Побудова систем моніторингу

Порівняльний, коли як підстава для експертизи, вибираються результати ідентичного обстеження однієї або двох систем вищого рівня. Такий випадок носить специфічний для моніторингу характер, і не розглядається при плануванні експериментів. Він полягає в тому, що дані по системі порівнюються з результатами, одержаними для системи вищого рівня. Такий підхід дає можливість рандомізіровать або врахувати більшість причин зсувів оцінок.

Комплексний, коли використовується декілька підстав для експертизи.

Можна виділити три види моніторингу залежно від його цілей.

Інформаційний - структуризація, накопичення і розповсюдження інформації. Не передбачає спеціально організованого вивчення.

Базовий (фоновий) - виявлення нових проблем і небезпек до того, як вони стануть осмисленними на рівні управління. За об'єктом моніторингу організовується достатньо постійне стеження за допомогою періодичного вимірювання показників (індикаторів), які достатньо повно його визначають. Для реалізації цього виду моніторингу можуть бути використані будь-які з трьох можливих підстав для порівняння. Вибір того або іншого варіанту визначатиметься цілями моніторингу і ресурсними можливостями виконавців.

Проблемний - з'ясування закономірностей, процесів, небезпек, тих проблем, які відомі і суттєві з погляду управління. Мета цього виду моніторингу - виявлення і оцінка нових небезпек, його провокує швидке зростання небезпек, частина з яких носить глобальний характер. Цей вид моніторингу може бути розбитий на дві складові, залежно від видів управлінських задач. Проблемний функціонування - є базовим моніторингом локального характеру, присвяченим одній задачі або одній проблемі. Реалізація цього моніторингу не обмежена за часом. Проблемний розвитку - поточні задачі розвитку і предмет вивчення цього моніторингу існує якийсь час. Після того, як задача вирішена, він припиняє своє існування. При цьому кількість паралельно існуючих задач може бути достатньо великою. Основна його особливість динамічність створення, коли задачі якості інструментарію і всієї системи моніторингу повинні розв'язуватися в умовах ліміту часу.



	Динамічний	Конкурентний	Порівнювальний
Інформаційний	так
Базовий	так	так	так
Проблемний	так	так

Для моніторингу складних систем існує два рівні вірогідні зсуви. Перший рівень можливих зсувів оцінок співпадає з тими вірогідними зсувами, що вироблені в теорії експериментів.

Другий рівень вірогідних зсувів пов'язаний з пошуком причин того або іншого виявленого ефекту. До нього можна віднести принаймні два види причин:

Неповний опис системи, коли показники покривають не все поле значущих для системи об'єктів. В цьому випадку, одержаний ефект може лежати за полем показників, що вивчаються, і стає неможливо зробити висновок про причини ефекту. Точно також неможливо достатньо повно описати картину, коли відкрита лише її невелика частина.

Можливість локальних подій для систем нижчого рівня, які зможуть змістити оцінку щодо показників системи вищого рівня.

2.2 Принципи побудови систем моніторингу

Всі економічні об'єкти в процесі їх побудови, функціонування, реструктуризації або перепроектування (реінжинірингу) широко використовують СМ. Назвемо деякі області застосування і задачі, що вирішуються при цьому, які базуються на використанні СМ:

Побудова економічних об'єктів супроводжується розв'язуванням задач:

моніторинг виконання цільових установок і забезпечення ключових чинників успіху в період створення об'єкта;

моніторинг заходів програми і плану робіт з оцінюванням термінів виконання, якості і витрачених ресурсів;

інформаційне забезпечення формування планів і програм роботи, матеріально-технічного забезпечення, постачання, продажу, транспортування тощо;

інформаційне забезпечення складання плану маркетингу.

Управління та аналіз ефективності діяльності економічного об'єкта не може здійснюватися без вирішення моніторингових задач:

інформаційне забезпечення планування номенклатури вироблюваної продукції, контроль за виконанням плану випуску продукції, за якістю продукції, обсягами продажу продукції фірми;

інформаційне забезпечення планування постачання, складування і транспортування сировини та готової продукції;

контроль виконання плану маркетингу;

аналіз конкурентів і станів ринку.

Управління діяльністю комерційних банків супроводжується вирішенням комплексу задач, в основі алгоритмізації яких встановлено моніторинг:

формування портфеля цінних паперів, активів і пасивів, узгодження графіків надходження пасивів і реалізації активних операцій;

супровід кредитних угод та оцінювання успішності проходження їх по термінах і коштах;

безперервний контроль і підтримка рівня ліквідності відповідно до вимог Національного банку України.

Управління розвитком регіону (міста) потребує безперервного аналізу виконання планів і програм розвитку, при цьому вирішуються моніторингові задачі:

контроль виконання плану по контрольних датах загалом і по окремих заходах;

оцінювання ступеня досягнення головної мети і цілей стратегічного плану, розподілу ресурсів;

уточнення і коригування переліку передбачуваних заходів;

моніторинг зовнішнього середовища розвитку регіону (міста);

моніторинг ефективності реалізації заходів;

оцінювання виконання планів фінансування і забезпеченості фінансовими ресурсами тощо.

Дослідження політичних та економічних чинників у територіальних і галузевих секторах ринку здійснюється за допомогою реалізації моніторингових алгоритмів:

контакти і взаємодія з владними структурами регіонів;

підбір та аналіз добросовісних партнерів на ринку;

забезпечення безпеки підприємницької діяльності;

аналіз секторів ринку, визначення кон'юнктури і попиту, а також прогнозування змін ринкових параметрів;

аналіз і прогнозування дій конкурентів;

визначення і прогнозування потенційних конкурентів тощо.

Наведені області застосування і задачі, що вирішуються методами моніторингу, не вичерпують усіх можливих областей і задач, не дають повного уявлення про важливість і складність функцій моніторингу в економічній діяльності.

