автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методы и алгоритмы определения архитектуры и функционально - организационного содержания распределенных геоинформационных систем управления

На правах рукописи

АЛЕКСЕЕВ Игорь Борисович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРХИТЕКТУРЫ И ФУНКЦИОНАЛЬНО - ОРГАНИЗАЦИОННОГО СОДЕРЖАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

□03448262

Специальность 05 13 01 - "Системный анализ, управление и обработка информации"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

дтн АС Лакаев

Москва, 2008

003448262

Работа выполнена в ФГУП Межотраслевой научно - исследовательский институт

«ИНТЕГРАЛ»

Научный руководитель

Доктор технических наук Лакаев Анатолий Семенович

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Саксонов Евгений Александрович Кандидат технических наук Каталов Юрий Тшранович

Ведущая организация

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет геодезии и картографии» (МИИГАиК)

Защита диссертации состоится « 21 » октября 2008 г в часов на заседании диссертационного совета Д 212 133.01 при Московском государственном институте электроники и математики 109028, Москва, Б Трехсвятительский пер, дом 3 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭМ

Автореферат разослан <у^> (р ^ 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

,о

•¿О/

СЕ Бузшпсов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современный этап развития общества характеризуется ужесточением требований к достоверности и оперативности управленческих решений, принимаемых должностными лицами министерств, ведомств, крупных государственных и корпоративных структур (далее - ведомства) Ключевой особенностью такого управления является функционирование управляющих систем в условиях неполноты и неточности фактурной и процедурной информации

Особенно актуальным этот вопрос является для ведомств повышенной ответственности, где ошибки управления могут привести к возникновению особых, специальных, нештатных ситуаций (не обязательно чрезвычайных), где управляющие воздействия вырабатываются на основе обработки больших массивов информации, в жестких временных рамках и сложных условиях (МЧС России, Пограничные войска ФСБ России, Минобороны России, МВД России) В данных ведомствах разработаны и реализуются специальные программы по автоматизации процессов управления, например, программа «Государственная граница Российской Федерации», предусматривающая повышение уровня автоматизации Пограничных войск ФСБ России

Автоматизированные расчетно-информационные системы рассматриваемых ведомств имеют ряд особенностей по сравнению с аналогичными системами других ведомств, что обусловлено, в первую очередь, использованием для управления единого1, постоянно обновляемого2, гибкого к изменениям внешней среды и управляемого3 геопространства Свое влияние на процесс выработки управляющих воздействий этот фактор оказывает посредством привлечения к управлению количественно - качественных результатов решения множества информационно-расчетных задач (ИРЗ) и выводов из анализа текущей и прогнозируемой геопнформационной обстановки

Область, предмет и цель исследования

Область исследования диссертационной работы определяется следующим образом распределенные автоматизированные расчетно-информационные системы управления ведомствами повышенной ответственности В дальнейшем такие системы будем называть геоинформационными системами управления (ГСУ) Распределенные геоинформационные системы управления - это информационно - расчетные системы, у которых рабочей средой являются геоинформационные технологии, а выходные результаты, обеспечивающие выработку управляющих воздействий, представляются как в виде непосредственных геопространственных данных, так и в виде картографической и расчетной информации, полученной после их обработки

Геоинформационные технологии являются геоинформационным инструментарием ГСУ В настоящее время эти технологии объединены в так называемые геоинформационные системы (ТИС), которые решают задачи сбора, генерации, хранения, предварительной обработки, поиска, передачи, представления и воспроизведения геоинформации

ГСУ можно характеризовать совокупностью двух ее составляющих (двух характеристик) архитектура (структура и состав) и функциональное содержание Первая характеристика адекватна ведомственной идеологии автоматизации и определяется перечнем автоматизируемых звеньев управления и территориальных подразделений ведомства, а так-

1 Под единством геоинформашонного пространства понимает« распространение его свойств на всю распределенную ведомственную структуру управления

2 Постоянство обновления обеспечивает соответствие ааиныя о геоимформапионной обстановке на период осуществления управленческих действий

3 Гибкость к внешней среде и управляемость виртуального геоинформашонного пространства - возможность разнообразного использования информации о местности и оперативной обстановке и перемещения в пространстве в произвольных направлениях.

же степенью их автоматизации, вторая характеристика - множество информационных и расчетных задач управления (ИРЗ), их комплексирование, важность для пользователя, особенности и порядок решения и представления выходных данных

По результатам анализа этих двух характеристик ГСУ можно достаточно обоснованно принимать решение о целесообразности ее создания и развертывания Однако, даже в случае положительного ответа на данный вопрос, приступать к непосредственной разработке системы было бы преждевременным, так как вывод о целесообразности ее создания не подкреплен уверенностью в возможности практической реализации функционального содержания в разумных стоимостных и временных ограничениях Отсутствуют ответы на вопросы

- о выборе наиболее эффективной организации и параметров процесса разработки ИРЗ В зависимости от количественно-качественного состава привлекаемого коллектива специалистов может быть выбран последовательный, параллельно - последовательный или параллельный методы работы по автоматизации отдельных подмножеств задач и задач внутри каждого подмножества,

- о порядке разработки ИРЗ, обеспечивающей минимум возможных корректировок при использовании выходных и промежуточных результатов их решения задачами - потребителями этих данных

Иными словами неясно организационное содержание ГСУ, то есть оптимальная организация работы по автоматизации функционального содержания системы

В отличие от функционального содержания, которое определяет перечень и важность задач управления при эксплуатации ГСУ, особенности видов обеспечения и служит основой для разработки нормативно-дирекшвных документов по ее целевому использованию, организационное содержание определяет организацию и характеристики процесса создания системы

Создание ГСУ, являющихся содержанием области исследования диссертационной работы, требует разработки новых инструментов (новых методов и алгоритмов) определения этих характеристик системы

Предмет исследования диссертационной работы формулируется следующим образом методы и алгоритмы определения архитектуры и функционально - организационного содержания распределенных автоматизированных геоинформационных систем управления Исследования по их разработке осуществляются в научно - методической среде теории системного анализа, оптимизации, управления, принятия решения и обработки информации, а также методов и алгоритмов получения, анализа и обработки экспертной информации

Причинно-следственная связь предмета исследования и цели исследования выражается в определенном корреляционном соответствии между ними, поэтому наиболее логично цель исследования сформулировать следующим образом создание методического аппарата разработки распределенных автоматизированных геоинформационных систем управления, обеспечивающего повышение степени формализации и унификации данного процесса

Степень разработанности темы

Методы проектирования АСУ еще недавно сводились, по существу, к двум обобщениям прецедентному методу, основанному на использовании уже апробированных решений для автоматизации другого ведомства, и методу проектирования, предусматривающему автоматизацию сложившейся последовательности действий должностных лиц органов управления в неавтоматизированном режиме Однако данные методы, с одной стороны, не могут в полной мере учесть специфику работы ведомства в автоматизированном режиме,

и, с другой стороны, не используют возможности, которые предоставляют методы проектирования с более глубокой научной проработкой

Основные принципы создания автоматизированных систем управления, не потерявшие актуальность и в наше время, были сформулированы более 30 лет назад Среди наиболее употребительных и методологически полно проработанных подходов к проектированию, разработанных на основе данных принципов, можно выделить системный, объектно - ориентированный и концептуальный подходы Сравнительный анализ указанных подходов показал, что наиболее приемлемым для целей проектирования ведомственных ГСУ является объектно - ориентированный подход, а эффективными методами его реализации в части определения архитектуры системы - метод анализа иерархий, в части определения функционально - организационного содержания системы - экспертный метод с организацией экспертного опроса по способу Дельфи

Рассмотрению вопросов проектирования АСУ посвящено достаточно много исследований Подавляющее большинство этих работ носят общетеоретический характер, анализируют и рассматривают преимущественно методологические основы различных подходов к проектированию В лучшую сторону, с точки зрения возможности использования для практического проектирования архитектуры ГСУ, можно отметить работы Саати Т и Мееровича М, Мако Д, Такахара И Однако и у этих авторов основное внимание уделено обобщенным иерархическим схемам целей, обеспечивающих решение крупных хозяйственных проблем типа «обеспечение энергетической безопасности страны», «планирование роста народонаселения» и т п Рассмотрение же вопросов поиска архитектур ведомственных автоматизированных систем отсутствует и здесь

В основе методов и алгоритмов определения функционально - организационного содержания ГСУ лежит методология экспертного опроса Эти вопросы также изложены во многих источниках, например, в книгах Евланова Л Г, Кутузова В А , Бешелева С Д, Гур-вич Ф Г и др

Однако необходимость комплексной оценки функционального и организационного содержания ГСУ требует разработки и реализации новых подходов и новых методик оценки

