука, 1984. с.312.

17. ВуншГ. Теория систем. М.: Сов. радио, 1978. с.288.

18. Гавич И. К. Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения, М.: Недра, 1985. с.320.

19. Глущенко В. В. Информационные и структурные модели * организационно-административных систем. СПб.: СПГУВК, 1997. с.232.

20. Гольдин В. Я., Налипкин Н. Н., Шишова Т. В. Нелинейные разностные схемы для гиперболических уравнений/ Выт. мат. и мат. физ., 1965, т.5, №5.

21. Горин С.В., Тандоев А.Ю. CASE-средство S-Designor 4.2 для разработки структуры базы данных. "СУБД", 1996, №1.

22. Горин С.В., Тандоев А.Ю. Применение CASE-средства Erwin 2.0 для информационного моделирования в системах обработки данных. "СУБД", 1995, №3.

23. Горстко А. Б., Домбровский Ю. А., Сурков Ф. А. Модели управления эколого-экономическими системами. М.: Наука, 1984. 117с.

24. Горчинская О.Ю. Designer/2000 новое поколение CASE-продуктов фирмы ORACLE. "СУБД", 1995, №3.

25. Демиденко Е. 3. Линейная и нелинейная регрессия. М.: Статистика, 1981. с.300.

26. Дербаль М., Марасанов А.К. Математические модели процесса миграции загрязнителей в подземных водах. //Сборник трудов PAT

27. Информационные проблемы транспортных систем»/ Под редакцией Бутова А.С., СПб, издательство СГУВК, 2000, с. 73-76.

28. Додонов А. Г., Клещев Н. Т., Клименко В. Г. Анализ отраслевых вычислительных сетей. JI.: Судостроение, 1990. с.255.

29. Драмонд М. Методы оценки и измерений дискретных вычислительных систем. М.: Мир, 1977. с.381.

30. Дрейнер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973. с.391.

31. Дроган С. В., Копанев А.' А., Францев Р. Э. Основы информационных систем. СПб.: СПГУВК, 1998. с.88.

32. Дружинин В.В., Конторов Д. С. Проблемы системологии. М.: Сов. радио, 1976. с.200.

33. Дурандин К. П., Ефремов В. Д., Колесников Д. Н. Методы анализа эффективности функционирования сложных систем. Л.: ЛПИ, 1978. с.77.

34. Железнов И. Г. Сложные технические системы (оценка характеристик). М.: Высшая школа, 1984. с. 119.

35. Зиндер Е.З. Бизнес-реинжиниринг и технологии системного проектирования. Учебное пособие. М., Центр Информационных Технологий, 1996.

36. Иванищев В. В., Михайлов В. В., Тубольцева В. В. Инженерная экология. Л.: Наука, 1989. с. 145.

37. Иванов А., Кознов Дм., Мурашева Т., Поведенческая модель RTST++-// Записки семинара кафедры системного программирования "CASEсредства RTST++". Вып. 1. ~ СПб, Издательство С.-Петербургского университета, 1998, с. 37-49.

38. Имитационное моделирование производственных систем / Под ред. А. А. Вавилова. М.: Машиностроение, 1983. с.234.

39. Калянов Г.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). М., "Лори", 1996.

40. Киселев В. Г., Матросов А. В. Численное моделирование в инженерных исследованиях. СПб.: СГТГУВК, 1998. с.160.

41. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979.с.600.

42. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. с.432.

43. Копанев А. А. Информационное и техническое обеспечение тренажерных комплексов. СПб.: СПГУВК, 1998. с. 139.

44. Кулибанов Ю. М., Истомин Е. П., Саханов 3. И. Основы создания сложных информационных систем. СПб.: СПГУВК, 1998. с.71.

45. Кулибанов Ю. М., Кулибанов М. Ю., Амами Хатем. Экосистема как объект автоматизированного управления / Сб. научных трудов "Методы прикладной математики в транспортных системах" СПб.: СПГУВК, 1998. с.137-141.

46. Кулибанов Ю.М., Кутузов О.И. Имитационное моделирование, статистический метод. Санкт-Петербург, «Судостроение», 2002. 131 с.

47. Ладенко И. С. Имитационные системы (методология исследований и проектирования). Новосибирск: Наука, 1981. с.300.

48. Ларичев О. И., Мошкович Е. М. Качественные методы принятия решений. М.: Наука, 1996. с.210.

49. Лифшиц А. Л., Мальц Э. А. Статистическое моделирование систем массового обслуживания. М.: Сов. радио, 1978. с. 248.

50. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. М., "МетаТехнология", 1993.

