Геоинформационные технологии. 
Автоматизированные системы сбора и хранения и анализа информации. 
Основы автоматизированных систем проектно-изыскательских ра

Реферат по компьютерным технологиям на тему:

" Геоинформационные технологии. Автоматизированные системы сбора и хранения и анализа информации. Основы автоматизированных систем проектно-изыскательских работ в природообустройстве"

Выполнил:

Проверил:

2010 г.

• Введение
• 1. Геоинформационные технологии
• 2. Автоматизированные системы сбора, хранения и анализа информации
• 3. Автоматизированные системы проектно-изыскательских работ в природообустройстве
• Список литературы

Геоинформационные системы (ГИС) являются классом информационных систем. Они построены с учетом закономерностей геоинформатики и методов применяемых в этой науке.

ГИС как интегрированные информационные системы предназначены для решения различных задач науки и производства на основе использования пространственно-локализованных данных об объектах и явлениях природы и общества. Неразрывно с ГИС связаны геоинформационные технологии.

1. Геоинформационные технологии

Геоинформационные технологии можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений. По сфере использования ГИС не имеют себе равных. Они применяются в транспорте, навигации, геологии, географии, военном деле, топографии, экономике и т. д. Переход к автоматизированным методам создания карт с помощью ГИС имеет ряд преимуществ:

повышение точности картографической информации;

сокращение трудозатрат на изготовление продукции;

увеличение производительности труда за счет автоматизации от дельных операций или исключения их.

Методологической основой процессов обработки информации в ГИС является цифровое моделирование местности, объединяющее процессы сбора первичной информации, ее моделирования и обновления, обработки и формирования документов.

За счет применения современных технических средств осуществляется автоматизация полевых и камеральных работ.

Использование ГИС происходит на разных уровнях. Это обусловлено многообразием геоинформационных технологий.

Выделяют следующие территориальные уровни использования ГИС в России:

глобальный уровень — Россия на глобальном и евразийском фоне, масштаб 1: 4 500 000 — 1: 100 000 000;

всероссийский уровень — вся территория страны, включая прибрежные акватории и приграничные районы, масштаб 1: 2 500 000−1: 20 000 000;

региональный уровень — крупные природные и экономические регионы, субъекты Федерации, масштаб 1: 500 000 — 1: 4 000 000;

локальный уровень — области, районы, национальные парки, ареал кризисных ситуаций, масштаб 1: 50 000 — 1 000 000;

муниципальный уровень — города, городские районы, пригородные зоны, масштаб 1: 50 000 и крупнее.

К основным компонентам ГИС относят: техническое, программное, информационное обеспечение. Требования к компонентам ГИС определяются, в первую очередь, пользователем, перед которым стоит конкретная задача (учет природных ресурсов, либо управление инфраструктурой города), которая должна быть решена для определенной территории, отличающейся природными условиями и степенью ее освоения.

Техническое обеспечение — это комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС: рабочая станция или персональный компьютер (ПК), устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.

Рабочая станция или ПК являются ядром любой информационной системы и предназначены для управления работой ГИС и выполнения процессов обработки данных, основанных на вычислительных или логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обрабатывать огромные массивы информации и визуализировать результаты.

Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены электронными геодезическими приборами, непосредственно с помощью дигитайзера и сканера, либо по результатам обработки снимков на аналитических фотограмметрических приборах или цифровых фотограмметрических станциях.

Устройства для обработки и хранения данных сконцентрированы в системном блоке, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, внешние запоминающие устройства и пользовательский интерфейс.

Устройства вывода данных должны обеспечивать наглядное представление результатов, прежде всего на мониторе, а также в виде графических оригиналов, получаемых на принтере или плоттере (графопостроителе), кроме того, обязательна реализация экспорта данных во внешние системы.

Программное обеспечение - совокупность программных средств, реализующих функциональные возможностей ГИС, и программных документов, необходимых при их эксплуатации.

Структурно программное обеспечение ГИС включает базовые и прикладные программные средства.

Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение и системы управления базами данных. Операционные системы предназначены для управления ресурсами ЭВМ и процессами, использующими эти ресурсы. На настоящее время основные ОС: Windows и Unix.

Любая ГИС работает с данными двух типов данных — пространственными и атрибутивными. Для их ведения программное обеспечение должно включить систему управления базами тех и других данных (СУБД), а также модули управления средствами ввода и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выполнения пространственного анализа.

Прикладные программные средства предназначены для решения специализированных задач в конкретной предметной области и реализуются в виде отдельных приложений и утилит.

Информационное обеспечение — совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации. Информационное обеспечение составляют реализованные решения по видам, объемам, размещению и формам организации информации, включая поиск и оценку источников данных, набор методов ввода данных, проектирование баз данных, их ведение и метасопровождение. Особенность хранения пространственных данных в ГИС — их разделение на слои. Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные могут подготавливаться самим пользователем либо приобретаться. Для такого обмена данными важна инфраструктура пространственных данных.