Задачи исследования

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих основных

задач

1 Исследование целесообразности применения иерархического метода анализа сложных систем для достижения цели работы

2 Анализ и выбор методов экспертного анализа, обеспечивающих достижение цели исследования

3 Анализ отечественных и зарубежных геоинформационных систем, определение целесообразности их использования, роли и места в составе ГСУ

4 Обоснование показателей, критериев и нового подхода к определению квалификационных рангов экспертов

5 Обоснование показателей функционального и организационного потенциалов автоматизируемых задач

6 Разработка методического аппарата, методик и алгоритмов определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ

7 Апробация полученных результатов на примере разработки конкретной ГСУ

Методы исследования

Для решения задач разработки научных основ и формализации методов и алгоритмов определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ при-

менялись методы системного анализа, теории принятия решений и обработки информации, теории графов, теории измерений и математической статистики, анализа и обработки экспертной информации

Результаты, выносимые на защиту

1 Методика определения архитектуры ведомственных ГСУ, обеспечивающие повышение научной обоснованности и степени формализации процесса их создания

2 Методическии аппарат определения функционально - организационного содержания ГСУ, объединяющий процессы поиска этих составляющих в единую логическую последовательность отдельных методик при обеспечении доминирующей роли первой из них

3 Новый подход и индивидуально-групповой показатель оценки компетентности экспертов, позволяющий повысить обоснованность процесса формирования экспертной группы, а также обеспечить увеличение скорости сходимости экспертного процесса и точности групповой оценки индивидуальных мнений

4 Показатели функционального потенциала ИРЗ, служащие регулятором видов обеспечения и организующим элементом формирования нормативно-справочной базы процесса эксплуатации ГСУ

5 Показатели организационного потенциала, донорской и клиентской характеристик ИРЗ, определяющие параметры процесса их разработки

6 Результаты практической апробации методов и алгоритмов определения архитектуры и функционально-организационного содержания конкретной ГСУ

Научная новизна результатов

В результате выполнения диссертационной работы были разработаны методические и практические основы определения архитектуры и функционально - организационного содержания ГСУ, а именно

1 Методы и алгоритмы определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ, нашедшие свое практическое воплощение в виде

1 1 Методики определения архитектуры ведомственных ГСУ, отличающейся от известных практической реализацией принципов объектно-ориентированного проектирования методом анализа иерархий

1 2 Методического аппарата поиска функционально - организационного содержания ведомственных ГСУ и последующего определения на этой основе параметров эксплуатации, а также характеристик процесса организации разработки задач

2 Новый индивидуально-групповой показатель компетентности экспертов, учитывающий априорную информацию о количественно - качественном составе экспертной группы

3 Новый показатель функционального потенциала информационно - расчетных задач

4 Новый показатель организационного потенциала информационно - расчетных задач

Предложенные показатели компетентности экспертов, функционального и организационного потенциалов ИРЗ служат определяющей основой методического аппарата поиска функционально - организационного содержания ГСУ

Практическая ценность и внедрение результатов

Решение вышеуказанных задач в диссертационной работе позволяет практически осуществлять

1 Повышение обоснованности определения целесообразности создания и параметров разрабатываемых ГСУ за счет совместного, в едином технологическом цикле рассмот-

б

рения вопросов поиска архитектуры, функционального и организационного содержания системы

2 Формализацию учета индивидуальных особенностей ведомственных ГСУ в целом и их структурных подразделений при разработке технической документации на создание системы

3 Повышение эффективности разработки и эксплуатации ГСУ, подготовки директивных, нормативных и других руководящих документов, регламентирующих данные процессы

4 Исключение технологических задержек при переходе к непосредственной разработке ГСУ после принятия решения на ее создание

Практическая ценность разработанных методов и алгоритмов определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ подтверждается внедрением полученных результатов в следующие проекты и организации

- в Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации, государственный контракт № 6410 0810000 06 096 от 1 ноября 2006 г на выполнение ОКР «Разработка отечественной технологии комплексной обработки геоинформации для электронных систем двух и трехмерного отображения обстановки и местности» Итоговый отчет по ОКР Головной исполнитель - Институт проблем информатики РАН,

- в Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) - при разработке курса лекций по специальности «Информационные системы» и при выполнении НИР по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006 - 2008 годы)»,

- в заказывающую организацию одной из силовых структур (войсковая часть 34434) при разработке специализированной ГСУ

Практическая значимость и внедрение получеш1ЫХ автором результатов подтверждены соответствующими документами

Апробация работы п публикации

Апробация разработанных методов и алгоритмов определения архитектуры и функционально - организационного содержания распределенной ГСУ была проведена в ходе разработки соответствующей системы для районного звена управления конкретного ведомства повышенной ответственности Полученные результаты были одобрены соответствующими руководящими структурами, а предложенный методический аппарат включен в ведомственный комплекс математических моделей и алгоритмов

Основные положения, представленные в диссертации, регулярно докладывались и обсуждались на научных мероприятиях различного уровня В том числе на

- 4-ой Международной конференции по информационным и телекоммуникационным технологиям в интеллектуальных системах, Italy, Catania, May 27 - June 03,2006

- X - ом научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии в автоматизированных системах», секция «Проектирование систем», Московский государственный институт электроники и математики (Технический университет), 2007

- 5-ой Международной конференции по информационным и телекоммуникационным технологиям в интеллектуальных системах Mallorca, Spam - May 31 - June 07,2007

- Ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2006-2007 гг

Результаты диссертационной работы непосредственно отражены в 12 публикациях в научно-технических журналах, в том числе в журналах ВАК, и трудах отечественных и зарубежных конференций

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, перечня литературы (81 наименование) и семи приложений, включающих исходные данные и промежуточные результаты апробации разработанных методов и алгоритмов, а также акты внедрения результатов работы Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, из них 168 страниц - основной текст и 16 страниц - приложения, содержит 22 рисунка и 18 таблиц (12 - в основном тексте и 6 в приложениях)

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, охарактеризована степень разработанности темы, на уровне содержательного описания определены ее цель и задачи, сформулированы положения, выносимые на защиту, их научная новизна и практическая ценность Кратко пояснена апробация и приведена аннотация составных частей диссертации

В первой главе проведен анализ существующего научно - методического аппарата создания распределенных автоматизированных систем управления, оценена возможность его использования для целей разработки ГСУ, выбраны и обоснованы методы и намечены пути их адаптации для достижения цели диссертационной работы В частности, проведен анализ и осуществлена оценка состояния и тенденций развития существующих и перспективных подходов к определению архитектуры ГСУ

В настоящее время наиболее употребительными и методологически достаточно полно проработанными являются три основных подхода к проектированию

1 Системное проектирование

2 Объектно - ориентированное проектирование

3 Концептуальное проектирование

При системном подходе проектируемый объект рассматривается как динамическое структурное образование в единстве всех взаимоотношении ее компонентов, тогда как мо-ноаспектный или комплексный подходы исследуют объекты с одной или нескольких релевантных сторон в статике Можно сказать, что системный подход всегда является комплексным, обратное же неверно

Объектно - ориентированный подход по сравнению с системным обеспечивает ряд существенных преимуществ, в частности

- введение иерархии классов, что позволяет в полной мере использовать возможности объектно - ориентированных инструментов их создания, а также поддержка классов и объектов в пространстве и во времени,

- существенное повышение уровня унификации разработки и пригодность для повторного использования не только программ, но и проектов, что в дальнейшем ведет к созданию среды разработки,

- простота внесения изменений за счет использования стабильных промежуточных описаний Это дает системе возможность развиваться постепенно и не приводит к полной ее переработке даже в случае существенных изменений исходных требований

Предметом концептуального проектирования являются сущностные отношения общества и общественного производства и соответствующие им организационно - экономические формы Предполагается, что основные положения концептуального проектирования могут быть в будущем с успехом применены и для проектирования традиционных АСУ, однако эти задачи не составляют основной области его применения и в настоящее время разработка технических аспектов метода еще продолжается

Современная практика разработки архитектуры автоматизируемых систем управления базируется, в основном, на объектно-ориентированном подходе к проектированию, являющемся

- более продуктивным и развитым по сравнению с системным подходом,

- более специализированным и имеющим больший опыт применения, чем развивающийся концептуальный подход

Дополнительными аргументами в пользу выбора данного подхода к проектированию ГСУ являются

- простота испотьзования для его реализации достаточно хорошо разработанного метода анализа иерархий,

- эффективность привлечения уже апробированных прецендентных решений и разработок,

- возможность гармоничного учета личностного опыта управления в неавтоматизированном режиме

Для определения функционального и организационного содержания ГСУ наиболее эффективным и отвечающим характеру данной проблемы является экспертный метод Организационно - финансовое обеспечение экспертизы значительно упрощается в случае, если предусмотренные мероприятия включаются в перечень работ по разработке технической документации проекта

