Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Управление охраной ОС: основные понятия, структура и особенности информационных процессов. 16
1.1. Структура понятий предметной области 76
1.2. Область соотнесения данных и возможность комплексного анализа состояния ОС и воздействий на неё . 20
1.3. Схема УООС 21
1.4. Особенности информационных процессов в УООС 25
Глава 2. Процессо ориентированное описание УООС 26
2.1. Процессы управления 26
2.2. Моделирование процессов 28
2.3. Классификация процессов 30
2.4. Иерархическая сеть процессов управления' 31
2.5. Идентификация процессов 37
2.6. Построение карт процессов 38
2.7. Полнота описания 41
Глава 3. Управление охраной ОС как совокупность информационных взаимодействий 44
3.1. Информационные потоки в системе УООС 44
3.2. Классификация информационных потоков 45
3.3. Документальные системы 50
3.4. Смысловая структура документа 51
3.5. Формальная структура документа 54
3.6. Схема блочных потоков данных 56
3.7. Язык описания документов 60
3.8. Типичные информационные потоки 65
3.9. Детализации блочной схемы документооборота 67
Глава 4. Построение онтологии «Система УООС » 70
4.1. Определение онтологии 70
4.2. Принципы формирования онтологии 71
4.3. Метаонтология 72
4.4. Описание онтологии 73
4.5. Онтологическая алгебра 76
4.6. Информационное пространство, как основа модели данных 78
4.7. Несоответствия в действующем регламенте УООС 81
4.8. Механизм построения онтологии 82
Глава 5. Концепция (конструктивный принцип) применения информационных технологий в УООС 86
5.1. Отсутствие концепции использования информатики в УООС 86
5.2. Задачи информационных технологий 86
5.3. Тенденции развития информационных технологий 88
5.4. Проявление особенностей информационных процессов системы УООС в информационных технологиях 91
5.5. Особенности структуры базы данных 96
5.6. Разработка документально-фактографических систем 100
5.7. Системы электронного сбора данных 103
5.8. Построение системы комплексных показателей состояния ОС и воздействий на неё со стороны природопользователей 117
5.9. Реализация концепции - программный комплекс «Управление по охране окружающей природной среды» ' 129
Литература 130
- Область соотнесения данных и возможность комплексного анализа состояния ОС и воздействий на неё
- Иерархическая сеть процессов управления'
- Классификация информационных потоков
- Информационное пространство, как основа модели данных
Введение к работе
Управление охраной окружающей среды (УООС), как ключевой элемент устойчивого развития, остается в течение последних двух десятилетий одной из приоритетных задач человечества, признанной как мировым сообществом в целом, так и руководством нашей страны. Не случайно УООС, как и информатика, определены кабинетом министров России приоритетными направлениями исследований отечественной науки. Качественного скачка в применении информационных технологий требует возрастающая роль государства в управлении окружающей средой (ОС) и природными ресурсами, являющаяся естественным следствием начинающихся и угрожающих ресурсных кризисов.
Существенное сокращение промышленного производства не вызвало соответствующего сокращения техногенных воздействий на ОС. Состояние окружающей природной среды продолжает ухудшаться. Существующая ситуация в УООС характеризуется минимальным уровнем эффективности и контроля природопользователей, что является следствием наблюдаемой в течение последних пяти лет подвижности структуры органов государственного УООС. На всех уровнях управленческой вертикали системы УООС созрело понимание необходимости унификации задач, способов управления, стандартов сбора, хранения и анализа информации.
В первую очередь это понимание проявляется в концентрации функций управления, детальном сборе первичной информации и в вовлечении имеющихся данных в принятие решений [33]. С этой целью Министерство природных ресурсов (МНР) приступило к разработке принципов «Единой информационной системы природопользования» (ЕИСП), объединяющей в тематических инфотеках данные по определенным типам природных ресурсов: недра (геоинфотека), леса (лесоинфотека), водные ресурсы (акваинфотека), окружающая среда (экоинфотека) и включающей данные о проверках
соблюдения ресурсного и природоохранного законодательства (инфотека госконтроля).
Предлагаемое исследование касается вопросов информационного обеспечения функций УООС (экоинфотека и инфотека госконтроля) - наиболее непроявленной части ЕИСП. Практическое решение экологических проблем зависит от функциональной надежности системы УООС. В основе информационного обеспечения управления природопользованием и охраной ОС лежит разработка адекватной информационной модели предметной области (информационного пространства), определение инвариантного информационного костяка и принципиальной схемы управления, практически не зависимой от распределения разрешительных и контрольных функций между различными органами.
На сегодняшний день эффективность информационных систем в УООС крайне низка, что вызвано не только перманентной административной чехардой и сокращением штатов, но и не в последнюю очередь, особенностями сбора и анализа экологической информации, отсутствием цельной концепции применения информационных технологий. К указанным особенностям следует отнести: ,
- сложность системы управления и нечеткость механизмов управления, большое количество источников первичной информации и как следствие -неточность и неполнота фактурной и процедурной информации,
- наличие сложных, слабо структурируемых документов,
- относительную независимость тематических информационных блоков и отсутствие однозначных критериев комплексной оценки состояния ОС и воздействия на неё со стороны природопользователей.
