Будь умным!

У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

Лекция1- Основные понятия технологии проектирования информационных систем ИС

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 25.11.2024

Информационное обеспечение ИС является средством для решения следующих задач:

  •  однозначного и экономичного представления информации в системе (на основе кодирования объектов);
  •  организации процедур анализа и обработки информации с учетом характера связей между объектами (на основе классификации объектов);
  •  организации взаимодействия пользователей с системой (на основе экранных форм ввода-вывода данных);
  •  обеспечения эффективного использования информации в контуре управления деятельностью объекта автоматизации (на основе унифицированной системы документации).

Информационное обеспечение ИС включает два комплекса: внемашинное информационное обеспечение (классификаторы технико-экономической информации, документы, методические инструктивные материалы) и внутримашинное информационное обеспечение (макеты/экранные формы для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных).

К информационному обеспечению предъявляются следующие общие требования:

  •  информационное обеспечение должно быть достаточным для поддержания всех автоматизируемых функций объекта;
  •  для кодирования информации должны использоваться принятые у заказчика классификаторы;
  •  для кодирования входной и выходной информации, которая используется на высшем уровне управления, должны быть использованы классификаторы этого уровня;
  •  должна быть обеспечена совместимость с информационным обеспечением систем, взаимодействующих с разрабатываемой системой;
  •  формы документов должны отвечать требованиям корпоративных стандартов заказчика (или унифицированной системы документации);
  •  структура документов и экранных форм должна соответствовать характеристиками терминалов на рабочих местах конечных пользователей;
  •  графики формирования и содержание информационных сообщений, а также используемые аббревиатуры должны быть общеприняты в этой предметной области и согласованы с заказчиком;
  •  в ИС должны быть предусмотрены средства контроля входной и результатной информации, обновления данных в информационных массивах, контроля целостности информационной базы, защиты от несанкционированного доступа.

Информационное обеспечение ИС можно определить как совокупность единой системы классификации, унифицированной системы документации и информационной базы [21].

Внемашинное информационное обеспечение

Основные понятия классификации технико-экономической информации

Для того чтобы обеспечить эффективный поиск, обработку на ЭВМ и передачу по каналам связи технико-экономической информации, ее необходимо представить в цифровом виде. С этой целью ее нужно сначала упорядочить (классифицировать), а затем формализовать (закодировать) с использованием классификатора.

Классификация – это разделение множества объектов на подмножества по их сходству или различию в соответствии с принятыми методами. Классификация фиксирует закономерные связи между классами объектов. Под объектом понимается любой предмет, процесс, явление материального или нематериального свойства. Система классификации позволяет сгруппировать объекты и выделить определенные классы, которые будут характеризоваться рядом общих свойств. Таким образом, совокупность правил распределения объектов множества на подмножества называется системой классификации.

Свойство или характеристика объекта классификации, которое позволяет установить его сходство или различие с другими объектами классификации, называется признаком классификации. Например, признак "роль предприятия-партнера в отношении деятельности объекта автоматизации" позволяет разделить все предприятия на две группы (на два подмножества): "поставщики" и "потребители". Множество или подмножество, объединяющее часть объектов классификации по одному или нескольким признакам, носит название классификационной группировки.

Классификатор — это документ, с помощью которого осуществляется формализованное описание информации в ИС, содержащей наименования объектов, наименования классификационных группировок и их кодовые обозначения [21].

По сфере действия выделяют следующие виды классификаторов: международные, общегосударственные (общесистемные), отраслевые и локальные классификаторы.

Международные классификаторы входят в состав Системы международных экономических стандартов (СМЭС) и обязательны для передачи информации между организациями разных стран мирового сообщества.

Общегосударственные (общесистемные) классификаторы, обязательны для организации процессов передачи и обработки информации между экономическими системами государственного уровня внутри страны.

Отраслевые классификаторы используют для выполнения процедур обработки информации и передачи ее между организациями внутри отрасли.

Локальные классификаторы используют в пределах отдельных предприятий.

Каждая система классификации характеризуется следующими свойствами:

  •  гибкостью системы;
  •  емкостью системы;
  •  степенью заполненности системы.

Гибкость системы — это способность допускать включение новых признаков, объектов без разрушения структуры классификатора. Необходимая гибкость определяется временем жизни системы.

Емкость системы — это наибольшее количество классификационных группировок, допускаемое в данной системе классификации.

Степень заполненности системы определяется как частное от деления фактического количества группировок на величину емкости системы.

В настоящее время чаще всего применяются два типа систем классификации: иерархическая и многоаспектная.

При использовании иерархического метода классификации происходит "последовательное разделение множества объектов на подчиненные, зависимые классификационные группировки" [22]. Получаемая на основе этого процесса классификационная схема имеет иерархическую структуру. В ней первоначальный объем классифицируемых объектов разбивается на подмножества по какому-либо признаку и детализируется на каждой следующей ступени классификации. Обобщенное изображение иерархической классификационной схемы представлено на рис. 9.1.


Рис. 9.1.  Иерархическая классификационная схема

Характерными особенностями иерархической системы являются:

  •  возможность использования неограниченного количества признаков классификации;
  •  соподчиненность признаков классификации, что выражается разбиением каждой классификационной группировки, образованной по одному признаку, на множество классификационных группировок по нижестоящему (подчиненному) признаку.

Таким образом, классификационные схемы, построенные на основе иерархического принципа, имеют неограниченную емкость, величина которой зависит от глубины классификации (числа ступеней деления) и количества объектов классификации, которое можно расположить на каждой ступени. Количество же объектов на каждой ступени классификации определяется основанием кода, то есть числом знаков в выбранном алфавите кода. (Например, если алфавит – двузначные десятичные цифры, то можно на одном уровне разместить 100 объектов). Выбор необходимой глубины классификации и структуры кода зависит от характера объектов классификации и характера задач, для решения которых предназначен классификатор.

