Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ факторов влияющих на создание информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 19
1.1 Структура и состав органов управления силами и средствами МЧС России как фактор влияющий на создание информационного обеспечения автоматизированной системы управления 22
1.1.1 Анализ субъектов и объектов управления силами и средствами МЧС России как элементов множества субъектов информационного обеспечения 22
1.1.2 Анализ функционирования системы управления как фактора определяющего состояние информации в информационном обеспечении автоматизированной системы управления силами и средствами МЧС России 34
1.1.3 Анализ проблем управления силами и средствами МЧС России как фактора определяющего действия субъектов информационного обеспечения 1.2 Выявление проблем автоматизированного управления силами и средствами МЧС России как фактора влияющего на построение информационного обеспечения 40
1.3 Оценка характеристик информации как фактора создания информационного обеспечения 1.3.1 Анализ требований к информационному обеспечению автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 53
1.3.2 Анализ состава информации в системе автоматизированного управления силами и средствами МЧС России з
1.4 Постановка задачи исследования 59
2 Формирование комплексной модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 65
2.1 Построение концептуальной модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России
2.1.1 Декомпозиция информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России на совокупность элементов нижнего уровня 66
2.1.2 Множество субъектов информационного обеспечения автоматизированной системы управления 68
2.1.3 Множество состояний информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 70
2.1.4 Множество действий субъектов информационного обеспечения автоматизированной системы управления 72
2.1.5 Комплексная модель информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 75
2.2 Построение функциональной модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 79
2.2.1 Построение контекстной диаграммы информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 79
2.2.2 Построение диаграммы декомпозиции первого уровня информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 81
2.2.3 Построение диаграмм декомпозиции второго уровня информационного обеспечения автоматизированного управления силами и 2.3 Построение логической модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 89
2.4 Построение информационной модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 2.4.1 Построение информационной матричной модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 94
2.4.2 Построение информационно-логической модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 99
2.4.3 Графическое представление информационной модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 102
2.5 Построение модели объектного представления информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 107
2.5.1 Построение диаграммы «вариантов использования» информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 108
2.5.2 Построение диаграммы «классов» информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 111
2.5.3 Построение диаграммы «последовательностей» информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 113
2.5.4 Построение диаграммы «состояний» информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России 114
3 Разработка методик создания единой информационной базы и оптимизации информационных потоков в асу силами и средствами МЧС России 122
3.1 Методика создания единой информационной базы в АСУ силами и средствами МЧС России 122
3.1.1 Последовательность формирования объектов классов единой информационной базы 125
3.1.2 Последовательность формирования пространственных таблиц данных единой информационной базы 135
3.1.3 Последовательность формирования связей объектов классов и пространственных таблиц 139
3.1.4 Порядок загрузки хранилища статическими данными 140
3.1.5 Последовательность скоординированного извлечения данных из источников 141
3.2 Методика оптимизации информационных потоков данных единой информационной базы 151
3.2.1 Этап оптимизации запросов при оптимизации информационных потоков 152
3.2.2 Этап оптимизации очистки данных при оптимизации информационных потоков 155
3.2.3 Этап оптимизации формирования ключей и оптимизации преобразований при оптимизации информационных потоков 158
3.3 Оценка эффективности реализации единой информационной базы в автоматизированной системе управления силами и средствами МЧС России 159
Заключение 171
Список использованных источников
- Анализ субъектов и объектов управления силами и средствами МЧС России как элементов множества субъектов информационного обеспечения
- Декомпозиция информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России на совокупность элементов нижнего уровня
- Построение диаграммы «классов» информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России
- Методика оптимизации информационных потоков данных единой информационной базы
Анализ субъектов и объектов управления силами и средствами МЧС России как элементов множества субъектов информационного обеспечения
Опыт ликвидации последствий крупномасштабных ЧС природного и техногенного характера и анализ условий подготовки спасательных воинских формирований, подразделений федеральной противопожарной службы, убедительно показывает, что действия СиС МЧС России могут быть эффективными лишь при наличии стройной системы управления силами и средствами, соответствии ее возможностей и готовности к применению возможностям подчиненных сил (средств) и условиям, в которых они действуют [26].