Функцией информационной системы в УООС является, таким образом, повышение управляемости системы за счет обеспечения системы управления информацией - создания единого информационного пространства, концентрирующего данные, поддерживающего документооборот и принятие
решений в условиях неполноты информации и отсутствия четких алгоритмов управления [43].
Концепция построения и функционирования информационных систем должна обеспечивать оптимальность накопления и использования информационных ресурсов, учитывая современные тенденции развития информационных технологий: объединение баз данных в хранилища, изменение функций систем от OLTP к OLAP и формирование систем электронного обмена информацией, конвергенцию документальных и фактографических систем.
В.2. Органы государственного УООС
Регулирование природопользования и охрана ОС осуществляется как федеральными структурами государственной власти (Министерство природных ресурсов - МПР и Главные управления природных ресурсов субъектов Федерации - ГУПР), так и территориальными администрациями (соответствующие Управления и Департаменты администраций субъектов Федерации), действующими в соответствии (С договорами о разграничении полномочий.
Последнее время характеризуется концентрации функций управления в федеральных структурах, замыкающих на себя полный цикл руководства природопользованием и охраной окружающей среды: экспертиза проектов, нормирование, сбор статистики и отчетности, контроль воздействий и состояния ОС. Эффективность управления призваны обеспечить службы МПР, регулирующие определенные типы природных ресурсов: недра, леса, водные ресурсы, окружающую среду. Тем не менее, вследствие ограниченности ресурсов федеральных структур, администрации продолжают осуществлять руководство природопользованием предприятий местного значения. Структура МПР, в общих чертах воспроизводимая в ГУПР-ах, и структура территориальных органов УООС (приведены в первой главе) важны для анализа управляющего устройства при построении схемы управления и і описания соответствующих алгоритмов принятия решений.
Наблюдаемая в течение последних пяти лет подвижность структуры органов государственного УООС определила инвариантный информационный костяк предметной области и принципиальную схему управления, практически не зависимую от распределения разрешительных и контрольных функций между различными органами. (
Основными задачами системы УООС являются контроль, охрана и поддержание состояния ОС на приемлемом уровне, обеспечение экологической безопасности и сохранение биологического разнообразия. Ресурсов государственного управления очевидно недостаточно для регулирования первичного объекта управления - собственно ОС. Очевидно, присоединенным объектом управления в нашем случае являются эффективно управляемые природопользователи, динамично и интенсивно влияющие на ОС. Таким образом, задачами системы УООС являются также определение регламента воздействий природопользователеи и непосредственное управление природопользователями: экспертиза проектов воздействий, нормирование воздействий, сбор информации и контроль деятельности, принятие мотивированных и обоснованных управленческих решений.
В.З. Информатика в защите ОС: имеющиеся подходы и информационные технологии
В большом объеме исследований, связанных с управлением состоянием ОС наиболее близкими к теме настоящей диссертации являются работы по эколого-экономическому моделированию и включению экологических показателей в систему национальных счетов [1, 7, 8, 12, 32, 37, 54, 55]. Эколого-экономические модели основываются на двух основных подходах: межотраслевом балансе и методе системной динамики, широко использующем экспертные оценки. Общим свойством указанных исследований является их отстраненность от существующего механизма сбора первичной информации — для использования моделей привлекаются весьма разнородные и зачастую практически недоступные показатели. Инерционность системы управления и. наличие финансовых интересов не позволяют надеяться на быстрое и безболезненное изменение схемы сбора первичной информации, необходимое для получения исходных данных для эколого-экономических моделей. Большое количество исследований посвящены построению математических и информационных моделей компонентов окружающей среды, природных и техногенных процессов и явлений [46, 53, 54, 29, 89, 84]. Материалы и результаты подобных работ как правило не находят применения в реальном управлении природопользованием в силу воспроизводимости их результатов в реальных условиях. Значительно более близкие к реальному управлению работы по платному природопользованию носят преимущественно инструктивно-организационный характер и не оперируют информационными или кибернетическими понятиями [98, 100]. В последнее время стали появляться работы, напрямую исследующие информационные процессы, системы и технологии в УООС. Однако они носят специфический — тематический характер и не охватывают весь комплекс вопросов УООС, концентрируя опыт построения «бункерных» баз данных [31, 71]. Наряду с перечисленными исследованиями в области УООС интенсивно разрабатывается программное обеспечение. Опыт, накопленный как в ведомственных институтах МПР, так и в проектных и научно-исследовательских институтах и группах, плотно занявшихся экологической тематикой в начале 90-х годов прошлого века, необходимо учитывать при построении концепции. Следует отметить, что указанный опыт обычно имеет слабое отношение к оперативному УООС и касается преимущественно проектного уровня управления [5].
В первую очередь автоматизировались локальные, хорошо формализованные задачи, связанные с большим объемом рутинных вычислений: - расчеты распространения загрязнителей и примесей в водных объектах и атмосферном воздухе (ареалы рассеяния);
- определение объемов выбросов, сброс ов и производства отходов, концентраций примесей и загрязнителей, по характеристикам оборудования и сырья, и режимам эксплуатации;
- определение экологических платежей, по данным о воздействиях природопользователей и интегральным характеристикам техногенной нагруженности и устойчивости территорий.