При построении иерархической системы классификации сначала выделяется некоторое множество объектов, подлежащее классифицированию, для которого определяются полное множество признаков классификации и их соподчиненность друг другу, затем производится разбиение исходного множества объектов на классификационные группировки на каждой ступени классификации.

К положительным сторонам данной системы следует отнести логичность, простоту ее построения и удобство логической и арифметической обработки.

Серьезным недостатком иерархического метода классификации является жесткость классификационной схемы. Она обусловлена заранее установленным выбором признаков классификации и порядком их использования по ступеням классификации. Это ведет к тому, что при изменении состава объектов классификации, их характеристик или характера решаемых при помощи классификатора задач требуется коренная переработка классификационной схемы. Гибкость этой системы обеспечивается только за счет ввода большой избыточности в ветвях, что приводит к слабой заполненности структуры классификатора. Поэтому при разработке классификаторов следует учитывать, что иерархический метод классификации более предпочтителен для объектов с относительно стабильными признаками и для решения стабильного комплекса задач.

Примеры применения иерархической классификации объектов в корпоративной ИС приведены на рис 9.2 и 9.3. Использование приведенных моделей позволяет выполнить кодирование информации о соответствующих объектах, а также использовать процедуры обобщения при обработке данных (при анализе затрат на заработную плату — по принадлежности работника к определенной службе, при анализе затрат на производство — по группам материалов: по металлу, по покупным комплектующим и пр.).


Рис. 9.2.  Организационная структура подразделения предприятия-цеха отгрузки


Рис. 9.3.  Классификатор материальных ресурсов для обеспечения производства

Недостатки, отмеченные в иерархической системе, отсутствуют в других системах, которые относятся к классу многоаспектных систем классификации.

Аспект — точка зрения на объект классификации, который характеризуется одним или несколькими признаками. Многоаспектная система — это система классификации, которая использует параллельно несколько независимых признаков (аспектов) в качестве основания классификации. Существуют два типа многоаспектных систем: фасетная и дескрипторная. Фасет — это аспект классификации, который используется для образования независимых классификационных группировок. Дескриптор — ключевое слово, определяющее некоторое понятие, которое формирует описание объекта и дает принадлежность этого объекта к классу, группе и т.д.

Под фасетным методом классификации понимается "параллельное разделение множества объектов на независимые классификационные группировки" [22]. При этом методе классификации заранее жесткой классификационной схемы и конечных группировок не создается. Разрабатывается лишь система таблиц признаков объектов классификации, называемых фасетами. При необходимости создания классификационной группировки для решения конкретной задачи осуществляется выборка необходимых признаков из фасетов и их объединение в определенной последовательности. Общий вид фасетной классификационной схемы представлен на рис. 9.4.


Рис. 9.4.  Схема признаков фасетной классификации

Внутри фасета значения признаков могут просто перечисляться по некоторому порядку или образовывать сложную иерархическую структуру, если существует соподчиненность выделенных признаков.

К преимуществам данной системы следует отнести большую емкость системы и высокую степень гибкости, поскольку при необходимости можно вводить дополнительные фасеты и изменять их место в формуле. При изменении характера задач или характеристик объектов классификации разрабатываются новые фасеты или дополняются новыми признаками уже существующие фасеты без коренной перестройки структуры всего классификатора.

К недостаткам, характерным для данной системы, можно отнести сложность структуры и низкую степень заполненности системы.

В современных классификационных схемах часто одновременно используются оба метода классификации. Это снижает влияние недостатков методов классификации и расширяет возможность использования классификаторов в информационном обеспечении управления.

В качестве примера использования комбинированных схем классификации в корпоративных ИС можно привести следующую модель описания продукции предприятия.

Правила классификации продукции

Принята классификация выпускаемой продукции по следующему ряду уровней (Иерархическая классификация):

  •  семейство продуктов;
  •  группа продуктов;
  •  серия продуктов.

Однако эта система классификации не обеспечивает идентификацию любого выпускаемого изделия. Для каждой единицы продукта должны указываться следующие атрибуты (Фасеты):

  •  код серии продукта;
  •  конфигурационные параметры;
  •  свойства.

Код серии продукта – алфавитно-цифровой код, однозначно идентифицирующий отдельный продукт. Конфигурационные параметры – свойства, значения которых могут быть различными в зависимости от потребностей пользователей. Свойства – предопределенные характеристики отдельных продуктов, которые не могут меняться для одного и того же продукта.

Допустимые варианты записи кода серии для различных продуктов показаны на рис. 9.5.

Признаки фасета "Конфигурационные параметры" для одного семейства продуктов приведены в таблице 9.1.

Рассмотренные выше системы классификации хорошо приспособлены для организации поиска с целью последующей логической и арифметической обработки информации на ЭВМ, но лишь частично решают проблему содержательного поиска информации при принятии управленческих решений.


Рис. 9.5.  Варианты записи кода серии продукта (серым цветом отмечены неиспользуемые элементы кода)

Таблица 9.1. Признаки фасета "Конфигурационные параметры" для одного семейства продуктов

Продукты и модификации

Характеристики

Общие для семейства

Специальные для отдельных моделей

Датчики разности давлений

  •  Искробезопасное исполнение
  •  Взрывозащищенное исполнение
  •  Исполнение по материалам
  •  Климатическое исполнение
  •  Предел допускаемой основной погрешности
  •  Верхний предел измерений
  •  Код выходного сигнала
  •  Состав комплекта монтажных частей
  •  Предельно допустимое рабочее избыточное давление

Датчики абсолютного давления, избыточного давления, разрежения, давления-разрежения

  •  Измеряемый параметр

Для поиска показателей и документов по набору содержательных признаков используется информационный язык дескрипторного типа, которой характеризуется совокупностью терминов (дескрипторов) и набором отношений между терминами.