Успех действий СиС МЧС России целиком и полностью зависит от умения должностных лиц органов управления в короткие сроки принимать оптимальные решения, быстро и качественно планировать аварийно-спасательные работы (операции), готовить органы и подразделения МЧС России к выполнению поставленных задач и эффективно, непрерывно и устойчиво управлять ими [36,96].
При ликвидации ЧС — при осуществлении управления силами и средствами МЧС России, система управления должна быть в готовности обеспечить надежное управление при любых масштабах ЧС, что обуславливает сложную структуру сил и средств МЧС России (рис.1.1) [1,4-6].
Существенное повышение оперативности управления и качества принятия решений, сокращение времени между получением информации от средств мониторинга и наблюдения и принятием решения на ликвидацию последствий ЧС (проведение аварийно-спасательных работ) позволит смягчить последствия ЧС и обеспечить безопасность населения [29,55].
Для повышения оперативности, надежности и качества управления группировкой сил МЧС России, силами и средствами в целях полного использования их возможностей применяются автоматизированные системы управления.
При функционировании автоматизированной системы информация занимает особое место. Если необходимые массивы информации не будут своевременно введены в АСУ, то обрабатывать будет нечего и автоматизированная система окажется бесполезной.
С развитием информационных технологий ввода, передачи и хранения информации, так же развиваются способы представления информации должностным лицам органов управления [62,65,70,71].
Большой объем информации превращает поиск решений в сложную задачу, несмотря на использование средств автоматизации. Для упрощения процесса анализа данных были разработаны различные технологии анализа данных, такие как [34,122]: технология оперативного анализа данных OLAP; технология интеллектуального анализа данных Data Mining; технология визуального анализа данных Visual Mining; технология анализа текстовой информации Text Mining. Технологии анализа данных являются дальнейшим развитием технологий обработки данных, на более качественном уровне. Обязательным компонентом любой из приведенных технологий является база данных, данные из которой анализируются автоматизированными методами. Чем полнее будет единая информационная база, соответствующая структуре управления тем качественнее, с минимальным процентом неопределенности будет проведен анализ данных для принятия решений.
В современных АСУ СиС получил наивысшее развитие принцип интеграции ресурсов, что выразилось в снятии пространственных ограничений на размах вычислительных систем. Средства обработки данных, объединяемые в сеть, могут располагаться на произвольном удалении друг от друга. При этом каждый пользователь может получить доступ ко всем интегрированным ресурсам сети, основными из которых являются информационные.
Особую роль при этом играет информационное обеспечение автоматизированного управления силами и средствами, как совокупность оперативной и технической информации, систем ее документирования, классификации и кодирования [96]. Следовательно, единая информационная база созданная для взаимодействия со средствами обработки автоматизированными информационными технологиями анализа данных в данном контексте может считаться информационным обеспечением автоматизированной системы управления силами и средствами МЧС России.
Можно определить ряд факторов влияющих на создание и использование информационного обеспечения (рис. 1.2). Требования к информационному обеспечению определяются структурой, составом органов управления и задачами, решаемыми должностными лицами органов управления (ОУ).
Декомпозиция информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России на совокупность элементов нижнего уровня
Документы по управлению СиС предназначены для оформления решения ДЛ и плана операции по ликвидации ЧС, а также для постановки задач СиС. К ним относится карта решения и приложенная к ней пояснительная записка, а также оформленные на картах план ликвидации ЧС, планы примененияСиС, планы по видам обеспечения действий, план управления. К планам прилагаются пояснительные записки с расчетами и обоснованиями. В виде текстовых документов оформляются о директива, приказ и распоряжения, а также распоряжения по тылу и по различным видам обеспечения.
Отчетно-информационные документы предназначены для докладов в вышестоящий орган об обстановке, о новых решениях, а также для информации подчиненных и взаимодействующих формирований, служб, учреждений. К ним относятся донесения, оперативные сводки, сводки и донесения по видам обеспечения, связи, тылу, отчеты и журналы ведения АСР.