Инфраструктура пространственных данных определяется нормативно-правовыми документами, механизмами организации и интеграции пространственных данных, а также их доступность разным пользователям. Инфраструктура пространственных данных включает три необходимых компонента: базовую пространственную информацию, стандартизацию пространственных данных, базы метаданных и механизм обмена данными.

Геоинформационные системы и ГИС-технологии объединяют компьютерную картографию и системы управления базами данных. Концепция технологии ГИС состоит в создании многослойной электронной карты, опорный слой которой описывает географию территории, а каждый из остальных слоев — один из аспектов состояния территории. Тем самым ГИС-технологии определяют специфическую область работы с информацией.

Технология ГИС применима везде, где необходимо учитывать, обрабатывать и демонстрировать территориально распределенную информацию. Пользователями ГИС-технологии могут быть как организации, чья деятельность целиком базируется на земле владельцы нефтегазовых предприятий, экологические службы, жилищно-коммунальное хозяйство, так и многочисленные коммерческие предприятия — банки, страховые, торговые и строительные фирмы, чья успешная работа во многом зависит от правильного и своевременного учета территориального фактора.

В основе любой ГИС лежит информация о каком-либо участке земной поверхности: континенте, стране, городе, улице.

БД организуется в виде набора слоев информации. Основной шрифт содержит географически привязанную карту местности (топооснова). На него накладываются другие слои, несущие информацию об объектах, находящихся на данной территории: коммуникации, в том числе линии электропередач, нефтеи газопроводы, водопроводы, промышленные объекты, земельные участки, почвы, коммунальное хозяйство, землепользование и др.

В процессе создания и наложения слоев друг на друга между ними устанавливаются необходимые связи, что позволяет выполнять пространственные операции с объектами посредством моделирования и интеллектуальной обработки данных.

Как правило, информация представляется графически в векторном виде, что позволяет уменьшить объем хранимой информации и упростить операции по визуализации. С графической информацией связана текстовая, табличная, расчетная информация, координатная привязка к карте местности, видеоизображения, аудиокомментарии, БД с описанием объектов и их характеристик.

Многие ГИС включают аналитические функции, которые позволяют моделировать процессы, основываясь на картографической информации.

Программное ядро ГИС можно условно разделить на две подсистемы: СУБД и управление графическим выводом изображения. В качестве СУБД используют SQL-серверы.

Рассмотрим типовую схему организации ГИС-технологии, в настоящее время сложился основной набор компонентов, составляющих ГИС. К ним относятся:

приобретение и предварительная подготовка данных;

ввод и размещение данных;

управление данными;

манипуляция данными и их анализ;

производство конечного продукта.

Функциональным назначением данных компонентов является:

Приобретение и подготовка исходных данных; включает манипуляции с исходными данными карт — материалами на твердой или бумажной основе, данными дистанционного зондирования, результатами полевых испытаний, текстовыми (табличными) материалами, с архивными данными.

Ввод и размещение пространственной и непространственной составляющих данных включает конвертирование информации во внутренние форматы системы и обеспечение структурной и логической совместимости всего множества порождаемых данных.

Управление данными предполагает наличие средств оптимальной внутренней организации данных, обеспечивающих эффективный доступ к ним.

Функции манипуляции и анализа представлены средствами, предназначенными для содержательной обработки данных в целях обработки и реорганизации данных. С точки зрения пользователя, эти функции являются главными в ГИС-технологиях, потому что позволяют получать новую информацию, необходимую для управления, исследовательских целей, прогнозирования.

Производство конечного продукта включает вывод полученных результатов для конечных потребителей ГИС. Эти продукты могут представлять карты, статистические отчеты, различные графики, стандартные формы определенных документов.

Кроме этого, каждый картографический объект может иметь атрибутивную информацию, в которой содержится информация, которая не обязательно должна отображаться на карте (например, число жильцов какого-либо дома и их социальный статус).

Подавляющее большинство ГИС-систем различают геометрическую и атрибутивную компоненты баз данных ГИС. Их часто называют также пространственными (картографическими, геометрическими) и непространственными (табличными, реляционными) данными.

Картографическая информация представляется точками, кривыми и площадными объектами.

Атрибутивная информация содержит текстовые, числовые, логические данные о картографических объектах. Большинство современных ГИС-инструментариев позволяют хранить информацию в составе БД, как правило, реляционных.

Атрибутивная информация хранится в виде отдельных табличных файлов, как правило, в форматах реляционных баз данных систем DBF, PARADOX, ORACLE, INGRESS. Такой способ характерен как для западных коммерческих продуктов, так и современных отечественных разработок.

Модель файлового сервера является наиболее простой и характеризует не столько способ образования информационной системы, сколько общий способ взаимодействия компьютеров в локальной сети. Один из компьютеров сети выделяется и определяется файловым сервером, т. е. общим хранилищем любых данных. Суть FS — модели иллюстрируется схемой, приведенной на рис.