Содержание документов или показателей можно достаточно полно и точно отразить с помощью списка ключевых слов — дескрипторов. Дескриптор — это термин естественного языка (слово или словосочетание), используемый при описании документов или показателей, который имеет самостоятельный смысл и неделим без изменения своего значения.

Для того чтобы обеспечить точность и однозначность поиска с помощью дескрипторного языка, необходимо предварительно определить все постоянные отношения между терминами: родовидовые, отношения синонимии, омонимии и полисемии, а также ассоциативные отношения.

Все выделенные отношения явно описываются в систематическом словаре понятий — тезаурусе, который разрабатывается с целью проведения индексирования документов, показателей и информационных запросов.

Кодирование технико-экономической информации

Для полной формализации информации недостаточно простой классификации, поэтому проводят следующую процедуру — кодирование. Кодирование — это процесс присвоения условных обозначений объектам и классификационным группам по соответствующей системе кодирования. Кодирование реализует перевод информации, выраженной одной системой знаков, в другую систему, то есть перевод записи на естественном языке в запись с помощью кодов. Система кодирования — это совокупность правил обозначения объектов и группировок с использованием кодов. Код — это условное обозначение объектов или группировок в виде знака или группы знаков в соответствии с принятой системой. Код базируется на определенном алфавите (некоторое множество знаков). Число знаков этого множества называется основанием кода. Различают следующие типы алфавитов: цифровой, буквенный и смешанный.

Код характеризуется следующими параметрами:

  •  длиной;
  •  основанием кодирования;
  •  структурой кода, под которой понимают распределение знаков по признакам и объектам классификации;
  •  степенью информативности, рассчитываемой как частное от деления общего количества признаков на длину кода;
  •  коэффициентом избыточности, который определяется как отношение максимального количества объектов к фактическому количеству объектов.

К методам кодирования предъявляются определенные требования:

  •  код должен осуществлять идентификацию объекта в пределах заданного множества объектов классификации;
  •  желательно предусматривать использование в качестве алфавита кода десятичных цифр и букв;
  •  необходимо обеспечивать по возможности минимальную длину кода и достаточный резерв незанятых позиций для кодирования новых объектов без нарушения структуры классификатора.

Методы кодирования могут носить самостоятельный характер – регистрационные методы кодирования, или быть основанными на предварительной классификации объектов – классификационные методы кодирования.

Регистрационные методы кодирования бывают двух видов: порядковый и серийно-порядковый. В первом случае кодами служат числа натурального ряда. Каждый из объектов классифицируемого множества кодируется путем присвоения ему текущего порядкового номера. Данный метод кодирования обеспечивает довольно большую долговечность классификатора при незначительной избыточности кода. Этот метод обладает наибольшей простотой, использует наиболее короткие коды и лучше обеспечивает однозначность каждого объекта классификации. Кроме того, он обеспечивает наиболее простое присвоение кодов новым объектам, появляющимся в процессе ведения классификатора. Существенным недостатком порядкового метода кодирования является отсутствие в коде какой-либо конкретной информации о свойствах объекта, а также сложность машинной обработки информации при получении итогов по группе объектов классификации с одинаковыми признаками.

В серийно-порядковом методе кодирования кодами служат числа натурального ряда с закреплением отдельных серий этих чисел (интервалов натурального ряда) за объектами классификации с одинаковыми признаками. В каждой серии, кроме кодов имеющихся объектов классификации, предусматривается определенное количество кодов для резерва.

Классификационные коды используют для отражения классификационных взаимосвязей объектов и группировок и применяются в основном для сложной логической обработки экономической информации. Группу классификационных систем кодирования можно разделить на две подгруппы в зависимости от того, какую систему классификации используют для упорядочения объектов: системы последовательного кодирования и параллельного кодирования.

Последовательные системы кодирования характеризуются тем, что они базируются на предварительной классификации по иерархической системе. Код объекта классификации образуется с использованием кодов последовательно расположенных подчиненных группировок, полученных при иерархическом методе кодирования. В этом случае код нижестоящей группировки образуется путем добавления соответствующего количества разрядов к коду вышестоящей группировки.

Параллельные системы кодирования характеризуются тем, что они строятся на основе использования фасетной системы классификации и коды группировок по фасетам формируются независимо друг от друга.

В параллельной системе кодирования возможны два варианта записи кодов объекта:

  1.  Каждый фасет и признак внутри фасета имеют свои коды, которые включаются в состав кода объекта. Такой способ записи удобно применять тогда, когда объекты характеризуются неодинаковым набором признаков. При формировании кода какого-либо объекта берутся только необходимые признаки.
  2.  Для определения групп объектов выделяется фиксированный набор признаков и устанавливается стабильный порядок их следования, то есть устанавливается фасетная формула. В этом случае не надо каждый раз указывать, значение какого из признаков приведено в определенных разрядах кода объекта.

Параллельный метод кодирования имеет ряд преимуществ. К достоинствам рассматриваемого метода следует отнести гибкость структуры кода, обусловленную независимостью признаков, из кодов которых строится код объекта классификации. Метод позволяет использовать при решении конкретных технико-экономических и социальных задач коды только тех признаков объектов, которые необходимы, что дает возможность работать в каждом отдельном случае с кодами небольшой длины. При этом методе кодирования можно осуществлять группировку объектов по любому сочетанию признаков. Параллельный метод кодирования хорошо приспособлен для машинной обработки информации. По конкретной кодовой комбинации легко узнать, набором каких характеристик обладает рассматриваемый объект. При этом из небольшого числа признаков можно образовать большое число кодовых комбинаций. Набор признаков при необходимости может легко пополняться присоединением кода нового признака. Это свойство параллельного метода кодирования особенно важно при решении технико-экономических задач, состав которых часто меняется.

