Геоинформационная система как аналитический инструмент в системах принятия решений в контексте гуманитарно-технологического развития современного общества

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА КАК АНАЛИТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ В СИСТЕМАХ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В КОНТЕКСТЕ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБЩЕСТВА Доклад, представленный на Межведомственный научно-практический семинар «Стратегия развития России в контексте гуманитарно-технологической революции».

Воронин А.В.

к.т.н., доцент, в.н.с.

ФИЦ «Информатика и управление» РАН

Ключевые слова: геоинформационные системы, ГИС, управление, трансформация, визуализация, анализ, ИГИС, геообъект, геоданные, принятие решения.

Keywords: geoinformation systems, GIS, control, transformation, visualization, analysis, IGIS, geoobject, geodata, decision making.

Введение

Качественное решение задач практически всех направлений жизнедеятельности Человека на современном этапе осуществляется посредством использования центров управления (принятия решений), одним из центральных (интеллектуальных) элементов которых является геоинформационная система.

Применение ГИС обусловлено возможностью наглядного восприятия геообъектов по их управлению и контролю. Анализ системных связей, закономерностей функционирования и развития геоинформационных систем дает возможность определения функционала ГИС по анализу, трансформации и визуализации данных.

В документах OGC и OSGeo [1, 2] геоинформационная система определяется как компьютерная система для сбора, хранения, проверки, интеграции, управления, анализа, и отображения данных применительно к их расположению на поверхности Земли.

В работах российских ученых под геоинформационной системой понимают автоматизированную систему (состоящую из персонала и комплекса средств автоматизации деятельности, реализующую информационную технологию выполнения установленных функций), предназначенную для обработки пространственно-временных данных, которые позволяют расширить знания о явлении или предмете (объекте) реального мира, при этом основой их интеграции служит географическая информация.

С точки зрения выполнения основных функций ГИС является автоматизированной системой, предназначенной для сбора, обработки, анализа, моделирования и отображения данных, решения информационных и расчетных задач с использованием цифровой картографической, аналоговой и текстовой информации.

В последнее время ГИС чаще рассматривается в широком и узком смыслах [3]: в широком - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации; в узком - инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах.

Как видно из данных определений, геоинформационная система - это система, реализующая информационную технологию по выполнению установленных функций ГИС: ввода, контроля целостности и хранения данных, преобразования форматов, разграничение прав доступа, выполнения геоинформационных задач, отображения геоданных и результатов анализа данных для принятия решений в различных сферах управленческой деятельности Человека.

Современное применение геоинформационных систем по широкому спектру задач как средства, помогающего в подготовке принятия решения, сопряжено с обработкой большого объема гео- и метаданных. Принятие решения в таких условиях требует четкого понимания как самой задачи, так и путей ее решения, детализации составных подзадач и определения последовательности (очередности) их решения. Однако ввиду большого объема и разнородности данных, а также разнообразия решаемых с помощью геоинформационных систем задач существующие методы подготовки принятия решения с использованием ГИС имеют значительные ограничения. Целесообразно на современном этапе развития управленческих решений осуществлять повышение эффективности использования геоинформационных систем за счет разработки методов, способов, алгоритмов по автоматизации процессов обработки гео- и метаданных.

Целью исследования, представленного в статье, является анализ геоинформационной системы как аналитического инструмента при подготовке принятия решения, позволяющего автоматизировать процесс обработки гео- и метаданных, высвобождая временной и интеллектуальный ресурс оператора.

Для достижения целевой установки решались следующие задачи:

1. Анализ методов подготовки принятия решения, применяемых на современном этапе с использованием ГИС.

2. Синтез решений с использованием интеллектуальных геоинформационных систем.

В качестве исходных данных для решения задачи определены характеристики, значения которых хранятся в тематической базе данных ГИС (ИГИС). Выбор характеристик определяется доступной возможностью осуществления измерений параметров выбранной характеристики.

интеллектуальная система геоданные автоматизация оператор

1. Анализ методов подготовки принятия решения с использованием ГИС

Современный этап развития систем подготовки принятия решения характеризуется активным использованием методов бизнес-логики, что обусловлено ориентацией систем на получение максимального эффекта при минимальных затратах. В классификации методов принятия решений, включая методы, используемые в бизнес-логике [4, 5], различают:

- экспертные методы;

- методы на основе творческого мышления.