Модель файлового сервера

В FS-модели все основные компоненты размещаются на клиентской установке. При обращении к данным ядро СУБД, в свою очередь, обращается с запросами на ввод-вывод данных за сервисом к файловой системе. С помощью функций операционной системы в оперативную память клиентской установки полностью или частично на время сеанса работы копируется файл базы данных. Таким образом, сервер в данном случае выполняет чисто пассивную функцию.

Достоинством данной модели являются ее простота, отсутствие высоких требований к производительности сервера (главное, требуемый объем дискового пространства). Следует также отметить, что программные компоненты СУБД в данном случае не распределены, т. е. никакая часть СУБД на сервере не инсталлируется и не размещается.

Недостатки данной модели — высокий сетевой трафик, достигающий пиковых значений особенно в момент массового вхождения в систему пользователей, например в начале рабочего дня. Однако более существенным недостатком, с точки зрения работы с общей базой данных, является отсутствие специальных механизмов безопасности файла (файлов) базы данных со стороны СУБД. Иначе говоря, разделение данных между пользователями (параллельная работа с одним файлом данных) осуществляется только средствами файловой системы ОС для одновременной работы нескольких прикладных программ с одним файлом.

Несмотря на очевидные недостатки, модель файлового сервера является естественным средством расширения возможностей персональных (настольных) СУБД в направлении поддержки многопользовательского режима и, очевидно, в этом плане еще будет сохранять свое значение

Модель удаленного доступа к данным основана на учете специфики размещения и физического манипулирования данных во внешней памяти для реляционных СУБД. В RDA-модели компонент доступа к данным в СУБД полностью отделен от двух других компонентов (компонента представления и прикладного компонента) и размещается на сервере системы.

Компонент доступа к данным реализуется в виде самостоятельной программной части СУБД, называемой SQL-сервером, и инсталлируется на вычислительной установке сервера системы. Функции SQL-сервера ограничиваются низкоуровневыми операциями по организации, размещению, хранению и манипулированию данными в дисковой памяти сервера. Иначе говоря, SQL-сервер играет роль машины данных. Схема RDA-модели приведена на рис.

Рис. Модель удаленного доступа к данным (RDA-модель)

В файле (файлах) базы данных, размещаемом на сервере системы, находится также и системный каталог базы данных, в который помещаются в том числе и сведения о зарегистрированных клиентах, их полномочиях и т. п.

На клиентских установках инсталлируются программные части СУБД, реализующие интерфейсные и прикладные функции. Пользователь, входя в клиентскую часть системы, регистрируется через нее на cepвере системы и начинает обработку данных.

Прикладной компонент системы (библиотеки запросов, процедуры обработки данных) полностью размещается и выполняется на клиентской установке. При реализации своих функций прикладной компонент формирует необходимые SQL-инструкции, направляемые SQL-серверу. SQL-сервер, представляющий специальный программный компонент, ориентированный на интерпретацию SQL-инструкций и высокоскоростное выполнение низкоуровневых операций с данными, принимает и координирует SQL-инструкции от различных клиентов, выполняет их, проверяет и обеспечивает выполнение ограничений целостности данных и направляет клиентам результаты обработки SQL-инструкций, представляющие, как известно, наборы (таблицы) данных.

Таким образом, общение клиента с сервером происходит через SQL-инструкции, а с сервера на клиентские установки передаются только результаты обработки, т. е. наборы данных, которые могут быть существенно меньше по объему всей базы данных. В результате резко уменьшается загрузка сети, а сервер приобретает активную центральную функцию. Кроме того, ядро СУБД в виде SQL-сервера обеспечивает также традиционные и важные функции по обеспечению ограничений целостности и безопасности данных при совместной работе нескольких пользователей.

Другим, может быть неявным, достоинством RDA-модели является унификация интерфейса взаимодействия прикладных компонентов информационных систем с общими данными. Такое взаимодействие стандартизовано в рамках языка SQL специальным протоколом ODBC (Open Database Connectivity — открытый доступ к базам данных), играющим важную роль в обеспечении интероперабельности (многопротокольность), т. е. независимости от типа СУБД на клиентских установках в распределенных системах.

Интероперабельность (многопротокольность) СУБД — способность СУБД обслуживать прикладные программы, первоначально ориентированные на разные типы СУБД. Иначе говоря, специальный компонент ядра СУБД на сервере (так называемый драйвер ODBC) способен воспринимать, обрабатывать запросы и направлять результаты их обработки на клиентские установки, функционирующие под управлением реляционных СУБД других, не «родных» типов.

Такая возможность существенно повышает гибкость в создании распределенных информационных систем на базе интеграции уже существующих в какой-либо организации локальных баз данных под управлением настольных или другого типа реляционных СУБД.

К недостаткам RDA-модели можно отнести высокие требования к клиентским вычислительным установкам, так как прикладные программы обработки данных, определяемые спецификой предметной области информационной системы, выполняются на них.

Другим недостатком является все же существенный трафик сети, обусловленный тем, что с сервера базы данных клиентам направляются наборы (таблицы) данных, которые в определенных случаях могут занимать достаточно существенный объем.