Наиболее сложными вопросами, которые приходится решать при разработке классификатора, являются выбор методов классификации и кодирования и выбор системы признаков классификации. Основой классификатора должны быть наиболее существенные признаки классификации, соответствующие характеру решаемых с помощью классификатора задач. При этом данные признаки могут быть или соподчиненными, или несоподчиненными. При соподчиненных признаках классификации и стабильном комплексе задач, для решения которых предназначен классификатор, целесообразно использовать иерархический метод классификации, который представляет собой последовательное разделение множества объектов на подчиненные классификационные группировки. При несоподчиненных признаках классификации и при большой динамичности решаемых задач целесообразно использовать фасетный метод классификации.

Важным вопросом является также правильный выбор последовательности использования признаков классификации по ступеням классификации при иерархическом методе классификации. Критерием при этом является статистика запросов к классификатору. В соответствии с этим критерием на верхних ступенях классификации в классификаторе должны использоваться признаки, к которым будут наиболее частые запросы. По этой же причине на верхних ступенях классификации выбирают наименьшее основание кода.

Понятие унифицированной системы документации

Основной компонентой внемашинного информационного обеспечения ИС является система документации, применяемая в процессе управления экономическим объектом. Под документом понимается определенная совокупность сведений, используемая при решении технико-экономических задач, расположенная на материальном носителе в соответствии с установленной формой.

Система документации — это совокупность взаимосвязанных форм документов, регулярно используемых в процессе управления экономическим объектом. Отличительной особенностью системы экономической документации является большое разнообразие видов документов.

Существующие системы документации, характерные для неавтоматизированных ИС, отличаются большим количеством разных типов форм документов, большим объемом потоков документов и их запутанностью, дублированием информации в документах и работ по их обработке и, как следствие, низкой достоверностью получаемых результатов. Для того чтобы упростить систему документации, используют следующие два подхода:

  •  проведение унификации и стандартизации документов;
  •  введение безбумажной технологии, основанной на использовании электронных документов и новых информационных технологий их обработки.

Унификация документов выполняется путем введения единых форм документов. Таким образом, вводится единообразие в наименования показателей, единиц измерения и терминов, в результате чего получается унифицированная система документации.

Унифицированная система документации (УСД) — это рационально организованный комплекс взаимосвязанных документов, который отвечает единым правилам и требованиям и содержит информацию, необходимую для управления некоторым экономическим объектом. По уровням управления, они делятся на межотраслевые системы документации, отраслевые и системы документации локального уровня, т. е. обязательные для использования в рамках предприятий или организаций.

Любой тип УСД должен удовлетворять следующим требованиям:

  •  документы, входящие в состав УСД, должны разрабатываться с учетом их использования в системе взаимосвязанных ЭИС;
  •  УСД должна содержать полную информацию, необходимую для оптимального управления тем объектом, для которого разрабатывается эта система;
  •  УСД должна быть ориентирована на использование средств вычислительной техники для сбора, обработки и передачи информации;
  •  УСД должна обеспечить информационную совместимость ЭИС различных уровней;
  •  все документы, входящие в состав разрабатываемой УСД, и все реквизиты-признаки в них должны быть закодированы с использованием международных, общесистемных или локальных классификаторов.

Внутримашинное информационное обеспечение

Внутримашинное информационное обеспечение включает макеты (экранные формы) для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, и структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных.

Проектирование экранных форм электронных документов

Под электронными формами документов понимается не изображение бумажного документа, а изначально электронная (безбумажная) технология работы; она предполагает появление бумажной формы только в качестве твердой копии документа.

Электронная форма документа (ЭД) — это страница с пустыми полями, оставленными для заполнения пользователем. Формы могут допускать различный тип входной информации и содержать командные кнопки, переключатели, выпадающие меню или списки для выбора.

Создание форм электронных документов требует использования специального программного обеспечения. На рис. 9.6 приведены основные типовые элементы электронного документа, использование которых предусмотрено в большинстве программ автоматизации проектирования электронных документов.


Рис. 9.6.  Элементы электронного документа

К недостаткам электронных документов можно отнести неполную юридическую проработку процесса их утверждения или подписания.

Технология обработки электронных документов требует использования специализированного программного обеспечения — программ управления документооборотом, которые зачастую встраиваются в корпоративные ИС.

Проектирование форм электронных документов, т.е. создание шаблона формы с помощью программного обеспечения проектирования форм, обычно включает в себя выполнение следующих шагов:

  •  создание структуры ЭД — подготовка внешнего вида с помощью графических средств проектирования;
  •  определение содержания формы ЭД, т.е. выбор способов, которыми будут заполняться поля. Поля могут быть заполнены вручную или посредством выбора значений из какого-либо списка, меню, базы данных;
  •  определения перечня макетов экранных форм — по каждой задаче проектировщик анализирует "постановку" каждой задачи, в которой приводятся перечни используемых входных документов с оперативной и постоянной информацией и документов с результатной информацией;
  •  определение содержания макетов — выполняется на основе анализа состава реквизитов первичных документов с постоянной и оперативной информацией и результатных документов.

Работа заканчивается программированием разработанных макетов экранных форм и их апробацией.

Информационная база и способы ее организации

Основной частью внутримашннного информационного обеспечения является информационная база. Информационная база (ИБ) — это совокупность данных, организованная определенным способом и хранимая в памяти вычислительной системы в виде файлов, с помощью которых удовлетворяются информационные потребности управленческих процессов и решаемых задач.

Все файлы ИБ можно классифицировать по следующим признакам:

  •  по этапам обработки (входные, базовые, результатные);
  •  по типу носителя (на промежуточных носителях — гибких магнитных дисках и магнитных лентах и на основных носителях — жестких магнитных дисках, магнитооптических дисках и др.);
  •  по составу информации (файлы с оперативной информацией и файлы с постоянной информацией);
  •  по назначению (по типу функциональных подсистем);
  •  по типу логической организации (файлы с линейной и иерархической структурой записи, реляционные, табличные);
  •  по способу физической организации (файлы с последовательным, индексным и прямым способом доступа).

Входные файлы создаются с первичных документов для ввода данных или обновления базовых файлов.

