Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Факультет Информационных систем и технологий

Направление 09.03.03 Прикладная информатика (специальность)

Кафедра Экономических и информационных систем

Выпускная квалификационная работа (бакалаврская работа)

Разработка интеллектуальной информационной системы для адаптации людей с ограниченными физическими возможностями

Руководитель доцент к.т.н., доцент Е.А. Матвеева

Н. контролер ассистент Н.А. Иванова

Разработал ПИ в Э-31 Т.С. Знобищева

Самара 2017



Введение

В настоящее время недостаточно времени и внимания уделяется людям с ограниченными физическими возможностями. Для адаптации слабовидящих людей с окружающей средой существует не так много приспособлений, которые смогли бы значительно облегчить им жизнь, для реализации своих жизненных потребностей. Они изучают новую местность своими силами, но нередко им нужна помощь сопровождающего, который не всегда оказывается рядом.

В России, согласно независимым данным, буквально каждый второй житель имеет проблемы со зрением. В общей сложности, по данным Российского научного общества офтальмологов,в России проживает более миллиона слепых и слабовидящих людей. Основные причины заболевания органов зрения - это воспалительные заболевания, травмы, близорукость, глаукома. При этом в 75% случаев, слепоту вызывают заболевания, которые можно предотвратить на начальных стадиях или предотвратить с помощью профилактических мер. Также было отмечено, что более 20 % инвалидов по зрению являются молодые люди трудоспособного возраста.

В современном мире крайне остро стоит проблема по адаптации слабовидящих людей к нормальной жизни. Средства массовой информации нередко рассказывают о жизни этих людей, об обществах социальной работы, которые стараются оказывать им помощь.

Нарушение зрения, прежде всего, изменяет механизм восприятия окружающего мира. Однако существенное сокращение или полное выпадение зрительных ощущений не означает, что инвалиды по зрению лишаются той информации, которая в норме воспринимается визуально, и им недоступны все виды деятельности, в которых должно быть задействовано зрение.

В данной работе рассматриваются существующие информационные системы для адаптации людей с ограниченными физическими возможностями, а также выявляются их достоинства и недостатки. Описывается разработка интеллектуальной информационной системы, которая позволит взаимодействовать слабовидящим людям с теми, кто желает им помочь по адаптации на местности.

Объектом исследования является информационная система, помогающая взаимодействию волонтеров и инвалидов по зрению.

Целью данной работы является разработка интеллектуальной информационной системы для адаптации людей с ограниченными физическими возможностями.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

· Исследование предметной области разрабатываемой системы.

· Проведение сбора и систематизации информации об аналогах разрабатываемой системы, которые относятся к данной предметной области и имеются на рынке.

· Разработка базы данных ИС.

· Разработка функциональной модели системы и алгоритма обработки данных.

· Разработка интерфейса информационной системы.

· Рассмотрение возможных программных средств для проектирования ИС.

Важность разработки данной системы связаны с тем, что не всегда слабовидящие люди могут сориентироваться на местности, для этого им необходим сопровождающий, который бы смог в короткое время оказаться рядом и предложить свою помощь. Данная система позволит реализовать взаимодействия тех, кто желает помочь и тех, кому нужна помощь. Для этого нужно будет только зарегистрировать в приложении.

данные идентификация нейронный интерфейс



1. Аналитическая часть

1.1 Содержательное описание объекта исследования

Слабовидящие - это лица, у которых острота зрения лучше видящего глаза с коррекцией очками составляет 0,1 и менее, или лица, у которых поле зрения составляет менее 20°. При зрении 0,1 очень трудно распознавать лица, а в газетах можно рассмотреть только очень крупные заголовки. Ограничение поля зрения в 20° можно понять, если посмотреть через свернутый в рулон лист бумаги, это очень сильно затруднит передвижение, так как панорама, видимая нами, раз семь - восемь больше.

Существует закон «О правах инвалидов», который формулирует их права на уважение человеческого достоинства; на меры, предназначенные для того, чтобы дать им большую самостоятельность; на право получения образования, профессиональную подготовку и восстановления трудоспособности и т.д.

Нарушение зрения оказывает неблагоприятное влияние на полноценность почти всех категорий жизнедеятельности, но, все же, степень этого влияния различна. Существует 4 степени нарушения функции зрительного анализатора:

· I степень (малая степень слабовидения) - незначительные нарушения функций, острота зрения 0,4-0,7, границы поля зрения ? 40° ;

· II степень (средняя степень слабовидения) - умеренные нарушения функций, острота зрения > 0,1 и ? 0,3, границы поля зрения < 40° и > 20°;

· III степень (высокая степень слабовидения) - выраженные нарушения функций, острота зрения 0,05-0,1, границы поля зрения ? 20° и > 10°;

· IV степень (абсолютная или полная слепота) - значительные выраженные нарушения функций, острота зрения 0-0,04, границы поля зрения ? 10°.

Оценки ограничения жизнедеятельности имеет свои особенности для каждой категории жизнедеятельности, которые обладают рядом характеристик:

· Ограничения первой степени имеют место при способности больного самостоятельно осуществлять тот или иной вид жизнедеятельности, но с определенными трудностями (длительная затрата времени, сокращение объема, дробность выполнения и т.д.) и, при необходимости, с использованием вспомогательных средств, в связи с умеренными стойкими нарушениями функции.

· Ограничения второй степени возникают при необходимости не только использования вспомогательных средств, но и регулярной частичной помощи другого лица или специально созданных условий (для обучения или трудовой деятельности), что обусловлено стойкими выраженными нарушениями функций.

· Ограничения третий степени выявляются при полной неспособности больного самостоятельно осуществлять основные категории жизнедеятельности, его нуждаемости в постоянной посторонней помощи и полной зависимости от других лиц ввиду значительно выраженных стойких нарушений функций [5].