Развитием PDA-модели стала модель сервера базы данных. Ее сердцевиной является механизм хранимых процедур. В отличие от PDA-модели, определенные для конкретной предметной области информационной системы события, правила и процедуры, описанные средствами языка SQL, хранятся вместе с данными на сервере системы и на нем же выполняются. Иначе говоря, прикладной компонент полностью размещается и выполняется на сервере системы. Схематично DBS-модель приведена на рис.

Рис. Модель сервера базы данных (DBS-модель)

На клиентских установках в DBS-модели размещается только интерфейсный компонент (компонент представления), что существенно снижает требования к вычислительной установке клиента. Пользователь через интерфейс системы на клиентской установке направляет на сервер базы данных только лишь вызовы необходимых процедур, запросов и других функций по обработке данных. Все затратные операции по доступу и обработке данных выполняются на сервере и клиенту направляются лишь результаты обработки, а не наборы данных, как в RDA-модели. Этим обеспечивается существенное снижение трафика сети в DBS-модели по сравнению с RDA — моделью.

Следует заметить, что на сервере системы выполняются процедуры прикладных задач одновременно всех пользователей системы. В результате резко возрастают требования к вычислительной установке сервера, причем как к объему дискового пространства и оперативной памяти, так и к быстродействию. Это основной недостаток DBS-модели.

К достоинствам же DBS-модели, помимо разгрузки сети, относится и более активная роль сервера сети, размещение, хранение и выполнение на нем механизма событий, правил и процедур, возможность более адекватно и эффективно «настраивать» распределенную информационную систему на все нюансы предметной области.

Также более надежно обеспечивается согласованность состояния и изменения данных и, вследствие этого, повышается надежность хранения и обработки данных, эффективно координируется коллективная работа пользователей с общими данными.

Чтобы разнести требования к вычислительным ресурсам сервера в отношении быстродействия и памяти по разным вычислительным установкам, используется модель сервера приложений.

Суть AS-модели заключается в переносе прикладного компонента информационной системы на специализированный в отношении повышенных ресурсов по быстродействию дополнительный сервер системы. Схема AS-модели приведена на рис.

Рис. Модель сервера приложений (AS-модель).

Как и в DBS-модели, на клиентских установках располагается только интерфейсная часть системы, т. е. компонент представления. Однако вызовы функций обработки данных направляются на сервер приложений, где эти функции совместно выполняются для всех пользователей системы. За выполнением низкоуровневых операций по доступу и изменению данных сервер приложений, как в RDA-модели, обращается к SQL-серверу, направляя ему вызовы SQL-процедур, и получая, соответственно, от него наборы данных.

Как известно, последовательная совокупность операций над данными (SQL-инструкций), имеющая отдельное смысловое значение, называется транзакцией.

В этом отношении сервер приложений управляет формированием транзакций, которые выполняет SQL-сервер. Поэтому программный компонент СУБД, инсталлируемый на сервере приложений, еще называют монитором обработки транзакций (Transaction Processing Monitors — TRM), или просто монитором транзакций.

AS-модель, сохраняя сильные стороны DBS-модели, позволяет оптимально построить вычислительную схему информационной системы, однако, как и в случае RDA-модели, повышает трафик сети.

В практических случаях используются смешанные модели, когда простейшие прикладные функции и обеспечение ограничений целостности данных поддерживаются хранимыми на сервере процедурами (DBS-модель), а более сложные функции предметной области (так называемые правила бизнеса) реализуются прикладными программами на клиентских установках (RDA-модель) или на сервере приложений (AS-модель).

2. Автоматизированные системы сбора, хранения и анализа информации

Автоматизированные информационные системы (АИС) относятся к классу сложных систем, как правило, не столько в связи с большой физической размерностью, сколько в связи с многозначностью структурных отношений между их компонентами. В рамках системного анализа сложные системы изучаются посредством разбиения на элементы: предполагается, что сложная система есть целое, состоящее из взаимосвязанных частей, которые не могут быть определены априорно, а строятся или выбираются в процессе декомпозиции (физической или концептуальной) исходной системы. Поэтому, прежде чем непосредственно перейти к изучению АИС, рассмотрим основные понятия и подходы к классификации информационных систем (ИС) вообще.

В настоящее время нет единого определения ИС и нет единой их классификации в связи с динамично протекающими процессами накопления знаний в области информационных технологий, поэтому приведем для сравнения наиболее существенные.

Информационная система — совокупность информационных, экономико-математических методов и моделей, технических, программных, технологических средств и специалистов, предназначенная для сбора, хранения, обработки и выдачи информации и принятия управленческих решений.

Информационная система есть распространенное обозначение человеческого коллектива и процедур, а также разработанного, построенного, используемого и обслуживаемого оборудования для сбора, обработки, сохранения, извлечения и отображения информации.

Актуальной задачей в информационном плане на сегодняшний день для предприятий и корпораций всех организационных форм и видов собственности и в любой предметной области является обеспечение надежного управления всем объемом разнородных данных, которые порождаются, хранятся и используются в различных ИС, существующих на предприятии и связанных с информационной поддержкой продукции (услуг) в течение ее жизненного цикла. Разнообразие проблем, решаемых с помощью ИС, привело к появлению разнотипных систем, различающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.