Особенности содержания стадий экспертизы следующие

Организационно-техническая подготовка экспертизы

Основным содержанием данной стадии является подготовка и издание руководящего документа, в котором формулируется цель работы и основные положеши по ее выполнению

Формирование экспертной группы

На первом этапе экспертизы (определение функционального содержания ГСУ) целесообразно использовать существующий и достаточно мощный информационный потенциал, накопленный в процессе управления ведомством за достаточно большой срок и учитывающий практически все особенности и возможные последствия принятия тех или иных решений Источниками данных знаний являются нормативно - директивные документы, регулирующие все аспекты деятельности ведомства, а также практический опьгт управления, выработанный в процессе реализации различных управляющих воздействий как с привлечением, так и без привлечения средств автоматизации Аккумуляторами информационного потенциала такого рода являются должностные лица органов управления

Второй этап экспертизы (определение организационного содержания ГСУ) предполагает использование информационного потенциала иного рода, а именно опыт, навыки и интуицию создателей автоматизированных систем управления, разработчиков информационно - расчетных задач, специалистов по геоинформатике На этом этапе необязательно требование принадлежности привлекаемых экспертов к сферам деятельности автоматизируемого ведомства, достаточно наличие опыта в разработке информационно - расчетных задач произвольного назначения Исторически сложившейся отличительной чертой экспертов, работающих на данном этапе экспертизы, является наличие меньшего стажа работы (а значит и меньшего опыта) по сравнению с экспертами первого этапа, поэтому эта группа экспертов должна быть более многочисленной, чем первая

Проведение экспертного опроса

Наиболее приемлемым и практически реализуемым при проведении диссертационных исследований является заочная организация процедуры опроса без личных контактов (анонимное анкетирование) В этом случае эксперты непосредственно не контактируют друг с другом, благодаря чему уменьшается психологическое давление со стороны группы на каждого отдельного эксперта В основе процедур данного типа лежит так называемый "дельфийский метод"

Недостатки, присущие данному методу (большие затраты времени на многотуровую экспертизу и полное исключение столкновения мнений экспертов), несущественны и не могут служить основанием для отказа от его применения

Определение коллективных экспертных оценок

Исходя из анализа квалификации привлекаемых экспертов, можно утверждать, что они могут рассматриваться как качественный информационный источник и, следовательно, результаты экспертных измерений близки к истинным значениям В таком случае для обработки результагов группового экспертного оценивания можно успешно применять методы математической статистики, основанные на осреднении данных

Кроме этого в данной 1лаве, на основе проведенного анализа по выбору и обоснованию методов создания распределенных ГСУ, сформулирована научная задача исследования

Таким образом, в главе сделаны следующие выводы

1 ГСУ, как функционально законченное устройство, полностью определяется совокупностью следующих ее характеристик архитектуры и функционального содержания, что позволяет оценить ее потенциальные возможности и эффективность использования в управлении

2 Архитектура системы адекватно определяет пространственно - ведомственную область автоматизации, то есть перечень автоматизируемых звеньев управления и территориальных подразделений ведомства, а также степень их автоматизации Продуктивным подходом к определению архитектуры ГСУ является объектно-ориентированный подход

3 Функциональное содержание ГСУ является производной ее функционального предназначения и зависит как от объективных факторов управления - направленности и особенностей работы автоматизируемого ведомства, так и от субъективных факторов -принятых в том или ином органе управления алгоритмов работы и личностных особенностей потенциальных пользователей

При поиске функционально - организационно! о содержания ГСУ наиболее эффективен экспертный метод Дельфи Методический аппарат, реализующий данный метод, предусматривает организацию работы и обработку экспертных мнений двух групп экспертов специалистов в области управления - для определения функционального содержания ГСУ, специалистов в области автоматизации - для определения организационно! о содержания системы

4 Дополнительной характеристикой ГСУ, которую предлагается рассматривать совместно с предыдущими, является организационное содержание системы, определяющее параметры процесса создания системы Такое рассмотрение ГСУ позволяет одновременно оценить ее как с эксплуатационной точки зрения (с точки зрения будущих пользователей), так и с точки зрения экономической целесообразности ее разработки (с точки зрения разработчиков системы)

5 Учитывая объективно существующую связь организационного и функционального содержания ГСУ и необходимость их комплексного рассмотрения при принятии решения по созданию и развертыванию системы, целесообразно отражать результаты исследовании в этих направлениях в базовых проектных документах

Во второй 1лаве диссертации разрабатывается методика определения архитектуры ГСУ Предлагается следующая последовательность действий проектантов

1 Анализ имеющейся исходной информации и уяснение задач управления ведомством

- изучение, анализ и обобщение руководящих, нормативно-справочных и других документов, регламентирующих функционирование системы управления,

- изучение и анализ принятой ведомственно - территориальной идеологии автоматизации,

- изучение, анализ и обобщение прецедентных решений и разработок;

- изучение, анализ и обобщение практического опыта аппарата управления

2 Разработка логико-структурных моделей управления ведомством

- модульной иерархической схемы управления,

- ведомственно - территориальной структуры управления,

3 Разработка иерархических схем построения ГСУ

- иерархической функциональной схемы ГСУ,

- структурно-функциональных схем звеньев управления ГСУ

4 Определение функционального предназначения и особешюстей элементов структурно-функциональных звеньев ГСУ

Первый этап работы методики носит общий характер, его содержание соответствует своему названию

Второй этап работы методики - разработка логико-структурных моделей управления ведомством - базируется на методе анализа иерархий Элементами иерархий являются цели, виды деятельности, виды обеспечения, области применения На практике не существует установленных процедур их определения для включения в иерархию Чаще всего источниками, которые позволяют определить элементы иерархий, являются руководящие, нормативно - справочные и другие документы, регламентирующие функционирование исследуемой структуры Полезным инструментом при определении элементов иерархий является деятельность по анализу и обобщению опыта работы должностных лиц управления

Модульная иерархическая схемы управления

Структурно данная схема состоит из трех взаимосвязанных элементов цели, обеспечивающих и внешних элементов На вершине иерархии находится общая цель системы, ее достижение обеспечивается всей деятельностью ведомственной структуры, ей подчинены все элементы ведомства, включая органы управления

Общая цель системы является доминантой частных целей первого, второго и, возможно, последующих порядков, что является естествешшм для иерархий, связанных с планированием и конфликтами Частные цели первого и последующих порядков (классы объектов в терминологии объектно-ориентированного подхода к проектированию) в совокупности накрывают практически все направления деятельности ведомства

Ведомственно - территориальная структура управления

Структурно ГСУ как средство обеспечения управления должна адекватно отображать организационную структуру ведомства, то есть иметь, в общем случае, четырехзвен-ное иерархическое построение (федеральный, региональный, районный и местный уровни управления) Элементы этой структуры объединены телекоммуникационными каналами обмена информацией и информационно взаимодействуют с другими ведомствами и структурами

Третий этап работы методики - разработка иерархических схем построения ГСУ -также базируется на методе анализа иерархий Элементами иерархий в этом случае являются направления деятельности ведомства, обобщенные комплексы задач, частные задачи, решение которых необходимо для достижения намеченных ранее целей, виды обеспечения ГСУ Здесь наиболее полезным является опыт специалистов в области информатики, разработки и эксплуатации автоматизированных систем

Иерархическая функциональная схема ГСУ

Состоит из трех взаимосвязанных и в общем случае многокомпонентных элементов, аналогичных первой схеме Общая цель ГСУ не должна противоречить общей цели функционирования ведомства, которая изложена в основных доктринальных и директивных до-

кументах Она может быть сформулирована следующим образом «Информационно - расчетное обеспечение решении по выполнешпо функционального предназначения ведомства»

Частные цели первого порядка в совокупности накрывают все основные направления деятельности ведомства Частные цели второго порядка накрывают практически все второстепенные направления и, в соответствии с предложенной иерархией, служат частным целям первого порядка Кроме этого, они обеспечивают их геоинформацией различного типа и предназначения (постоянной, переменной, текстовой, картографической, семантической и т п)

Базовыми элементами иерархической схемы являются элементы, представляющие функции специального обеспечения системы В качестве такого обеспечения, что является специфической особенностью именно геоинформационных систем, используется комплекс базовых геоинформационных технологий К их числу относятся и технологии создания цифровых геопродуктов двухмерного и трехмерного отображения геоинформации об обстановке и местности (оргофотопланов, электронных топографических карт, цифровых моделей рельефа, пространственных моделей местности и т д)

Структура общего обеспечения ГСУ не отличается от общепринятых видов обеспечения автоматизированных систем

- структурно-функциональных схем типового звена управления ГСУ ГСУ звеньев управления ведомства имеют практически однотипный структурно-функциональный и технический состав, за исключением местного звена, где техническое оснащение представлено в сокращенном виде (рис-1)