Моніторингова діяльність не тільки важлива, вельми складна і різноманітна, але й досить специфічна. Це потребує особливого методологічного підходу до побудови СМ та алгоритмів її функціонування. Специфіка полягає в тім, що однією з основних проблем побудови СМ є вибір ВВ для моніторингу, що потребує ретельного вивчення функціонування економічного об'єкту. Специфіка задач моніторингу робить необхідним формулювання принципів побудови СМ. Встановлення таких принципів стало можливим завдяки проведеному аналізу визначення і призначення систем моніторингу, областей їх застосування і задач, що вирішуються, а також досвіду роботи існуючих систем. Принципами створення СМ є: цільова спрямованість і конкретність при виборі ВВ; об'єктивність даних моніторингу; безперервність моніторингу; мінімалізація числа використовуваних ВВ і витрат на моніторинг; орієнтація на певну об'єктну область; керованість СМ; забезпечення повноти і своєчасності подання інформації; чіткість подання інформації; мінімалізація ризику помилковості даних (надійність); максимальне задоволення інформаційних запитів споживача; обслуговування СМ внутрішнього, посередницького і зовнішнього середовища; забезпечення конфіденційності інформації (захист даних від несанкціонованого доступу); наявність засобів і алгоритмів обробки інформації за запитом споживача.

Розглянемо детальніше ці принципи.

Цільова спрямованість і конкретність при виборі ВВ. Цей принцип визначає вимоги до вибору переліку (множини) ВВ, що піддаються моніторингу. Мають включатися тільки ВВ, що забезпечують виконання цільової установки моніторингу.

Об'єктивність даних моніторингу. Виконання цього принципу виключає можливість коригування, затримки, фільтрації ВВ і доступу до даних суб'єктів, у яких може виникнути зацікавленість у спотворенні реальних даних, що надходять на вхід і що проходять системою моніторингу (включаючи вхідні і вихідні канали передачі).

Безперервність моніторингу. Моніторинг ВВ має бути регламентований графіком надходження початкової інформації і графіком видачі результатів моніторингу споживачам. Графіки узгоджуються із споживачами і не можуть бути порушені без їх відома.

Мінімалізація числа використовуваних ВВ і витрат на

моніторинг. При виборі переліку ВВ потрібно ретельно перевірити наявність тих ВВ, що знаходяться у функціональній залежності від інших ВВ, усі похідні показники на виході СМ мають отримуватися засобами обробки інформації СМ, а не надходити на її вхід у готовому вигляді. Вхідна інформація отримується в результаті вимірювань, спостережень, фіксації даних, "зайві" дані ведуть до невиправданих витрат на забезпечення функціонування СМ.

Орієнтованість на певну об'єктну область. При проектуванні і створенні СМ необхідно враховувати область її застосування, оскільки вона визначає вимоги не тільки до характеристик ВВ, але й до форми подання і носіїв інформації, пристроїв введення і виведення, технічних засобів обробки інформації в СМ. Так, СМ, призначена для роботи в банківській сфері, не зможе забезпечувати управління роботою промислового підприємства.

Керованість СМ. Кожна СМ має бути керованою, тобто до її складу входить система управління моніторингом. СМ працює протягом життєвого циклу об'єкта моніторингу, який може тривати роками. За цей час можуть змінитися (і найчастіше змінюються) вимоги до значень критеріїв оцінки якості функціонування СМ, потреби в обробці інформації, що виробляється засобами СМ. Крім того, робота СМ може бути схильна до циклічних та епізодичних змін, не завжди передбачуваних. Типовим є завдання переліку режимів роботи СМ, який визначається режимом роботи об'єкта моніторингу або інтересами користувачів (споживачів інформації) СМ. Схему контуру управління та його взаємозв'язок із зовнішнім середовищем наведено на рис. 2.

Рис. 2. Контур управління та взаємозв'язки блоку управління СМ.

Блок управління СМ (БУСМ) отримує інформацію від вищої системи управління, системи управління об'єктом, зовнішнього середовища, СМ, об'єкта моніторингу (зворотний зв'язок) і формує керуючі впливи СМ, змінюючи режим її роботи або параметри.

Розробити загальний алгоритм роботи БУСМ неможливо через розмаїття сполучень областей застосування, об'єктів моніторингу, зовнішнього середовища, вищі системи управління. Ми розглянемо лише два крайніх випадки: максимально простий і складний варіанти реалізації СМ.

У найпростішому випадку (СМ малого банку, СМ забезпечення реінжинірингу одного-двох відділів фірми, СМ малого підприємства) СМ контролює обмежену кількість ВВ і не реалізує алгоритмів обробки інформації. Інформацію від СМ отримує і використовує менеджер фірми, він же виконує функції БУСМ, або СМ функціонує без управління протягом усього життєвого циклу.

У випадку складної СМ (забезпечення НБУ, економіки, галузей) кількість ВВ сягає сотень і тисяч, функції обробки інформації складні й різноманітні, СМ виконує функції підтримки прийняття рішень. БУСМ має склад і структуру автоматизованої системи управління високого рівня.

Забезпечення повноти і своєчасності подання інформації. Вимоги до повноти і часових характеристик подання інформації визначають потреби і характер роботи об'єкта моніторингу, запити користувачів СМ, а також вимоги до точності подання інформації. Технічні, програмні, інформаційні та організаційні аспекти проектування здатні й повинні задовольняти ці вимоги.

Чіткість подання інформації. Форма і чіткість подання інформації визначаються характером роботи об'єкта моніторингу (ОМ) і формулюються користувачем. Якщо інформація СМ має аналогову або цифрову форму подання і виражається числовими значеннями характеристик, то СМ має забезпечувати задану точність подання інформації. Якщо ж інформація виражається нечітко (розпливчасто), а це повинно обумовлюватися спеціально, використовується апарат подання та обробки нечітких даних і застосування лінгвістичних змінних.

Мінімалізація ризику помилковості даних (надійність). Надійність отримуваної від СМ інформації визначається рівнем ризику помилковості даних. Ця складна і важлива проблема вирішується методами розрахунку та управління ризиком.

Максимальне задоволення інформаційних запитів споживача СМ. Звичайно інформаційні запити споживача представляються в СМ алгоритмами обробки інформації. Ці алгоритми специфічні для кожної області застосування та об'єктів моніторингу. Типовими алгоритмами обробки, використовуваними в СМ, є: алгоритми прогнозування змін ВВ; алгоритми аналізу відхилень ВВ від планових; алгоритми оцінки якості функціонування об'єктів моніторингу; алгоритми підтримки прийняття рішень.

