|
|
|
а)
б)Рис.1. Концептуальная схемы прикладного мат.обеспечения (а) и структуры многомерных баз данных (б).
Беляков В.А.
Институт проблем освоения Севера СО РАН, Тюмень
Введение.
Конвенция об устойчивом развитии принятая Генеральной Ассамблеей ООН 5 июня 1992 в Рио – Жанейро (Бразилия ), проходившая на уровне глав государств и правительства, провозгласила необходимость перехода мирового сообщества на путь устойчивого развития, обеспечивающего должный баланс между решением социально–экономических проблем и сохранением окружающей среды, удовлетворения основных жизненных потребностей нынешнего поколения с сохранением таких возможностей для будущих поколений. Договаривающиеся стороны констатировали необходимость системного сбора информации на всех уровнях с целью создания информационной базы обеспечения охраны окружающей среды и устойчивого развития, а также выработки достаточно универсальных показателей устойчивости развития.
Непременным условием устойчивого развития общества является сохранение окружающей среды, ее защищенность от воздействия вредных техногенных, природных, экологических и социальных факторов. При установлении целесообразного и приемлемого для общества уровня предельно допустимых нагрузок на экосистемы возникает необходимость в проведении многокритериального анализа условий и путей устойчивого развития общества. Иначе, в состав системы оценки устойчивого развития необходимо включить экологические, экономические, социальные подсистемы, которые посредством разнообразных и подчас критических способов, соединяются в одну сложную общую систему, причем, для того чтобы общая система была жизнеспособной, жизнеспособной должна оставаться каждая из составляющих ее основных подсистем.
Internet/Intranet - самое бурно развивающееся направление информационной технологии. По некоторым прогнозам, его внедрение будет настолько массовым и тотальным, что можно говорить о телематической революции, а саму "интернетизацию" считать синонимом современной информационной технологии. Один из наиболее эффективных способов повысить значимость Web-сайта в сети Internet/Intranet и в то же время значительно упростить работу по его поддержанию – это использование баз данных. В Web заложены возможности, которые позволяют перейти к такому способу распространения информации, когда страницы формируются динамически, на основе баз данных. Разработка информационной технологии создания динамических web-серверов многоцелевого назначения на основе многомерных баз данных централизованно распределенного хранения обеспечит оперативное представление и математическую обработку в сети Internet/Intranet материалов комплексного мониторинга и в конечном итоге создаст предпосылки для разработки методов оценки устойчивого развития города, региона. Напомним, что многомерная база данных, СУMБД - мощная база данных со специальной организацией хранения – кубами, позволяющая пользователям анализировать большие объемы данных. Многомерная база данных позволяет обеспечивать высокую скорость работы с данными, хранящимися как совокупность фактов, измерений и заранее вычисленных агрегатов. Технология СУМБД позволяет создавать удобные быстродействующие средства доступа, просмотра и анализа деловой информации. Пользователь получает естественную, интуитивно понятную модель данных, организуя их в виде многомерных кубов. Осями многомерной системы координат служат основные атрибуты рассматриваемого бизнес-процесса, характеризуемого временным рядом показателей и находящимися на пересечениях осей – измерений. Значения, "откладываемые" вдоль измерений, называются метками (members). Метки используются как для "разрезания" куба, так и для ограничения (фильтрации) выбираемых данных - когда в измерении, остающемся "неразрезанным", нас интересуют не все значения, а их подмножество. Значения меток отображаются в двумерном представлении куба как заголовки строк и столбцов. Метки осей измерений могут объединяться в иерархии, состоящие из одного или нескольких уровней (levels).
1.Основные цели и задачи.
Основная задача, стоящая перед разработчиками информационной системы (ИС) заключалась в создании информационного ресурса (web-сервера) на примере ИПОС СО РАН (http://www.ipdn.tmn.ru ). Первая очередь создания информационной системы включала задачу по разработке хранилища результатов региональных наблюдений на основе технологии многомерных баз данных, что в свою очередь включала следующие этапы:
2.Предлагаемые методы и подходы.
2.1. Концептуальная схема базы данных.