Существующие специфические особенности ГСУ каждого звена управления определяются, в основном, размерами зоны ответственности, а также количеством возлагаемых на них функций, а значит количеством и особенностями решаемых информационно-расчетных задач, носителями и форматами представления выходных данных

В качестве типового звена управления ведомства выбрано районное звено В нем, в силу специфики возлагаемых на него функций, в достаточно масштабной зоне ответственности решаются задачи как стратегического и общеорганизационного типа, так и тактические задачи по непосредственному управлению подчиненными структурами Кроме этого в данном звене управления в полном масштабе реализуется оперативное рабочее взаимодействие с другими ведомствами

На четвертом этапе работы методики - определение функционального предназначения и особенностей элементов структурно-функциональных звеньев ГСУ - уточняются формулировки, назначение и специфические особенности элементов ГСУ конкретного ведомства

Ядром ГСУ, базовым инструментом обеспечения основной работы должностных лиц управления и подчиненных структур, повседневной деятельности по обустройству подведомственной территории и строительству объектов жизнедеятельности, а также действий по ликвидации последствий стихийных бедствий, катастроф и террористических актов, является расчетная подсистема

Наряду с расчетной подсистемой важным элементом ГСУ является геоинформационная подсистема, формирующая геоинформационную обстановку на подведомственном участке территории и на прилегающих к нему соседних участках

В качестве специального обеспечения автоматизированной системы определены базовые геоинформационные технологии с подробным описанием основных геопродуктов цифровой модели рельефа и пространственной модели местности

Управление и организация обмена информацией

Вспомогательная автоматш система управления

Автоматизированная геоинформационно-расчетная система управления

Расчетная подсистема Геоинформационпая под-

1 Задачи чрезвычайного система

управления 1 Условно постоянная

2 Задачи повседневного геоинформационная об-

управления становка

3 Задачи оценки мас- 2 Переменная геоинфор-

штабов и последствий мационная обстановка

воздействия внешней (оперативная и результаты

среды решения задач)

Базовые геоинформационные технологии

1 Технологии создания цифровых ортофотопланов и создания (обновления) электронных топографических карт

2 Технотогии создания цифровых моделей рельефа

3 Технологии создания синтезированных геоизображений

Подсистема приема, обработки, отображения, хранения и передачи информации о геоинформационной и оперативной обстановке

Информационная телекоммуникационная подсистема

Технические и оперативные источники поступления информации о геоинформационной и оперативной обстановке

Рис-Г Структурно-функциональная схема типового звена управления

Для повышения эффективности применения этих геопродуктов предложен перечень дополнений и уточнений существующих геоинформационных стандартов, направленных на обеспечение целей рассматриваемых ГСУ

В главе сделаны следующие основные выводы

1 Предлагаемая методика определения архитектуры распределенных ГСУ работоспособна и реализует логически строгую последовательность приближений от общих (а зачастую и абстрактных) целей и параметров управления к конкретным структурно-функциональным схемам типовых звеньев ГСУ

2 Качественно новым и перспективным инструментом управления являются пространственные модели местности (ПММ), в которых существующая геоинформация на-

* На рис-1 для исключения перегруженности схемы не показана объективно существующая система общего обеспечения

полняется принципиально новым внутренним содержанием, связанным с психологическим аспектом ее восприятия человеку намного комфортнее воспринимать местность в трехмерном виде

ПММ как перспективное средство управления позволит

- оптимизировать размещение новых объектов и повысить эффективность использования для этого собственных и привлекаемых сил и технических средств,

- оперативно и с высоким качеством осуществлять вариантное планирование целевых мероприятий (за счет всестороннего оперативного изучения и анализа характера местности и оборудования территории на геоинформационной модели местности без проведения рекогносцировок),

- в реальном масштабе времени определять (уточнять) наиболее рациональное направление действий своих сил и средств по ликвидации конфликтных ситуаций,

- оценивать предрасположенность местности и находящихся на ней объектов к изменениям под влиянием природных и техногенных факторов, разрабатывать меры по минимизации возможного ущерба хозяйству районов и оценивать их эффективность,

- в реальном масштабе времени управлять ходом проведения мероприятий по ликвидации последствий стихийных бедствий и техногенных катастроф и восстановлением нарушенных систем жизнеобеспечения,

- осуществлять целевое обучение и тренировки персонала органов управления на тренажерах, имитирующих реальные районы местности будущей деятельности, проводить профессиональный отбор среди обучаемых на замещение определенных штатных должностей

3 Требования ГОСТов к ПММ, создаваемым для управления ведомствами повышенной ответственности, нуждаются в уточнении, доработке и расширении в части

- наличия в модели информации, необходимой для решения информационно - расчетных задач управления,

- адекватности модели времени года, времени суток и текущим метеоусловиям,

- конкретизации характеристик многоплановости изображения элементов и объектов местности, особенно к моделям горной местности (расширение существующего требования)

Также в интересах ведомств в состав базовой информации ПММ следует включить нормативно - справочную информацию о местности, результатах решения информационно - расчетных задач, оперативные данные, добываемые собственными силами и взаимодействующими структурами, а также данные, поступающие от специальных источников

В третьей главе диссертации, как практическое воплощение предложенных методов и алгоритмов, разрабатывается методический аппарат поиска функционально - организационного содержания ГСУ Выбирается и обосновывается структура и содержание, доказывается сходимость и эффективность нового подхода к экспертной оценке, описывается алгоритм работы и раскрывается математическое наполнение данного методического аппарата

Основное концептуальное требование к структурной схеме данного методического аппарата состоит в том, что она должна разрабатываться исходя из обязательности учета двух основных факторов

- привлечения к оценке разных профессиональных групп экспертов управленцев, имеющих достаточный опыт в подготовке и принятии решения в том или ином ведомстве, и разработчиков, опыт работы которых по автоматизации тех или иных функций или действий должностных лиц управления может носить вневедомственный характер,

- соответствия выбранному методу экспертных оценок - методу Дельфи

Структурная схема методического аппарата, учитывающая данные факторы, представлена на рис-2

Первый этап работы методического аппарата - функциональная экспертиза ИРЗ -состоит из трех самостоятельных блоков (частных экспертиз), в совокупности обеспечивающих решение задач отбора, комплексирования и определения функциональной важности комплексов №3 и входящих в них отдельных задач С точки зрения ГСУ результаты этих частных экспертиз используются при определении внутреннего содержания и особенностей видов обеспечения ГСУ, а также при организации работы системы по целевому предназначению Полученные результаты являются исходными для работы методического аппарата на втором этапе

Второй этап работы методического аппарата - организационная экспертиза ИРЗ -также состоит из трех самостоятельных блоков (частных экспертиз), обеспечивающих специальное структурирование задач, направленное на создание оптимального механизма их разработки (выявление по критериям связности автономных подмножеств задач и определение целесообразной очередности разработки подмножеств и задач внутри каждого подмножества) Выходные результаты работы второго этапа методического аппарата используются при организации процесса разработки ИРЗ

Сущность экспертиз, проводимых на первом этапе, заключается в следующем Экспертиза 1 1 - определение перечня задач и комплексов ИРЗ В ходе проведения данной экспертизы определяются перечень и формулировка задач управления, присущих автоматизир>емом> ведомству исключаются из первоначального перечня управленческих задач (дополнитетьно включаются в него) те задачи, которые не используются (являются необходимыми) при реализации автоматизируемых функций

Этап 1.

