Математические модели, методы и средства обработки информации при управлении жилищно-коммунальным хозяйством региона

Актуальность проблемы. С развитием вычислительной техники информационные технологии стали широко использоваться в различных областях деятельности человека, в том числе и в области управления жилищно-коммунальным хозяйством регионов РФ. Одной из основных задач, стоящих перед Министерством строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства, является экономия ресурсов и обеспечение высокого уровня качества предоставления жилищно-коммунальных услуг населению. Одним из направлений решения этой задачи является создание и внедрение автоматизированной системы поддержки принятия решения (CI И IP) жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).

В настоящее время для информационного обеспечения принятия управленческих решений используются разрозненные банки данных автоматизированных информационных систем, хранящие детальную информацию технологической деятельности специалистов ЖКХ. Такой подход обладает рядом недостатков:

1. Высокий уровень детализации данных приводит к большим временным затратам на их обработку и получение статистических данных.

2. Существенны временные потери специалистов Министерства на интеграцию данных, поступающих от большого количества разнородных информационных систем, действующих в ЖКХ.

3. Отсутствие визуального отображения результатов анализа статистической информации снижает степень объективности принимаемых управленческих решений.

Современные прикладные информационные технологии, основанные на концепциях технологии OLAP, Data Mining и хранилищ данных, позволяют снизить трудоемкость интеграции статистических данных, реализовать математические методы их анализа, оперативно формировать информацию, необходимую для принятия управленческих решений.

Таким образом, актуальной задачей является задача создания СППР ЖКХ, отвечающей за подготовку принятия управленческих решений.

Цель и задачи исследования

Целью работы является создание моделей, методов, алгоритмов и программных средств решения задачи автоматизации аналитической деятельности специалистов ЖКХ для повышения эффективности процессов принятия управленческих решений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Проанализировать информационное обеспечение существующих автоматизированных информационных систем (АИС) ЖКХ, необходимое для обеспечения аналитической деятельности специалистов.

• Разработать методику решения аналитической задачи оценки состояния жилищно-коммунального хозяйства регионаматематическую модель, метод и алгоритм решения задачи планирования вывоза твердых бытовых отходов (ТБО) на заводы по их переработке.

• Разработать математическую и инф о логическую модели формата выгрузки данных из АИС ЖКХ СППРматематическую и инфологическую модели формы ввода дополнительной информации.

• Разработать и реализовать функциональную модель программного средства для выгрузки информации в СППР Министерства.

• Разработать и реализовать информационно-технологическую модель взаимодействия пользователей, АИС ЖКХ и СППР.

• Применить разработанные математические модели и методики для построения СППР ЖКХ.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались математические модели и методы системного анализа, кластерного анализа, классические методы решения задач линейного и целочисленного программирования.

Научная новизна результатов исследований.

• Методика. оценки функционирования ЖКХ на основе метода самоорганизующихся карт Кохонена.

• Математическая модель задачи планирования вывоза ТБО, метод и алгоритм её решения.

• Математические модели формата выгрузки информации для СППР и формы ввода дополнительной для выгрузки информации.

• Функциональная модель программного средства «Подсистема выгрузки», обеспечивающая поступление информации, удовлетворяющей требованиям СППР.

• Модифицированная структура СППР в условиях разрозненных банков данных АИС ЖКХ и обеспечения доступности населению информации жилищно-коммунальной отрасли.

Достоверность результатов работы. Научные результаты диссертационной работы получены на основании достоверных знаний прикладной информатики, систем управления базами данных и использования строгого математического аппарата. Полученные результаты подтверждены вычислительными экспериментами, практическим применением разработанных методик для построения информационного обеспечения ряда задач управления в области ЖКХ, актами использования в деятельности' научно-технического центра по разработке программных продуктов, Министерства строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства, актами внедрения в учебный процесс.

Практическая ценность заключается в применении предложенных в работе моделей и методик при разработке системы поддержки принятия решений в области жилищно-коммунального хозяйства. Предложенные методы, методики и инфологические модели, а также решение задачи планирования могут быть использованы в различных прикладных областях, где возникают аналогичные задачи, например, в области социальной защиты населения.

Реализация работы. Результаты выполненных исследований и разработок использовались отделом АСУ Научно-технического центра «Лайн» при разработке и внедрении системы поддержки принятия решений в Республике Татарстан в рамках развития существующей распределенной автоматизированной информационной системы «Коммунальные платежи». Разработка выполнялась в рамках хоздоговорных научно-исследовательских работ с Министерством строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства. Результаты диссертации использованы в учебном процессе Казанского Государственного технического университета им. А. Н. Туполева на кафедре «Прикладная математика и информатика» в виде курсовых и дипломных работ бакалавров, магистров и инженеров.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных, всероссийских, республиканских конференциях:

Девятая международная научно-практическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт — Петербург, 2005) — Восьмая международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» (Сочи, 2005) — «Новейшие технологические решения и оборудование» (Москва, 2006) — Десятая международная научно-практическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении» (СанктПетербург, 2006) — Всероссийская научная конференция «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (Казань, 2007) — Одиннадцатая международная научно-практическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт — Петербург, 2007) — Международная молодежная научная конференция пятнадцатые Туполевские чтения (Казань, 2007) — Двадцатая международная научнотехническая конференция «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (Пенза, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликованы десять научных работ, в том числе одна статья в журнале, рекомендуемом ВАК («Вестник КГТУ»).

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 170 страниц текста, 45 рисунков, 22 таблицы.

Список литературы

включает 92 наименования.

ВЫВОДЫ.

1. На основе требований к видам обеспечения определены характеристики обеспечения системы поддержки принятия решений жилищно-коммунального хозяйства региона.

2. Требование обеспечения широкой доступности информации в сфере жилищно-коммунального хозяйства влечет за собой необходимость включения в состав системы поддержки принятия решений информационного Интернет портала.

3. Определены состав подсистем и схема информационного взаимодействия между подсистемами системы поддержки принятия решений жилищно-коммунального хозяйства региона.

4. Построены форматы выгрузки данных для задачи оценки функционирования жилищно-коммунального хозяйства региона и вывоза твердых бытовых отходов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Большой объем банка данных Министерства строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства затрудняет принятие решений, вследствие значительных временных затрат на получение нужной информации. Для преодоления этого недостатка следует разработать систему поддержки принятия решений (СППР), базирующуюся на OLAP технологии — аналитической обработке данных в реальном времени.

2. Для интеграции данных разрозненных банков автоматизированных информационных систем (АИС) в жилищно-коммунальной отрасли и предоставления необходимой информации для принятия решений следует включить в состав СППР подсистему выгрузки информации из АИС ЖКХ.

3. На основе анализа информации, поступающей в СППР, разработана математическая модель универсальной схемы выгрузки информации из разнородных АИС в электронном формате XML. Анализ работы организаций — источников информации для СППР выявил наличие информации, неавтоматизированной в рамках АИС ЖКХ, а формируемой исключительно на бумажных носителях, поэтому была разработана математическая модель универсального интерфейса для ввода этой информации через «Подсистему выгрузки».

4. Определен ряд актуальных задач необходимых для автоматизации в рамках СППР, таких как задача оценки функционирования жилищно-коммунальной отрасли и задача планирования вывоза твердых бытовых отходов. Разработано математическое и информационное обеспечение этих задач.

5. Модифицирована структура СППР, в условиях разрозненности банков данных АИС ЖКХ и требования доступности информации жилищно-коммунальной отрасли населению.