Проблема, возникающая со зрением, может быть как врожденная, так и приобретенная, но во всяком случае это психотравмирующая ситуация как для человека, так и для его близких. В первом случае это особое переживание для родителей и близких ребенка, так как они волнуются за его развитие и будущее, а во втором случае человек переживает утрату трудоспособности и нормального ритма жизни.

Инвалиду по зрению не хватает душевного психологического комфорта. Плохое зрение сказывает на понимании и осмыслении реального окружающего мира, слабовидящие или незрячие люди не видят вообще или очень плохо различают высотные здания, птиц, деревья, и много других вещей и моментов, плохо ориентируясь в пространстве.

Таким людям очень сложно войти в общество, сложно общаться с другими людьми, ориентироваться в пространстве, они сильно ограничены в выборе деятельности. Очень многое в отношении слабого зрения зависит от социальных условий, от влияния наследственности, от собственных усилий, от работы над «самим собой».

Современное общество должно помогать и делать все возможное, для облегчения жизни этих людей. И хотя создаются условия для передвижения слабовидящих людей в пространстве, нередко возникают ситуации, когда им просто необходима помощь. Ситуации могут возникнуть не только на дорогах, но и в сопровождении слабовидящего человека в транспорте, или, же в магазине, где у продавцов не всегда хватает времени, чтобы помочь совершить покупку товара. Многие люди готовы оказать помощь инвалидам по зрению в данных ситуациях. Возникает лишь вопрос в том, как организовать своевременную помощь и соединить этих людей между собой. Было принято решение создать информационную систему, которая позволит облегчить жизнь слабовидящему человеку и в короткий срок (несколько минут) найти сопровождающего (волонтера) для помощи в адаптации на местности.

Для этого будет необходимо зарегистрироваться в данном приложении, после чего слабовидящему человеку с помощью горячей клавиши подать сигнал о помощи. В интерфейсе волонтера высветится мигающий значок, сообщающий о том, что на данный момент требуется помощь. При нажатии кнопки «Помощь» он переходит в раздел, где сможет увидеть всех слабовидящих, нуждающихся в помощи. Также он может перейти в раздел «Карта» и увидеть местоположении данного человека, карты будут использованы уже существующие это Google, Яндекс, 2ГИС и другие. Волонтер будет иметь возможность просмотреть личную информацию слабовидящего человека, для того чтобы ему было легче его узнать и не напугать при обращении.

При исследовании данной проблемы был проведен опрос, в ходе которого было опрошено около ста человек в возрасте от 14 до 45 лет. Был задан вопрос, согласны ли они уделить немного времени для того, чтобы сопроводить слабовидящего человека. На что 20 человек ответили утвердительно. Это доказывает, что есть неравнодушные люди, готовые помогать с помощью использования данной информационной системы.

Сейчас общество трудно представить без мобильногоустройства, будь то телефон, смартфон или какие либо другие коммуникаторы. Это же говорит о том, что они плотно вошли в нашу жизнь и укрепились как незаменимые повседневные средства связи. С появлением новых мобильных устройств и разнообразием платформ, на которых они разрабатываются (Android, Symbian, Bada, iOS, iPhone), активно развивается бизнес по разработке мобильных приложений различного назначения.

Мобильное приложение разработано в виде программы, установленной на той или иной платформе, обладающей определенным функционалом, который позволит выполнять различные действия. Разрабатываются данные программы на языке высокого уровня и компилируются в нативный код. Мобильные приложения активно создаются и используются во многих сферах человеческой деятельности, не только для развлечений, но и для ведения бизнеса, проведения различных рекламных компаний.Современные технологии позволяют реализовывать приложения через различные мобильные устройства и делать их доступными для восприятия человека. Поэтому было принято решение разработать мобильное устройство, которое поможет облегчить жизнь слабовидящим людям. И они смогут подавать сигнал о помощи для волонтеров, находясь в любом месте.

1.2 Идентификация проблемной области

В данном случае, проблемная область - это доступная среда для слабовидящих людей. В настоящее время большое внимание уделяется решению проблемы доступности безбарьерной среды для инвалидов по зрению. Проводимые мероприятия по созданию доступной среды предусматриваются Федеральным законом " О социальной защите инвалидов в Российской Федерации", а также другими нормативными правовыми актами, сводами правил и стандартами. Они регламентируют и направляют формирование доступной среды и отношения во взаимодействии с инвалидами.

Основное количество информации слабовидящие и незрячие люди воспринимают визуально, и становится очевидным, что основной проблемой этих людей является недостаточно полное восприятие окружающего мира. Сюда можно отнести и самостоятельное передвижение в городских условиях. Это относится к пользованию объектами городской инфраструктуры, пользованию общественным транспортом и так далее. На улицах нашего города серьезную опасность люди с ограничениями зрения испытывают, в большинстве случаев, потому что отсутствует доступная среда. Проблемы данного характера можно избежать, если создать условия, которые смогли бы компенсировать отсутствие зрения. Здесь важно отметить, что доступная среда для инвалидов по зрению представляет собой не только всевозможные приспособления и средства, созданные специально для незрячих и слабовидящих людей, но и вполне обычные, но правильно сделанные элементы среды (лестницы, тротуары и т.п.) [6].

Организация доступной среды для слабовидящих людей менее затратна, в отличие, например, от среды, необходимой людям, передвигающимся с помощью инвалидной коляски. Она не требует серьезных преобразований (перестройка зданий, строительство пандусов), а включает реконструкцию некоторых элементов среды, полезную не только незрячим, но и всем людям (поручни, ступеньки), и лишь тактильные добавления (тактильные указатели, контрастные линии, подписи рельефно - точечным шрифтов Брайля, звуковой маяк и прочее).