Функциональная экспертиза ИРЗ

Экспертиза 1 1 Экспертиза 1 2 Экспертиза 1 3

Определение Комплексиров -> Определение

перечня задач и задач и упоря- функциональ-

комплексов доч комплек- ной важности

ИРЗ сов ИРЗ ИРЗ

Исходные данные для работы экспертиз этапа 2

Этап 2

Организационная жстртша ИРЗ

Экспертиза 2 1 Экспертиза 2 2

Определение 1-> Упорядочива-

количества и ние автоном-

содержания ав- ных подмно-

тономных под- жеств задач

множеств задач

Экспертиза 2 3 Определение приоритетности разработки ИРЗ

Перечень ИРЗ,

упорядоченный

по критерию

функциональной

важности (период

эксплуатации

ГСУ)

Перечень ИРЗ, упорядоченный по критерию приоритетности разработки (период создания ГСУ)

Рис- 2 Структурная схема методического аппарата поиска функционально ■ организационного содержания ГСУ

Экспертиза 1 2 - комплексирование задач и упорядочиваете комплексов ИРЗ При проведении данной экспертизы согласованный экспертами перечень автоматизируемых задач управления группируется в соответствии с принадлежностью их к тому или иному направлению деятельности ведомства в отдельные функционально независимые комплексы ЙРЗ Здесь же полученные комплексы упорядочиваются по степени важности анализируемого процесса управления

Экспертиза 1 3 - определение функциональной важности ИРЗ Работа экспертов при проведении данной экспертизы заключается в определении функциональной приоритетности ИРЗ внутри упорядоченных комплексов задач Выходная информация экспертизы будет основополагающей при обеспечении работы ГСУ в различных режимах эксплуатации и подготовке нормативно - директивных документов по ее организации

Обратная связь от экспертизы 1 3 к экспертизе 1 1 иллюстрирует цикличность метода Дельфи на первом этапе работы методического аппарата

На втором этапе работы данного аппарата деятельность вневедомственных экспертов (разработчиков) заключается в проведении следующих экспертиз

Экспертиза 2 1 - определение количества и содержания автономных подмножеств

задач

Содержанием экспертизы является целенаправленная структуризация исходного множества задач, в результате которой осуществляется его разбиение на ряд автономных подмножеств Данные подмножества задач могут разрабатываться независимо друг от друга, и, как следствие, могут допустить параллельную работу различных групп разработчиков

Экспертиза 2 2 - упорядочивание автономных подмножеств задач При проведении экспертизы производится упорядочивание по важности ранее определенных автономных подмножеств задач, что позволяет определить очередность их автоматизации при недостатке разработчиков и невозможности организации параллельной работы

Экспертиза 2 3 - определение приоритетности разработки ИРЗ Результатом экспертизы является разработка информационной модели (содержания и форм представления входной и выходной информации) и выстраивание, на этой основе, целесообразной очередности автоматизации задач в рамках объединяющего их подмножества Это позволяет в целях максимальной экономии материальных и временных ресурсов, выделенных на разработку задач, эффективно использовать существующие между ними причинно-следственные связи

Обратная связь от экспертизы 2 3 к экспертизе 2 1 илчюстрирует цикличность метода Дельфи на втором этапе методики

Исходной информацией для экспертов на первом этапе работы методического аппарата является первоначальное множество ИРЗ, отражающих все стороны деятельности автоматизируемого ведомства (основной, обеспечивающей, по взаимодействию с другими ведомствами, кадровой, хозяйственной и т д) На последующих циклах работы методического аппарата исходная информация дополняется полученной информационной моделью автоматизируемых задач, которая служит основой для возможной переоценки экспертных мнений

Математическая инфраструктура методического аппарата базируется на использовании предложенных показателей индивидуально - группового квалификационного ранга экспертов - я 4 , функционального и организационного потенциалов задач - V, и Ж, соответственно

* < , , (1) Л

I * 1

где к = 1, т - текущий номер эксперта, с к - стаж работы к - го эксперта

Выражение (9) кроме априорной индивидуально-групповой квалификации эксперта позволяет определить также тот минимальный стаж работы, начиная с которого его мнение должно учитываться в данной экспертной группе

Минимальное значение квалификации эксперта, определяющее целесообразность работы с ним, рассчитывается исходя из условия К 1 > 1 Введем в состав экспертной

группы виртуального т + 1 эксперта и определим его параметры - стаж работы и квалифи-

кациошши ранг - как с „,„ тш Тогда, исходя из принятого условия и с учетом (1),

данные параметры, которые явтаются минимально допустимыми значениями для анализируемой экспертной группы можно определить из выражении (2) и (3)

л- = -1-е * л!^

Ь с» v т

к

Условие (3) целесообразно использовать в качестве своеобразного фильтра, позволяющего отбраковывать суждения не слишком опытных экспертов При эюм «неопытным» этот эксперт является не вообще, а только для того группового состава экспертов, совместно с которым он привлекается к экспертизе То есть, отклонение эксперта от участия в работе экспертной группы одного состава, не исключает возможность его привлечения к этой работе при другом групповом составе

Выигрыш в точности групповых оценок, получаемый от использования предложенного подхода к оценке квалификации экспертов - цл *|1, по сравнению с той же оценкой, но учитывающей стаж эксперта линейным образом - ||л || определяется простым выражением (4) и иллюстрируется рис-3

в - 1М '11- II' » - , - 5 с' (4)

I\Л -II

1

Эффективность применения предлагаемого подхода к определению квалификационных рангов экспертов зависит от степени неоднородности экспертной группы - А , рассчитываемой по формуле (5)

Е | < . - П _ I | < • - п (5)

где с - средний групповой стаж

Взаимно однозначное соответствие этот показатель имеет с количественно - качественным составом группы ^ (т к х с к ) Эффективность применения предлагаемого

к

подхода от этого показателя не добавляет принципиально новых знаний в понимание сути явления, но носит более понятный для пользователей характер

Достоверность группового экспертно1 о оценивания зависит от общего числа экспертов в группе и от индивидуальных характеристик экспертов, то есть от количественно -качественного состава группы Согласно мнению многих авторов достаточно эффективно работает экспертная группа из 7-12 опытных экспертов и лишь в особых случаях необходимо увеличивать ее до 20 - 30 человек

Выигрыш от применения предлагаемого подхода как функция аргументов Д и ^ ( т , х с , ) Д113 Двух групп различного качественного (от 3-х до 30 лет стажа) и к

одинакового количественного (от 2-х до 9 экспертов) составов представлен на рис - 3

Представленные на рисунке первые пять количественно - качественных составов рассматриваемых вариантов экспертных групп совпадают, а начиная с шестого состава групп эти варианты расходятся В первом варианте - наращивание состава производится за счет добавления в группу неопытных экспертов, что увеличивает степень ее неоднородности, во втором варианте - в экспертную группу дополнительно привлекаются опытные эксперты и это уменьшает степень ее неоднородности

Для групп, где наращивание количественно - качественного состава осуществляется по 1 варианту и, соответственно, растет их степень неоднородности, отмечается экспоненциальный рост выигрыша от применения предлагаемого подхода к определению квалификационных рангов экспертов Для групп, где это наращивание осуществляется по 2 варианту, что ведет к уменьшению их степени неоднородности, имеющейся ранее выигрыш, не увеличивается

По результатам анализа рис - 3 можно указать, что больший эффект от применения индивидуально - групповых квалификационных рангов достигается для групп варианта 1, то есть для групп с большей степенью неоднородности Необходимо отметить, что именно данные группы в подавляющем большинстве используются в экспертной практике Выигрыш для таких групп равен 10 - 20 % , при этом степень их неоднородности должна быть большей 0,25-0,3

Таким образом, выигрыш от априорного использования индивидуально-группового показателя квалификации экспертов выражается

- в большей скорости сходимости экспертного процесса,

- в большей точности групповой оценки мнений экспертов по сравнению с испочь-зуемыми методами (при одинаковом количестве экспертных итераций)

- в большей обоснованности и персонализации процесса формирования экспертной группы на основе количественного учета индивидуальных и групповых характеристик привлекаемых к экспертизе При этом неопытным, в случае необходимости, кандидат в эксперты объявляется не вообще, а только для того группового состава, совместно с которыми его предполагается привлечь к экспертизе, то есть отклонение эксперта от участия в работе экспертной группы одного состава, не исключает его работу в другом коллективе При необходимости учета индивидуальных особенностей экспертов, выводящих их за пределы линейного соответствия стажу работы, допускается корректировка их квалификационных рангов с помощью соответствующих поправочных коэффициентов

Показатели функционального и организационного потенциалов задач определяются формулами (6) - (8) и (9) - (11) соответственно

у, = V <У л = ПТ,« = 1.*' (6)

где V л - функциональная важность с/ - ого комплекса ИРЗ

Данный показатель является обобщением двух его составляющих оперативной -V1 , которую управленцы определяют исходя из своего представления о роли комплекса в управлении, и качественной - v л , величина которой зависит от количества и качества входящих в этот комплекс задач

г

■ Гтт>т ' <7)

¡1 к

2x30

•>* ¡71'

2x30 1 2x30 ! +1x25 2x30 +2x25 2x30+ 2x25+1x20 2x30+ 2x25 1-2x20 3x30+ 2x25+2x20 4x30+ 2x25+2x20 5x30+ 2x25+2x20

0,08

,09

0,12

0.13

0,15

0.14

0,13

Рис-3. Зависимость выигрыша от степени неоднородности и количественно-качественных параметров экспертной группы

= Е I Я^, , (8)

1 *

где \\ - оценка эксперта важности комплекса, / - количество задач в ^ - ом комплексе ИРЗ V л - функциональная важность I - ой задачи в комплексе

Каждая из задач автономного подмножества выполняет двоякую функцию по организации его связности донорскую (сктог-функцию или (1-функцшо), заключающуюся в предоставлении рассчитанных ею данных для решения других задач, и клиентскую (сЬеЩ-функцию или с-функцию), заключающуюся в необходимости получения исходных данных от других задач для обеспечения своего решения Результирующая функция задачи в зависимости от знака потенциала, определяемого как разность (1- и с-функций, может носить как донорский, так и клиентский характер