ИС можно классифицировать по различным признакам. В основу нижеприведенной классификации положен ряд существенных признаков, определяющих функциональные возможности и особенности построения современных систем; также принимались во внимание объем решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования и т. д.

По типу хранимых данных ИС делятся на фактографические и документальные. Фактографические системы предназначены для хранения и обработки структурированных данных в виде чисел и текстов. Над такими данными можно выполнять различные операции.

В документальных системах информация представлена в виде документов, состоящих из наименований, описаний, рефератов и текстов. Поиск по неструктурированным данным осуществляется с использованием семантических признаков. Отобранные документы предоставляются пользователю, а обработка данных в таких системах практически не производится.

Основываясь на степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой (организацией), ИС делятся на ручные, автоматические и автоматизированные.

Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.

В автоматических ИС все операции по переработке информации выполняются без участия человека.

Автоматизированные И С предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутинных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соответствует современному представлению понятий «информационная система» и «автоматизированная система» .

Автоматизированная система (АС) — это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию установленных функций.

Комплекс средств автоматизации (КСА) — совокупность всех компонентов АС, за исключением персонала.

Пользователь АС — лицо, участвующее в функционировании АС или использующее результаты ее функционирования.

В зависимости от характера обработки данных АИС¹ делятся на информационно-поисковые и информационно-решающие.

Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. Например, ИС библиотечного обслуживания, резервирования и продажи билетов на транспорте, бронирования мест в гостиницах и пр.

Информационно-решающие системы осуществляют, кроме того, операции переработки информации по определенному алгоритму. По характеру использования выходной информации такие системы принято делить на управляющие и советующие. Результирующая информация управляющих АИС непосредственно трансформируется в принимаемые человеком решения. Для этих систем свойственны задачи расчетного характера и обработка больших объемов данных, например АИС планирования производства или заказов, бухгалтерского учета. Советующие АИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и учитывается при формировании управленческих решений, а не инициирует конкретные действия. Эти системы имитируют интеллектуальные процессы обработки знаний, а не данных (например, экспертные системы).

В зависимости от сферы применения различают следующие классы АИС.

Системы организационного управления предназначены для автоматизации функций управленческого персонала как промышленных предприятий, так и непромышленных объектов (гостиниц, банков, магазинов и пр). Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом, снабжением и другие экономические и организационные задачи.

Системы управления технологическими процессами (ТП) служат для автоматизации функций производственного персонала по контролю и управлению производственными операциями. В таких системах обычно предусматривается наличие развитых средств измерения параметров технологических процессов (температуры, давления, химического состава и т. п.), процедур контроля допустимости значений параметров и регулирования технологических процессов.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники, сооружений или технологий. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.

Интегрированные (корпоративные) АИС используются для автоматизации всех функций фирмы (корпорации) и охватывают весь цикл работ — от планирования деятельности до сбыта продукции. Они включают в себя ряд модулей (подсистем), работающих в едином информационном пространстве и выполняющих функции поддержки соответствующих направлений деятельности.

Анализ современного состояния рынка АИС показывает устойчивую тенденцию роста спроса на информационные системы организационного управления. Причем продолжает расти спрос именно на интегрированные системы. Автоматизация отдельной функции, например, бухгалтерского учета или сбыта готовой продукции, считается уже пройденным этапом для многих предприятий.

В интегрированных АИС выделяют функциональные и обеспечивающие подсистемы. Функциональные подсистемы информационно обслуживают определенные виды деятельности, характерные для структурных подразделений предприятия или функций управления. Интеграция функциональных подсистем в единую систему достигается за счет создания и функционирования обеспечивающих подсистем.

Функциональная подсистема представляет собой комплекс задач с высокой степенью информационных обменов (связей) между задачами. При этом под задачей понимается некоторый процесс обработки информации с четко определенным множеством входной и выходной информации. Состав функциональных подсистем определяется характером и особенностями автоматизируемой деятельности, отраслевой принадлежностью, формой собственности, размером предприятия. Деление АИС на функциональные подсистемы может строиться по различным принципам:

* предметному;

* функциональному;

* проблемному;

* смешанному (предметно-функциональному).

При использовании предметного принципа выделяют подсистемы, отвечающие за управление отдельными ресурсами: управление сбытом, управление производством, управление финансами, управление персоналом и т. д. При этом в подсистемах рассматривается решение задач на всех уровнях управления, обеспечивая интеграцию информационных потоков по вертикали.

Применение функционального принципа предполагает выделение подсистем по направлениям деятельности: технико-экономическое планирование, бухгалтерский учет, анализ хозяйственной деятельности, перспективное развитие.

Состав обеспечивающих подсистем не зависит от конкретных функциональных подсистем и предметной области.