Такі алгоритми визначаються та фіксуються в технічному завданні на проектування СМ і можуть бути в ній реалізовані.

Обслуговування СМ внутрішнього, посередницького і зовнішнього середовища. Вхідна інформація СМ надходить із зовнішнього, посередницького та внутрішнього середовищ фірми. Ці середовища можуть бути досліджені. Деякі параметри посередницького і внутрішнього середовищ можуть бути охоплені управлінням з боку БУСМ на основі інформації, що надходить.

Забезпечення конфіденційності інформації. У сучасних економічних системах часто необхідним є забезпечення конфіденційності інформації та її захист від несумлінних конкурентів і недоброзичливців. Сучасне програмне забезпечення має засоби захисту даних і представлення їх за паролями і переліками користувачів. Важливо лише при створенні СМ передбачити застосування таких засобів.

Наявність засобів та алгоритмів обробки інформації за запитом споживача. Засоби обробки потребують наявності алгоритмів і програм обробки. Ці засоби мають передбачатися при проектуванні або розвитку СМ. Природно, що збільшення обсягу їх ускладнює СМ, БУСМ і веде до подорожчання створення і забезпечення функціонування СМ.

Усі наведені принципи можуть і повинні враховуватися кожного разу, коли ініціюється застосування новостворюваної СМ.



Лекція 3. Склад, структура та алгоритм роботи системи моніторингу

3.1 Структура систем моніторингу

Склад системи моніторингу визначається такими чинниками:

функціональне призначення СМ;

область застосування та цільові установки з переліку вирішуваних задач;

функції обробки інформації, покладені на СМ і визначені користувачем.

Функціональне призначення СМ визначає її склад незалежно від області застосування, переліку вирішуваних задач і характеристик засобів отримання первинної інформації.

Склад СМ в цьому випадку визначають виконувані функції та властивості СМ, вона містить блоки, наведені на рис. 1.

Такий склад СМ забезпечує виконання її функцій, визначає властивості, характеристики, в тому числі складність і витрати на конкретну реалізацію блоків. Розглянемо ці характеристики.

Рис. 1. Процедурний алгоритм функціонування СМ.

Блок формування циклу опитування джерел первинної інформації реалізується програмними засобами. Час роботи блоку визначається переліком ВВ, що підлягають моніторингу. Розмір переліку визначається характеристиками СМ та областю застосування. Цими ж характеристиками визначається і мережа комунікацій на вході СМ, яка визначається локальним розміщенням первинних джерел інформації і технічним розміщенням засобів СМ.

Блок прийому первинних даних та перетворення їх. У цьому блоці відбувається прийом первинних даних і розміщення їх у буферній пам'яті. Обсяг пам'яті буфера визначається числом ВВ та їх розмірністю.

Блок редагування проводить усунення помилок у первинних даних, обумовлених перешкодами в каналах зв'язку і при зніманні даних. Звичайно це робиться програмними засобами. Крім того, в цьому блоці може проводитися зміна формату даних і приведення його до прийнятого стандарту.

Блок розподілу даних по функціях обробки забезпечує відбір даних та їх формування для передачі на вхід алгоритмів обробки. Так, при прогнозуванні дані формуються у вигляді часових рядів, при цьому в СМ повинні забезпечуватися функції тривалого зберігання даних часового ряду. У блоці також збираються дані для системи підтримки рішень та аналізу процесів функціонування.

Блок обробки інформації реалізовує алгоритми обробки інформації і формування вихідних даних.

Блок підготовки даних до видачі формує дані для видачі. Проводиться візуальний контроль даних та перевірка їх на відсутність непередбачених викидів і відхилень.

Під структурою СМ розуміється спосіб встановлення взаємодії джерел інформації, БУСМ, об'єкта моніторингу (ОМ) і блоків, наведених на рис. 1. В основу побудови і структурування СМ покладено правила:

можливість ієрархічної побудови структури;

єдність структурного і змістовного формування центрів збирання первинної інформації і пунктів обробки інформації на кожному рівні;

єдність технічного, програмного та інформаційного забезпечення на кожному рівні та всіх рівнях;

наявність мережі обміну даними між локальними елементами структури СМ.

Доцільність багаторівневої системи визначається з точки зору оптимізації складності реалізації системи та її управління. Однак, цей результат не забезпечує єдиного рішення щодо вибору структури. Множинність структурних рішень визначається тим, що ієрархія може бути чистою і змішаною, а також мати різну кількість гілок, що виходять з кожного вузла. Тому вибір певного числа рівнів ієрархії N задає тільки загальний вигляд структури системи, для її остаточного визначення доцільно використати метод багатокритеріальної оптимізації і реалізувати таку процедуру:

проектується обмежене число доцільних варіантів структури СМ;

вибираються критерії оцінки варіантів (частинні критерії);

для кожного варіанта визначаються значення частинних критеріїв;

для кожного варіанта визначається загальний критерій оцінки у вигляді згортки частинних критеріїв;

вибирається варіант, що оптимізує загальний критерій.

Число доцільних варіантів утворить початкову множину варіантів (ПМВ). На практиці ПМВ = 3 - 5.

Наприклад, можуть бути вибрані такі варіанти:

1. N = 2. На першому (нижньому) рівні розміщуються датчики інформації. Засоби обробки, зберігання і відображення інформації розташовані на другому (верхньому) рівні. Полюси нижнього рівня (під полюсом розуміються елементи розміщення джерел інформації та алгоритмів обробки) пов'язані променями-комунікаціями з полюсом верхнього рівня.

2. N = 3. На нижньому рівні -- n1 полюсів, на кожному полюсі -- один або декілька датчиків. На другому рівні -- n2 проміжних центрів збирання та обробки інформації. На кожний з n2 полюсів другого рівня замикаються [n1 / n2] полюсів першого рівня полюсів першого рівня ([а] -- результат округлення будь-якого числа а до найближчого цілого) полюсів нижнього рівня. На кожний полюс другого рівня замикається приблизно рівне число. Полюс другого рівня замкнений на полюс верхнього рівня. Комунікативна мережа будується у вигляді дерева коренем догори.