Поставим для однозначности перед экспертами условие, что исходная матрица их мнений заполняется построчно, а значения элементов 1 - ой строки характеризуют потребность других задач в выходных данных I - ой задачи (({-функцию 1 - ой задачи по отношению к другим задачам)

Получаемую для этого условия матрицу будем называть матрицей донорских потенциалов - ^ | Тогда матрица клиентских потенциалов ^ е| будет равна транспонированной матрице донорских потенциалов, то есть ^У с | = ' |Т Соответственно матрица организационных потенциалов будет выражаться формулой (9)

К I = К ' I " К ' Г ' (9)

а организационный потенциал I - ой задачи - формулой (10)

(Ю)

пряУд = УJ и Ул = У, для V г, ] = 1, /,

/ - количество задач в исследуемом автономном подмножестве

Учитывая однозначность отношений между задачами, то есть выполнение условия

(П)

V, * 0 => Гу, = О , У, * о = 0 (11)

можно указать, что при необходимости определения только донорского (клиентского) потенциала I - ой задачи, достаточно в выражении (10) приравнять нулю элементы У(Уу ) соответственно

Упорядочивание задач в каждом подмножестве производится по критерию убывания организационного потенциала задачи согласно правилу > > £ №

Вид формул (9), (10) определяется сделанным при проведении экспертизы 2 I допущением о том, что исходная матрица мнений экспертов заполняется им построчно, а значения элементов 1 - ой строки характеризуют потребность в выходных данных I - ой задачи (<1-функцию задачи) В случае заполнения данной матрицы по строкам, в которых элементы I - ой строки характеризуют потребность I - ой задачи в выходных данных ] - ых задач (с-функцию задачи) в этих формулах произойдут изменения, заключающие-

ся во взаимной замене индексов «сЪ> и «с» и знака неравенства в правиле упорядочивания задач Принципиального значения этот факт не имеет

Кроме этого в данной главе осуществлена постановка задачи определения параметров информационно-расчетного содержания ГСУ, проанализирована возможность применения для этих целей интерполяционного метода исследования сложных графов и сделан вывод о целесообразности и перспективности его использования

Задача сформулирована следующим образом какие требования к параметрам информационно-расчетного содержания (функциональной важности, методам решения и точности исходных данных ИРЗ) необходимо предъявить, чтобы обеспечить максимум обобщенной характеристики информационно связанного множества задач управления

Задан граф С , отражающий информационную связь ИРЗ между собой, необходимо определить его обобщенную характеристику Ф , то есть существует в (X , 17 , Q ),

найти Ф(< , >)= Ф{< N >), где (12)

X = | х,, ¡6 1 ,п, 1- множество вершин (ИРЗ), (13)

1

и = { и } е С^г, \ О4)

- множество ребер, характеризующих наличие взаимосвязи ИРЗ между собой Каждому элементу (вершине или ребру) ставится в соответствие его характеристика 9, е б

Для исследования структуры таких графов и поиска правил оценки их характеристик можно воспользоваться интерполяционным методом, предложенным Гадасиным В А

Ф

и Лакаевым А С Основная идея этого метода вычисление искомой функции

для графа с N элементами заменяется на вычисление аналогичных характеристик для графов, число элементов в которых не более, чем порядок вычисляемой оценки * Значение * выбирается из условия обеспечения достаточной точности получаемых оценок, и для большинства практических случаев удовлетворяет условию ^ ^ ^

Интерполяционный метод предполагает представление я, )) - оценки к - го порядка для функции ф )) - следующим образом

RЛN))=i (-1) с(15) |«0

Данная аддитивная оценка может быть вычислена по реккурентной формуле (16)

)) = Д,»+1 (ф «*»-**-. «* ») (¡6)

т)

В качестве Ф(< N > ) принимается вероятность того, что хотя бы одна задача из множества {(Л^,) } не будет удовлетворять предъявленным требованиям Здесь {(Л'',) } - подмножество задач, решение которых имеет критически важное значение для всей системы (например, подмножество задач чрезвычайного управления) В главе сделаны следующие основные выводы

1 Проблема определения функционально-организационного содержания ГСУ подразумевает решение двух, хотя и взаимосвязанных, но преследующих собственные цели

задач Соответственно и структурная схема методического аппарата должна отражать этот факт

2 Разработанный методический аппарат определения функционально - организационного содержания распределенных ГСУ обеспечивает целенаправленную работу и гармоничное использование профессиональных знаний и опыта разнородных групп экспертов пользователей и разработчиков ведомственных ГСУ

Алгоритм работы методического аппарата конечен и имеет практическую перспективу

3 Использование индивидуально-групповых оценок квалификационных рангов экспертов наиболее предпочтительно для групп с большей степенью неоднородности Именно данные группы в подавляющем большинстве используются в экспертной практике Выигрыш для таких групп равен 10 - 20 % , при этом степень их неоднородности должна быть ботьшей 0,25 - 0,3

4 Предложенный и формализованный индивидуально - групповой подход к оценке квалификационных рангов экспертов, основанный на априорном учете их стажа работы в составе конкретной экспертной группы, позволяет получить выигрыш

- в большей скорости сходимости экспертного процесса,

- в большей точности групповой оценки мнений экспертов по сравнению с используемыми методами (при одинаковом количестве экспертных итераций)

- в большей обоснованности и персонализации процесса формирования экспертной группы на основе количественного учета индивидуальных и групповых характеристик экспертов, привлекаемых к экспертизе

Индивидуально-групповой показатель квалификационного ранга эксперта может служить также критерием их предварительного отбора при формировании экспертной группы

5 Предложенные показатели функционального и организационного потенциалов автоматизируемых задач позволяют определить базовые эксплуатационные и организационные характеристики множества ИРЗ функциональную важность, информационную модель и приоритетную очередность автоматизации

6 Интерполяционный метод определения обобщенных характеристик стабосвязан-ных графов в рассмотренной постановке может быть применен для решения задачи поиска параметров информационно-расчетного содержания ГСУ

Четвертая глава диссертации посвящена апробации предложенных методов и алгоритмов определения архитектуры и функционально - организационного содержания ГСУ на примере конкретного ведомства повышенной ответственности Определены условия проведения исследований, архитектура и функционально - организационное наполнение ГСУ, разработаны и предложены конкретные рекомендации по обеспечению процессов эксплуатации и создания системы

В качестве выводов в главе отмечено

1 Апробация методического аппарата определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ доказала эффективность комплексного подхода к поиску данных характеристик ГСУ, а также его работоспособность и целесообразность практического использования

2 Результаты апробации позволили определить параметры, определяющие и регулирующие этапы эксплуатации и создания ГСУ, и ответить на вопросы, сформулированные при постановке научной задачи исследования

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты

1 Предложена методика определения архитектуры ГСУ, реализующая логически строгую последовательность приближений от глобальных (а зачастую и абстрактных) целей и параметров управления к конкретным структурно-функциональным схемам и элементам управления

2 Обоснована целесообразность комплексного рассмотрения вопросов определения архитектуры, функциональною и организационного содержания ГСУ в едином проектном цикле и представления полученных результатов в едином проектном документе

3 Проанализирована необходимость использования в ГСУ перспективных геопродуктов пространственных моделей местности и цифровых моделей рельефа Разработаны рекомендации по допочнению, расширению и уточнению некоторых положений соответствующих ГОСТов, направленные на удовлетворение требований управления ведомствами повышенной ответственности

4 Разработан методический аппарат поиска функционально - организационного содержания ГСУ, в основу работы которого положена процедура опроса по экспертному методу Дельфи Методический аппарат обеспечивает целенаправленную работу и гармоничное использование профессиональных знаний и опыта разнородных групп экспертов специалистов в области управления - для определения функционального содержания системы, специалистов в области геоинформатики и автоматизации - для определения организационного содержания системы

5 Предложен новый, индивидуально-групповой подход к оценке компетентности экспертов, позволяющий повысить обоснованность процесса формирования экспертной группы, а также обеспечить увеличение скорости сходимости экспертного процесса и точности групповой оценки индивидуальных мнений Соответствующий индивидуально-групповой показатель квалификационных рангов экспертов позволяет уже на начальной стадии экспертизы объективно определять качественный состав привлекаемой группы

6 Разработаны новые показатели оценки характеристик информационно-расчетных

задач

- показатель функционального потенциала ИРЗ, служащий регулятором содержания видов обеспечения и организующей основой формирования нормативно-справочной базы процесса эксплуатации ГСУ,

- показатель организационного потенциала ИРЗ, донорской и клиентской его составляющих, определяющий параметры процесса разработки этих задач