Действующая схема управления организована таким образом, что специалист, принимающий решение практически не привлекает для его выработки информацию из смежных областей. Подобная ситуация во многом оправдана и позволила разрабатывать «бункерные» базы данных и модульные автоматизированные рабочие места, успешно решающие локальные задачи (программные продукты фирм Логус и Интеграл, наиболее популярные на рынке информационных систем в экологии). Системы электронного документооборота объединяют сбор ресурсной и экологической отчетности, формируют нормативные документы и определяют платежи по ресурсным блокам (выбросы в атмосферу, водопользование, производство и размещение отходов). Однако, в случае решения более сложных или комплексных вопросов (обследования состояния, комплексное нормирование, оценка экологической ситуации и выработка стратегий управления) необходима информация из многих (или даже всех) информационных блоков.
Четкая географическая адресация техногенных воздействий и природных объектов делают перспективным использование ГИС в экологии [27, 42]. Однако существующая экологическая отчетность построена не по географическому, а по юридическому принципу (все показатели «привязываются» к субъекту природопользования, а не к природным объектам), что вполне естественно для системы управления, требующей адресации к субъекту. Тем не менее, экологические ГИС несомненно полезны для интеграции разнородной экологб-экономической информации (электронные кадастры) на этапе анализа ситуации и при синтезе управленческих решений, что и демонстрируется имеющимися реализациями
(преимущественно на масштабах предприятие - месторождение — населенный пункт).
В последнее время в области УООС появились решения, являющиеся аналогами ERP-систем управления предприятием [5]. Фирмой Аваинструмент разработан «Экопаспорт предприятия», существенно расширяющий по сравнению с контуром оперативного управления номенклатуру данных. Включение новых показателей в оперативное управление процессами УООС несомненно повышает качество решений однако расширенная номенклатура характеристик и нормальный характер базы данных не позволяет системе эффективно функционировать в условиях недостатка информации.
В.4. Схема исследования
Схема исследования представлена на рисунке В.1.
Первая глава посвящена неформализованному описанию системы понятий предметной области, структуре объекта исследования (системы УООС) и особенностям предмета исследования (информационных процессов в УООС). Проведенная структуризация базовых понятий является основой классификации задач управления и связанных с ними информационных потоков.
Понятия предметной области типизируются по объекту управления (видам ресурсов) и по функциональному назначению. Наличие двух типов классификаций делает возможным комплексный анализ состояния ОС и воздействий на неё при условии определения информационного ядра системы — области соотнесения, представляющей собой «фазовое пространство» данных. Условием эффективности функционирования ИС является адекватность информационной модели действующей системе управления, что требует описания типовой функциональной структуры УООС, как системы с обратными связями, включающей два контура управления. Информационные процессы системы УООС обладают рядом особенностей, учет которых необходим при построении ИС: неполнота фактурной и і процедурной информации, большое количество источников первичной информации, отсутствие однозначных критериев оценки состояния ОС и воздействия на неё со стороны природопользователей. описания является проекция общих принципов управления системами с обратными связями на определенную в первой главе систему понятий предметной области с учетом вовлеченности процессов в реальное УООС. Построены карты процессов до 3-его уровня в соответствии со стандартом IDEF0 («Индекс процессов УООС»).
Входами и выходами процессов управления являются документы, составляющие информационные потоки, описываемые в третьей главе, в которой система УООС рассмотрена как совокупность информационных взаимодействий.
Документы рассматриваются в качестве «атомов управления», собирающих связанную информацию вокруг определенной задачи. Информационные потоки представляют собой распределенную во времени совокупность документов и классифицируются по разнообразным показателям, часть из которых традиционна, часть обусловлена спецификой предмета исследования. Классификация позволяет определить группу первичных информационных потоков, для которых ближайшей перспективой является перевод информации на электронные носители. Систематизация по периодичности регулярных документов позволяет судить о полноте имеющихся данных. Классификация учитывает две тенденции развития документов: упрощение структуры информационных документов и усложнение и разнородный характер аналитических документов.
Предлагается структуризация документа в смысловом формальном аспектах. В смысловом аспекте документ представляет собой набор информационных блоков: атрибуты документа как целого, орган, объект управление и управляющее воздействие. В формальном аспекте документ является совокупностью реквизитов, таблиц и оформления. С помощью разработанного языка описания документов, учитывающего смысловую структуру документов и привязку управленческих решений к области соотнесения, описаны типовые документы системы УООС («Индекс документов УООС»).
Построенная в четвертой главе онтология системы УООС, включая понятия предметной области, процессы управления и информационные потоки, формирует информационное пространство - развернутое описание множества объектов и понятий с их последующей структуризацией. Структуризация проявляется в приобретении совокупностью понятий различных свойств, главными из которых являются наличие многообразных (таксономические, наследственные, каузальные, функциональные, семантические) связей информационных единиц и задание метрики - характеристикой близости информационных единиц.