51. Марлей В. Е. Моделирование сложных систем на основе распределенных алгоритмических сетей / автореферат диссер. на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб.: Институт информатики и автоматизации РАН, 1998. с.31.

52. Марчук Г. И. и др. Математические модели в геофизической гидродинамике и численные методы их реализации. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. с.295.

53. Математические модели рационального природопользования / Под ред. В. В. Пененко. Новосибирск: Наука, 1989. с. 136.

54. Математическое моделирование водных экосистем / Труды советско-американского симпозиума. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. с.310.

55. Мейстер Д. Эргономические основы разработки сложных систем. М.: Мир, 1979. с.456.

56. Менджел М., Кларк К. Динамические модели в экологии поведения. М.:Мир,1992. с.ЗОО.

57. Месарович М., Мако Д., Токахара Я. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973. с.310.

58. Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения / Под ред. И. К. Гавич. М.: Недра, 1985. с.320.

59. Миколаш Я., Питтерман Л. Управление охраной окружающей среды. М.: Прогресс, 1983. с.237.

60. Модели управления природными ресурсами / Под ред. В. И. Гурмана. М.: Наука, 1981. с.264.

61. Моделирование процессов экологического развития / Сб. трудов, выпуск 2, ВНИИ системных исследований. 1985. №2. с.92.

62. Моисеев Н. Н. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975. с.528.

63. Моисеев Н. Н., Александров В. В., Тарко А. М. Человек и биосфера. М.: Наука, 1985. с.271.

64. Морозов В. П., Дымарский Я. С. Элементы теории управления ГАП. Л.: Машиностроение, 1984. с.333.

65. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. М.: Мир, 1990. с.208.

66. Новоженов Ю.В. Объектно-ориентированные технологии разработки сложных программных систем. М., 1996.

67. Обзор нотаций методологии RTST+-+. Технический отчет, www.

68. Панащук С. А. Разработка информационных систем с использованием CASE-системы Silverrun. "СУБД", 1995, №3.

69. Парфенов В.В., Терехов А.Н. RTST технология программирования встроенных систем реального времени. Системная информатика. Вып. 5: Архитектурные, формальные и программные модели. Новосибирск, 1997, с. 228-256.

70. Петров Ю.К. JAM инструментальное средство разработки приложений в информационных системах архитектуры "клиент/сервер", построенных на базе РСУБД. "СУБД", 1995, №3.

71. Петровский И. Г. Лекции по теории обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1964. с.272.

72. Петросян Л. А., Захаров В. В. Введение в математическую экологию. Л.: ЛГУ, 1986. с.222.

73. Понтрягин Л. С. и др. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1969. с.384.

74. Поспелов Д. А. Логико-лингвистические модели в системе управления. М.: Энергоиздат, 1981. с.232.

75. Построение экспертных систем / Под ред. Ф. Хейста-Роты. М.: Мир, 1987. с.441.

76. Пэнтл Р., Методы системного анализа. М.: Мир,1979. с.213.

77. Риклефс Р. Основы общей экологии. М.: Наука, 1979. с.250.

78. Рубак В. Я., Киримок Н. И., Дедиков Э. А. Системное проектирование АСУ. Кмев: Техника, 1983. с. 136.

79. Саати Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: Сов. радио, 1965. с.510.

80. Саттц Т., Керне К. Аналитическое планирование. Организация систем. М.: Радиосвязь, 1991. с.224.

81. Сергиенко И. В. Математические модели и методы решения задач дискретной оптимизации. Киев: Наук, думка, 1985. с.382.

82. Сомов А. И. Статистическая классификация в системах управления экологической ситуацией / Сб. научных трудов "Автоматизация решения транспортных задач". СПб.: СПГУВК, 1998. с.62-69.

83. Терехов А.Н. RTST технология программирования встроенных систем реального времени. // Записки • семинара кафедры системного программирования "CASE-средства RTST++". Вып. 1. -- СПб, Издательство С.-Петербургского университета, 1998, с. 3-17.

84. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979. с,288.

85. Тощев A. ERwin и автоматическая генерация кода клиентских приложений. Компьютер Пресс, 1998, №10.

86. Турчак JI. И. Основы численных методов. М.: Наука, 1987. с.318.

87. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем. М.: Мир, 1981. с.576.

88. Форрестер Дж. Динамика развития города. М.: Прогресс, 1974. с.287. .

89. Фрэнк Г., Чжоу В. Топологическая оптимизация сетей ЭВМ / Системы передачи данных и сети ЭВМ. М.: Мир, 1974. с.147-162.