Справочные документы подготавливаются для обоснования решений, а также для докладов о ходе ликвидации ЧС. Это данные по результатам оперативно-тактических расчетов, ведомости состава СиС, данные о количестве и сроках запасов, различные схемы и таблицы и т.п..
Текстовые документы допускают их автоматизированную обработку и передачу, если их состав формализован. При передаче и обработке используются только код и содержание сведений. Такие документы могут использоваться и при ручных методах их обработки, что позволяет сократить время на подготовку и передачу, уменьшить нагрузку на систему связи.
Сведения в отчетно-информационных документах, донесениях, несут информацию об основных данных обстановки — потери при ЧС, состояние радиационной, химической, биологической, гидрометеорологической обстановки и т.п. Для передачи команд управления и сигналов оповещения используются автоматизированные командно-сигнальные системы оповещения и управления, обеспечивающие передачу сигналов и команд с высокой надежностью и в короткие сроки. При неавтоматизированном и последовательном, в порядке подчиненности, способе передачи сигналов и команд на оповещение в территориальном органе затрачивается до 20 и более минут. При автоматизации же этого процесса и циркулярном способе доведения команд сигнал от органа управления до пункта управления силами (средствами) доводится за 10—30 с.
Применение АСУ позволяет широко внедрить в практику работы ДЛ органов управления метод математического моделирования операций действий СиС как научный метод прогнозирования результатов действий при том или ином варианте решения и обоснования выбора наиболее целесообразного варианта. Так, математическая модель операции по ликвидации ЧС позволяет прогнозировать сроки выполнения отдельных задач, темпы ликвидации последствий ЧС, возможные потери и т.п.
Несмотря на то, что модель не может учитывать все факторы обстановки и их взаимосвязи и поэтому только приближенно описывает действительность, она помогает выявить основные закономерности, оценить сильные и слабые стороны вариантов действий (рисунок 1.8).
Автоматизация процессов прогнозирования обстановки и оценки возможностей группировок СиС позволяет ДЛ органов управления в короткие сроки организовать действия по ликвидации ЧС, разработать план восстановления и ликвидации последствий, помочь ДЛ принять решение по дальнейшим действиям, довести уточненные задачи до подчиненных.
Применительно к пунктам управления СиС МЧС России, задачи, выполняемые ЭВМ АСУ, принято классифицировать следующим образом [76,77]. По целевому назначению: оперативные; учетно-плановые и статистические. Рисунок 1.8 - Схема процесса моделирования и проведения расчетов в АСУ Оперативные задачи предусматривают расчет количественных и определение качественных характеристик, которые необходимы органу управления при оценке обстановки, принятии решения, планировании применения СиС, при управлении СиС в ходе действий по ликвидации ЧС. Учетно-плановые задачи выполняются в интересах органов тылового обеспечения сил и средств.
Статистические задачи связаны с оценкой результатов экспериментальных данных. По характеру обработки на ЭВМ задачи подразделяются на: информационные; расчетные. Информационные задачи предусматривают сбор, обработку и выдачу данных, необходимых органам управления или используемых для решения расчетных задач.
Расчетные задачи предусматривают определение числовых значений показателей, необходимых для управления СиС. К ним относятся и используемые в органах управления для обоснования решений математические модели действий СиС.
Расчетные задачи по оценке параметров обстановки включают в себя: расчет численного состава и потенциала СиС, которые могут применяться при ликвидации ЧС различного характера; —расчет времени на подготовку к действиям и для выполнения задач; оценку влияния сложившейся, радиационной, химической, биологической и гидрометеорологической обстановки на действия СиС; оценку эффективности применения СиС и др.
Большой комплекс расчетных задач должен выполняться при отработке плана ликвидации ЧС, планов применения СиС тылового обеспечения. Это расчеты по оценке возможностей создаваемых группировок, потребного количества различных видов материальных ресурсов и планов их подвоза в соответствующий район применения.