Цельный взгляд на систему УООС, формализуемый информационным пространством предметной области, позволяет выявить структурные и организационные несоответствия существующего регламента УООС. На основе построенной онтологии УООС с учетом выявленных несоответствий существующего регламента и особенностей информационных процессов в пятой главе предлагается концепция построения информационной системы УООС. Концепция опирается на существующих тенденциях развития ИС основными из которых являются: смещение функции от внесения данных к контролю достоверности и анализу, построение хранилищ данных и конвергенции документальных и фактографических систем. Суть концепции заключается в определении особенностей базы данных, алгоритмов и интерфейсов информационной системы, являющихся следствием особенностей предметной области:
- построении ненормализованных и иерархических структур баз данных,
- формализации документов,
- разработке систем передачи, приема и согласования первичных данных,
- разработке документально-фактографических систем,
- построении иерархических интерфейсов, мастеров, аналитических утилит. Оптимальность накопления и использования информационных ресурсов обеспечивается набором технологических1 решений: построенной в соответствии с концепцией моделью данных, атласом электронных форм первичной экологической отчетности и набором комплексных показателей состояния ОС, деятельности субъектов природопользования и органов управления
Область соотнесения данных и возможность комплексного анализа состояния ОС и воздействий на неё
Сложившийся ресурсный подход к УООС не вполне адекватен задачам территориального управления. Он удобен для реализации контрольно-инспекторских функций, но мало приспособлен для комплексного, системного подхода, что особенно важно, т.к. объект управления (природная среда) обладает ярко выраженными чертами целостности. Ресурсный подход должен сочетаться с экосистемным - территориальным подходом в УООС [26, 44]. Условием обеспеченности и эффективности комплексного характера управления является доступность полной и разнородной информации по каждой конкретной ситуации [63]: - данные о причинах и предпосылках, - данные о прецедентах, - комплексная нагруженность территории, - история воздействий природопользователя на ОС, - история взаимоотношений природопользователя с системой УООС. Организация связности информационного пространства УООС возможна с помощью привязки всей имеющейся информации к области соотнесения базы данных [52]. Область соотнесения, содержа ключевые характеристики процессов управления ОС, объединяет разнородные и слабо сопоставимые данные из различных тематических областей и задает фазовое пространство системы понятий УООС [77]. Каждый акт управления, любая информация о состоянии ОС и воздействиях на нее должны быть привязаны к осям области соотнесения, носящим иерархический характер: - временная шкала: год, квартал, месяц, дата, время; - географическая иерархия: субъект Федерации, район, участок, технологический объект (источник воздействия); - административная иерархия: Министерство природных ресурсов, ГУПР Федеральных округов, органы управления природными ресурсами субъекта Федерации, органы УООС районного уровня, сотрудники; - производственная иерархия: объединения (крупные вертикально-интегрированные организации, объединяющие несколько предприятий), природопользователи, цеха, должностные лица. Механизм управления представляет собой сложную иерархическую систему: - верхний уровень - МНР, Управления природных ресурсов федеральных округов, - средний уровень - органы УООС на территории субъекта Федерации, - нижний уровень - природопользователь. Уровни имеют свои задачи и полномочия. Деятельность механизма управления на верхнем уровне, выполняющего методические функции, определяет способы управления нижних уровней: координирует работы, определяет задачи и приоритеты, формирует стандарты. Исходными материалами для верхнего уровня управления являются первичные сведения природопользователей (прошедшие( начальный анализ на среднем уровне) и данные об управленческих решениях территориальных органов управления. Таким образом, анализируемая входная информация практически полностью поступает со среднего уровня управления, непосредственно задачи анализа сложны, разнообразны и плохо формализуемы, принимаемые управленческие решения носят уникальный характер.
Немаловажное значение в УООС имеет низовое звено системы управления предприятия. Контроль главных источников загрязнения, формируемых в результате производственной деятельности, естественно проводить силами самих предприятий, что им и вменено приррдоохранным законодательством. Для этой цели на предприятиях существуют специальные службы, ответственные за охрану ОС. Структура и задачи подобных служб существенно зависят от технологических особенностей, типа и характера воздействия на природную среду, возможностей финансового и кадрового обеспечения. Вышеизложенное объясняет причины, по которым верхний уровень управления и ведомственные службы охраны ОС не описываются в предлагаемой работе и рассматриваются соответственно исключительно как потребители данных и как поставщики первичной информации и исполнители управленческих решений среднего звена системы охраны ОС. , Приоритетность детального описания среднего уровня системы управления объясняется наличием условий, необходимых для формирования ядра информационной системы УООС: - типовыми задачами, определяемыми вырабатываемым на верхнем уровне регламентом, - полной номенклатурой данных - первичные (от природопользователей) и управленческие решения, - необходимостью типового первичного анализа. Основной задачей среднего уровня ИС является контроль деятельности природопользователей, а, следовательно, і организация обследований, делопроизводство и отчетность. Социальный характер механизма управления требует для обеспечения эффективной и оперативной работы процедур самодиагностики и самоконтроля. На принципиальной схеме ключевого уровня системы УООС, представленной на рис. 1.1, прослеживаются два контура управления — проектный и оперативный [65, 76, 92]. Рис. 1.1. Принципиальная схема УООС на нижних уровнях системы управления Субъект природопользования разрабатывает схему типовой производственной деятельности, по материалам которой формируются оценки воздействия на ОС в целом (ОВОС) и проекты по отдельным природным средам, утверждаемые в ходе государственной экологической экспертизы. Описанный, проектный контур управления характеризуется большими объемами слабоструктурируемой информации о состоянии окружающей природной среды и чрезвычайно детальным описанием нормативных техногенных воздействий и систем защиты [14, 72, 10]. Проектная документация составляется на срок от 3 до 5 лет и не может быть вовлечена непосредственно в оперативный контроль. , Оперативный контур управления включает в себя оперативное нормирование, контроль и непосредственное управление субъектами природопользования. По данным проектов (предельно-допустимых выбросов - ПДВ, предельно-допустимых сбросов - ПДС и нормативов образования и лимитов размещения отходов - ПНОЛРО) разрабатываются оперативные нормативные документы -разрешения (или лимиты), определяющие! сроком на год огрубленные нормативные воздействия на ОС. Оперативный контроль воздействий и состояния ОС и соответствующие управляющие воздействия на природопользователей осуществляется органами государственного УООС с привлечением в случае необходимости данных проектного контура механизмом управления.