3. N = 3. Полюси першого рівня n1 розподілені між полюсами другого рівня нерівномірно. Залежно від відмінностей цього розподілу та розподілу функцій обробки інформації між рівнями можуть бути побудовані інші варіанти.

Як частинні критерії можуть вибиратися вартісні оцінки:

S1 -- вартість побудови СМ;

S2 -- вартість одиниці часу функціонування;

З -- гарантована точність інформації, що отримується;

D -- кількість обслуговуючого персоналу;

W -- надійність функціонування системи.

Оскільки для вибору одного з ПМВ потрібні відносні оцінки, то зручно кожний частинний критерій оцінювати числом балів, враховуючи пріоритетність оцінок частинних критеріїв. Найпростішим способом згортки частинних критеріїв є підсумовування бальних оцінок частинних критеріїв, причому сума відображає значення загального критерію для варіанта.

При обгрунтуванні і виборі складу і структури СМ важливого значення набуває вибір і розробка інформаційних комп'ютерних технологій отримання, збирання, передачі, зберігання, обробки і подання інформації. Інформаційні технології охоплюють усі рівні СМ і базуються на використанні автоматизованих робочих місць (АРМ) фахівців, що обслуговують СМ. Перелік конкретних задач і робіт, які виконуються СМ, визначається її призначенням.

Кожна вирішувана задача має бути забезпечена технологічною інструкцією, в якій вказуються:

вхідна та вихідна інформація, форми її подання, характеристики та якості повноти, джерела вхідної інформації і споживача вихідної інформації (база даних);

склад і послідовність виконуваних процедур, що використовуються при вирішенні задачі, із зазначенням перерахованих у попередньому пункті характеристик (технологічна схема);

інструкції до розв'язування задач із зазначенням процедур, що виконуються за допомогою комп'ютерних засобів і без них;

повний склад прикладного програмного забезпечення, що використовується при вирішенні кожної задачі, та опис відповідних програм;

вимоги до складу комп'ютерних та інших технічних засобів, їх характеристика;

вимоги до каналів зв'язку, використовуваного при отриманні вхідної і передачі вихідної інформації, із зазначенням їх мінімально припустимої пропускної спроможності та необхідного часу використання.

Для кожної вирішуваної задачі фіксується термін її виконання із застосуванням комп'ютерних засобів у стандартній ситуації та витрати всіх видів ресурсів.

Інформаційні комп'ютерні технології (ІТ) посідають найважливіше місце у функціонуванні СМ. Кожна ІТ повинна реалізувати певну частину загального комплексу актів, що автоматизуються і процедур конкретного виду (напряму) системи діяльності, що дасть змогу створити і використати типові компоненти ІТ.

У міру просування отримуваної інформації про ВВ від первинних даних до верхнього рівня СМ ІТ утворять рівні функціонування ІТ, крізні інформаційні технології -- від джерел первинної інформації до отримання комплексних аналітичних результатів (прогнозні висновки, інформаційні карти, рекомендації щодо управління, запобігання).

Такими рівнями можуть бути:

виробничі технології вимірювання параметрів і контролю показників;

комп'ютерні технології прийому-передачі і попередньої обробки даних методами спостережень за об'єктом моніторингу;

комп'ютерні технології обробки даних методами досліджень;

комп'ютерні технології комплексної обробки та інтегрованої інтерпретації результатів моніторингу.

Комп'ютерні технології комплексної обробки даних та інтерпретації інформації повинні забезпечити отримання синтезованих аналітичних результатів в широкому діапазоні, включаючи ретроспективу і прогноз, а також діагноз ситуацій і вироблення обгрунтованих рекомендацій з управління оперативними заходами і довгостроковими програмами нормалізації і вдосконалення умов функціонування ОМ.

Функціонування таких технологій пов'язане з використанням багатоаспектної інформації, складних математичних методів її інтегрованої (багатокритеріальної) інтерпретації, що характерно для реальних ОМ, і висуває найбільш ємні вимоги до інформаційного та програмного забезпечення.

Для нормального функціонування СМ, що обслуговує великомасштабний об'єкт спостереження, необхідно мати в її складі забезпечуючі підсистеми. Оскільки СМ за призначенням, виконуваними функціями та методологією побудови має багато спільного з традиційними автоматизованими системами організаційного управління, то і вибір забезпечуючих підсистем має багато спільного з ним. Досвід побудови цілого ряду великомасштабних СМ показує, що до забезпечуючих слід віднести підсистеми: методологічного, наукового, математичного, інформаційного, технічного, програмного, організаційного, кадрового, правового та метрологічного забезпечення.

Стисло розглянемо основні характеристики цих підсистем.

Методологічне забезпечення включає необхідні принципи, способи, поняття, інструктивні матеріали, методики, що дають змогу організувати процеси проектування, конструювання, організації, введення в дію, функціонування і розвитку СМ.

Підготовка методологічних документів (розпорядження, схеми, програми, проекти, експертні висновки тощо) потребує розробок у таких напрямах:

методологія системного проектування комп'ютерних інформаційних технологій;

методологія програмування, існування і розвитку сфери діяльності об'єкта спостереження;

методологія наукових досліджень, пов'язаних з функціонуванням об'єкта спостереження і середовища його існування;

методологія інженерій та конструювання елементів технології;

методологія дослідницьких і виробничих робіт з комплексного вивчення об'єкта спостереження;

методологія організації та управління об'єктом спостереження;

методологія навчання персоналу, що забезпечує СМ і об'єкт спостереження;

методологія експертизи наукових, проектних, конструкторських, управлінських рішень.

При розробці методологічного забезпечення дотримуються таких базових напрямків:

розробка єдиного системного підходу до об'єкта спостереження як до об'єкта автоматизації та комп'ютеризації;

конкретизація понять комплексності, раціональності, оптимальності, технологічності реалізації СМ;

виділення і типізація напрямів діяльності СМ, що підлягають комп'ютеризації та автоматизації.