Политика социальной поддержки инвалидов должна создавать условия для равного участия слабовидящих людей в жизни общества. Организация доступности окружающей среды для инвалидов занимается не только признанием равных прав для инвалидов на участие в жизни общества, но и организовывает эффективный рынок услуг, где инвалиды больше представляются как потребители, имеющие специфические требования, спрос на определенные товары, услуги и доступные здания. Необходимо изучать проблемы инвалидов по зрению, для того чтобы улучшить их качество жизни, а также для создания наиболее комфортной среды нахождения в современном обществе.

Решение проблемы доступа инвалидов по зрению к объектам социальной инфраструктуры носит важный характер, а создание доступной среды жизнедеятельности - это одна из самых главных задач городской социальной политики.

Для того чтобы обеспечить инвалидам возможность вести независимый образ жизни и всесторонне участвовать во всех аспектах жизни, должны приниматься надлежащие меры. Обеспечение доступа должно происходить наравне с другими к физическому окружению, к транспорту, к информации и связи, включая информационно - коммуникационные технологии и системы, а также к другим объектам и услугам, открытым и предоставляемым для населения, как в городских, так и в сельских районах. Меры, включающие выявление и устранение барьеров, мешающих доступности, должны распространяться, в частности:

· на здания, дороги, транспорт и другие, внутренние и внешние объекты, включая школы, жилые дома, медицинские учреждения и рабочие места;

· на информационные, коммуникационные и другие службы, включая электронные службы и экстренные службы.

Также надлежащие меры применяются к тому, чтобы:

· разрабатывать минимальные стандарты и руководящие ориентиры, предусматривающие доступность объектов и услуг, открытых или предоставляемых для населения, вводить их в действие и следить за их соблюдением;

· обеспечивать, чтобы частные предприятия, предлагающие объекты и услуги, открытые или предоставляемые для населения, учитывали все аспекты доступности для инвалидов;

· организовывать для всех вовлеченных сторон инструктаж по проблемам доступности, с которыми сталкиваются инвалиды;

· оснащать здания и другие объекты, открытые для населения, знаками, выполненными азбукой Брайля, в легко читаемой и понимаемой форме;

· развивать другие надлежащие формы оказания инвалидам помощи и поддержки, обеспечивающие им доступ к информации;

· поощрять доступ инвалидов к новым информационно-коммуникационным технологиям и системам, включая Интернет;

· поощрять проектирование, разработку, производство и распространение изначально доступных информационно - коммуникационных технологий и систем, так чтобы доступность этих технологий и систем достигалась при минимальных затратах.

К объектам, подлежащим оснащению специальными приспособлениями и оборудованием для свободного передвижения и доступа инвалидов относятся:

· жилые здания государственного и муниципального жилищного фонда; административные здания и сооружения;

· объекты культуры и культурно - зрелищные сооружения ( театры, библиотеки, музеи и т.д.);

· объекты и организации образования, науки, здравоохранения, социальной защиты, социального обслуживания и занятости населения; объекты торговли, общественного питания и бытового обслуживания населения, кредитные учреждения;

· гостиницы, отели, иные места временного проживания;

· физкультурно-оздоровительные, спортивные здания и сооружения, места отдыха, парки, сады, лесопарки, пляжи;

· объекты промышленного назначения, производственные объекты, в производственном процессе которых возможно участие инвалидов;

· объекты и сооружения транспортного обслуживания населения, связи и информации;

· станции и остановки всех видов транспорта в городском, пригородном и междугородном транспортном сообщении;

· здания и сооружения связи и информации;

· тротуары, переходы улиц, дорог и магистралей;

Этот достаточно обширный перечень весьма важен в деле обеспечения без барьерной среды, поскольку конкретизирует объекты, требующие адаптации под нужды инвалидов [7].

Разрабатываемая информационная система для формирования доступной среды является актуальной на сегодняшний день. Создаваемая система не решит всех проблем, связанных с оказанием помощи слабовидящим людям, но позволит организовать взаимодействие инвалидов по зрению с теми, кто действительно желает им помочь. Это позволит приблизить их к нормальной жизни в обществе.

1.3 Описание бизнес - процесса

Диаграмма деятельности - это, по существу, блок - схема, показывающая, как поток управления переходит от одной деятельности к другой.

При моделировании поведения проектируемой или анализируемой системы возникает необходимость не только представить процесс изменения ее состояния, но и детализировать особенности алгоритмической и логической реализации выполняемых действий.

Диаграмма деятельности позволяет реализовывать в языке UML особенности процедурного и синхронного управления, обусловленного завершением внутренних действий и деятельности. Основное направление использования данной диаграммы является визуализация особенностей реализации операций классов, когда необходимо представить алгоритм их выполнения. При этом каждое состояние может являться выполнением операции определенного класса либо ее части, позволяя использовать диаграммы деятельности для описания реакций на внутренние события системы.

В контексте UMLдеятельность представляет собой совокупность отельных вычислений, которые выполняются автоматом. При этом отдельные элементарные вычисления могут приводить к результату или действию. На диаграмме деятельности отражается логика или последовательность перехода от одной деятельности к другой, при этом внимание фиксируется на результате деятельности. Сам результат может привести к изменению состояния системы или возвращению некоторого значения. Диаграмма деятельности предназначена для моделирования поведения систем, хотя время в явном виде отсутствует на этой диаграмме [9].

Диаграмма деятельности представлена на следующем рисунке, которая показывает бизнес - процесс создаваемой информационной системы.



Рис. 1.1 - Обобщенная схема алгоритма информационной системы для помощи людям с ограниченными физическими возможностями

Текстовое описание процесса:

При открытии программы впервые, пользователю необходимо пройти регистрацию. Регистрация включает в себя ввод личных данных (фамилия, имя, отчество, дата рождения, пол, город), создание логина и пароля, где под логином будет подразумеваться уже существующая электронная почта, через которую и пройдет авторизация личного кабинета пользователя, а также добавление фото (по желанию) для того, чтобы было легче узнать человека. Если же регистрация была пройдена ранее, то при открытии программы необходимо будет ввести логин и пароль, после чего пользователь попадет в личный кабинет.