Типовой территориальный (уровня субъекта Федерации) экологический орган управления имеет в настоящее время процессно-ориентированную структуру и включает в себя следующие структурные элементы (с указанием основных выполняемых ими процессов управления) [62]: - «Руководство» - вырабатывает и осуществляет территориальную экологическую стратегию, - «Отдел экспертизы - экологическая экспертиза проектов, участвует в нормирование воздействий, - «Отдел нормирования» - сбор первичной информации, нормирование воздействий, - «Инспекторский отдел» — экологический контроль, - «Земельный отдел» - рассмотрение земельных дел и приемка земель, - «Отдел экологических платежей» - определение и учет платежей, - «Отдел природоохранных программ и мероприятий» - разработка и контроль выполнения природоохранных программ и мероприятий, - «СИГЭКиА» - определение состояния ОС.
Иерархическая сеть процессов управления'
Целями системы УООС является поддержание приемлемого уровня охраны ОС, повышение управляемости природопользователей, пропаганда и внедрение идеологии «устойчивого развития». Соответственно, процесс управления в целом (процесс нулевого уровня), объединяющий всю деятельность органов управления преследует названные цели, используя все имеющиеся в распоряжении ресурсы. Такое описание носит, однако, достаточно декларативный характер. Сложный характер системы управления требует последовательного иерархического описания - декомпозиции процессов управления, заключающегося в разбиении сложного процесса на составляющие его функции. Процесс нулевого уровня разделяется на подпроцессы первого уровня, состоящие в свою очередь из подпроцессов второго уровня и так далее. Совокупность процессов всех уровней составляет иерархическую сеть процессов управления.
В основе построения иерархической сети лежат перечисленные задачи УООС. Они определяют сеть процессов, которые сведены в таблицу 2.2. В первой колонке указаны идентефикаторы карт процессов в формате IDEF0. Для установления соответствия между описаниями системы УООС как сети процессов и как системы информационных потоков (чему посвящена третья глава работы), в таблице указаны документы, формализующие выходы «I процесса.
Каждому процессу присваивается идентификатор, который позволяет отличать данный процесс от других процессов и содержит в коде место процесса в иерархической сети: первая цифра является номером процесса первого уровня, содержащего описываемый подпроцесс, вторая цифра - номер процесса второго уровня и так далее. Описанная нотация подразумевает декомпозицию процесса не более чем на 9 подпроцессов, что вполне соответствует требованиям к читаемости и смысловой прозрачности описания системы. Идентификация системы УООС представляет собой развернутое описание в соответствии с изложенной схемой процессов из таблицы 2.1. Легко вычленяется типовая блочная схема процесса управления: планирование - сбор информации - обработка данных - анализ - принятие решения. Для каждого процесса определены: - назначение, - управляющее воздействие, - вход (исходная информация), щ. - выход (информация, управленческие решения), - итоговые документы, - структура процесса (до процессов второго уровня включительно), - исполнители, - поставщики и потребители. t Полный перечень процессов управления системы УООС (до процессов третьего уровня включительно) приведен в Приложение 1 «Индекс процессов управления системы УООС».