90. Халиуллин Ю. М., Голосов А. И. Методологические основы управления экологической безопасностью производственно-хозяйственных систем / Сб. научных трудов "Управление в транспортных системах" СПб.: СПГУВК, 1995. с.133-137.

91. Храмшин С. К., Ченцов В. М. Живучесть сетей передачи информации / Изв. АН СССР. Техн. кибернетика. 1976. №4. с.91-92.

92. Чепурных Н. В., Новоселов А. Л. Планирование и прогнозирование природопользования. М.: Интерпракс, 1995. с.288.

93. Шеридан Т. Б., Феррелл У. Р. Системы человек-машина. М.: Машиностроение, 1980. с.390. ' •

94. Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях. Киев, "Диалектика", 1993.

95. Юдин Д. Б., Голыптейн Е. Г. Линейное программирование. М.: Наука, 1969. с.775.

96. Andersson М., Bergstrand J. Formalizing Use Cases with Message Sequence Charts. Master thesis. Department of Communication Systems at Lund Institute of Technology. EFD LTH. May 1995. http://www.efd.lth.Se/~d87.man/EXJOBB/ps.hl:iTil. 82 p.

97. Barker R. CASE*Method. Entity-Relationship Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990.

98. Barker R. CASE*Method. Function and Process Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990.

99. Boehm B.W. A Spiral Model of Software Development and Enhancement. ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, Aug. 1986.

100. Booch G. Object-Oriented Analysis And Design With Application, second edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. 1994. 589 p.

101. Chris Gane, Trish Sarson. Structured System Analysis. Prentice-Hall,1979.

102. DATARUN Concepts. Computer Systems Advisers Research Ltd.,1994.

103. Edward Yourdon. Modern Structured Analysis. Prentice-Hall, 1989.

104. Harten A., Hyman J. M., Lax P. D., On finite-difference approximations and enstrophy conditions for shocks-Comm. Pure and Appl. Math., 1976, r.29, №3, 297-322 p.

105. IEEE Std 1209-1992. IEEE Recommended Practice for the Evaluation and Selection of CASE Tools.

106. IEEE Std 1348-1995. IEEE Recommended Practice for the Adoption of CASE Tools.

107. ITU Recommendation Z.100: Specification and Description Language (SDL-96),ITU General Secretariat Sales Section, Place de Nations, CH-1211 Geneva 20, 218 p.

108. ITU Recommendation Z.120 Message Sequence Chart (MSC-96), ITU General Secretariat Sales Section, Place de Nations, CH-1211 Geneva 20. 95 p.

109. ITU SDL Methodology Guidelines and Bibliography. Appendices I To Recommendation Z. 100, ITU General Secretariat Sales Section, Place de Nations, CH-1211 Geneva 20, 170 p.

110. Jaiswal N. K. Priority queues. New York and London: Academic Press, 1968. 280 p.

111. Marca D.A, McGowan C.L. SADT: Structured Analysis and Design Techniques New York: McGraw-Hill ,1988.

112. PVCS Tracker. User's Guide.

113. PVCS Version Manager. User's Guide.113. QA Partner. User's Guide.

114. Rambaugli J., Blaha M., Premerlani W., Eddy F., Lorensen W. Object-Oriented Modeling and Design, Prentice-Hall. 1991. 500 p.

115. SDT 3.1. Technical Presentation. Telelogic 1997. 54 p.

116. SE Companion Installation and Administration Manual. SECA Inc.,1995.

117. Selic В., G.Gullekson, P.T. Ward. RTST++-Time Object-Oriented Modeling. John Wiley & Sons. Inc. 1994. 525 p.

118. Stephan F. F. Two queues under preemptive priority with Poisson arrival and service rates, Operations Res., 6 (1958), p. 399-418.

119. Takaes L., Priority queues, Operations Res., 12 (1964), p. 63-74.

120. Tom DeMarco. Structured Analysis and System Specification. Yourdon Press, New York, 1978.

121. UML semantics, version 1.1. http://www.rational.com/uml. 1997, 1621. P

122. Uniface V6.1 Designers' Guide. Uniface B.V., Netherlands, 1994.

123. Wasowski M., Witaszek D., Verscliaeve K., Wydaeghe В., Holz E., Jonckers V. Methodology (the comlete OMT*). Report 1.4, December 1995. 102 P

124. Westmount I-CASE User Manual. Westmount Technology B.V., Netherlands, 1994.

125. White H., Christie L. S., Queuing with preemptive priorities or with breakdown, Operations Res., 6 (1958),p.79-85.

126. Yourdon E. Modern Structured Analysis. Prentice-Hall, 1989, 672 p.