В личном кабинете пользователь увидит информацию о себе, введенную раннее, а также сможет просмотреть всех людей, нуждающихся в помощи. При переходе к списку данных людей, волонтер сможет просмотреть личную информацию слабовидящего человека, для того чтобы понять как он выглядит и как лучше к нему обращаться. После просмотра личной информации, нужно перейти на карту и посмотреть местоположение инвалида по зрению, это поможет волонтеру сориентироваться на местности и оценить возможность оказания помощи по времени. Если есть возможность быстрого взаимодействия, то волонтер делает отклик на помощь.

После того как была оказана помощь, волонтер может поделиться об этом с другими с помощью чата - поддержки. Если больше нет возможности оказать помощь, нужно просто выйти из приложения, в противном случае оставить его в рабочем состоянии.

1.4 Анализ существующих аналогов

Информационная система - это взаимосвязанная совокупность программных средств, данных, стандартов, оборудования, процедур и персонала, которая предназначена для обработки, сбора, хранения, распределения и выдачи информации в интересах достижения поставленных целей [8].

В разрабатываемой информационной системе пользователю необходимо будет зарегистрироваться, для того, чтобы создать личный кабинет. При регистрации необходимо ввести информацию о себе: ФИО, пол, дата рождения, город и категория (волонтер, слабовидящий).

Система позволяет волонтерам увидеть всех людей, нуждающихся в помощи, просмотреть личную информацию слабовидящего человека и увидеть его местоположение на карте. Если помощь требуется поблизости, в радиусе 100 метров, то волонтер отправляет ответное сообщение. Ответный сигнал приходит слабовидящему человеку в виде звукового оповещателя.

Задачи разрабатываемой информационной системы:

· сокращение времени на поиск слабовидящего человека;

· доступный интерфейс, разрабатываемого мобильного приложения;

· круглосуточный доступ к информации;

· удобный поиск информации.

· Быстрый ответ на сигнал о помощи.

К системе предъявлены следующие требования:

· Удобство интерфейса;

· Надежность;

· Низкий уровень энергозатратности;

· Бесперебойная работа системы;

· Полное функционирование все возможностей системы;

· Сохранение данных после закрытия приложения.

При выполнении ВКР был рассмотрен рынок существующих программ, которые могут оказывать помощь инвалидам по зрению.

Приложение "TapTapSee" - это мобильное приложение, созданное специально для слабовидящих людей, которое использует камеру устройства и функцию Voice Over для фотографирования объектов и воспроизведения цвета и названия. При работе с приложением пользователю нужнодважды нажать на экран и подождать примерно 10 секунд, чтобы получить информацию. Изображение передается на сервер, где происходит идентификация и отправляется назад пользователю.TapTapSeeвключает в себя следующие дополнительные функции: повторять идентификацию последнего изображения, загружать изображения через Twitter, Facebook, электронную почту и т.д., сохранять изображение.

Приложение "CamFind" стремится дать максимальное количество информации о сфотографированном объекте. После того как изображение будет принято, CamFindсвязывается с CloudSight и предоставляет точные релевантные результаты в течение нескольких секунд. Результаты поиска включают в себя связанные изображения. CamFind позволяет пользователям просматривать запросы в режиме реального времени.

Приложение "BeMyEyes"- это краудсорсинговое приложение, которое основано на доступной функции видеозвонка в iPhoneи создано для того, чтобы незрячие люди в сложных ситуациях получили мгновенную помощь от волонтеров. Проверить срок годности продуктов или перейти на другую сторону дороги - такие действия становятся неразрешимой задачей для слабовидящих и незрячих людей.

Приложение BeMyEyes использует простое решение для подобных проблем. И когда такому человеку нужна помощь, он просто запускает приложение и включает видеочат с одним из зарегистрированных волонтеров. Телефон необходимо направить на нужный объект, а волонтер подскажет, что необходимо выбрать или как действовать.

Приложение "SeeLightBlind" - приложение, которым непосредственно пользуются слепые и слабовидящие. Данная версия с помощью аудиосигналов и вибраций позволяет человеку безопасно перейти улицу. Для людей с плохим зрением применяется специальная цветовая схема - черный и желтый, по причине высокой контрастности этих цветов. Крупная кинография, в свою очередь, устраняет необходимость в чтении текста и сразу же вносит ясность в основной функционал. Пользователь касается определенных мест интерфейса и слушает голосовые подсказки. Подсказки сообщают о функции, которая станет доступной со следующим кликом.

Таблица 1.1 Сравнение аналогов

Критерий	Аналоги
	BeMyEyes	Разрабатываемая система
Создание личного кабинета	-	+
Поиск местоположения	-	+
Выбор региона	+	+
Просмотр контактной информации	-	+
Использование чата	-	+
Взаимодействие со слабовидящим человеком вживую	-	+
Взаимодействие удаленно	+	+
Использование видеозвонка	+	-

Минусами данного приложения является то, что оно не дает прямого взаимодействия волонтеров и слабовидящих людей, а позволяет лишь удаленно получать информацию об объектах, в отличие от разрабатываемой системы

1.5 Выбор средств проектирования

Существенная роль информационных технологий в развитии общества состоит в ускорении процессов получения, распространения и использования обществом новых знаний. Повышая качество интеллектуальных ресурсов общества, информационные технологии повышают качество жизни.

Для того чтобы начать проектирование необходимо определить цель проекта. Успешность проекта заключается в решении следующих задач, а именно в обеспечении: функциональности, безотказности в работе, безопасности, эксплуатации и поддержки системы. Главный фактор, определяющий эффективность системы - это производительность. Высокопроизводительность системы зависит от хорошего проектного решения. Три основные области, которые входят в проектирование информационных систем:

· проектирование объектов данных, реализованных в базе данных;

· проектирование программ, экранных форм отчетов, обеспечивающих выполнение запросов к данным;

· учет конкретной среды или технологии, а именно: топология сети, конфигурация аппаратных средств, параллельная обработка, распределенная обработка данных.

