Лекция 17-18
Тема 11. Перечень задач системы Моделирование информационной системы
11.1. Составление на основе методов теории систем и управления математического описания алгоритма работы информационной системы
Системы обработки информации и управления (информационные системы) относятся к классу больших систем (именно такими являются системы управления на автотранспортных предприятиях), на этапах проектирования, внедрения, эксплуатации и эволюции которых в настоящее время используются методы системного подходаикомпьютерного моделирования.Моделированиеявляется методом познания сложных систем, для которогообъект-модельили находится в определенном соответствии с изучаемымобъектом-оригиналом,или является его частью.
Информационная задача регистрации и учета дорожно-транспортных происшествий является частью автоматизированной системы управления автотранспортом. При этом моделирование заключается в обработке информации, поступающей из внешней среды и содержащей сведения о явлениях, происходящих в ней; другими словами - реализуется информационная модель. Ограниченность возможностей экспериментального исследования больших систем делает актуальной разработку методики информационного моделирования, которая позволила бы в соответствующей форме представить процессы функционирования систем.
Информационное моделированиетребует серьезной подготовки и наличия математического, программного, информационного, технического, эргономичного видов обеспечения.
Математическое обеспечениехарактеризуется совокупностью математических соотношений, описывающих поведение реального объекта, совокупностью алгоритмов, обеспечивающих как подготовку, так и работу с моделью. Сюда могут быть отнесены алгоритмы ввода начальных данных, их обработки, удаления невостребованных.
Программное обеспечениесостоит из совокупности программ планирования эксперимента, информационной модели, проведения эксперимента, обработки данных и интерпретации результатов. Компьютерные эксперименты с информационными моделями не могут выполняться без хорошо разработанного и реализованного информационного обеспечения.
Информационное обеспечениесостоит из средств и технологии организации и реорганизации базы данных моделирования, методов логической и физической организаций массивов, формы документов, которые описывают процесс моделирования и его результаты.
Как основные критерии целесообразности использования метода информационного моделирования с помощью компьютера можно отметить следующие: отсутствие или неприемлемость аналитических, численных и качественных методов решения поставленной задачи; наличие достаточного количества начальной информации о моделируемой системе для обеспечения возможности построения адекватной модели.
Прогресс развития национальной экономики в настоящее время все сильнее зависит от эффективности накопления, обмена и выдачи информации разным пользователям - административному управленческому персоналу, проектировщикам и конструкторам, исследователям, работникам сферы обслуживания. По сути дела, на базе современных средств вычислительной техники и техники связи создается настоящая "индустрия" производства и потребления информации, что требует больших информационно-вычислительных ресурсов и оперативного доступа к ним.
Основной целью моделирования является прогнозирование. Моделирование позволяет сделать вывод о принципиальной работоспособности объекта, оценить его потенциально возможные характеристики, выяснить зависимость характеристик от отдельных параметров и переменных, определить оптимальные значения.
Современное состояние автомобильных перевозок невозможно представить без эффективного управления, успех которого во многом зависит от принятых решений, которые учитывают внутренние и внешние факторы воздействия на систему и позволяют прогнозировать тенденцию развития процесса перевозок.
Алгоритмы управления базируются на обработке статистической информациии определяют качество принимаемых решений. Информация является одной из составных подсистем управления АТП.
Для получения информации в настоящее время значительное внимание уделяется обработке и анализу массивов данных, хранящихся на носителях данных и отображающих текущее и предыдущее состояние транспортной системы. Совокупность таких данных называют базами данных.
Информация профессионально построенной и настроенной базы данных позволяет быстро и эффективно решать задачи краткосрочного прогнозирования. Для работы с информационными массивами применяются специальные инструментальные средства - информационные технологии, позволяющие получить интегрированный продукт, максимально удовлетворяющий пользователя. Такими являются технологии обработки информации с использованием возможностей систем управления базами данных и электронного делопроизводства. Информационному анализуна автотранспортномпредприятии(предметной области)подлежит контролюь, регистрацияи управлениебезопасностью движения автотранспортных средств.
В настоящее время на автомобильных дорогах Украины наблюдается повышенная интенсивность движения, что является результатом диспропорции между ростом автомобильного парка и сетью автомобильных дорог. Высокий уровень аварийности на транспорте является следствием диспропорции между уровнем подготовки и транспортной культуры участников движения и массовостью профессии водителя.