Рассмотренная классификация АИС с указанными выше классификационными признаками не является единственной. Приведем пример классификации, где в качестве основного классификационного признака рассматриваются особенности автоматизируемой профессиональной деятельности — процесса переработки входной информации для получения требуемой выходной.

В соответствии с названиями приведенных на рис. 1 систем (аббревиатуры общеприняты среди специалистов по информационным технологиям и системам) нетрудно определить назначение и особенности каждой из них.

Рис. 1. Классификация АИС с учетом особенностей автоматизируемой профессиональной деятельности:

АСУ — автоматизированные системы управления (П — персоналом, ТС — техническими средствами); СППР — системы поддержки принятия решения (Р — руководителя, О — должностного лица органа управления, Д — оперативного дежурного, Оп — оператора); АИВС — автоматизированные информационно-вычислительные системы; ИРС — информационно-расчетная система; САПР — система автоматизированного проектирования; МЦ — моделирующий центр; ПОИС — проблемно-ориентированная имитационная система; АИИС — автоматизированные информационно-справочные системы; АА — автоматизированные архивы; АСД — автоматизированные системы делопроизводства; АС — автоматизированные справочники и АК — автоматизированные картотеки; АСВЭК — автоматизированные системы ведения электронных карт; АСО — автоматизированные системы обучения; АСОДИ — автоматизированные системы обеспечения деловых игр; Т и ТК — тренажеры и тренажерные комплексы

Различают девять обеспечивающих подсистем или так называемое обеспечение АИС, в частности:

* информационное;

* лингвистическое;

* математическое;

* методическое;

* организационное;

* правовое;

* программное;

* техническое;

* эргономическое.

Ниже приведены тестированные определения каждого вида обеспечения, его компоненты и особенности.

Информационное обеспечение — совокупность форм документов, классификаторов, нормативной базы и реализованных решений по объемам, размещению и формам существования информации, применяемой в АИС при ее функционировании.

Информационное обеспечение включает:

* описание технологических процессов;

* описание организации информационной базы;

* описание входных потоков;

* описание выходных сообщений;

* описание систем классификации и кодирования;

* формы документов;

* описание структуры массивов.

Системы классификации позволяют группировать объекты, выделяя определенные классы, которые характеризуются рядом общих свойств. Классификаторы представляют собой систематизированные своды, перечни классифицируемых объектов и имеют определенное (обычно числовое) обозначение. Применяются государственные, отраслевые, региональные классификаторы. Например, классифицированы отрасли промышленности, оборудование, профессии, единицы измерения, статьи затрат и т. д.

Назначение классификаторов:

* систематизация наименований кодируемых объектов;

* однозначная интерпретация одних и тех же объектов в различных задачах;

* возможность обобщения информации по заданной совокупности признаков;

* возможность сопоставления одних и тех же показателей, содержащихся в формах статистической отчетности;

* возможность поиска и обмена информацией между подсистемами и внешними АИС;

* оптимизация использования ресурсов вычислительной техники при работе с кодируемой информацией.

Используются три метода классификации объектов, которые различаются стратегией применения классификационных признаков:

* иерархический;

* фасетный;

* дескрипторный.

Иерархический метод реализует достаточно жесткую процедуру построения структуры классификации. Предварительно определяется цель — набор свойств, которыми должны обладать классифицируемые объекты. Эти свойства полагают признаками классификации. В иерархической системе классификации каждый объект на любом уровне должен быть отнесен к одному классу, характеризуемому конкретным значением выбранного классификационного признака. Количество уровней классификации, соответствующее числу признаков, выбранных в качестве основания деления, характеризует глубину классификации.

Достоинства иерархической системы классификации: простота построения и использование независимых классификационных признаков в различных ветвях иерархической структуры.

Недостатками этой системы являются жесткая структура, осложняющая внесение изменений, так как это приводит к перераспределению классификатора, и невозможность группировать объекты по заранее не предусмотренным сочетаниям признаков.

При использовании фасетного метода классификации допустимо выбирать признаки классификации независимо как друг от друга, так и от семантического содержания классифицируемого объекта. Признаки классификации называются фасетами (Гасе1 — рамка). Каждый фасет содержит совокупность однородных значений данного классификационного признака, причем значения в фасете могут располагаться в произвольном порядке, хотя предпочтительнее их упорядочение. Схема построения фасетной системы классификации представляется в виде таблицы. Названия столбцов соответствуют выделенным классификационным признакам (фасетам). В каждой клетке таблицы хранится конкретное значение фасета. Процедура классификации состоит в присвоении каждому объекту соответствующих значений из фасетов.

Достоинства фасетной системы классификации: возможность создания большой емкости классификации, т. е. использования большого числа признаков классификации и их значений для создания группировок; возможность простой модификации всей системы классификации без изменения структуры существующих группировок.

Недостатком системы является сложность ее построения, так как необходимо учитывать все многообразие классификационных признаков.

Для организации поиска информации, для ведения тезаурусов (словарей) эффективно используется дескрипторная (описательная) система классификации, язык которой приближается к естественному языку описания информационных объектов. Особенно широко она используется в библиотечной системе поиска.