Программно-аппаратные средства разрабатываемого информационного ресурса в сети Internet строятся в архитектуре CLIENT-SERVER на основе операционных сред FreeBSD/Apache/MySQL/Perl/HTML. Разрабатываемое прикладное программное обеспечение информационного ресурса динамического web-сервера многомерных баз данных многоцелевого назначения включает подсистемы: ADMINISTRATOR - ведение баз данных (DATA BASE) и SITE - CLIENT -пользовательский интерфейс (см.Рис.1).
|
|
|
Рис.1. Концептуальная схемы прикладного мат.обеспечения (а) и структуры многомерных баз данных (б).
Исходя из поставленных целей создания универсального программного комплекса обработки многомерных баз данных, массивам базы данных (DATA BASE) присваиваются условные наименования и закрепляются следующие функции (см.Рис.2):
· (P) - "Тема/Раздел" (тематические направления);
· (X) - "Объекты" (географические объекты наблюдений/главы книг/персонал организации);
· (Y) - "Параметры" (показатели/свойства "объектов" наблюдений);
· (Z) - "Задачи" (методы обработки информационных материалов);
· (M) - "Материалы" (информационные материалы) временные ряды ("таблицы") или текстово-графические HTML –документы ("документы");
· (S) – "Права доступа" пользователей к тематическим разделам и программам их обработки;
· (B,b) - Источники информации или ключевые слова ("библиографии").
Исходя из определения многомерной базы данных, в качестве осей "измерений" используются ключевые таблицы с иерархическими метками (дескрипторами) X,Y,Z (1-3 уровня) по каждому из тематических разделов P (1-2 уровня). Создание дополнительной оси Z обеспечит дифференциацию информационных материалов (М) по типу данных, т.е таблиц временных рядов, HTML-документов, нормативно-справочных данных. Также (Z) обеспечит настройку ранга таблиц временных рядов (определение кол-ва столбцов и их наименование при постоянной колонке "ДАТА"). Соглашение по единой структуре ключевых полей таблиц (Р, X, Y, Z) и таблицы библиографий (В) определят разработку единой технологии формирования дерева многоуровневых иерархических строк описаний (меток/дескрипторов).
Наращивание тематических направлений учитывается в технологии распределенного характера многомерных баз данных на основе единых структур БД и программ их обработки. Создание технологии распределенных баз данных является важным фактором, определяющим возможность хранения большого объема информации.
2.2. Программный комплекс ADMINISTRATOR
ПК ADMINISTRATOR - предназначен для ведения корпоративной многомерной базы данных, главное двухуровневое меню которого включает следующие режимы:
1) "Классификатор", обеспечивает формирования массивов - "P-Тема", "X-Объект", ‘Y-Параметр’, ‘Z-Задача’, ‘B,b-Библиография’.
2) "Материалы", обеспечивает формирование массива информационных материалов "M" (подрежимы Учет/Поиск) с представлением (обработкой) их в виде документов или в виде таблиц (временных рядов).
3) "Права доступа", обеспечивает: a) регистрацию пользователей (X); б) определение прав доступа (S) пользователей (X) к информационным ресурсам/тематическим разделам (Р).
4) "Статистика", обеспечивает формирование отчетов статистических данных по заполнению базы данных: a) по темам/тематическим разделам; б) по операторам.
Режим - "Классификатор" подсистемы ADMINISTRATOR. Структура окна классификатора состоит из трех рабочих зон, где 1-зона для формирования строк дескрипторов массива (P), 2-зона для формирования строк дескрипторов массивов X/Y/Z, 3-зона для управляющих кнопок (модификация, вод, удаление строк дескриптора, выход). Подрежим "Тема" обеспечивает формирование и кодировку двухуровневого дескриптора массива (P). Кодирование осуществляется двухразрядным литерным кодом например - JA. Текст наименования дескрипторов (название) содержит не более 100 знаков. Массив публикуется как двухуровневое дерево дескрипторов. Формирование массивов (X,Y,Z,B) по тематическому разделу (P) осуществляется соответственно подрежимами "Объект", "Параметр", "Задача", "Библиография" по единому алгоритму.