Экспертные методы принятия решения, как правило, ресурсоемки с точки зрения привлекаемых экспертов и требуют больших временных затрат, что критично при подготовке решения, поэтому они получили ограниченное применение в отличие от методов творческого мышления с использованием ГИС, которые делятся на:

- коллективные;

- неформальные.

Коллективные методы требуют наличия участников коллективной работы по подготовке принятия решения. Формами работы являются заседания, совещания, круглые столы и др. При этом могут применяться экспертные методы принятия решений.

Неформальные методы основаны на аналитических способностях людей, принимающих решения. При этом как в одном, так и другом случаях выбор решений, как правило, сопряжен с обработкой больших массивов данных применительно к геоинформационной среде. Учитывая ограничение временного ресурса и персонала, наибольшее распространение получили неформальные методы творческого мышления, что также обусловлено хорошей алгоритмизацией аналитических решений математическим аппаратом нечетких множеств и нейронной технологии. Выбор математического аппарата обусловлен специфичностью исходных данных и результативностью решения задач подобного типа при его использовании.

Процесс творческого мышления имеет следующую очередность основных этапов формирования решения.

1. Сбор данных, декомпозиция проблемы (совокупность простых задач), определение особенностей как составных частей так и проблемы в целом.

2. Определение возможных путей решения проблемы, составных задач, выработка возможных решений.

3. Исследование составных задач, разработка новых идей решения проблемы или составных задач.

4. Окончательное решение проблемы, принятие решения.

5. Анализ результатов решения.

В настоящее время к основным методам творческого мышления относят мозговую атаку (мозговой штурм), синектику, поиск принудительных взаимосвязей, морфологический анализ, опросные листы, разложение на части и т.д.

Учитывая специфику и разнородность исходных данных, имеющиеся ограничения, целесообразно подготовку принятия решения с использованием ГИС осуществлять на основе разложения проблемы на части:

- определить перечень основных задач (характеристик) проблемы;

- исследовать задачи;

- определить пути решения;

- решить составные задачи (проблему в целом);

- проанализировать результат решения.

Предложенная последовательность опирается на этапы формирования решения при использовании творческого мышления, представленного выше.

В результате анализа методов подготовки принятия решения, применяемых на современном этапе, можно сделать вывод о том, что управляющему персоналу приходится работать с большими объемами гео- и метаданных, в результате чего использование ГИС является закономерной и неотъемлемой частью системы принятия управленческих решений, динамично развивающихся в перспективе совершенствования информационных систем.

2 Синтез решений с использованием интеллектуальных геоинформационных систем

Современное использование ГИС в системах принятия решений требует повышения функциональности геоинформационных систем, придания им новых свойств, а также расширения хранилищ данных, приводящее к необходимости увеличения ресурса сил и средств систем. Большой объем разнородных метаданных дополнительно формирует необходимость разработки методов и способ их анализа и обработки (например, формирование слоя специализированных геоданных), как составной подзадачи задачи синтеза управляющих решений. Повышение функциональности заключается в расширении и придании новых свойств операциям анализа, трансформации и визуализации данных.

Методы и способы анализа данных на современном этапе развития ГИС нового поколения требуют актуализации мета- и геоданных, подвергаемых анализу, учету качественного изменения, произошедшего на современном этапе развития инфокоммуникационных систем, а именно увеличения объемов передачи управляющей информации [6-11].

Трансформация данных уже необходима не только для операций ротации геообъектов (пересчета координат пространственных объектов при их повороте, сдвиге, масштабировании осей), но и формирования описаний - дополнительных атрибутов (произвольного ряда описаний, отнесенных к исходной группе геоданных в зависимости от решаемой задачи, хранение в базах ГИС большого числа гео- и метаданных) достаточных для принятия решений оператором.

Визуализация должна отвечать современным требованиям наглядного представления данных, в том числе картографических, динамически изменяемых в зависимости от предъявляемых требований и решаемых задач. Наглядность предполагает восприятие геопространственных объектов, фона и сопроводительной информации в виде удобном для понимания и обозрения, без затемнения (закрытия) геообъектами и информацией электронной карты. Выбор значений коэффициента покрытия (закрытия) разнородной информацией о геообъектах полезной площади экрана целесообразен с использованием свойства золотого сечения (отношения величин 61,8/38,2) в геометрии (стереометрии) [12].