В качестве основы моделирования информационных процессов уместно использовать методологию функционального моделирования IDEFO (Integrated Computer Aided Manufacturing DEFinition) [30, 48, 49, 50, 66, 97], являющуюся подмножеством SADT (Structured Analysis and Design Technique) для моделирования процессов, что вызвано следующими причинами: - наглядный графический язык представляющий изучаемую систему в виде набора взаимосвязанных функциональных блоков; - наличие родственных методологий: IDEF1 - инструмента анализа и изучения взаимосвязей между информационными потоками, IDEF1X -инструмента построения логической структуры реляционной базы данных; - возможность дополнения методологии диаграммами DFD (Data Flow Diagram) для более наглядного отображения текущих операций документооборота, а также IDEF3, учитывающими последовательность операций и совместное участие объектов в одном процессе, - связь со стандартом ГОСТ Р ИСО 9001-2001, направленным на применение "процессного подхода" при разработке, внедрении и улучшении результативности системы менеджмента качества, - обязательное отображение на схемах управляющих воздействий; - механизм декомпозиции; - уровень детализации, типы объектов и ресурсов определяется разработчиком модели; - наличие глоссария элементов модели, содержащего набор определений и свойств, на основании глоссария возможно построение онтологии предметной области. В основе методологии IDEF0 лежат четыре основных понятия: функциональный блок, интерфейсная дуга, декомпозиция и глоссарий. Функциональный блок (Activity Box) графически изображается в виде прямоугольника и олицетворяет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. Каждая из четырех сторон функционального блока имеет своё определенное значение: верхняя сторона - Управление (Control), левая - Вход (Input), правая — Выход (Output), нижняя - Механизм (Mechanism). Каждый функциональный блок в(рамках единой рассматриваемой системы должен иметь свой уникальный идентификационный номер. Интерфейсная дуга (Arrow), часто называемые потоками или стрелками, отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на функцию, отображенную данным функциональным блоком. Графическим отображением интерфейсной дуги является однонаправленная стрелка. Каждая интерфейсная дуга должна иметь свое уникальное наименование (Arrow Label). С помощью интерфейсных дуг отображают различные объекты, в той или иной степени определяющие процессы, происходящие в системе. Такими объектами могут быть элементы реального мира (сотрудники) или потоки данных и информации (документы, данные, инструкции и т.д.). В зависимости от того, к какой из сторон подходит данная интерфейсная дуга, она носит название входящей, исходящей или управляющей. Кроме того, источником (началом) и приемником (концом) каждой функциональной дуги могут быть только функциональные блоки, при этом источником может быть только выходная сторона блока, а приемником любая из трех оставшихся.
Любой функциональный блок должен иметь, по крайней мере, одну управляющую интерфейсную дугу и одну (исходящую - каждый процесс должен происходить по каким-то правилам (отображаемым управляющей дугой) и должен выдавать некоторый результат (выходящая дуга). Принцип декомпозиции применяется при разбиении сложного процесса на составляющие его функции. Декомпозиция позволяет постепенно и структурировано представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко понимаемой.
В процессе декомпозиции, функциональный блок, который в контекстной диаграмме отображает систему как единое целое, подвергается детализации на
другой диаграмме. Получившаяся диаграмма второго уровня содержит функциональные блоки, отображающие главные подфункции функционального блока контекстной диаграммы и называется дочерней (Child diagram) по отношению к нему (каждый из функциональных блоков, принадлежащих дочерней диаграмме соответственно называется дочерним блоком Child Box). В свою очередь, функциональный блок - предок называется родительским блоком по отношению к дочерней диаграмме (Parent Box), а диаграмма, к которой он принадлежит родительской диаграммой (Parent Diagram). Каждая из подфункций дочерней диаграммы может быть далее детализирована путем аналогичной декомпозиции соответствующего .ей функционального блока. Для каждого процесса должны быть указаны цель (Purpose) построения диаграммы в виде краткого описания и зафиксирована точка зрения (Viewpoint). Цель определяет области в исследуемой системе, на которых необходимо фокусироваться в первую очередь. Точка зрения определяет основное направление развития модели и уровень необходимой детализации. Четкое фиксирование точки зрения позволяет разгрузить модель, отказавшись от детализации и исследования отдельных элементов, не являющихся необходимыми, исходя из выбранной точки зрения на систему. В соответствии с нашей точкой зрения в диаграммах функциональной модели УООС достаточно оставить один вид ресурсов - организационно-кадровый, исключив из рассмотрения финансовые и материальные потоки.
Классификация информационных потоков
Система УООС представляет собой достаточно сложную иерархическую совокупность административных звеньев, связанных между собой информационными каналами, функционирующую в условиях взаимодействия с внешней средой и имеющую подвижную структуру и гибкие алгоритмы управления. Следствием отмеченных особенностей, являются отличительные черты, характеризующие информационные потоки: - разнородность передаваемой информации, - большое количество подразделений поставщиков и потребителей информации, - сложность практической обозримости информационных маршрутов. Особенности информационных потоков системы УООС требует их детальной классификации. Классификация заключается в распределении элементов рассматриваемого множества по подмножествам на основании общего признака или группы признаков. Характерные признаки могут носить иерархический характер: каждое подразделение высшего порядка содержит непересекающиеся между собой подразделения низшего порядка. Подобное построения признака удобно при использовании в принятии решений элементов нечеткой логики и эффективно в условиях нехватки информации. В нашем случае практически полезными могут оказаться лишь так называемые естественные классификации, основания которых — существенные признаки потоков. Число таких признаков для информационных потоков системы УООС, как и для любой сложной управленческой системы, достаточно велико. Наиболее важными являются следующие классификации информационных потоков. 1. По источнику происхождения документа. 1.1. Внутренние - обращаются внутри рассматриваемого структурного подразделения, 1.2. Входные - поступают в структурное подразделение извне, 1.2.1. Первичные — поступают непосредственно от субъектов природопользования, 1.3. Выходные — передаются из структурного подразделения вовне. Указанный признак носит иерархический характер в соответствии с иерархической структурой системы управления: внутренние документы для системы управления могут оказаться входными или выходными для ее элементов. Признак во многом определяет возможность проведения операций с документом: редактирование, уничтожение, рассмотрение (согласование) и коррелирует с его важностью. Информационные потоки, поступающие непосредственно от субъектов природопользования целесообразно выделить в особый класс - первичную информацию, являющуюся подмножеством входных документов. Перспективой и важнейшей тенденцией развития информационных систем УООС является перевод первичной информации на электронные носители. 2. По назначению (типу документационного сопровождения) — информационные, организационно-распорядительные, аналитические, справочные, методические.