Файлы с результатной информацией предназначаются для вывода ее на печать или передачи по каналам связи и не подлежат долговременному хранению.

К числу базовых файлов, хранящихся в информационной базе, относят основные, рабочие, промежуточные, служебные и архивные файлы.

Основные файлы должны иметь однородную структуру записей и могут содержать записи с оперативной и условно-постоянной информацией. Оперативные файлы могут создаваться на базе одного или нескольких входных файлов и отражать информацию одного или нескольких первичных документов. Файлы с условно-постоянной информацией могут содержать справочную, расценочную, табличную и другие виды информации, изменяющейся в течение года не более чем на 40%, а следовательно, имеющие коэффициент стабильности не менее 0,6.

Файлы со справочной информацией должны отражать все характеристики элементов материального производства (материалы, сырье, основные фонды, трудовые ресурсы и т.п.). Как правило, справочники содержат информацию классификаторов и дополнительные сведения об элементах Материальной сферы, например о ценах. Нормативно-расценочные файлы должны содержать данные о нормах расхода и расценках на выполнение операций и услуг. Табличные файлы содержат сведения об экономических показателях, считающихся постоянными в течение длительного времени (например, процент удержания, отчисления и пр.). Плановые файлы содержат плановые показатели, хранящиеся весь плановый период.

Рабочие файлы создаются для решения конкретных задач на базе основных файлов путем выборки части информации из нескольких основных файлов с целью сокращения времени обработки данных.

Промежуточные файлы отличаются от рабочих файлов тем, что они образуются в результате решения экономических задач, подвергаются хранению с целью дальнейшего использования для решения других задач. Эти файлы, так же как и рабочие файлы, при высокой частоте обращений могут быть также переведены в категорию основных файлов.

Служебные файлы предназначаются для ускорения поиска информации в основных файлах и включают в себя справочники, индексные файлы и каталоги.

Архивные файлы содержат ретроспективные данные из основных файлов, которые используются для решения аналитических, например прогнозных, задач. Архивные данные могут также использоваться для восстановления информационной базы при разрушениях.

Организация хранения файлов в информационной базе должна отвечать следующим требованиям:

  •  полнота хранимой информации для выполнения всех функций управления и решения экономических задач;
  •  целостность хранимой информации, т. е. обеспечение непротиворечивости данных при вводе информации в ИБ;
  •  своевременность и одновременность обновления данных во всех копиях данных;
  •  гибкость системы, т.е. адаптируемость ИБ к изменяющимся информационным потребностям;
  •  реализуемость системы, обеспечивающая требуемую степень сложности структуры ИБ;
  •  релевантность ИБ, под которой подразумевается способность системы осуществлять поиск и выдавать информацию, точно соответствующую запросам пользователей;
  •  удобство языкового интерфейса, позволяющее быстро формулировать запрос к ИБ;
  •  разграничение прав доступа, т.е. определение для каждого пользователя доступных типов записей, полей, файлов и видов операций над ними.

Существуют следующие способы организации ИБ: совокупность локальных файлов, поддерживаемых функциональными пакетами прикладных программ, и интегрированная база данных, основывающаяся на использовании универсальных программных средств загрузки, хранения, поиска и ведения данных, т.е. системы управления базами данных (СУБД).

Локальные файлы вследствие специализации структуры данных под задачи обеспечивают, как правило, более быстрое время обработки данных. Однако недостатки организации локальных файлов, связанные с большим дублированием данных в информационной системе и, как следствие, несогласованностью данных в разных приложениях, а также негибкостью доступа к информации, перекрывают указанные преимущества. Поэтому организация локальных файлов может применяться только в специализированных приложениях, требующих очень высокой скорости реакции при импорте необходимых данных.

Интегрированная ИБ, т.е. база данных (БД) — это совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных при такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для множества приложений.

Централизация управления данными с помощью СУБД обеспечивает совместимость этих данных, уменьшение синтаксической и семантической избыточности, соответствие данных реальному состоянию объекта, разделение хранения данных между пользователями и возможность подключения новых пользователей. Но централизация управления и интеграция данных приводят к проблемам другого характера: необходимости усиления контроля вводимых данных, необходимости обеспечения соглашения между пользователями по поводу состава и структуры данных, разграничения доступа и секретности данных.

Основными способами организации БД являются создание централизованных и распределенных БД. Основным критерием выбора способа организации ИБ является достижение минимальных трудовых и стоимостных затрат на проектирование структуры ИБ, программного обеспечения системы ведения файлов, а также на перепроектирование ИБ при возникновении новых задач.

Лекция_10: Моделирование информационного обеспечения.

Моделирование данных

Одной из основных частей информационного обеспечения является информационная база. Как было определено выше (см. лекцию 8), информационная база (ИБ) представляет собой совокупность данных, организованная определенным способом и хранимая в памяти вычислительной системы в виде файлов, с помощью которых удовлетворяются информационные потребности управленческих процессов и решаемых задач. Разработка БД выполняется с помощью моделирования данных. Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных. Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD). С помощью ERD осуществляется детализация накопителей данных DFD – диаграммы, а также документируются информационные аспекты бизнес-системы, включая идентификацию объектов, важных для предметной области (сущностей), свойств этих объектов (атрибутов) и их связей с другими объектами (отношений).

Базовые понятия ERD

Сущность (Entity) — множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и др.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр (например, АЭРОПОРТ, а не ВНУКОВО).

Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:

  •  иметь уникальное имя; к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация; одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами;
  •  иметь один или несколько атрибутов, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;
  •  иметь один или несколько атрибутов, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности.

Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.

Связь (Relationship) — поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Связь — это ассоциация между сущностями, при которой каждый экземпляр одной сущности ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, и наоборот.

Атрибут (Attribute) — любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных с множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, состояний, идей, предметов и т.д.). Экземпляр атрибута — это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. На диаграмме "сущность-связь" атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута.