В связи с этим перспектива развития геоинформационных систем предполагает их использование как средств поддержки принятия решения в системах реального и квазиреального времени. Геоинформационные системы являются основой для построения современных аналитических систем принятия решений, что обусловлено необходимостью соответствующего информационного обеспечения для качественного решения задач управления (в любой сфере деятельности).

Кроме этого функции для принятия управленческого решения: сбор, обработка, представление данных (информации) аналогичны, как отмечалось выше, функциям ГИС для гео- и метаданных. При таком подходе старые методы функционирования и использования ГИС - электронный вариант бумажной карты - не работоспособны для геоинформационных систем нового поколения. ГИС должна не только отражать гео- и другую разнородную информацию в удобном электронном виде, но и помогать оператору в принятии решения.

Подход без использования новых (интеллектуальных) аналитических алгоритмов анализа, трансформации, визуализации данных и поддержки принятия решения ведет к перегрузке экрана разнообразной информацией, которая дезориентирует, затрудняет восприятие и, следовательно, мешает в принятии решения.

Современные системы принятия решений используют в своем составе ГИС в качестве пространственно-информационной основы, формируя «умные» (интеллектуальные) ГИС. ИГИС включает в свой состав интегрированные средства (системы) искусственного интеллекта, а также прикладные компоненты, реализующие наукоемкие пользовательские модели количественного обоснования вырабатываемых рекомендаций.

С точки зрения прикладного характера ИГИС - сложный программный продукт, включающий большое количество программных компонент, реализующих как непосредственно саму географическую информационную систему, так и различные методы искусственного интеллекта для решения сложных задач, в том числе пространственного моделирования, поддержки принятия решения и интеллектуального анализа данных.

Функции, которые реализуют ИГИС, аналогичны функциям ГИС: анализ, обработка разнородных данных и их визуальное представление в удобном виде для восприятия. Дополнительные функции ИГИС: получение массивов разнородных данных в реальном (квазиреальном) времени и реализация бизнес-аналитики - работы с данными на разных уровнях иерархии систем.

Современные ИГИС реализуют аналитику обработки данных в виде концепций метаданных (данные, описывающие организацию других данных) и гармонизации (доступ и преобразование), интеграции (объединение) и слияния (комбинирование для анализа данных и комбинирование для получения знаний) данных. В рамках объектно-ориентированного подхода [3] концепции реализуются через иерархию классов, отражающих понятия предметной области анализа, и связей между ними, получивших название онтологий. Компоненты объединены в системе на основе единой структуры представления и обработки данных и знаний.

Следующий шаг развития ГИС - «умные» интеллектуальные геоинформационные системы - ИГИС для качественного решения задач управления в специализированной сфере деятельности Человека. Сложность, разнообразие и уникальность сфер деятельности обусловливают уникальность управленческих решений, следовательно, требуют применения ИГИС как пространственно-информационных основ систем контроля обстановки и аналитики принятия решения.

Геоинформационные системы развиваются в направлении использования технологии клиент-сервер, специализированных расширений для реализации широкого спектра задач, решений на основе браузеров, открытых форматов и кодов программ.

Оценку эффективности использования геоинформационной системы в рамках ее эволюционного развития целесообразно проводить с использованием показателя качества визуализации и затрат на конструктивное исполнение технической части, соотнесенного с показателем предшествующего образца, что позволяет рассмотреть положение ГИС в эволюционном ряде разработок геоинформационных систем и определить направления последующего их совершенствования и развития [13].

В результате интеллектуальные геоинформационные системы становятся закономерным этапом развития ГИС, применяемых в качестве пространственно-информационных основ систем контроля обстановки и принятия решения, а также в синтезе решений в системах управления различными сферами деятельности Человека.

3. Заключение

Геоинформационные системы в последние годы находят все большее применение в сфере принятия обоснованных решений для сложных аналитических задач. Они эффективно используются при управлении ресурсами министерств, ведомств, компаний и регионов, при подготовке решений в других областях.