Рост интенсивности, изменение структуры и скоростных режимов транспортных потоков, неудовлетворительное состояние дорожного покрытия, недостаточная освещенность улиц вызывают рост требований к методам управления дорожным движением и, особенно, к мероприятиям обеспечения максимально возможной безопасности движения.
Управление движением транспорта в критических ситуациях заключается в оперативном влиянии на основные характеристики транспортного потока и его распределении по сетям параллельных маршрутов в зависимости от сложившихся условий движения.
Одной из критических ситуаций считается возникновение дорожно-транспортных происшествий (ДТП): - нарушений процесса дорожного движения, вызвавших ранение или гибель людей; повреждения транспортных средств или дорожных сооружений.
Для разработки мероприятий организации дорожного движения с целью снижения количества ДТП необходимо иметь полный объем информации про ДТП, обеспечить ее хранение, систематизацию, обработку, анализ и оперативную отчетность. Учету подлежат все ДТП с участием хотя бы одного транспортного средства, находившегося в движении.
Основой разработки мероприятий предупреждения ДТП являются точные сведения о них. По существующим правилам учет ДТП выполняется Государственной автоинспекцией (ГАИ); при этом все обстоятельства события регистрируются в учетных карточках ДТП, составленных на основании первичных документов, оформленных дежурной группой ГАИ на месте ДТП.
Статистика ДТП ведется местными органами ГАИ и автотранспортными предприятиями (АТП). В первичных документах регистрируются характер ДТП, факторы и обстоятельства ДТП, условия их возникновения, состояние здоровья людей, количество пострадавших, последствия, техническое состояние автотранспортных средств. При этом АТП должны хранить полную информацию о водителях и периодически ее возобновлять.
Развитие теоретических основ и технических средств регистрации информации, ее обработки и транспортировки создало предпосылки для разработки компьютерных информационных систем контроля, анализа и прогнозирования безопасности движения автотранспортных средств. Наиболее эффективно эти задачи выполняются в средах систем управления базами данных(СУБД). Основу базы данных составляют следующие логические элементы.
Символ-наименьший логический элемент, состоящий из отдельной буквы или цифры. Для отображения символа цифрами необходимо несколько битов или байтов памяти, но нужно иметь в виду, что это касается физического хранения символа, а не логической концепции этого символа.
Полеобразует группа символов, которыми указаны особенные признаки объекта - имя человека, названия места, вещи, события. Поле является элементом данных и представляет собойатрибутданных.
Записьюявляется несколько связанных между собой полей. Например, учетный состав сотрудника обычно содержит несколько полей, таких, как его имя, фамилия, идентификационный номер, год рождения и др. Записи могут быть как постоянной, так и переменной длины.
Файлсостоит из связанных между собой записей. Например, файл учетного состава может содержать записи всех сотрудников АТП. Файлы, как правило имеют признак (тип) того прикладного программного обеспечения, которое их использует.
База данныхсостоит из интегрированного набора связанных между собой записей или файлов. Например, база данных АТП может содержать учет кадрового состава, учет нарушений водителями правил дорожного движения и др. Данные базы данных хранятся отдельно от прикладных программ, которые их используют, и могут храниться на вспомогательных устройствах хранения любого типа.
С целью управления данными записи данных собраны в базы, доступ к которым открыт целому ряду прикладных программ. Система управления базами данных- это набор компьютерных программ, управляющих созданием, поддержкой и использованием данных со стороны организации и конечных пользователей.
Система управления базами данных (рис. 11.1)имеет следующих четыре основных назначения.
1) Разработкабазыданных. СУБД позволяет передать управление разработкой баз данных администраторам баз данных. Администратор использует язык определения данных для разработки и определения содержания данных, их взаимосвязей и структуры каждой базы данных с возможностью внесения нужных изменений. Такой подход гарантирует целостность и безопасность баз данных в организациях.
Рис. 11.1.Система управления базами данных.
Словарьданных содержит информацию или определение данных всех записей и файлов, их текущего или возможного значения, а при необходимости, автоматически изменяет определение элементов данных, если вносятся изменения в поля, записи или файлы.
2) Запрос к базе данных. СУБД позволяет пользователям, которые не имеют достаточной подготовки по программированию, обращаться к базе данных с запросами об определенной информации, используя языки запросов и генератора отчетов.