7 Подтверждена целесообразность использования выходных результатов работы в научной, образовательной и производственной сферах проектирования распределенных геоинформационных систем управления ведомств повышенной ответственности

Список основных публикаций по теме диссертации

1 Алексеев И Б Функционально-производственное содержание распределенных автоматизированных геоинформационно - расчетных подсистем управления и методический аппарат его определения / И Б Алексеев// Тезисы доклада на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, - М Изд-во МИЭМ, 2007 - С 21-23

2 Алексеев И Б Обоснование необходимости разработки и структура методического аппарата определения функционально-производственного содержания распределенных АСУ /АС Лакаев, И Б Алексеев // Доклад на X научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии в автоматизированных системах», секция «Проектирование систем», - M Изд-во МИЭМ, 2007, С 212-219

3 Алексеев И Б Доказательство алгоритмов частных экспертиз в задачах проектирования распределенных АСУ / АС Лакаев, И Б Алексеев// Доклад на X научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии в автоматизированных системах», секция «Проектирование систем», - M Изд-во МИЭМ, 2007, С 219-223

4 Alexeev IВ SPATIAL TERRAIN MODEL AS AN ELEMENT OF DISTRIBUTED AUTOMATED CONTROL SYSTEMS INFORMATION AND TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES IN INTELLIGENT SYSTEMS / A S Lakaev, IВ Alexeev// Proceedings of Fourth International Conference Catama, Italy May 27-June 03,2006, p 8-11

5 Алексеев И Б Рекурсия в EXCEL / И Б Алексеев, В И Бадулин, В Б Чернобай -M Изд-во «ООО «Интерсоциоинформ», журнал «Компьютеры в учебном процессе», № 1, 2008, с 3-12

6 Алексеев И Б Структура и использование ряда простых чисел / И Б Алексеев, В И Бадулин, В Б Чернобай - M Изд-во «ООО «Интерсоциоинформ», журнал «Компьютеры в учебном процессе», № 2, 2008, с 13-22.

7 Алексеев И Б Об одном подходе к оценке квалификации экспертов / И Б Алексеев //5-я Международная конференция по информационным п телекоммуникационным технологиям в интеллектуальных системах - Mallorca, Spain - May 31 - June 07, 2007 - С 54-62

8 Алексеев И Б Методический аппарат определения функционально - производственного содержания распределенных АСУ / И Б Алексеев, В M Комиссаров // 5-я Международная конференция по информационным и телекоммуникациошшм технологиям в интеллектуальных системах - Mallorca, Spam - May 31 - June 07,2007 с 42-54

9 Алексеев И Б Априорная оценка относительной компетентности экспертов при групповой экспертизе / И Б Алексеев - журнал «Качество Инновации Образование», №5,2008 с 28-31

10 Алексеев И Б Задача о несовместимости / И Б Алексеев, В И Бадулин, В Б Чернобай - M Изд-во «ООО «Интерсоциоинформ», журнал «Компьютеры в учебном процессе», JVb 3,2008, с 3-12

11 Алексеев И Б Огибающие двумерного множества / И Б Алексеев, В И Бадулин, В Б Чернобай - M Изд-во «ООО «Интерсоциоинформ», журнал «Компьютеры в учебном процессе», № 3,2008, с 13-22

12 Алексеев И Б Методические указания к самостоятельным работам «Перевод программ из паскаля в Matlab» / П Е Королев, И Б Алексеев, В И Бадулин, В Б Чернобай - Моек гос ин-т электроники и математики, M, 2008 ,20 с

Подписано в печать 15 09 2008 Формат 60x84/16 Бумага типографская № 2 Печать - ризография Уел печ л 1,5 Тираж 100 экз Заказ

Московский государственный институт электроники и математики 109028, Москва, Б Трехсвятительский пер , 3/12

Центр оперативной полиграфии (095) 916-88-04, 916-89-25

Актуальность темы

Современный этап развития общества характеризуется ужесточением требований к достоверности и оперативности управленческих решений, принимаемых должностными лицами министерств, ведомств, крупных государственных и корпоративных структур (далее - ведомства). Ключевой особенностью такого управления является функционирование управляющих систем в условиях неполноты и неточности фактурной и процедурной информации.

Особенно актуальным этот вопрос является для ведомств повышенной ответственности, где ошибки управления могут привести к возникновению особых, специальных, нештатных ситуаций (не обязательно чрезвычайных), где управляющие воздействия вырабатываются на основе обработки больших массивов информации, в жестких временных рамках и сложных условиях (МЧС России, Пограничные войска ФСБ России, Минобороны России, МВД России). В данных ведомствах разработаны и реализуются специальные программы по автоматизации процессов управления, например, программа «Государственная граница Российской Федерации», предусматривающая повышение уровня автоматизации Пограничных войск ФСБ России.

Автоматизированные расчетно-информационные системы рассматриваемых ведомств имеют ряд особенностей по сравнению с аналогичными системами других ведомств, что обусловлено, в первую очередь, использованием для управления единого!, постоянно обновляемого2, гибкого к изменениям внешней среды и управляемо-гоЗ геопространства. Свое влияние на процесс выработки управляющих воздействий этот фактор оказывает посредством привлечения к управлению количественно - качественных результатов решения множества информационно-расчетных задач (ИРЗ) и выводов из анализа текущей и прогнозируемой геоинформационной обстановки.

Данные распределенные автоматизированные расчетпо-информационные системы управления ведомствами повышенной ответственности являются областью исследования диссертационной работы. В дальнейшем такие системы будем называть геоинформационными системами управления (ГСУ). Распределенные геоинформационные системы управления - это информационно - расчетные системы, у которых рабочей средой являются геоинформационные технологии, а выходные результаты, обеспечивающие выработку управляющих воздействий, представляются как в виде непосредственных геопространственных данных, так и в виде картографической и расчетной информации, полученной после их обработки.

Геоинформационные технологии являются геоипформационным инструментарием ГСУ. В настоящее время эти технологии объединены в так называемые геоинформационные системы (ГИС), которые решают задачи сбора, генерации, хранения, предварительной обработки, поиска, передачи, представления и воспроизведения геоинформации [78], [79].

1. Под единством геоинформационного пространства понимается распространение его свойств на всю распределенную ведомственную структуру управления.

2. Постоянство обновления обеспечивает соответствие данных о геоинформационной обстановке на период осуществления управленческих действий.

3 .Гибкость к внешней среде и управляемость виртуального геоинформационного пространства -возможность разнообразного использования информации о местности и оперативной обстановке и перемещения в пространстве в произвольных направлениях

ГСУ можно характеризовать совокупностью двух ее составляющих (двух характеристик): архитектура (структура и состав) и функциональное содержание. Первая характеристика адекватна ведомственной идеологии автоматизации и определяется перечнем автоматизируемых звеньев управления и территориальных подразделений ведомства, а также степенью их автоматизации; вторая характеристика - множество информационных и расчетных задач управления (ИРЗ), их комплексирование, важность для пользователя, особенности и порядок решения и представления выходных данных.

По результатам анализа этих двух характеристик ГСУ можно достаточно обоснованно принимать решение о целесообразности ее создания и развертывания. Однако, даже в случае положительного ответа на данный вопрос, приступать к непосредственной разработке системы было бы преждевременным, так как вывод о целесообразности ее создания не подкреплен уверенностью в возможности практической реализации функционального содержания в разумных стоимостных и временных ограничениях. Отсутствуют ответы на вопросы:

- о выборе наиболее эффективной организации и параметров процесса разработки ИРЗ. В зависимости от количественно-качественного состава привлекаемого коллектива специалистов может быть выбран последовательный, параллельно - последовательный или параллельный методы работы по автоматизации отдельных подмножеств задач и задач внутри каждого подмножества;

- о порядке разработки ИРЗ, обеспечивающей минимум возможных корректировок при использовании выходных и промежуточных результатов решения одних задач задачами - потребителями этих данных.

Иными словами неясно организационное содержание ГСУ, то есть оптимальная организация работы по автоматизации функционального содержания системы.

Можно констатировать, что в отличие от функционального содержания, которое определяет перечень и важность задач управления при эксплуатации ГСУ, особенности видов обеспечения и служит основой для разработки нормативно-директивных документов по се целевому использованию, организационное содержание определяет организацию и характеристики процесса создания системы.

Создание ГСУ, являющихся содержанием области исследования диссертационной работы, требует разработки новых инструментов (новых методов и алгоритмов) определения этих характеристик системы.

Отсюда, предмет исследования диссертационной работы формулируется следующим образом: методы и алгоритмы определения архитектуры и функционально — организационного содержания распределенных автоматизированных геоинформационных систем управления. Исследования по их разработке осуществляются в научно - методической среде теории системного анализа, оптимизации, управления, принятия решения и обработки информации, а также методов и алгоритмов получения, анализа и обработки экспертной информации.