Системы классификации принципиально отличаются от систем кодирования в соответствии с определением.

Система кодирования — совокупность правил кодового обозначения объектов. 'Код строится на базе алфавита, состоящего из букв, цифр и других символов. Код характеризуется: длиной — число позиций в коде, и структурой — порядок расположения в коде символов, используемых для обозначения классификационного признака.

Кодирование применяется для замены названия объекта на условное обозначение (код) в целях обеспечения удобной и более эффективной обработки информации.

Унифицированные системы документации создаются на государственном, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель их использования — обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства. Разработаны стандарты, где устанавливаются требования к:

* унифицированным системам документации;

* унифицированным формам документов различных уровней управления;

* составу и структуре реквизитов и показателей;

* порядку внедрения, ведения и регистрации унифицированных форм документов.

Однако, несмотря на существование унифицированной системы документации, при обследовании большинства организаций постоянно выявляют типичные недостатки:

* чрезвычайно большой объем документов для ручной обработки;

* одни и те же показатели часто дублируются в разных документах;

* работа с большим количеством документов отвлекает специалистов от решения непосредственных задач;

* наличие показателей, которые создаются, но не используются, и др.

Устранение указанных недостатков является одной из задач, стоящих при создании информационного обеспечения.

Схемы информационных потоков отражают маршруты движения информации, ее объемы, места возникновения и использования. Анализ таких схем позволяет выработать меры по совершенствованию всей системы управления.

Для создания информационного обеспечения необходимо:

* ясное понимание целей, задач, функций всей системы управления организацией;

* выявление движения информации от момента возникновения и до ее использования на различных уровнях управления, представленной для анализа в виде схем информационных потоков;

* совершенствование системы документооборота;

* наличие и использование системы классификации и кодирования;

* владение методологией создания концептуальных информационно-логических моделей, отражающих взаимосвязь информации;

* создание массивов информации на машинных носителях, что требует наличия современного технического обеспечения.

Лингвистическое обеспечение — совокупность средств и правил для формализации естественного языка, используемых при общении пользователей и эксплуатационного персонала АИС с комплексом средств автоматизации при функционировании АИС.

Языковые средства лингвистического обеспечения делятся на две группы: традиционные языки (естественные, математические, алгоритмические, моделирования) и языки, предназначенные для диалога с ЭВМ.

Математическое обеспечение — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, применяемых в АИС.

В состав математического обеспечения входят:

* средства математического обеспечения (средства моделирования типовых задач управления, методы многокритериальной оптимизации, математической статистики, теории массового обслуживания и др.);

* техническая документация (описание задач, алгоритмы решения задач, экономико-математические модели);

* методы выбора математического обеспечения (методы определения типов задач, методы оценки вычислительной сложности алгоритмов, методы оценки достоверности результатов).

Методическое обеспечение — совокупность документов, описывающих технологию функционирования АИС, методы выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов при функционировании АИС.

Организационное обеспечение — совокупность документов, устанавливающих организационную структуру, права и обязанности пользователей и эксплуатационного персонала АИС в условиях функционирования, проверки и обеспечения работоспособности АИС.

Организационное обеспечение реализует следующие функции:

* анализ существующей системы управления предприятием (организацией), где используется АИС, выявление задач, подлежащих автоматизации;

* подготовку задач к автоматизации, включая разработку технических заданий и технико-экономических обоснований эффективности;

* разработку управленческих решений по изменению структуры организации и методологий решения задач, направленных на повышение эффективности системы управления.

Организационное обеспечение включает:

* методические материалы, регламентирующие процесс создания и функционирования АИС;

* совокупность средств для эффективного проектирования и функционирования АИС;

* техническую документацию, получаемую в процессе обследования предприятия, проектирования, внедрения и сопровождения системы;

* персонал (организационно-штатные структуры предприятия), проектирующий, внедряющий, сопровождающий и использующий ИС.

Правовое обеспечение — совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения при функционировании АИС и юридический статус результатов ее функционирования. Примечание: правовое обеспечение реализуется в организационном обеспечении АИС.

В состав правового обеспечения входят законы, указы, постановления государственных органов власти; приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств, организаций, местных органов власти. В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой ИС, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.

Правовое обеспечение разработки АИС включает нормативные акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика и правовым регулированием отклонений от договора.

Правовое обеспечение функционирования АИС включает:

* статус АИС;

* права, обязанности и ответственность персонала;

* правовые положения отдельных видов процесса управления;

* порядок создания и использования информации.

Программное обеспечение — совокупность программ на носителях данных и программных документов, предназначенная для отладки, функционирования и проверки работоспособности АИС.

К программному обеспечению АИС относят:

* программное обеспечение, специально разработанное в рамках автоматизации, реализующее разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта;

* программное обеспечение общего назначения, предназначенное для решения типовых задач обработки информации.

Техническая документация на разработку программных средств должна содержать описание задач, задание на алгоритмизацию, экономико-математическую модель задачи, контрольные примеры.