3) Поддержка базы данных. Обновление баз данных и другие мероприятия, осуществляемые с помощью программ, обрабатывающих операции.
4) Разработка прикладного программного обеспечения. В среде СУБД разработка прикладного программного обеспечения осуществляется намного легче и быстрее, поскольку можно использовать операторы языка манипулирования данными, свойственные СУБД.
Компьютеризованные организации, как правило, используют шесть основных типов баз данных (рис. 11.2).
1) Оперативные базы данных. В базах данных этого типа хранится детальная информация о всей деятельности организации. Они также могут называться "предметные базы данных, "базы данных операций", или "производственные базы данных.
2) Аналитическиебазы данных. Такими являются базы данных, которые содержат данные и информацию, изъятую из определенных рабочих и внешних баз данных. Они состоят из итоговой информации, наиболее нужной пользователям и менеджерам организации.
3) Информационные хранилища- базы данных, содержащие данные за текущий и прошлые годы, изъятые из рабочих и управленческих баз данных организации.
Рис. 11.2.Типы баз данных.
4) Выделенные базы данных- ими являются находящиеся на периферии, относительно расположения главного отдела управления, местные рабочие группы, подразделения в региональных офисах и отделениях, на производстве в других местах. Они способствуют выполнению поставленного задания и содержат соответствующую информацию других баз данных организации.
5) Базы данных пользователей- базы, содержащие разнообразные файлы данных, разработанные пользователями на свои рабочих станциях.
6) Внешние базы данных -разработанные в частном порядке базы данных, доступ к которым осуществляется в режиме реального времени и которые специализируются в определенной отрасли. Доступ, как правило, осуществляется способом подписки на долгосрочное пользование, или через оплату определенной части информации (например, о результатах проведенных исследований).
Быстрый рост количества веб-узлов в Интернете и в корпоративных Интранетах и Екстранетах существенно увеличил использование баз данных гипертекстовых и гипермедийных документов (рис. 11.3).
1) Гипермедийная база данных.На определенном веб-узле информация хранится в виде гипермедийной базы данных, состоящей из базовой страницы и других связанных между собой гиперсвязями страниц, которые носят мультимедийный или смешанный характер (текст, графика, фотоизображение, видеоклипы, аудио клипы).
Рис. 11.3.Системы на основе сети WWW.
2) Веб-браузерна компьютере пользователя предназначен для обеспечения связи с сервером сети. С помощью программного обеспечения сети WWW и по запросу этот сервер выходит на определенные страницы и предоставляет (возвращает) пользователю их содержание.
3) На веб-узлеиспользуется гипермедийная база данных, которая состоит из страниц, написанных языком гипертекстовой разметки (тип файлов -.htm), файлов графических изображений и видео файлов.
4) Программное обеспечение веб-серверавыполняет роль системы управления базами данных, руководя пользованием взаимосвязанных гипермедийных страниц веб-узла.
Взаимоотношения между записями, которые хранятся в базе данных, основываются, как правило, на одной из логических структурных моделей баз данных.
Наиболее используемые из них отображены на рис. 11.4.
1) Иерархическая структураорганизована как древовидная структура, где каждый элемент данных связан только с элементом, находящимся в структуре выше него; это так называемая связь "один-ко-многим". Все записи взаимосвязаны и упорядочены в многоуровневой структуре.
2) Сетевая структураотображает связь "многие-ко-многим", позволяющую СУБД осуществлять доступ к любому элементу данных, использовав одну из имеющихся связей.
Рис. 11.4. Структуры баз данных.
3) Реляционная структураявляется наиболее популярной; она использует объекты программного обеспечения. Все элементы данных в такой базе хранятся в форме простых таблиц. Для подготовки затребованной информации СУБД может связать между собой элементы данных из разных таблиц.
4) Объектно-ориентированная структурасостоит из данных, в которых указаны атрибуты определенной логической категории, и из перечня операций, которые можно выполнить с этими данными. Такое действие называетсяинкапсуляцией, позволяющей лучше управлять сложными типами данных (например, видео и аудио данные) в объектно-ориентированных структурах баз данных. Скопированные или скомбинированные объекты хранят часть или все свои функции, позволяющие быстро разработать новые варианты баз данных.