Под ГИС понимается система, реализующая информационную технологию по выполнению установленных функций: ввода, контроля целостности и хранения геоданных, преобразования форматов, разграничение прав доступа, выполнения геоинформационных задач, отображения геоданных и результатов анализа метаданных для принятия решений в различных сферах управленческой деятельности.

На современном этапе управляющему персоналу приходится работать с большими объемами гео- и метаданных, в результате чего использование ГИС является закономерной и неотъемлемой частью системы принятия управленческих решений (с использованием методов творческого мышления, таких как синектика, поиск взаимосвязей, разложение на части), динамично развивающихся в перспективе совершенствования информационных систем. ГИС является важным компонентом системы руководства и управления процессами жизнедеятельности.

Развитие систем принятия решений сопряжено с использованием в своем составе интеллектуальных ГИС - аналитических систем, реализующих функции обработки пространственных данных с выработкой рекомендаций для лица, принимающего решение в условиях неполноты или нечеткости, а также качественного характера исходной информации, путем логического вывода.

Современные ИГИС реализуют аналитику обработки данных в виде концепций метаданных, их гармонизации, интеграции и слияния при решении управленческих задач. В рамках объектно-ориентированного подхода концепции реализуются через иерархию классов, отражающих понятия предметной области анализа, и связей между ними. Компоненты объединены в системе на основе единой структуры представления и обработки данных и знаний.

Сложность, разнообразие и уникальность сфер деятельности обусловливают уникальность управленческих решений, следовательно, требуют применения ИГИС как пространственно-информационных аналитических основ систем контроля обстановки и принятия решения. «Умные» интеллектуальные геоинформационные системы реализуют качественные решения задач управления в специализированной сфере деятельности Человека. ГИС развиваются в направлении использования технологии клиент-сервер, открытых форматов и кодов программ, формирования распределенных геоинформационных систем.

Полученные результаты свидетельствуют о решении поставленных задач: анализе методов подготовки принятия решения, применяемых на современном этапе с использованием ГИС, и синтезе решений с использованием интеллектуальных геоинформационных систем; а также достижении целевой установки исследования - рассмотрение геоинформационной системы как аналитического инструмента при подготовке принятия решения, позволяющего автоматизировать процесс обработки гео-, метаданных и высвобождающего временной, интеллектуальный ресурс оператора.

Список литературы и источников

1.OGC Standards. 2016. - http://www.opengeospatial.org/docs/is

2.The Open Source Geospatial Foundation. 2016. - http://www.osgeo.org

3.Юсупов Р.М., Попович В.В. и др. Интеллектуальные географические информационные системы. - Санкт-Петербург: Наука, 2013. - 284 с.

4.Wheeler D., Chambers D. Statistical process management: Business optimization using Shewhart control charts. - M.: Alpina Digital, 2018. - 409 p.

5.Henry R.N. Organization as a system. Edwards Deming's Sustainable Business Principles. - M.: Alpina Publisher, 2018. - 368 p.

6.ISO. ISO/IEC 13818-1: Encoding of dynamic images and sound information. - Geneva: ISO, 2018. - 274 p.

7.ETSI. ETSI EN 300 468: Digital television broadcasting: service information in digital television broadcasting systems. 2016. - 169 p.

8.ETSI. DVB Bluebook A155-2: Digital television broadcasting (DVB): an interactive channel for satellite delivery systems. 2019. - 242 p.

9.ETSI. DVB Document A171-2: Digital television broadcasting (DVB): broadcasting, interactive services, news gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2X). 2015. - 183 p.

10.Воронин А.В., Иванов В.Н., Сомов А.М. Цифровое телевизионное и радиовещание: монография. В 3 ч. Ч.1. Цифровое телевизионное вещание. - М.: Горячая линия-Телеком, 2017. - 255 с.

11.Comsys. The Comsys VSAT Report. 2013. - 1553 p.

12.Воронин А.В. Разработка метода трансформации структур тематических и метаданных для визуализации информации в ГИС // СВД. 2018. - Т. 14, № 5.

13.Зацаринный А.А., Воронин А.В., Ионенков Ю.С. Особенности оценки эффективности геоинформационной системы как элемента ситуационного центра // ССИ. 2018. - Т. 28, № 2. - С. 75-87.

Размещено на Allbest.ru