Техническое обеспечение — совокупность всех технических средств, используемых при функционировании АИС.

К техническим средствам относят:

* используемую вычислительную технику разного назначения (серверы, рабочие станции);

* специальные устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;

* устройства передачи данных и линии связи;

* устройства автоматического съема информации;

* оргтехнику, эксплуатационные материалы и т. д.

Выбор технических средств, организация их эксплуатации, технологический процесс обработки данных, технологическое оснащение документально оформляются.

Документацию технического обеспечения можно условно разделить на группы:

* общесистемная документация, включающая государственные и отраслевые стандарты по техническому обеспечению;

* специализированная документация, содержащая комплекс методик по всем этапам разработки технического обеспечения;

* нормативно-справочная документация, используемая при выполнении расчетов по техническому обеспечению.

Эргономическое обеспечение — совокупность реализованных решений в АИС по согласованию психологических, психофизиологических, антропометрических, физиологических характеристик и возможностей пользователей АИС с техническими характеристиками комплекса средств автоматизации АИС и параметрами рабочей среды на рабочих местах персонала АИС.

Охрана здоровья трудящихся, обеспечение безопасности условий труда, ликвидация профессиональных заболеваний и производственного травматизма составляют одну из главных забот человеческого общества. Обращается внимание на необходимость широкого применения прогрессивных форм научной организации труда, сведения к минимуму ручного, малоквалифицированного труда, на создание обстановки, исключающей профессиональные заболевания и производственный травматизм.

Архитектура АИС. Термин «архитектура» применительно к вычислительным системам появился задолго до создания первых АИС, тем не менее он является одним из основополагающих и в сфере информационных технологий. Существуют различные подходы к определению архитектуры АИС, различные точки зрения и различная степень детализации рассмотрения; приведем некоторые из них.

Согласно архитектура — это организационная структура автоматизированной системы. Известно и другое определение: архитектура — это концептуальное описание структуры системы, включающее описание элементов системы, их взаимодействия и внешних свойств. Выделяют два уровня архитектуры АИС:

* бизнес-архитектуру (бизнес-уровень);

* уровень информационных технологий (технический уровень).

Бизнес-архитектура обычно первична по отношению к техническому уровню; может существовать и реализуема вне зависимости от существования АИС. Бизнес-архитектура является предметной областью для анализа и проведения автоматизации. На бизнес-уровне определяется набор задач, требований, характеристик, осуществляемых с помощью АИС. Соответствие указанному уровню технического уровня является основой эффективности функционирования АИС.

С другой стороны, новые возможности, предоставляемые использованием информационных технологий, стимулируют развитие и корректировку бизнес-архитектуры, в связи с чем она является неотъемлемой частью архитектуры АИС и всего предприятия.

Уровень информационных технологий или технический уровень представляет собой интегрированный комплекс технических средств, используемых в АИС для реализации задач предприятия, и включает в себя как логические, так и технические (программные и аппаратные) компоненты. Компонентами этого уровня, в свою очередь, являются следующие подуровни:

* архитектура программных систем;

* информационная архитектура;

* технологическая (инфраструктурная) архитектура.

Информационная архитектура представляет собой логическую организацию данных, с которыми работает АИС, т. е. практически структуры баз данных и баз знаний, а также принципы их взаимодействия.

Под архитектурой программных систем понимают совокупность следующих технических решений:

* общий архитектурный стиль и общую организацию программной части АИС;

* деление программного комплекса на функциональные подсистемы и модули;

* свойства модулей, методы их взаимодействия и объединения, используемые интерфейсы.

Архитектура программной системы охватывает не только структурные и поведенческие аспекты, но и правила ее использования и интеграции с другими системами, функциональность, производительность, гибкость, надежность, эргономичность, технологические ограничения.

Технологическая архитектура описывает инфраструктуру, используемую для передачи данных. На этом уровне решаются вопросы сетевой структуры, применяемых каналов связи и т. д.

По мере развития программных систем все большее значение приобретает их комплексная интеграция для построения единого информационного пространства предприятия. Обеспечение такой интеграции является важнейшим элементом архитектуры, в противном случае АИС окажется неэффективной.

Жизненный цикл АИС. Одним из базовых понятий методологии проектирования АИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО — это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

По аналогии правомерно будет утверждать, что жизненный цикл АИС есть непрерывный процесс с момента принятия решения о необходимости ее создания до полного завершения ее эксплуатации. Продолжительность жизненного цикла современных АИС составляет около 10 лет, что значительно превышает сроки морального и физического старения технических и системных программных средств, используемых при реализации АИС. Поэтому, как правило, в течение ЖЦ системы проводится ее модернизация, после чего все функции системы должны выполняться с не меньшей эффективностью.

Добиться этого на протяжении всего ЖЦ АИС — довольно сложная по ряду объективных и субъективных причин задача, в результате подавляющее большинство проектов АИС внедряется с нарушениями качества, сроков или сметы; почти треть проектов прекращают свое существование незавершенными.