Для забезпечення єдиного підходу при проектуванні СМ необхідно підготувати методичні рекомендації з розробки технічного проекту з урахуванням вимог системи стандартів і специфіки системи.

Наукове забезпечення засноване на виборі та застосуванні методів математичного та імітаційного моделювання функціонування СМ та об'єкта спостереження.

Потреба у такому моделюванні зумовлюється:

необхідністю розробки та удосконалення науково обгрунтованих методів прогнозування спостережуваних і вимірюваних величин;

потребою забезпечення безпеки функціонування об'єкта спостереження і визначенні оптимальних способів усунення порушень в його функціонуванні;

потребою забезпечення якісно нових методів спостереження і контролю, заснованих на інтегрованій обробці багаторівневої і різнорідної інформації.

Основною метою наукового забезпечення є підвищення обгрунтованості рішень з організації спостережень.

Математичне забезпечення складається з математичних методів, використовуваних при функціонуванні СМ.

До складу математичного забезпечення мають бути включені:

статистичні методи аналізу та інтерпретації даних;

методи інтерпретації та фільтрації випадкових компонентів, тренд-аналізу, обчислення трансформант, отримання цифрових моделей, побудови карт;

методи інтерполяції -- добудова значень показників з урахуванням непрямих даних, а також визначення точності добудови значень показників та об'єктів по дискретних спостереженнях з метою оптимізації обсягів моніторингових робіт;

методи розподілу і кореляції масових даних;

методи ущільнення записів інформації.

Комплекс математичних методів і алгоритмів, що використовується в прикладних програмах, має відзначатися повнотою, достатньою для забезпечення можливості розв'язання необхідних задач. Особливої уваги потребує якість застосовуваних методів і алгоритмів попередньої обробки та інтерпретації багатоаспектних даних.

За можливістю, мають вироблятися кількісні оцінки точності (надійності) отримуваних результатів. Область використання алгоритмів має бути чітко обмежена.

Алгоритми розв'язання задач, що мають широке застосування, розглядаються як типові і слугують основою для виділення автономних модулів з метою полегшення їх використання в різних комплексах.

Інформаційне забезпечення. Інформаційною основою функціонування СМ є ВВ спостережуваного об'єкта.

Інформаційне забезпечення включає:

бази даних колективного доступу, що функціонують на сервері баз даних обчислювальної мережі;

сукупність уніфікованих вхідних документів (форм) для підготовки даних на магнітних носіях або надходження їх по каналах зв'язку;

сукупність уніфікованих вихідних документів, які містять результати, видані СМ.

Логічний стандарт подання первинних даних в системі, незалежно від їх при належності до тієї чи іншої предметної області, полягає в тому, що будь-який інформаційний об'єкт описується такими характеристиками:

паспорт об'єкта (предметна область і/або період спостереження, найменування);

дані спостережень (за групами властивостей, методами і способами спостережень).

Нормативно-довідкова інформація, необхідна для ведення БД і виконання регламентної обробки даних, вміщується в базу даних "нормативно-довідкова інформація", актуальність якої забезпечується адміністрацією відповідного банку даних.

Програмні засоби інформаційного забезпечення включають програми завантаження баз даних, документування процесу коригування баз даних, коригування баз даних, друкування даних бази, реорганізації бази даних, відновлення бази даних при руйнуванні частини даних та інформаційно-пошукову систему.

Функціональні комплекси та зовнішні системи, що взаємодіють з базами даних, мають бути інформаційно сумісними за структурою, складом, класифікацією і кодуванням даних.

Склад і структура уніфікованих вхідних і вихідних документів розробляються на стадії технічного проектування СМ.

У системі мають передбачатися необхідні заходи щодо оновлення даних в інформаційних масивах системи, а також контролю ідентичності однойменної інформації в базах даних.

Технічне забезпечення. Комплекс технічних засобів має бути достатнім для виконання всіх автоматизованих функцій СМ.

Комп'ютерні технології обробки інформації будуються на базі уніфікованих технічних засобів, за допомогою яких реалізуються:

технологічні програмно-технічні комплекси (ПТК) на базі застосування ПЕОМ, встановлюваних у пунктах контролю ВВ;

технологічні ПТК територіального характеру, які забезпечують обробку даних і підтримують функціонування банків даних;

дослідницькі ПТК, розміщувані на робочих місцях керівників і фахівців різних органів управління СМ і вищої системи.

ПТК, розміщені в різних пунктах, можуть об'єднуватися в локальну обчислювальну мережу (ЛОМ). За допомогою мережевих програмних і апаратних каналів зв'язку та спеціальної програмної системи управління реалізується необхідна взаємодія компонентів СМ.

Комп'ютерні технології, реалізовані фізично і функціонально взаємодіючими ПТК, утворюють певну інформаційну технологію роботи СМ.

Технічні засоби СМ, використовувані при її взаємодії з іншими системами, мають бути сумісними по інтерфейсах з відповідними технічними засобами цих систем і використовуваних систем зв'язку. Заміна будь-якого з технічних засобів на засіб аналогічного функціонального призначення здійснюється без яких-небудь конструктивних змін або регулювань в інших технічних засобах системи.

Програмне забезпечення має бути достатнім для виконання всіх функцій СМ, реалізованих із застосуванням засобів обчислювальної техніки, і мати засоби організації всіх необхідних процесів обробки даних, що дають можливість своєчасно виконувати всі автоматизовані функції в усіх регламентованих режимах функціонування системи.

Основні характеристики програмного забезпечення СМ: функціональна повнота, надійність (у тому числі відновлюваність, наявність засобів виявлення помилок) і зручність експлуатації, адаптованість, модифікованість і модульність побудови.

Програмне забезпечення СМ будується з незалежних модулів переважно на базі існуючих пакетів прикладних програм та інших програм, запозичених з державних, галузевих та інших фондів алгоритмів і програм, допускає завантаження і перевірку частинами, заміну одних програм без коригування інших.

Воно мусить мати засоби діагностики технічних засобів, контролю достовірності вхідної інформації, захисту від помилок при введенні та обробці інформації, що забезпечують виконання заданої кількості функцій СМ.