Конечным результатом в проектировании является схема базы данных [10].

Для проектирования информационной системы были выбраны программные средства: VisualParadigmforUML, Pencil, DBDesigner4, GanttProject.

VisualParadigmforUML - это профессиональный инструмент работы с UML, поддерживающий весь рабочий цикл программы: анализ ориентированный на объекты, ориентированный на объекты дизайна, конструкцию, тестирование и разработку. С помощью инструментов данного приложения можно вычерчивать все типы классовых диаграмм, просматривать в обратном порядке код, генерировать документацию и код с диаграммами. Продукт рассчитан на широкий круг пользователей, включая системных и бизнес - аналитиков, системных инженеров и архитекторов, других специалистов, которые заняты в написании программы.

VisualParadigmforUML обладает следующими характеристиками:

· Моделирование UML: проектирование программного обеспечения, поддержка профиля, проектирование образцов.

· Моделирование прецедентов: создание диаграммы вариантов использования, запись потока событий, настройка вариантов тестирования.

· Генерация отчетов: поддержка различных форматов, публикация проекта на web - сайте.

Данная программа реализована с помощью удобного интерфейса, который позволяет построить нужную диаграмму. Выбрать нужный тип диаграммы можно на панели инструментов.

Pencil - это графический редактор для работы с растровой и векторной графикой. Разработана на программном языку С++ и является полноценным редактором/программой для создания анимации.

Редактор, в первую очередь, ориентирован на создание двухмерной графики. Интерфейс выполнен в традиционном стиле. Слева находится панель инструментов со стандартным набором:карандаш, кисть, ластик, выделение и другие. Ниже находится панель, содержащая настройки выбранных инструментов: размер, давление, жесткость и т.п. Справа - панель с палитрой и дополнительными настройками. Снизу панель Timeline- основной инструмент для монтажа и анимирования.

Интерфейс можно настроить в соответствии со своими предпочтениями. На Timeline можно указать частоту кадров, настроить слои - дорожки, программа дает возможность использовать векторный слой, растровый слой, слой с камерой, а также аудиодорожку. Анимация происходит покадрово, методом добавления и редактирования каждого кадра.Готовую работу можно импортировать в видео - форматы AVI, MOV, WMV, сохранять как последовательность изображений или как отдельное изображение в JPGили SVG. Наиболее оптимального результата можно добиться, если использовать с программой графический планшет или электронное перо.

DBDesigner4 - это инструмент для визуального проектирования баз данных, который позволяет видеть и управлять всеми связями между таблицами. Он не является простым графическим редактором для иллюстрации взаимосвязей, а является полноценным инструментом для управления базами в визуальном стиле, поддерживающий MySQL, SQLite, Oracleи MSSQL.

Простыми словами - это набор структурированных данных с внутренними связями и чем больше ее размер, тем больше и сложнее становится ее внутренняя архитектура, и тем сложнее разобраться с ней не имея визуального представления. DBDesigner4 оказывает в этом деле существенную помощь. Интерфейс программы похож на программы для работы с когнитивными картами: таблицы выглядят как отдельные блоки, записи которых связаны с линиями со стрелочками (указывающими тип связи) с другими таблицами или блоками. Также программа имеет возможность проводить реверс-инжиниринг для изучения структур готовых баз данных.

GanttProject - данное приложение позволяет планировать проекты с использованием диаграмм Ганта: разбивать проект на отдельные задачи, устанавливать зависимости и управлять ресурсами. Используется в форматах XML и экспортируется в документы HTMLи PDF с использованием трансформации XSL. В приложении можно разбивать проект на дерево знаний и назначать трудовые ресурсы для каждого задания, а также преобразовать проект в виде двух диаграмм: диаграмма Ганта и диаграмма загрузки ресурсов.



2. Проектирование информационной системы

2.1 Схема базы данных

ER- модель - это модель данных, которая позволяет описывать концептуальные схемы. Предоставляет собой графическую нотацию, основанную на блоках и соединяющих их линиях, которые позволяют описывать объекты и отношения между ними какой - либо другой модели данных.

ER - модель удобна при проектировании информационных систем, баз данных, архитектур компьютерных приложений, и других систем. Она помогает выделить ключевые сущности, которые присутствуют в модели, и обозначить отношения, устанавливающиеся между этими сущностями. Необходимо отметить, что сами отношения также являются сущностями (выделяются в отдельные графические блоки), что позволяет устанавливать отношения на множестве самих отношений.

Задача ER - модели, показать какие типы информации хранятся в системе, какая их структура и как они взаимосвязаны между собой. Данные модели строятся на основе проведенного анализа и являются более устойчивыми к изменениям в структуре бизнеса [11].

Основные преимущества ER - модели:

· Точный и понятный формат документирования структуры информации;

· Позволяет указать требования к данным и связям между ними;

· Позволяет наглядно показать структуру хранилища для облегчения проектирования базы данных;

· Существуют методы отображения ER - моделей в таблицы базы данных и обратно;

· Закладывают основу для интеграции с другими приложениями.

Ер - модель для разрабатываемой информационной системы представлена на следующем рисунке.

Рис. 2.1 - База данных системы

База данных состоит из десяти реляционных таблиц. Разберем каждую из них подробнее.



Таблица 2.1 Таблица «Слабовидящий человек»

ID слабовидящего	INTEGER
Фамилия	VARCHAR
Имя	VARCHAR
Отчество	VARCHAR
Дата рождения	DATE
Пол	TEXT
Город	TEXT
Категория	TEXT
ID карта	INTEGER

Данная таблица содержит информацию о слабовидящих людях, которая включает описание основных личных данных: фамилия, имя, отчество, пол, дата рождения, город. Также таблица содержит атрибут «категория», который указывает, к какой категории относится человек (волонтер, слабовидящий и т.п.). Сущность «слабовидящий человек» взаимодействует с сущностью «карта», для определения местоположение.