Построение диаграммы «классов» информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России
Для математического задания графа воспользуемся его представлением с помощью матрицы инцидентности. Пусть задан граф G(F,E,А), где V - непустое множество, Е - множество не пересекающееся с V, А - отображение множества Е на VхV. Элементы Уж Е соответственно являютя вершинами и дугами, а А -ориентированным отображением инцидентности ориентированного графа. Матрицей инцидентности ориентированного графа G(v,E,А), содержащего п вершин, называется квадратная матрица А с п строками и п столбцами, в которой элементы .., стоящие на пересечении i-й строки и j-ro столбца, численно равны количеству дуг графа, идущих из i-й вершины в j-ю вершину.
Граф не имеет эйлерового цикла, граф имеет гамильтонов цикл. Путь 1-2-3-4-5-6-1. Граф имеет гамильтонову цепь, путь 1-2-3-4-5-6. Граф имеет минимальное остовное дерево равное 5.
Ориентированным маршрутом (путем) длины n=15 является последовательность дуг ех,е2,...е15 таких, что соответствующая им последовательность вершин формирует направленный граф. В нашей модели путь означает процесс изменения данных от какого-то начального состояния до состояния, которое принимается конечным в правилах создаваемой модели. Кроме того, если обозначить G(v,E,А) - как граф моделируемого информационного обеспечения, а - матрицей инцидентности заданого графа, можно утверждать, что: 1) элемент а(л)у матрицы АЛ, полученный возведением матрицы А в степень Л, равен числу различных путей длины Л, идущих от vt к vj; 2) признаком контура (ошибка описания) служит появление ненулевых элементов на главной диагонали любой из матриц АЛ; 3) равенство нулю суммы элементов j-ro столбца матрицы инцидентности служит формальным признаком для выделения исходных данных; 4) равенство нулю суммы элементов i-й строки указывает на наличие функциональных результатов; 5) если при некотором / = j нулю одновременно равняются суммы элементов строки и столбца, то указанное состояние не используется в модели описываемого информационного обеспечения.
Построение информационной модели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России
В созданной ранее концептуальной модели КМяо, отношения внутри модели определяются наличием информационных потоков между элементами множеств составляющих модель. Для актуализации понятия потоков информации и изучения их свойств необходимо построение информационной модели ИО автоматизированного управления СиС МЧС России. Различаются макроуровень и микроуровень описания и анализа потоков информации [61-63]. Изучение потоков информации на макроуровне позволяет понять общую схему функционирования объектов управления. Макроуровню соответствует решение задач совершенствования схемы существующих информационных потоков. Для решения конструктивных задач необходимо перейти на микроуровень, т.е. выявить элементы информационного отображения объекта, отношения между ними, структуру и динамику потоков информации, связь между элементами этого отображения, с одной стороны, и процессами отображаемого объекта, с другой. Изучение потоков информации на микроуровне является основой проектирования автоматизированных информационных систем [82].
Проектирование конкретной системы ИО не является целью данной работы, следовательно, информационная модель строится на макроуровне представления информации.
Построение инеормационнон матричной нойели информационного обеспечения автоматизированного управления силами и средствами МЧС России Поток информации связывает источники информации с потребителями информации, которые используют полученные сообщения для решения задач управления. При проведении анализа на макроуровне: Элементами потока будем считать: - документы (любые регламентированные формы представления информации, т.е. бланки, карты, электронные средства наглядного отображения, формализованные области памяти компьютеров и т.д.); операторы (должностные лица, подразделения, электронные устройства являющиеся источниками или потребителями информации).
Множество операторов информационной модели М0 совпадает с множеством субъектов Му концептуальной модели КМяо. Отношениями между элементами потока: функциональные отношения; семантические отношения. Множество функциональных отношений будем считать подмножеством множества Мд концептуальной модели КМяо.
Семантические отношения отражают связь между элементами внутри каждого документа и позволяют выделить смысловые связки элементов.
При принятии решений и вычислениях элементы каждой группы используются как одно целое. При построении модели на макроуровне целым будем считать документ.
Документ можно представить как множество D состоящее из элементов которыми будут являться единичные компоненты ЕК документов и информационные множества, содержащие смысловые данные Мсд.