Загальне програмне забезпечення дає змогу здійснювати настроювання компонентів спеціального програмного забезпечення СМ без переривання процесу її функціонування, забезпечує захист згенерованої і завантаженої частини програмного забезпечення СМ. Компоненти спеціального програмного забезпечення мають бути сумісними з її загальним програмним забезпеченням.

Організаційне забезпечення спрямоване на створення спеціальної служби моніторингу і реалізацію таких комплексних функцій:

організація збирання, накопичення і передавання інформації на обробку до центрів обробки всіх рівнів;

організація рішення проблемних задач та інформаційного обслуговування користувачів;

організація і диспетчеризація роботи мережі.

Кадрове забезпечення. Виходячи з основних функцій СМ, забезпечує цілеспрямовану діяльність у напрямах організації підбору та розстановки кадрів, організації підготовки і перепідготовки кадрів.

Основними комплексами задач, що вирішуються в сфері кадрового забезпечення, є:

облік та аналіз кадрів за професіонально-кваліфікаційними вимогами, формування кадрового резерву;

аналіз стану підготовки і перепідготовки кадрів, включаючи підвищення кваліфікації працівників;

формування навчальних програм підготовки і перепідготовки фахівців.

Правове забезпечення супроводжує всі стадії, етапи і процеси створення, освоєння, функціонування і розвитку СМ.

Правове забезпечення полягає в розробці і введенні в дію документів, що встановлюють правові принципи організації і функціонування СМ, правовий режим і порядок взаємодії.

Основою створення правового забезпечення є Положення про державний моніторинг навколишнього природного середовища в Україні та інші державні законодавчі акти, відповідні відомчі положення і нормативні документи, оновлювані з урахуванням діючих чинників і станів.

Метрологічне забезпечення. Засоби метрологічного забезпечення і стандартизації гарантують єдність і достовірність моніторингової інформації, регламентують способи її отримання та оцінку якості.

Об'єктами метрологічного забезпечення СМ є: засоби вимірювання і формування вхідної інформації; методики (технології) проведення вимірювань, роботи з документами; алгоритми і програми обробки вимірювальної інформації; стандартні довідкові дані.

3.2 Алгоритм роботи систем моніторингу

Алгоритм функціонування розробляється після того, як вибрано склад і структуру СМ, визначено реалізовувані нею задачі, всі параметри і часові характеристики. Алгоритм повинен забезпечувати виконання всіх процедур, наведених на рис. 1, з урахуванням вибраної структури СМ. Вибрана структура характеризується числом рівнів ієрархії N і числом полюсів на кожному рівні

.

Для того, щоб сформувати алгоритм роботи СМ, необхідно об'єднати процедури, наведені на рис. 1, логікою перегляду всіх елементів побудованої структури, що складається з N рівнів і Р полюсів, причому:

.

Алгоритм роботи СМ наведено на рис. 2.

Рис. 2. Схема алгоритму функціонування СМ.

На початку роботи алгоритму встановлюються значення i = j = 0. У блоці 1 зберігаються значення N і ni

.

Синхронізація роботи алгоритму функціонування СМ проводиться блоком 1 відповідно до дискретності, визначеної БУСМ та інформацією, що отримується від служби часу. На рис. 2.3 не показано БУСМ. За відсутності управління алгоритм працює без участі БУСМ. За необхідності управління БУСМ змінює значення N, ni , а також параметри роботи блоків 1, 12 і 13 і, разом з тим, функції обробки інформації, а також управляє дискретністю видачі даних системою моніторингу регульовану блоком 1.

Схема алгоритму роботи СМ (рис. 2) є типовою для будь-якої СМ, а блоки 1, 10, 11, 12 і 13 наповнюються змістом для кожної конкретної СМ.

Склад процедур СМ, показаний на рис. 1. ілюструє загальне уявлення про СМ. Більш конкретні результати можуть бути отримані для кожної СМ, призначеної для обслуговування конкретного економічного об'єкта і процесів, що відбуваються на ньому. Для ілюстрації цього положення розглянемо два приклади представлення складу найпростішої СМ і СМ складного економічного об'єкта (галузі, функціональної підсистеми економіки).

У вигляді найпростішої може бути розглянута СМ складу готової продукції, СМ обов'язкових економічних нормативів малого банку.

Склад такої СМ поданий на рис. 3.

Рис. 3. Склад процедур найпростішої СМ.

Параметри такої системи: дискретність спостереження спостережуваних ВВ, форма надання інформації для таких СМ задається споживачем, інформація збирається і видається споживачу відповідно до його запиту. Опрацювання й аналіз інформації не робляться.

Процедурний алгоритм функціонування СМ складного економічного об'єкта показаний на рис. 4.

Рис. 4. Процедурний алгоритм одного циклу функціонування СМ складного економічного об'єкту.

На рис. 4 не показаний БУСМ і його зв'язок з іншими блоками СМ, але такий зв'язок існує і СМ працює під безупинним керуванням із боку БУСМ, до складу якого входять і забезпечуючі підсистеми, при цьому БУСМ має свою внутрішню систему моніторингу, що спостерігає за роботою СМ, зовнішньою обстановкою й одержує запити від користувача СМ. Функції обробки і аналізу моніторингової інформації задаються місією, покладеною на СМ і можуть бути схильні до змін в процесі її роботи, за допомогою впливу з боку БУСМ. Найбільше складною функцією опрацювання інформації є вироблення управлінських рішень. Якщо ця функція задана СМ, то вона її виконує, реалізуючи управлінські алгоритми, використовуючи інформацію від СМ.

3.3 Технологія побудови систем моніторингу

Технологію процесу моніторингу економічного об'єкта варто розглядати як два нерозривно зв'язані і взаємозалежні етапи: технологію побудови систем моніторингу і технологію організації моніторингу ЕО. Розробку обох етапів доцільно робити одночасно або починати її з другого етапу. Оскільки моніторинг виконується на ЕО і призначений для забезпечення його ефективного функціонування, то проектування технологічного процесу моніторингу (ТПМ) варто починати з вивчення самого ЕО і процесу його ефективного функціонування. Тому схему проектування ТПМ можна представити у виді послідовності операцій, поданої на рис. 5.