Таблица 2.2 Таблица «Волонтер»

ID Волонтер	INTEGER
Фамилия	VARCHAR
Имя	VARCHAR
Отчество	VARCHAR
Дата рождения	DATE
Пол	TEXT
Город	TEXT
Категория	TEXT

Данная таблица содержит всю необходимую информацию о волонтерах, а именно: фамилия, имя, отчество, дата рождения, пол, город. Также будет указан тип категории, к которой относится волонтер. Каждая категория зависит от возраста волонтера, это может быть как школьник, студент, человек среднего возраста и т.д. Разбиение на категории позволит составить статистику о том, какая из групп наиболее отзывчива. Авторизация пользователя происходит с помощью ввода логина и пароля для быстрого доступа к интерфейсу.

Таблица 2.3 Таблица «Сигнал о помощи»

ID сигнал о помощи	INTEGER
ID слабовидящего	INTEGER
Дата	DATE
Время	TIME
Отправка сигнала	TEXT

Данная таблица предназначена для слабовидящих людей, для того чтобы хранить информацию о сигналах, которые были посланы. Фиксироваться данный сигнал будет датой и временем. Атрибут «отправка сигнала» будет сообщать о том, был ли отправлен сигнал о помощи или же по некоторым причинам произошел сбой.

Таблица 2.4 Таблица «Отклик на помощь»

ID отклик на помощь	INTEGER
ID волонтера	INTEGER
Дата	DATE
Время	TIME
Отклик	TEXT

Данная таблица предназначена для волонтеров, для того чтобы хранить информацию об оказанной помощи. После посылаемого сигнала о помощи, волонтер определяет, сможет ли он в короткое время оказать помощь, если инвалид по зрению оказался поблизости. Фиксироваться данные отклика будут датой и временем. А атрибут «отклик» будет сообщать о том, прошел ли ответный сигнал.



Таблица 2.5 Таблица «Взаимодействие»

ID взаимодействия	INTEGER
ID слабовидящего	INTEGER
ID волонтера	INTEGER
ID местности	INTEGER
Дата	DATE
Время	TIME

Данная таблица содержит информацию о взаимодействии слабовидящего человека и волонтера. Она содержит данные о местности, где находится слабовидящий человек, и где ему в последующем оказана помощь. И можно увидеть, когда и в какое время волонтер смог оказать помощь в адаптации на местности.

Таблица 2.6 Таблица «Помощь»

ID помощь	INTEGER
ID взаимодействия	INTEGER
Название	TEXT

Так как помощь волонтера не ограничивается только сопровождением слабовидящего человека по улице, была и разработана таблица «помощь». Волонтер может помочь в выборе товара в магазине, не обязательно продуктовом, или же проехать с ним в транспорте, для того чтобы он смог точно выйти на нужной ему остановке. Допустимо, что волонтер захочет прогуляться по парку и рассказать о моментах, которые происходят вокруг инвалида по зрению.

Такое общение будет дарить ощущение нужности, и помогать инвалидам входить в современное общество.

Таблица 2.7 Таблица «Местность»

ID местность	INTEGER
ID карта	INTEGER
ID район	INTEGER
Название	VARCHAR
Адрес	TEXT

Данная таблица содержит данные о местности, где происходит взаимодействие инвалида по зрению и волонтера. Местность отражена на карте, для удобного поиска и быстрой ориентации. Она относится к определенному району в городе и имеет название и адрес.

Таблица 2.8 Таблица «Район»

ID района	INTEGER
Название	VARCHAR

Сущность «район» была создана, потому что в любом городе всегда несколько районов и каждая местность относится к одному из них. Это позволит в дальнейшем определить, в каком районе наиболее часто требуется помочь, а возможно и рассмотреть этот район для создания условий, приближающих слабовидящих людей к адаптации современной жизни.

Таблица 2.9 Таблица «Карта»

ID карта	INTEGER
Название	VARCHAR
Поиск поблизости	TEXT

Карта существует для того, чтобы наиболее быстро определить местоположение слабовидящего человека и расстояние до него. Поиск поблизости позволит показать всех слабовидящих людей находящихся рядом.

Название будет показывать, через какую карту осуществляется поиск.

Таблица 2.10 Таблица «Чат»

ID чат	INTEGER
ID волонтер	INTEGER
Название	VARCHAR
Дата создания	DATE
Время создания	TIME

Нередко, волонтеры хотят поделиться радостью о совершенном поступке, или же попросить совета, как лучше себя вести при общении с инвалидом по зрению. Конечно же, помочь и посоветовать смогут люди, которые также оказывают данную помощь. Для этого и создана сущность «Чат», где волонтеры смогут поддержать друг друга и дать советы. Создавать тему волнующего их вопроса они смогут самостоятельно. Название, время и дата создания будут выводиться для того, чтобы волонтер смог увидеть актуальность данной темы.

2.2 Нейронные сети

Искусственные нейронные сети - представляют собой математические модели, а также их программные и аппаратные реализации, построенные по принципу функционирования биологических нейронных сетей.

Интеллектуальные системы на основе искусственных нейронных сетей позволяют с успехом решать проблемы идентификации и управления, прогнозирования, оптимизации. Данные сети реализуют требуемый для процесса нелинейный алгоритм управления при неполном, неточном описании объекта управления, создавать мягкую адаптацию, которая обеспечивает устойчивость системе при нестабильности параметров.

Нейронные сети позволяют реализовывать любой требуемый для процесса нелинейный алгоритм управления при неполном, неточном описании объекта управления, создавать мягкую адаптацию, которая обеспечивает устойчивость к системе при нестабильности параметров.