В первом квадранте модели отражаются все документы, которые разрабатываются в РЦ (ГУ) и составляют массив MD. В этом квадранте одинаковые наименования документов по строкам и столбцам. Каждый столбец показывает, какие документы используют данные из других документов. Каждая строка показывает, сколько раз используются данные из выбранного документа для формирования других документов.
Итоговая строка первого квадранта показывает, сколько документов использовано при формировании выбранного документа. Итоговый столбец первого квадранта показывает, сколько раз запрашивались данные из выбранного документа.
Во втором квадранте наименование строк это наименования документов из MD. Наименование столбцов - это наименование операторов из М0 которым предназначен документ. Второй квадрант отражает распределение отработанных документов по получателям. И в этом квадранте отражается исследуемое информационное обеспечение как хранилище разрабатываемых документов.
Методика оптимизации информационных потоков данных единой информационной базы
Оптимизация этапа преобразования сводится к заполнению временной таблицы с уже преобразованными ключами, а разделение данных на разные сущности оставить на этап распределения данных.
Потенциально, это может дать ускорение, как разработки, так и выполнения процедур загрузки (до нескольких раз) без ухудшения сопровождаемое кода. Оптимизация фазы преобразования таким способом возможна только тогда, когда первичный, или альтернативные ключи временной таблицы будут соответствовать первичным, или альтернативным ключам целевых таблиц единой информационной базы.
В сложных случаях рекомендуется придерживаться неоптимизированной схемы разработки для лучшей сопровождаемое и уменьшения влияния «человеческого фактора» на качество разработки.
Оценка эффективности реализации единой информационной базы в системе управления силами и средствами МЧС России
Для системы, реализующей ИО АСУ основной целью функционирования является повышение качества формируемых управляющих решений. Достоверность и обоснованность принимаемых должностными лицами решений находится в прямой зависимости от оперативности предоставления необходимых данных системой, реализующей информационное обеспечения автоматизированного управления.
Оперативность предоставления требуемой информации - свойство ИО системы управления предоставлять по запросу ДЛ системы управления актуальную и полную информацию в соответствии с темпом изменения обстановки.
Оперативность предоставления требуемой информации выражается показателем - среднее время предоставления требуемой информации tcp . При этом проявляется качество информационного обеспечения, определяющее его возможности по достижении требуемого результата на основе имеющихся ресурсов за определенное время. Именно это качество определяется как потенциальная эффективность функционирования системы - способность получить требуемый результат при идеальном способе использования ресурсов и в отсутствие воздействий внешней среды.
Можно рассматривать обращение ДЛ к информационному обеспечению кнк: - произвольное задание, выполняемое последовательно или параллельно одним или более участниками системы управления с целью достижения общей цели; - полная или частичная автоматизация процесса управления, при которой документы, информация или задания передаются от одного участника к другому для выполнения согласованных действий; координация ДЛ, информации, объектов и событий для произведения последовательности операций и достижения состояния, которое приводит к достижению установленных целей.
В качестве основы для оценки эффективности системы будем применять критерий эффективности ср и комплексную модель системы информационного обеспечения, предложенную в данной работе. В комплексной модели, информационная система отображается взаимодействием компонентов четырех множеств. При рассмотрении системы выявляются и определяются информационные элементы, которые группируются в четыре множества - множество субъектов информационного обеспечения (Му={Уг}), множество действий субъектов информационного обеспечения количество документов оптимизировано как при реализации с помощью построения БД традиционными решениями так и при реализации с использованием методики единой информационной базы т.е. примем MD min.
Время ожидания - сумма промежутков времени, в течение которых запрос находилась в состоянии ожидания требуемых ресурсов. Ожидание возникает при мультипрограммной обработке, когда ресурс, необходимый запросу, занят другим запросом. Время ожидания зависит в первую очередь от режима обработки и интенсивности входного потока запросов. Таким образом, время ответа зависит от параметров: структуры и характеристик технических средств, режима обработки и характеристик запросов. Зависимость среднего времени ответа U от интенсивности входного потока запросов Л приведена на рисунке 3.17.