На первоначальном этапе информатизации документы обычно повторяют свои бумажные прототипы. Однако, с определенного момента документы эволюционируют в двух противоположных направлениях в зависимости от своего назначения: информационные документы упрощают структуру становясь просто набором обычно табулированных данных, аналитические документы напротив усложняются, включая в себя разнообразную информацию, графики и диаграммы. Таким образом, тип документационного сопровождения потока приобретает более определенное значение. 3. По группе данных (направлениям деятельности) Классификация информационных потоков по функциональному назначению является следствием структуризации понятий предметной области, проведенной в первой главе работы. Классификация затруднена тем, что большинство документов имеют комплексный характер. Однако, практически всегда удается выделить основной блок информации, по виду которого определяется вид информационного потока. 3.1. Качественные и количественные характеристики природных ресурсов, 3.2. Характеристики источников техногенного воздействия на ОС: квазипостоянные, определяемые оборудованием и часто сырьем, и переменные, зависящие от режимов эксплуатации, времени года и т.п., 3.3. Репрессивные и восстановительные воздействия на ОС, 3.4. Управленческие решения. Признак носит иерархический характер, особенно важной для системы УООС представляется детализация репрессивных и восстановительных воздействий и управленческих решений. Первая группа «характеристики природных ресурсов» является преимущественно объектноориентированной (описывает состояние природных объектов), остальные группы субъектноориентированными (описывают состояние природопользователей). По методу образования первые три группы,являются исходными данными, последняя группа «управленческие решения» - конечными (производными) данными. 4. По виду (по видам ресурсов). Классификация тесно связана с объектной типологией понятий предметной области, учитывающей специфику объекта управления: 4.1. Выбросы в атмосферный воздух 4.2. Обращение с отходами 4.3. Земельные ресурсы 4.4. Водные ресурсы 4.5. Особо-охраняемые природные территории 5. По периодичности. 5.1. Регулярные - соответствуют регламентированной во времени передаче данных, 5.2. Оперативные - обеспечивающие связь в любой необходимый момент времени, случайные. Признак задает структуру документов: регулярные документы описывают ситуацию за определенный временной интервал, оперативные связаны с событиями.
Признак коррелирует с классификацией документов по уровню системы УООС и по характерному временному масштабу и важен для оценки эффективности системы управления и полноты контроля. Сведения о периодичности регулярных документов позволяет определять сроки обновления или подтверждения информации, а значит, возможность судить о полноте имеющихся данных и в случае их отсутствия принимать штрафные санкции. 6. По уровню системы УООС. 6.1. Проектные (квазипостоянные) - имеющие отношение к проектному контуру управления, оценке воздействия на ОС, 6.2. Оперативные (обновляемые) - имеющие отношение к оперативному контуру управления, включающего в себя оперативное нормирование, контроль и непосредственное управление субъектами природопользования. 7. По характерному временному масштабу. 7.1. Событие - документы, описывающие текущее состояние: обследование, нарушение, инструментальный замер и т.п., 7.2. Временной интервал - документы, фиксирующие информацию о процессах. Процессы природопользования характеризуются разнотемповой динамикой (неделя, месяц, квартал, год, больше года)) При описании состояния ОС временные масштабы задаются преимущественно естественными природными циклами. Для управления воздействиями на ОС характерны более короткие временные интервалы, связанные зачастую с внешними (случайными) факторами, например «до конца отчетного года» или «до конца действия разрешительного документа». 8. По характерному пространственному масштабу: точка, промышленная площадка, участок, район, субъект федерации.
Информационное пространство, как основа модели данных
Структуризация знаний, определение разнообразных связей между концептами и задание метрики в информационном пространстве позволили составить цельное описание предметной области.
Разработанная онтология использована при построении модели данных «Система управления охраной окружающей среды». Онтология определяет ядро предметной области - совокупность существенных для управления объектов и процессов и является хранилищем метаданных, объектно-ориентированным образом описывающим и структурирующим понятия предметной области. С учетом номенклатуры понятий и их взаимосвязей разрабатывается структура хранилища или базы данных. В таблице 4.1. приведено соответствие между элементами онтологии и модели данных.
Так как онтология описывает предметную область интенсионально, каждому понятию соответствует в базе данных таблица, хранящая экстенсиональный перечень экземпляров понятия. Свойства понятия при этом хранятся в полях таблицы экземпляров понятия или в связанных таблицах свойств (связь один ко многим).
Ситуации, когда значениями свойства понятия являются другие понятия, отвечают в базе данных домены значений, формализуемые ограничениями целостности «выбор из списка» (check in) или выбор из таблицы (foreign key). Связи между экземплярами понятий обеспечиваются в базе данных ссылками в таблицах экземпляров (один к одному или один ко многим) или с помощью специальных таблиц соответствия (многие ко многим).