Степень разработанности темы

Методы проектирования АСУ, еще недавно широко распространенные в инженерной практике, сводились, по существу, к двум обобщениям: прецедентному методу, основанному на использовании уже апробированных решений для автоматизации своего ведомства, и методу проектирования, предусматривающему автоматизацию сложившейся последовательности действий ведомственных органов управления в неавтоматизированном режиме. Однако данные методы, с одной стороны, не могут в полной мере учесть специфику работы ведомства в автоматизированном режиме, и, с другой стороны, не используют возможности, которые предоставляют методы проектирования с более глубокой научной проработкой.

Основные принципы создания автоматизированных систем управления, не потерявшие актуальность и в наше время, были сформулированы более 30 лет назад. Среди наиболее употребительных и методологически полно проработанных подходов к проектированию, разработанных на основе данных принципов, можно выделить системный, объектно - ориентированный и концептуальный подходы. Сравнительный анализ названных подходов показал, что наиболее приемлемым для целей проектирования ведомственных ГСУ является объектно - ориентированный подход, а эффективными методами его реализации: в части определения архитектуры системы -метод анализа иерархий; в части определения функционально - организационного содержания системы - экспертный метод с организацией экспертного опроса по способу Дельфи.

Рассмотрению методов и алгоритмов определения архитектуры АСУ посвящено достаточно много теоретических исследований, например, таких как [2] - [7], [24] -[29], [35], [36], [38], [39], [46]. Большинство этих работ носят общетеоретический характер, анализируют и рассматривают преимущественно методологические основы различных подходов к проектированию. В' лучшую сторону, с точки зрения возможности практического использования для проектирования архитектуры ГСУ, можно отметить работы [7], [46]. Однако и у этих авторов основное внимание уделено обобщенным иерархическим схемам целен, обеспечивающих решение крупных хозяйственных проблем типа «обеспечение энергетической безопасности страны», «планирование роста народонаселения» и т. п. Рассмотрение же вопросов поиска архитектур ведомственных автоматизированных систем отсутствует и здесь.

В основе методов и алгоритмов определения функционально - организационного содержания ГСУ лежит методология экспертного опроса, изложенная во многих источниках, например, в [8] - [10], [48] - [55]. В них рассмотрены подходы к организации экспертизы, методы опроса для различных условий их проведения, методы оценки экспертных мнений. Однако необходимость оценки организационного содержания ГСУ как логического продолжения результатов оценки ее функционального содержания требует разработки и реализации новых подходов и новых методик оценки.

Цель и задачи исследования

Как известно [1], причинно-следственная связь предмета исследования и цели исследования выражается в определенном корреляционном соответствии между ними, поэтому наиболее логично цель исследования сформулировать следующим образом: создание методического аппарата разработки распределенных автоматизированных геоинформационных систем управления, обеспечивающего повышение степени формализации и унификации данного процесса.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих основных задач:

1. Исследование целесообразности применения иерархического метода анализа сложных систем для достижения цели работы.

2. Анализ и выбор методов экспертного анализа, обеспечивающих достижение цели исследования.

3. Анализ отечественных и зарубежных геоинформационных систем, определение целесообразности их использования, роли и места в составе ГСУ.

4. Обоснование показателей, критериев и нового подхода к определению квалификационных рангов экспертов.

5. Обоснование показателей функционального и организационного потенциалов автоматизируемых задач.

6. Разработка методического аппарата, методик и алгоритмов определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ.

7. Апробация полученных результатов на примере разработки конкретной ГСУ.

Результаты, выносимые на защиту

1. Методика определения архитектуры ведомственных ГСУ, обеспечивающие повышение научной обоснованности и степени формализации процесса их создания.

2. Методический аппарат определения функционально - организационного содержания ГСУ, объединяющий процессы поиска этих составляющих в единую логическую последовательность отдельных методик и алгоритмов при обеспечении доминирующей роли первой из них.

3. Новый подход и индивидуально-групповой показатель оценки компетентности экспертов, позволяющий повысить обоснованность процесса формирования экспертной группы, а также обеспечить увеличение скорости сходимости экспертного процесса и точности групповой оценки индивидуальных мнений.

4. Показатели функционального потенциала ИРЗ, служащие регулятором видов обеспечения и организующим элементом формирования нормативно-справочной базы процесса эксплуатации ГСУ.

5. Показатели организационного потенциала, донорской и клиентской характеристик ИРЗ, определяющие параметры процесса их разработки.

6. Результаты практической апробации методов и алгоритмов определения архитектуры п функционально-организационного содержания конкретной ГСУ.

Научная новизна результатов

В результате выполнения диссертационной работы были разработаны методические и практические основы определения архитектуры и функционально - организационного содержания ГСУ, а именно:

1. Методы и алгоритмы определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ, нашедшие свое практическое воплощение в виде:

1.1. Методики определения архитектуры ведомственных ГСУ, отличающейся от известных практической реализацией принципов объектно-ориентированного проектирования методом анализа иерархий;

1.2. Методического аппарата поиска функционально - организационного содержания ведомственных ГСУ и последующего определения на этой основе параметров эксплуатации, а также характеристик процесса организации разработки задач.

2. Новый индивидуально-групповой показатель компетентности экспертов, учитывающий априорную информацию о количественно - качественном составе экспертной группы.

3. Новый показатель функционального потенциала информационно - расчетных задач.

4. Новый показатель организационного потенциала информационно - расчетных задач.

Предложенные показатели компетентности экспертов, функционального и организационного потенциалов ИРЗ служат определяющей основой методического аппарата поиска функционально - организационного содержания ГСУ.

Практическая ценность и внедрение результатов

Решение в диссертационной работе вышеуказанных задач позволит практически осуществить:

1. Повышение обоснованности определения целесообразности создания и параметров разрабатываемых ГСУ за счет совместного, в едином технологическом цикле рассмотрения вопросов поиска архитектуры, функционального и организационного содержания системы.

2. Формализацию учета индивидуальных особенностей ведомственных ГСУ в целом и их структурных подразделений при разработке технической документации на создание системы.

3. Повышение эффективности разработки и эксплуатации ГСУ, подготовки директивных, нормативных и других руководящих документов, регламентирующих данные процессы.

4. Исключение технологических задержек при переходе к непосредственной разработке ГСУ после принятия решения на ее создание.

Практическая ценность разработанных методов и алгоритмов определения архитектуры и функционально-организационного содержания ГСУ подтверждается внедрением полученных результатов в следующие проекты и организации:

- в Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации, государственный контракт № 6410.0810000.06.096 от 1 ноября 2006 г. па выполнение ОКР «Разработка отечественной технологии комплексной обработки геоинформации для электронных систем двух и трехмерного отображения обстановки и местности». Головной исполнитель - Институт проблем информатики РАН;

- в Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИ-ГАиК) - при разработке курса лекций по специальности «Информационные системы» и при выполнении НИР по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006 - 2008 годы)»;

- в заказывающую организацию одной из силовых структур (войсковая часть 34434) при разработке специализированной ГСУ.

Практическая значимость и внедрение полученных автором результатов подтверждены соответствующими документами.

Апробация работы и публикации

Апробация разработанных методов и алгоритмов определения архитектуры и функционально - организационного содержания распределенной ГСУ была проведена в ходе разработки такой системы для районного звена управления конкретного ведомства повышенной ответственности, выполняющего свои функции в сложных условиях горной местности. Полученные результаты для условных исходных данных были одобрены соответствующими руководящими структурами, а предложенный методический аппарат явился развитием ведомственного комплекса математических моделей и алгоритмов.

Основные положения, представленные в диссертации, регулярно докладывались и обсуждались на научных мероприятиях различного уровня. В том числе на:

- 4-ой Международной конференции по информационным и телекоммуникационным технологиям в интеллектуальных системах, Italy, Catania, May 27 - June 03, 2006.

- Х-ом научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии в автоматизированных системах», секция «Проектирование систем», Московский государственный институт электроники и математики (Технический университет), 2007.

- 5-ой Международной конференции по информационным и телекоммуникаци- - -онным технологиям в интеллектуальных системах. Mallorca, Spain - May 31 - June 07, 2007.

- ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2006-2007 гг.

Результаты диссертационной работы непосредственно отражены в 12 публикациях: в научно-технических журналах, в том числе и в журналах ВАК; трудах конференций, а также в научно-техническом отчете по госбюджетной теме.

Структура и краткое содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, перечня литературы (81 наименование) и семи приложений, включающих исходные данные и промежуточные результаты апробации разработанных методов и алгоритмов; акты о внедрении результатов работы.

Выводы 153

Заключение 154