Метод IDEFI

Наиболее распространенными методами для построения ERD-диаграмм являются метод Баркера и метод IDEFI.

Метод Баркера основан на нотации, предложенной автором, и используется в case-средстве Oracle Designer.

Метод IDEFI основан на подходе Чена и позволяет построить модель данных, эквивалентную реляционной модели в третьей нормальной форме. На основе совершенствования метода IDEFI создана его новая версия — метод IDEFIX, разработанный с учетом таких требований, как простота для изучения и возможность автоматизации. IDEFIX-диаграммы используются в ряде распространенных CASE-средств (в частности, ERwin, Design/IDEF).

В методе IDEFIX сущность является независимой от идентификаторов или просто независимой, если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется зависимой от идентификаторов или просто зависимой, если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности (рис. 10.1, 10.2).


Рис. 10.1.  Независимые от идентификации сущности


Рис. 10.2.  Зависимые от идентификации сущности

Каждой сущности присваиваются уникальные имя и номер, разделяемые косой чертой "/" и помещаемые над блоком.

Связь может дополнительно определяться с помощью указания степени или мощности (количества экземпляров сущности-потомка, которое может порождать каждый экземпляр сущности-родителя). В IDEFIX могут быть выражены следующие мощности связей:

  •  каждый экземпляр сущности-родителя может иметь ноль, один или более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
  •  каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не менее одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
  •  каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
  •  каждый экземпляр сущности-родителя связан с некоторым фиксированным числом экземпляров сущности-потомка.

Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностью-родителем, то связь называется идентифицирующей, в противном случае — неидентифицирующей.

Связь изображается линией, проводимой между сущностью-родителем и сущностью-потомком, с точкой на конце линии у сущности-потомка (рис. 10.3). Мощность связей может принимать следующие значения: N — ноль, один или более, Z — ноль или один, Р — один или более. По умолчанию мощность связей принимается равной N.


Рис. 10.3.  Графическое изображение мощности связи

Идентифицирующая связь между сущностью-родителем и сущностью-потомком изображается сплошной линией. Сущность-потомок в идентифицирующей связи является зависимой от идентификатора сущностью. Сущность-родитель в идентифицирующей связи может быть как независимой, так и зависимой от идентификатора сущностью (это определяется ее связями с другими сущностями).

Пунктирная линия изображает неидентифицирующую связь (рис. 10.4). Сущность-потомок в неидентифицирующей связи будет не зависимой от идентификатора, если она не является также сущностью-потомком в какой-либо идентифицирующей связи.

Атрибуты изображаются в виде списка имен внутри блока сущности. Атрибуты, определяющие первичный ключ, размещаются наверху списка и отделяются от других атрибутов горизонтальной чертой (рис. 10.4 ).

Сущности могут иметь также внешние ключи (Foreign Key), которые могут использоваться в качестве части или целого первичного ключа или неключевого атрибута. Для обозначения внешнего ключа внутрь блока сущности помещают имена атрибутов, после которых следуют буквы FK в скобках (рис. 10.4).


Рис. 10.4.  Неидентифицирующая связь

Отображение модели данных в инструментальном средстве ERwin

ERwin имеет два уровня представления модели — логический и физический.

Логический уровень — это абстрактный взгляд на данные, когда данные представляются так, как выглядят в реальном мире, и могут называться так, как они называются в реальном мире, например "Постоянный клиент", "Отдел" или "Фамилия сотрудника". Объекты модели, представляемые на логическом уровне, называются сущностями и атрибутами. Логическая модель данных может быть построена на основе другой логической модели, например на основе модели процессов. Логическая модель данных является универсальной и никак не связана с конкретной реализацией СУБД.

Физическая модель данных, напротив, зависит от конкретной СУБД, фактически являясь отображением системного каталога. В физической модели содержится информация обо всех объектах БД. Поскольку стандартов на объекты БД не существует (например, нет стандарта на типы данных), физическая модель зависит от конкретной реализации СУБД. Следовательно, одной и той же логической модели могут соответствовать несколько разных физических моделей. Если в логической модели не имеет значения, какой конкретно тип данных имеет атрибут, то в физической модели важно описать всю информацию о конкретных физических объектах — таблицах, колонках, индексах, процедурах и т.д.

Документирование модели

Многие СУБД имеют ограничение на именование объектов (например, ограничение на длину имени таблицы или запрет использования специальных символов — пробела и т. п.). Зачастую разработчики ИС имеют дело с нелокализованными версиями СУБД. Это означает, что объекты БД могут называться короткими словами, только латинскими символами и без использования специальных символов (т. е. нельзя назвать таблицу, используя предложение — ее можно назвать только одним словом). Кроме того, проектировщики БД нередко злоупотребляют "техническими" наименованиями, в результате таблица и колонки получают наименования типа RTD_324 или CUST_A12 и т.д. Полученную в результате структуру могут понять только специалисты (а чаще всего — только авторы модели), ее невозможно обсуждать с экспертами предметной области. Разделение модели на логическую и физическую позволяет решить эту проблему. На физическом уровне объекты БД могут называться так, как того требуют ограничения СУБД. На логическом уровне можно этим объектам дать синонимы — имена более понятные неспециалистам, в том числе на кириллице и с использованием специальных символов. Например, таблице CUST_A12 может соответствовать сущность Постоянный клиент. Такое соответствие позволяет лучше документировать модель и дает возможность обсуждать структуру данных с экспертами предметной области.