Наличие наследственной иерархии понятий позволяет произвести анализ предметной области и определить, для какого уровня иерархии следует создавать таблицу в базе данных. Имеются две альтернативы: - создать одну таблицу для обобщающего понятия и учитывать подвиды с помощью специальных полей в таблице, уточняющих вид понятия, создать для каждого подпонятия свою таблицу.
Например, при построении базы данных по проверкам можно создать одну таблицу документов, составленных в ходе и по результатам обследования, не смотря на большое количество разнообразных типов этих документов (акты проверки, об административном правонарушении, обязательное предписание, расчет размера вреда, протоколы, постановления, требования). Этому способствует единая смысловая структура документов, формализующих управленческие решения. Сведение всех (Документов в одну таблицу обеспечивает простоту хранения и анализа данных, легкость выбора связанных управленческих решений (построение цепочек связанных документов). Однако, помимо добавления в структуру базы данных дополнительного поля «Тип документа» (а возможно и создания специального настроечного списка типов документов), может оказаться необходимым расширение структуры таблицы за счет механического объединения полей-признаков документов всех видов. Конечное решение зависит от конкретной ситуации. Если информационная система претендует на документо-фактографический статус и формирует макеты всех документов естественным представляется создание специальных таблиц для каждого типа документов, если же перечень документов носит справочный характер предпочтительнее создание общей таблицы. Определение системного дерева понятий необходимо при построении иерархии объектов для быстрого поиска данных или в условиях неполноты информации. В первом случае строится дерево экземпляров понятий нескольких уровней системной вертикали. Поиск данных заключается в наборе последовательных выборов из небольшого числа элементов конкретной (выбранной на предыдущем шаге) системы. Подобный алгоритм часто значительно удобнее поиска в полном (неиерархированном) списке экземпляров понятия одного уровня.
В условиях неполноты информации вместо точных данных возможно внесение огрубленных сведений, соответствующих понятиям более высокого уровня системной иерархии.
В случае если элементы системы и сама система однотипны возможно рассмотрение вопроса о хранении экземпляров понятий разных уровней в одной таблице. В этом случае такая таблица должна иметь поле, содержащее для каждого экземпляра понятия ссылку на включающую его систему из этой же таблицы (рекурсивная ссылка).
Прочие связи понятий онтологии определяют связанную и справочную информацию, необходимую при принятии решений. Интенсивность связей задает интерфейс обращения к связанной информации: порядок вызова и полноту данных.
Цельный взгляд на систему УООС, формализуемый информационным пространством предметной области, позволяет выявить организационные и структурные несоответствия существующего регламента УООС. Различные подходы к определению подотчетных субъектов и объектов, представляют собой организационные несоответствия существующего регламента УООС [19].
Оперативные нормативы воздействий определяются суммарно по всем источникам. Для пространственно-распределенных субъектов природопользования, имеющих несколько технологических площадок, расположенных на достаточном удалении друг от друга, существующий регламент не позволяет обоснованно нормировать нагрузки на ОС и исключает возможность определения комплексной техногенной нагруженности территорий и эффективное использование ГИС. С другой стороны, информация проектного уровня УООС чрезмерно детальна, определяя нормативные воздействия для каждого источника. Обработать, а главное поддерживать в актуальном состоянии, такое количество данных на сегодняшний момент не представляется возможным.
Необходимо введение промежуточного пространственного масштаба -технологическая площадка или участок. При организации нормирования воздействий по участкам возможна оценка техногенной нагруженности ОС в условиях незначительного увеличения объема собираемой и анализируемой информации.
К структурным несоответствиям относятся диспропорции в различных стадиях УООС. Так нормативы воздействий на ОС определяются сроком на год, экологические платежи начисляются раз в квартал, итоговая ежегодная отчетность представляет собой сложный конгломерат разнородных ненормализованных данных. Собираемая отчетность целиком ориентирована на бумажный сбор информации, что выглядит архаизмом в условиях существования и бурного развития систем электронного сбора данных.
Таким образом, повышение детальности первичной информации и данных о и нормативных воздействиях как по времени (с года до квартала), так и в пространстве (дополнительный пространственный масштаб - участок) представляется первоочередным шагом в изменении регламента природопользования.
Большинство имеющихся онтологии ориентированны на организацию поиска в распределенных информационных ресурсах с использованием семантики предметной области [15]. В отличие от ориентированных на поиск в интернете онтологии в нашем случае ставилась задача построения связного пространства понятий предметной области, что требует построение метаонтологии, типизацию понятий и отношений, развитую систему функций интерпретации. Построение онтологии даже при определенном перечне включаемых в нее понятий является достаточно трудоемкой работой. В ходе ее развития могут выявляться новые связи между понятиями, выделяться новые объекты (подтипы), возникать дополнительные (иногда промежуточные) уровни в иерархиях. Все это накладывает серьезные ограничения на организацию базы (модель представления знаний) и разработку интерфейса программного обеспечения. Среди существующих моделей представления знаний наиболее разумным выглядит использование объектно-ориентированного подхода на основе таблиц указателей связей объектов и реляционных баз данных свойств объектов.