Кодировка дескрипторов цифровая шестизначная, два знака на уровень. Текст наименования дескрипторов содержит до 250 знаков. "Объект" и "Параметр" определяют классификацию основных объектов наблюдений и их свойств, в трехуровневой иерархии дескриптора подразделяются как группа/подгруппа/объект или параметр.
При формировании массивов-классификаторов принято ряд соглашений:
1) По массиву "Z-Задача", принято соглашение на структуру кода дескриптора. Структура кода дескриптора "Задача"- NNZZPP, где (NN - код наименования задачи (NN= 00-99), ZZ определяет тип информационного материла ( ZZ = 01 - документ, ZZ = 02-09-таблицы временных рядов, PP= 01-99 – номера колонок таблиц.
2) Формирование дескриптора "B-библиография" определяется следующим образом: код первого уровня определяет вид библиографии (например литературные источники, монографии, сборники статей, периодические издания, и т.п), код второго уровня определяет алфавитную группу по первым двум литерам наименования источника информации, код третьего уровня определяет наименование "библиографии/источника информации".
Режим "Материалы".
Структура рабочего окна состоит из 5 зон:
1- зона для формирования карточки запроса (дескрипторы массивов Раздел /Объект /Задача /Параметр);
2- зона для отображения текущего дескриптора;
3 - зона отображения информационных материалов;
4 - зона для отображения ссылок на источник информации, включаемого в базу данных информационного материала;
5 - зона для управляющих кнопок, включающая привязку HTML-документа, удаление ссылки на HTML- документ, привязка библиографии, удаление ссылки на библиографию, выход на главное меню.
Режим "Права доступа" – функция web-администратора, включающая подрежимы "Регистрация" и "Доступ". Подрежим "Регистрация" обеспечивает формирование базы пользователей и регистрацию пользователя в качестве оператора базы данных. Подрежим – "Доступ" обеспечивает определение прав доступа зарегистрированному пользователю к тематическим разделам и режимам главного меню.
Режим "Статистика" - функция web-администратора, обеспечивающая выдачу справок заполнения базы данных. Запрос включает выбор типа информационных материалов (документ/показатель), временной период и вид отчета ( "по темам" или "по операторам").
2.3. Программный комплекс SITE-CLIENT
Специализированный программный комплекс SITE-CLIENT разрабатывается как главная страничка специализированного сайта с предоставлением информации из многомерной базы данных и использованием интерфейсного механизма CLIENT. CLIENT- это набор подпрограмм/фреймов (m1-m6). Подпрограммы обеспечивают предоставление из базы данных (db) по адресному запросу, формирующемуся исходя из выбора соответствующей строки древовидного дескриптора ключевых таблиц "объекта"-obj / "параметра"-prop / "задачи" – app. В настоящее время ПК CLIENT содержит 6 модулей. Примеры адресного вызова подпрограмм приведены ниже.
M1. http://<URL>/RICS/m1.pl?db=1&app=ZQ020100,
M2. http://<URL>/RICS/m2.pl?db=2&app=YC020100&prop=YC100000 ,
M3. http://<URL>/RICS/m3.pl?db=3&app=SH102000&obj=SH102501 ,
M4. http://<URL>/RICS/m4.pl?db=4&app=ZQ020100&obj=ZQ020402&prop=ZQ050000,
M5. http://<URL>/RICS/m5.pl?db=5&app=XA010100&prop=XA100000 ,
M6. http://<URL>/RICS/m6.pl?db=6&app=SH102000&obj=SH102501
2.4. Предлагаемые подходы к разработке математических методов оценки устойчивого развития на основе комплексного территориального мониторинга.