Масштабирование

Создание модели данных, как правило, начинается с разработки логической модели. После описания логической модели проектировщик может выбрать необходимую СУБД, и ERwin автоматически создаст соответствующую физическую модель. На основе физической модели ERwin может сгенерировать системный каталог СУБД или соответствующий SQL-скрипт. Этот процесс называется прямым проектированием (Forward Engineering). Тем самым достигается масштабируемость — создав одну логическую модель данных, можно сгенерировать физические модели под любую поддерживаемую ERwin СУБД. С другой стороны, ERwin способен по содержимому системного каталога или SQL-скрипту воссоздать физическую и логическую модель данных (Reverse Engineering). На основе полученной логической модели данных можно сгенерировать физическую модель для другой СУБД и затем создать ее системный каталог. Следовательно, ERwin позволяет решить задачу по переносу структуры данных с одного сервера на другой. Например, можно перенести структуру данных с Oracle на Informix (или наоборот) или перенести структуру dbf-файлов в реляционную СУБД, тем самым облегчив переход от файл-серверной к клиент-серверной ИС. Однако, формальный перенос структуры "плоских" таблиц на реляционную СУБД обычно неэффективен. Для того чтобы извлечь выгоды от перехода на клиент-серверную технологию, структуру данных следует модифицировать.

Для переключения между логической и физической моделью данных служит список выбора в центральной части панели инструментов ERwin (рис. 10.5).

Если при переключении физической модели еще не существует, она будет создана автоматически.


Рис. 10.5.  Переключение между логической и физической моделью

Интерфейс ERwin. Уровни отображения модели

Интерфейс выполнен в стиле Windows-приложений, достаточно прост и интуитивно понятен. Рассмотрим кратко основные функции ERwin по отображению модели.

Каждому уровню отображения модели соответствует своя палитра инструментов. На логическом уровне палитра инструментов имеет следующие кнопки:

  •  кнопку указателя (режим мыши) — в этом режиме можно установить фокус на каком-либо объекте модели;
  •  кнопку внесения сущности;
  •  кнопку категории (категория, или категориальная связь, — специальный тип связи между сущностями, которая будет рассмотрена ниже);
  •  кнопку внесения текстового блока;
  •  кнопку перенесения атрибутов внутри сущностей и между ними;
  •  кнопки создания связей: идентифицирующую, "многие-ко-многим" и неидентифицирующую.

На физическом уровне палитра инструментов имеет:

  •  вместо кнопки категорий — кнопку внесения представлений (view);
  •  вместо кнопки связи "многие-ко-многим" — кнопку связей представлений.

Для создания моделей данных в ERwin можно использовать две нотации: IDEFIX и IE (Information Engineering). В дальнейшем будет рассматриваться нотация IDEFIX.

ERwin имеет несколько уровней отображения диаграммы: уровень сущностей, уровень атрибутов, уровень определений, уровень первичных ключей и уровень иконок. Переключиться между первыми тремя уровнями можно с использованием кнопок панели инструментов. Переключиться на другие уровни отображения можно при помощи контекстного меню, которое появляется, если "кликнуть" по любому месту диаграммы, не занятому объектами модели. В контекстном меню следует выбрать пункт Display Level (рис. 10.6) и затем — необходимый уровень отображения.


Рис. 10.6.  Выбор уровней отображения диаграммы

Создание логической модели данных

Уровни логической модели

Различают три уровня логической модели, отличающихся по глубине представления информации о данных:

  •  диаграмма сущность-связь (Entity Relationship Diagram, ERD);
  •  модель данных, основанная на ключах (Key Based model, KB);
  •  полная атрибутивная модель (Fully Attributed model, FA).

Диаграмма сущность-связь представляет собой модель данных верхнего уровня. Она включает сущности и взаимосвязи, отражающие основные бизнес-правила предметной области. Такая диаграмма не слишком детализирована, в нее включаются основные сущности и связи между ними, которые удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к ИС. Диаграмма сущность-связь может включать связи "многие-ко-многим" и не включать описание ключей. Как правило, ERD используется для презентаций и обсуждения структуры данных с экспертами предметной области.

Модель данных, основанная на ключах, — более подробное представление данных. Она включает описание всех сущностей и первичных ключей и предназначена для представления структуры данных и ключей, которые соответствуют предметной области.

Полная атрибутивная модель — наиболее детальное представление структуры данных: представляет данные в третьей нормальной форме и включает все сущности, атрибуты и связи.

Сущности и атрибуты

Основные компоненты диаграммы ERwin — это сущности, атрибуты и связи. Каждая сущность является множеством подобных индивидуальных объектов, называемых экземплярами. Каждый экземпляр индивидуален и должен отличаться от всех остальных экземпляров. Атрибут выражает определенное свойство объекта. С точки зрения БД (физическая модель) сущности соответствует таблица, экземпляру сущности — строка в таблице, а атрибуту — колонка таблицы.

Построение модели данных предполагает определение сущностей и атрибутов, т. е. необходимо определить, какая информация будет храниться в конкретной сущности или атрибуте. Сущность можно определить как объект, событие или концепцию, информация о которых должна сохраняться. сущности должны иметь наименование с четким смысловым значением, именоваться существительным в единственном числе, не носить "технических" наименований и быть достаточно важными для того, чтобы их моделировать. Именование сущности в единственном числе облегчает в дальнейшем чтение модели. Фактически имя сущности дается по имени ее экземпляра. Примером может быть сущности Заказчик (но не Заказчики!) с атрибутами Номер заказчика, Фамилия заказчика и Адрес заказчика. На уровне физической модели ей может соответствовать таблица Customer с колонками Customer_number, Customer_name и Customer_address. Каждая сущность должна быть полностью определена с помощью текстового описания. Для внесения дополнительных комментариев и определений к сущности служат свойства, определенные пользователем (UDP). Использование (UDP) аналогично их использованию в BPwin.

Как было указано выше, каждый атрибут хранит информацию об определенном свойстве сущности, а каждый экземпляр сущности должен быть уникальным. Атрибут или группа атрибутов, которые идентифицируют сущность, называется первичным ключем.