Рис. 5. Схема проектування ТПМ.

Розглядаючи схему проектування ТПМ варто враховувати, що проектна робота не виконується автономно і відокремлено саме у відношенні СМ, яка органічно вбудована в систему управління (СУ) ЕО. Тому побудова СУ ЕО і ТПМ звичайно робить та сама проектна організація і ці роботи взаємозалежні не тільки єдністю колективу виконавців, але і комплексується за часом, модельним дослідженням і методології проектування. Розглянемо схему проектування ТПМ, при цьому передбачається, що всі інші питання цього комплексу вирішені, описані і доступні для використання. У числі рішень по цим питанням повинні бути подані переліки ВВ і їхніх характеристик, видачу яких повинна забезпечити СМ. Варто враховувати, що переліки ВВ, про які одержує інформацію СМ і переліки ВВ, що видає СМ для задоволення потреб СУ ЕО, у загальному випадку, не збігається. Тому будемо розрізняти ці переліки. Для цього переліки ВВ, що одержує СМ так і будемо називати, а переліки ВВ, про які СМ видає інформацію СУ ЕО будемо називати переліками вихідних вимірюваних величин (ВВВ).

Розходження переліків ВВ і ВВВ можна проілюструвати наступним прикладом. Система планування, що входить до складу СУ ЕО, вимагає інформацію про обсяг витрат основних матеріалів і комплектуючих та розподілі потреб у них в часі. На ЕО ті самі матеріали і комплектуючі можуть використовуватися в різних точках ЕО й у різні моменти часу виробничого процесу. Тому на вхід СМ будуть надходити дані про витрати матеріалів і комплектуючих із різних точок ЕО й у різний час (потік ВВ). Система опрацювання інформації в складі СМ визначає інтегральні показники витрат, що і видаються в СУ ЕО (потік ВВВ).

Розглянемо більш докладно вміст блоків, поданих на рис. 5.

Блок 1. В інтересах проектування ТПМ потрібно одержати переліки ВВВ і ВВ, їхні характеристики від проектувальників СУ ЕО.

Блок 2. Вирішуються задачі визначення характеру первинних джерел інформації про ВВ і комунікації інформації від точок дислокації джерел до СМ. У вигляді джерела можуть бути використані вимірювальні прилади і системи, інформація може надходити від операторів (експертів), по каналах зв'язку, зчитуватися з машинних файлів і баз даних. Питання формування і заповнення баз даних не розглядаються, важливо тільки, що вони є джерелами ВВ. Так, наприклад, у банківських системах у вигляді джерела виступають певні рахунки і звітні дані, зведені в банківські бази даних і звернення до конкретного рахунку робиться за його номером і часом зчитування. Алгоритм реалізації операцій блока 2 показаний на рис. 6.

Блок 3. На моделі ЕО фіксуються джерела ВВ і визначаються процедури доступу до них і канали передачі інформації. Визначається загальна конфігурація структури елементів СМ.

Блок 4. Визначаються послідовність, ресурси і розробники СМ, а також усі комунікації СМ. Визначаються алгоритми опрацювання інформації СМ, форми подання інформації про ВВ і ВВВ, дисципліна збереження інформації, накопичення і видачі її в СУ ЕО. Виконання цих робіт істотно визначається класом належності до рівня виконання технології проектування СМ. Класифікація по рівнях належності технологій проектування визначається ступенем автоматизації технологічних операцій і подана на рис. 7.

Традиційне виконання СМ відрізняється відсутністю засобів автоматизації. Збір інформації, її опрацювання і видача виконуються операторами, що працюють відповідно до інструкцій, визначаючих технологію роботи СМ.

Автоматизоване виконання припускає використання сучасних інформаційних технологій і апаратних засобів автоматизації процесу збору, передачу, опрацювання, накопичення і видачі інформації [78]. Оператор може брати участь у керуванні і диспетчування СМ, виконанні функцій опрацювання інформації і формування результатів (вихідних) роботи СМ.

Інтер-активне виконання СМ припускає обмін повідомленнями між оператором і обчислювальною системою, при якому система здійснює прийом, опрацювання і видачу повідомлень у реальному масштабі часу. Людина-оператор і його дія безпосередньо вбудовуються в технологічну схему функціонування СМ.

Автоматична СМ працює цілком самостійно, виконуючи задану програму без втручання людини-оператора. Роль оператора при цьому зводиться до проведення систематичного перевірочного контролю працездатності СМ або її перенастройки.

Блок 5. Розробляються правила роботи СМ і інструкції з її обслуговування, визначається і призначається обслуговуючий персонал і документальний супровід функціонування і контролю СМ.

Якщо об'єкт спостереження носить множинний характер (група робочих, службовців, покупців, група верстатів і інших засобів опрацювання) виникають питання рандомізації. Ці ж питання можуть виявитися істотними при моніторингу, якщо в складі функцій опрацювання СМ використовуються алгоритми прогнозування. Рандомізація - процедура одержання еквівалентних груп, вирівнювання складу груп по яким-небудь критеріям. У рамках моніторингу є декілька можливостей для рандомізації. Одна з них зв'язана з визначенням еквівалентної групи. У якості еквівалента виступають значимі характеристики генеральної сукупності (наприклад, перші моменти розподілів імовірностей). Другий варіант рандомізації в рамках моніторингу зв'язаний із можливістю роботи з великими вибірками. При цьому еквівалентність може бути досягнута випадково за умови використання досить великого числа об'єктів спостереження так само як і репрезентативність.

Найважливішою проблемою вибору й обгрунтування спостерігаємих об'єктів і мінімізації їх набору є використання індикаторів. Індикатор - доступна спостереженню і виміру характеристика (показник) об'єкта моніторингу. Індикатори можуть заміняти і представляти інші характеристики об'єкта моніторингу, недоступні для спостереження. Наприклад, в економіці індикатором розвиненості промислової інфраструктури території є показник заможності об'єктів, розташованих на цій території, каналізацією, водопостачанням, енергоносіями. Індикатори представляють множину об'єктів спостереження в СМ і їх число слід мінімізувати по вартісному критерії, тому що кожний об'єкт спостереження вимагає витрат.