К основным свойствам технологических средств, построенных на принципах биологических нейронных сетей, можно отнести:

· Массовый параллелизм;

· Распределенное представление информации и вычисления;

· Способность к обучению и способность к обобщению;

· Адаптивность;

· Свойство контекстуальной обработки информации;

· Толерантность к ошибкам;

· Низкое энергопотребление

Основные идеи, которые лежат в основе нейронных сетей:

· Нейронная сеть состоит из большого числа простых вычислительных элементов и обладает более сложным поведением по сравнению с возможностями каждого отдельного нейрона. Нейросеть получает на выходе набор входных сигналов и выдает соответствующий им ответ, который является решением задачи.

· Нейросеть содержит внутренние адаптивные параметры нейронов и своей структуры, меняя их, может менять свое поведение.

· Для решения задач не нужно программировать алгоритм.

· Нейронная сеть обучается решению задачи на некотором «учебнике» - наборе ситуаций, каждая из которых описывает значения входных сигналов нейросети и требуемый для этих входных сигналов ответ. «Учебник» задает набор эталонных ситуаций с известными решениями, а нейронная сеть при обучении сама находит зависимости между входными сигналами и ответами.

Нейронные сети позволяют воспроизводить довольно сложные зависимости, однако, они нелинейные по своей природе, а также справляются с проблемой размерности, позволяющей моделировать линейные зависимости в случае большого числа переменных.

Использование нейросетей происходит в двух вариантах:

· Строится нейросеть, которая решает определенный класс задач;

· Под каждый экземпляр задачи строится некоторая нейросеть, которая находит квази - оптимальное решение этой задачи.

Для реализации сети обычно используют три типа слоя: входной слой, скрытый слой, выходной слой, хотя бывают сети, которые содержат один слой. Входной слой получает информацию от входных файлов. Выходной слой пересылает информацию непосредственно во внешнюю среду, к вторичному компьютерному процессу или к другому устройству. Между этими двумя слоями может находиться несколько скрытых слоев. Входы и выходы, каждого скрытого слоя соединены с другими нейронами.

Направление связи от одного нейрона к другому является важным аспектом нейросети. Обычно каждый скрытый слой получает сигналы от всех нейронов предыдущего слоя и обычно от нейронов входного слоя. После выполнения операций над сигналами, нейрон передает свой выход всем нейронам, следующих слоев, обеспечивая передачу сигнала вперед на выход.

Существует три типа обучения нейронной сети:

· С учителем. Известны правильные ответы к каждому входному примеру, а веса подстраиваются так, чтобы минимизировать ошибку.

· Самообучение. Распределение образцов по категориям за счет раскрытия внутренней структуры и природы данных, выходы нейронных сетей формируются самостоятельно, а веса изменяются по алгоритму, который учитывает только входные и производные от них сигнала.

· Смешанный. В данном случае комбинируются два вышеизложенных подхода [12].

Нейронная сеть для разрабатываемой информационной системы представлена на рисунке:



Рис. 2.2 -Нейронная сеть

Построение нейронной сети начинается с отбора входных данных, которые влияют на ожидаемый результат. Входными данными для проектируемой нейронной сети будут данные о волонтере и слабовидящем человека, а также местоположение, которое позволит определить дальность нахождения друг от друга волонтера и слабовидящего человека.

В качестве выходного параметра сети необходимо получить отклик на требуемую помощь.

Для решения поставленной задачи использована многослойная нейронная сеть, которая состоит из трех слоев.

Входной слой. Количество нейронов этого слоя зависит от количества участников мобильного приложения.

Средний слой. Основной задачей среднего слоя является определение возможности оказания помощи. Количество нейронов данного слоя определяется количеством нейронов входного слоя. Входной и средний слой, а также матрица весов между ними будут составлять первую часть всей нейронной сети. На выходе необходимо получить решение сети о том, будет ли послан отклик на помощь.

Выходной слой. Выходной слой является второй составляющей частью нейронной сети. На выходе этого слоя необходимо получить решение задачи о том, будет ли послан ответ. Для рассматриваемой мобильного приложения выходной слой будет один, так как нам необходимо только узнать, есть ли возможность оказания помощи.

Особенностью нейронных сетей является запоминание информации. Обработка обычно ведется с использованием большого числа элементов, что позволяет сделать сети более устойчивыми к неисправностям и способными к быстрому вычислению. Задать нейронную сеть, которая способна решить конкретную задачу, это значит определить модель нейрона, топологию связей и веса связей.

2.3 Функциональное моделирование

Язык UML (англ. UnifiedModelingLanguage-унифицированный язык моделирования) - это специализированный язык графического описания, который предназначен для объектного моделирования в сфере разработки различного программного обеспечения. Этот язык имеет широкий профиль и представляет собой открытый стандарт, использующий различный графические обозначения, создающий абстрактную модель системы. Создан язык UML для обеспечения определения, визуализации, документирования и проектирования программных систем.

Применение UML не останавливается на моделировании программного обеспечения. Язык активно используется для моделирования различных бизнес - процессов, ведения системного проектирования и отображения организационных структур.

С помощью UML разработчики программного обеспечения обеспечивают полное соглашение в используемых графических обозначениях для представления общего понятия: компонент, обобщение, класс, поведение, агрегация. Все это помогает достигнуть большей степени концентрации на архитектуре и проектировании.

Преимущества языка UML, по сравнению с другими:

· Является объектно-ориентированным языком, вследствие чего технологии описания результатов проведенного анализа и проектирования являются семантически близкими к методам программирования;

· При помощи данного языка система может быть описана практически с любых возможных точек зрения, и точно так же описываются различные аспекты ее поведения;

· Диаграммы просты для чтения после ознакомления с его синтаксисом;

· Позволяет расширять и вводить собственные графические и текстовые стереотипы, что позволяет использовать его не только в программной инженерии;

· Активно развивается и широко распространяется [13].

2.3.1 Диаграмма вариантов использования

Диаграмма вариантов использования (usecasediagram) -это диаграмма, которая позволяет создавать список операций, выполняемых системой. Иначе, эту диаграмму называют диаграммой функций, так как на их основе создается список требований к системе и определяется множество выполняемых системой функций.