Методы оценки позволяют графически отобразить зависимость между состоянием показателей и удовлетворением соответствующих ориентиров на основе обработки временных рядов. Оценка ведется на основе данных тематических мониторингов. Предлагаемая универсальная схема оценки процессов устойчивого развития требует осуществление двух видов отдельной оценки: первая оценка имеет дело с жизнеспособностью конкретной составляющей системы, вторая оценка имеет дело с тем вкладом, который вносит данная составляющая в поддержание жизнеспособности общей системы. Предлагаемая схема универсальных алгоритмов представляет некое ядро математической обработки агрегированных показателей. Ясно, что некоторые агрегированные показатели в определенных тематических наблюдениях совпадут с абсолютными показателями, но ясно и то, что в большинстве случаев расчет агрегированных показателей включает в себя достаточно сложный математический аппарат. В данной схеме делается попытка найти практическое подтверждение понятия математической устойчивости по мере приближения агрегированных показателей к абсолютным. Итак, вся основная сущность математической оценки процессов устойчивого развития лежит в разработке методов вычислений агрегированных показателей отнесенной к конкретной проблеме и поэтому здесь этот аспект рассматривать не предполагается.
Алгоритм оценки первого вида. Оценка динамики изменений интегрального показателя или группы показателей временного ряда.
Оценка состояния процесса реализуется функцией интегрального показателя Pijt=Kijt*Xijt/Yijt, вычисляемого по усредненному показателю Xijt (временной ряд) в сравнении с соответствующим усредненным нормативом/ ограничением/ базовым показателем Yijt (при отсутствия массива Yijt =1), где i-территория, j-показатель, t-период. Kijt –поправочный коэффициент (при отсутствия массива Kijt=1). По результатам вычислений строится график.
Алгоритм оценки второго вида. Метод оценки ориентиров, тематических направлений для устойчивого развития.
Данная проблема решается здесь за счет выбора показателей из имеющейся базы данных, содержащей временные ряды нескольких сотен показателей. Из этой базы данных можно получить перечень показателей, адекватным образом охватывающих различные аспекты оценки удовлетворения базовых ориентиров. Указанный метод использует особенности иерархического формирования показателей (3 уровня) по двух уровневой иерархии ориентиров/тематических направлений. По каждому разделу/подсистемы рассматриваемого ориентира рассчитывается вектор (вершина), равный усредненному интегральному показателю Pijt=Kijt*Xijt/Yijt (см.описание выше). График оценки представляет замкнутый контур ("звезда") вершин ориентиров (в данном случае 6 векторов) равно делящих окружность усредненной нормы ориентиров (усредненная устойчивость). По смещение "звезды" от центра и вершин от нормы можно оценить устойчивость ориентира на основе практических наблюдений и анализа фактического материала.
4. Заключение.
По предлагаемой технологии был создан web-сервер ИПОС СО РАН (http://www.ipdn.tmn.ru). На сервере представлена база данных комплексного мониторинга Тюменской области:
Также представлены :
Наблюдение за эксплуатацией системы более года показало, что использование этой технологии обеспечивает:
1) возможность формировать корпоративную базу данных больших объемов специалистами, имеющих минимальные знания в области информационных систем;
2) упрощение функций web-администрирования
3) возможность интеграции с другими информационными системами.
Наибольшую эффективность, предлагаемая технология многомерных баз данных даст в интеграции в распределенной среде Internet c web-системами, включающие метаданные на ресурсы многомерных баз данных и использующие свои аналитические и поисковые технологии, также при интеграции со специализированными АРМ. Также технология многомерных баз данных эффективна при создании электронных хранилищ коллективных вычислительных центров.
Следующий этап разработки web-системы должен включать разработку программного обеспечения универсальных математических методов оценки процессов устойчивого развития, на примере формируемой многомерной базы данных. Решение данной проблемы позволит сформировать предложения по стандарту структуры многомерной базы данных для комплексного регионального мониторинга. Результаты развития предлагаемой технологии регулярно публиковались [Л1-.Л7]
Список сокращений:
ИАС – Информационно-аналитическая система
ГИС – Геоинформационная система
СУМБД – Система управления многомерными базами данных
ПК – Программный комплекс
ИПОС СО РАН – Институт проблем освоения Севера
АРМ – Автоматизированные Рабочие Места
Ваши комментарииОбратная связь |
![[SBRAS]](/gif/s_sigma.gif)
[Головная страница] [Конференции] [СО РАН] |
© 2002, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск
© 2002, Объединенный институт информатики СО РАН, Новосибирск