Технологія побудови і функціонування СМ практично цілком визначається тієї структурою і складом СМ, що будуть обрані при проектуванні. Задача вибору структури й обгрунтування складу СМ є непростою, а її рішення неоднозначним, особливо для масштабних СМ, що мають до того ж розподілений характер. У розподілених масштабних СМ крім складності рішення задачі вибору структури необхідно знайти рішення на вибір інформаційної комунікаційної мережі і інформаційно-обчислювальної мережі.

У масштабних розподілених системах циркулюють напружені потоки моніторингової інформації, яку необхідно накопичувати, берегти, передавати й обробляти. Сумарна вартість побудови мереж комунікації, збереження, передача й опрацювання інформації визначає вартість системи моніторингу. Вартість обчислювальних пристроїв визначається вартістю її запам'ятовуючих пристроїв. Таким чином велике визначене значення для визначення витрат на створення СМ грають об'єми інформації, циркулюючі у комунікаційних і інформаційно-обчислювальних мережах. Ці об'єми визначаються не тільки кількістю інформації, складеної в інформаційних потоках, але і ступенем ущільнення записів цієї інформації. Таким чином при формуванні ТПМ необхідно вирішити важливі і складні проблеми:

розробити структурні моделі СМ;

розробити методологію побудови комунікаційних і інформаційно-обчислювальних мереж СМ;

розробити прийоми і алгоритми ущільнення записів інформації.



Лекція 4. Якість функціонування систем моніторингу

4.1 Критерії оцінки якості функціонування системи моніторингу

Системи моніторингу, представляючи функцію управління економічними об'єктами, мають ґрунтуватися на певних критеріях оцінки якості функціонування. Такі критерії відіграють важливу роль при проектуванні, порівняльній оцінці і вбудовуванні СМ у контур управління. Ця роль полягає в тому, що наявність критеріїв ефективності функціонування СМ дає можливість:

оцінити існуючі СМ і ступінь задоволення покладеної на дану СМ місії;

порівняти різні варіанти СМ між собою;

сформулювати ціль проектування СМ;

удосконалити методи проектування, технологію та апаратну реалізацію СМ з метою оптимізації критерію її оцінки.

Оскільки СМ виконує інформаційні функції, то, природно, критерії оцінки мають характеризувати інформаційні можливості СМ при реалізації нею своїх функцій.

Аналіз призначення систем моніторингу, областей їх застосування і конкретних реалізацій дає змогу визначити часткові критерії оцінки, що характеризують інформаційні аспекти функціонування СМ:

точність інформації про ВВ, що видається;

дискретність інформації, що видається;

форму подання інформації;

функції обробки інформації, які виконує СМ;

вартість реалізації і функціонування;

чисельність обслуговуючого персоналу.

Перші три критерії обов'язкові для СМ будь-якого масштабу; функції обробки реалізуються складними і розвинутими СМ, для них, звичайно, важливий і останній критерій. Загальний критерій ефективності СМ являє собою згортку зазначених критеріїв.

Розглянуті вище три критерії оцінювання точності функціонування СМ -- точність представлення ВВ, дискретність і форма подання даних -- можна вважати основними, але при оцінюванні та порівнянні різноманітних реалізацій СМ важливі значення ще трьох критеріїв:

оцінка ризику комплексу "СМ -- об'єкт моніторингу";

наявність і характеристика функцій обробки інформації у складі СМ;

вартість побудови і забезпечення функціонування СМ.

В останній показник може включатися оцінка чисельності та кваліфікації персоналу, залученого спеціально для забезпечення функціонування СМ.

Оцінка ризику комплексу "СМ -- об'єкт моніторингу" в умовах ринкових відносин набуває в економічних системах винятково важливого значення, оскільки у функціонуванні економічного об'єкта ризик неминуче є присутній. У такому комплексі має місце можливість ризику при функціонуванні об'єкта моніторингу і ризику, обумовленого фактом наявності СМ. Функції обробки інформації покладаються на СМ різною мірою. Основним показником розширення цих функцій є масштабність об'єкта моніторингу і, отже, потужність множини ВВ. Проте цей критерій не можна розглядати у загальному вигляді, він потребує урахування характеристик і потреб конкретного об'єкта моніторингу. Найтиповішою функцією обробки, покладеною на СМ, є прогнозування найважливіших ВВ на основі отримуваної моніторингової інформації. Ця функція найчастіше використовується при моніторингу економічних об'єктів. На цих же об'єктах використовуються і функції аналізу стану об'єктів шляхом порівняння моніторингової інформації з плановою або регламентною. У масштабних СМ часто необхідним є виконання функцій підтримки прийнятих управлінських рішень. Тому задачі виконання функцій обробки інформації слід конкретно вирішувати для конкретних систем. З принципової позиції обмежень тут не повинно бути. Більші можливості реалізації функцій обробки інформації забезпечує застосування для цих цілей експертних систем.

Найбільш універсальним і поширеним критерієм оцінки є вартість побудови і забезпечення функціонування СМ. Зменшення вартості при всіх заданих рівнях забезпечення інших критеріїв може досягатися як на етапі побудови СМ, так і при розробці технології її роботи та раціоналізації системи комунікацій, що відіграє важливу роль у СМ. Максимальні досягнення в цьому напрямі забезпечує застосування оптимізаційних методів і моделей.

Розглянемо методологію використання запропонованих критеріїв оцінки та згортки їх у загальний критерій. Введемо позначення:

F1 -- точність;

F2 -- дискретність;

F3 -- форма представлення;

F4 -- рівень ризику;

F5 -- наявність алгоритмів обробки;

F6 -- вартість побудови і забезпечення функціонування;

W -- критерій згортки.

Співвідношення

W = F(F1, F2, F3, F4, F5, F6) (1)

є процедура згортки.

Розглянемо форми і засоби представлення частинних критеріїв оцінки.

F1 визначається законом розподілу ймовірностей значення ВВ та його параметрів. Для нормального розподілу це:

...