Разработка данной диаграммы включает в себя следующие цели:

· Определение общих границ и контекста моделируемой предметной области;

· Формулировка общих требований к функциональному поведению проектируемой системы;

· Разработка исходной концептуальной модели системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей;

· Подготовка исходной документации для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями.

Диаграмма состоит из множества сущностей или актеров, которые взаимодействуют с системой с помощью вариантов использования. Однако, актер - это сущность, которая взаимодействует с системой извне. Им может быть человек, технической устройство, программа или любая другая система.

Цель, преследуемая диаграммой вариантов использования, заключается в определении законченного аспекта или фрагмента поведения некоторой сущности без раскрытия ее внутренней структуры. В качестве сущности может выступать система или любой другой элемент модели, обладающий собственным поведением.

Каждый вариант использования соответствует отдельному сервису, предоставляемому моделируемую сущность по запросу актера, другими словами, определяемому способ применения этой сущности. Сервис, инициализирующийся по запросу актера, представляет собой законченную неделимую последовательность действия. Это значит, что после того, как система закончит обработку запроса, она вернется в исходное состояние, чтобы быть готовой к выполнению следующих запросов.

Диаграмму вариантов использования для разрабатываемой информационной системы можно представить следующим образом:

Рис. 2.3 - Диаграмма вариантов использования



Диаграмма вариантов использования описывает взаимодействие каждого субъекта с информационной системой. Видно, что администратор следит за работой системы, занимается настройками обновлений, а также производит редактирование данных в системы. Отношение «include» показывает включение. Например, редактирование данных включает: изменение, удаление, редактирование. Волонтер помимо авторизации личного кабинета, занят поиском слабовидящего человека. Поиск слабовидящего человека включает в себя: открытие личной страницы, просмотр местоположения и, если помощь требуется в шаговой доступности, отклик на помощь. Создание чата происходит при взаимодействии волонтера и администратора. Слабовидящий человек создает личный профиль, также он может редактировать данные.

2.3.2 Диаграмма классов

Диаграмма классов(classdiagram)- представляет собой статистическую структурную диаграмму, которая предназначена для описания структуры, а также демонстрации атрибутов, методов и зависимостей между несколькими различными классами. Диаграмма классов может включать комментарии и ограничения.

Класс - это именованное описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, связями и семантикой. Графически класс представлен в виде треугольника. Каждый класс имеет уникальное имя, которое используется в виде прилагательного или существительного.

Атрибут класса - это именованное свойство класса, описывающее множество значений, которые принимают экземпляры этого класса. Класс может иметь различное число атрибутов (или не иметь их вообще). Свойство, которое выражает атрибут, представляет свойство моделируемой сущности, общим для всех объектов данного класса. Каждый атрибут объекта имеет некоторое значение. Располагаются атрибуты под именем класса, а в качестве имени используются прилагательные или существительные.

Операция класса - именованная услуга, запрошенная у любого объекта этого класса. Операция - представлена абстракцией того, что можно делать с объектом. Класс может содержать различное число операций (или же не содержать ни одной). Набор операций класса является общим для всех объектов данного класса. Расположение операций класса находится ниже раздела с атрибутами. При этом можно ограничиться только указанием имен операций. При именовании операций используют глагольную форму.

Диаграмма классов представлена следующим образом:

Рис. 2.4 - Диаграмма классов

Класс «Слабовидящий человек» содержит следующие атрибуты для аутентификации: фамилия, имя, отчество, дата рождения, пол, город, категория. Включает следующие операции: добавить, редактировать, удалить. Класс «Волонтер» для аутентификации содержит атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата рождения, пол, город, категория. Операции, выполняемые классом: добавить, редактировать, удалить. Класс «Сигнал о помощи» содержит атрибуты: дата, время, отправка сигнала и операцию: добавить. Класс «Отклик на помощь» содержит атрибуты: дата, время, отклик и операцию: добавить. Класс « Взаимодействие» содержит атрибуты: дата, время и операцию: добавить. Класс «Помощь» содержит атрибут: название и операции: добавить, редактировать, удалить. Класс «Чат» содержит атрибуты: название, дата создания, время создания. Операции класса «Чат»: добавить, редактировать, удалить. Класс «Местность» содержит атрибуты: название, адрес и операцию: добавить. Класс «Район» содержит атрибут: название и операцию: добавить. Класс «Карта», предназначенный для определения местоположения, содержит атрибут: Название, поиск поблизости и операции: добавить, редактировать.

Рассмотрим связи между классами. Класс «Сигнал о помощи» и класс «Слабовидящий человек» связаны отношением композиции. Это означает, что они являются частью целого и не могут быть созданы друг без друга. Ведь сигнал происходит от слабовидящего человека, и если нет данного пользователя, то и сигнал никто посылать не будет. Класс «Волонтер», «Отклик на помощь», «Чат» также связаны отношением композиции. Волонтер может различное число раз посылать ответный сигнал, а также создавать чат, для поддержки и задавания вопросов. Класс «Взаимодействие» связан с классами «Помощь» и «Местность» отношением агрегации. Это означает, что один из классов представляет с собой сущность, которая включает данные других сущностей.

Класс «Взаимодействие» связан с классами «Слабовидящий человек» и «Волонтер» отношение [1]…[*]. Это означает, что один волонтер может помочь нескольким слабовидящим, а в свою очередь одному слабовидящему человеку могут помочь несколько волонтеров. Класс «Местность» связан с классами «Карта» и «Район» отношение [1]…[*]. Отношение говорит о том, что на одной карте может быть указано несколько местностей, также и в одной районе их может быть несколько. И класс «Карта» связан с классом «Слабовидящий человек» отношение [1]…[*], потому что на одной карте указано различное количество человек.

...