Очень важно дать атрибуту правильное имя. Атрибуты должны именоваться в единственном числе и иметь четкое смысловое значение. Соблюдение этого правила позволяет частично решить проблему нормализации данных уже на этапе определения атрибутов. Например, создание в сущности Сотрудник атрибута Телефоны сотрудника противоречит требованиям нормализации, поскольку атрибут должен быть атомарным, т. е. не содержать множественных значений. Согласно синтаксису IDEFIX имя атрибута должно быть уникально в рамках модели (а не только в рамках сущности!). По умолчанию при попытке внесения уже существующего имени атрибута ERwin переименовывает его.

Каждый атрибут должен быть определен, при этом следует избегать циклических определений, например, когда термин 1 определяется через термин 2, термин 2 — через термин 3, а термин 3 в свою очередь — через термин 1. Часто приходится создавать производные атрибуты, т. е. атрибуты, значение которых можно вычислить из других атрибутов. Примером производного атрибута может служить Возраст сотрудника, который может быть вычислен из атрибута Дата рождения сотрудника. Такой атрибут может привести к конфликтам; действительно, если вовремя не обновить значение атрибута Возраст сотрудника, он может противоречить значению атрибута Дата рождения сотрудника. Производные атрибуты — ошибка нормализации, однако их вводят для повышения производительности системы, чтобы не проводить вычисления, которые на практике могут быть сложными.

Связи

Связь является логическим соотношением между сущностями. Каждая связь должна именоваться глаголом или глагольной фразой. Имя связи выражает некоторое ограничение или бизнес-правило и облегчает чтение диаграммы. По умолчанию имя связи на диаграмме не показывается. На логическом уровне можно установить идентифицирующую связь "один-ко-многим", связь "многие-ко-многим" и неидентифицирующую связь "один-ко-многим".

В IDEFIX различают зависимые и независимые сущности. Тип сущности определяется ее связью с другими сущностями. Идентифицирующая связь устанавливается между независимой (родительский конец связи) и зависимой (дочерний конец связи) сущностями. Когда рисуется идентифицирующая связь, ERwin автоматически преобразует дочернюю сущность в зависимую. Зависимая сущность изображается прямоугольником со скругленными углами. Экземпляр зависимой сущности определяется только через отношение к родительской сущности. При установлении идентифицирующей связи атрибуты первичного ключа родительской сущности автоматически переносятся в состав первичного ключа дочерней сущности. Эта операция дополнения атрибутов дочерней сущности при создании связи называется миграцией атрибутов. В дочерней сущности новые атрибуты помечаются как внешний ключ — FK.

При установлении неидентифицирующей связи дочерняя сущность остается независимой, а атрибуты первичного ключа родительской сущности мигрируют в состав неключевых компонентов родительской сущности. Неидентифицирующая связь служит для связывания независимых сущностей.

Идентифицирующая связь показывается на диаграмме сплошной линией с жирной точкой на дочернем конце связи, неидентифицирующая – пунктирной (см. рис. 10.6).

Мощность связей (Cardinality) — служит для обозначения отношения числа экземпляров родительской сущности к числу экземпляров дочерней.

Различают четыре типа сущности:

  •  общий случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 0, 1 или много экземпляров дочерней сущности; не помечается каким-либо символом;
  •  символом Р помечается случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 1 или много экземпляров дочерней сущности (исключено нулевое значение);
  •  символом Z помечается случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 0 или 1 экземпляр дочерней сущности (исключены множественные значения);
  •  цифрой помечается случай точного соответствия, когда одному экземпляру родительской сущности соответствует заранее заданное число экземпляров дочерней сущности.

Имя связи (Verb Phrase) — фраза, характеризующая отношение между родительской и дочерней сущностями. Для связи "один-ко-многим", идентифицирующей или неидентифицирующей, достаточно указать имя, характеризующее отношение от родительской к дочерней сущности (Parent-to-Child). Для связи многие-ко-многим следует указывать имена как Parent-to-Child, так и Child-to-Parent.

Типы сущностей и иерархия наследования

Как было указано выше, связи определяют, является ли сущность независимой или зависимой. Различают несколько типов зависимых сущностей.

Характеристическая — зависимая дочерняя сущность, которая связана только с одной родительской и по смыслу хранит информацию о характеристиках родительской сущности (рис. 10.7).


Рис. 10.7.  Пример характеристической сущности "Хобби"

Ассоциативная — сущность, связанная с несколькими родительскими сущностями. Такая сущность содержит информацию о связях сущностей.

Именующая — частный случай ассоциативной сущности, не имеющей собственных атрибутов (только атрибуты родительских сущностей, мигрировавших в качестве внешнего ключа).

Категориальная — дочерняя сущность в иерархии наследования.

Иерархия наследования (или иерархия категорий) представляет собой особый тип объединения сущностей, которые разделяют общие характеристики. Например, в организации работают служащие, занятые полный рабочий день (постоянные служащие), и совместители. Из их общих свойств можно сформировать обобщенную сущность (родовой предок) Сотрудник (рис. 10.8), чтобы представить информацию, общую для всех типов служащих. Специфическая для каждого типа информация может быть расположена в категориальных сущностях (потомках) Постоянный сотрудник и Совместитель.

Обычно иерархию наследования создают, когда несколько сущностей имеют общие по смыслу атрибуты, либо когда сущности имеют общие по смыслу связи (например, если бы Постоянный сотрудник и Совместитель имели сходную по смыслу связь "работает в" с сущностью Организация), либо когда это диктуется бизнес-правилами.

Для каждой категории можно указать дискриминатор — атрибут родового предка, который показывает, как отличить одну категориальную сущность от другой (атрибут Тип на рис. 10.8).


Рис. 10.8.  Иерархия наследования. Неполная категория

Иерархии категорий делятся на два типа — полные и неполные. В полной категории одному экземпляру родового предка (сущность Служащий, рис. 10.9) обязательно соответствует экземпляр в каком-либо потомке, т. е. в примере служащий обязательно является либо совместителем, либо консультантом, либо постоянным сотрудником.


Рис. 10.9.  Иерархия наследования. Полная категория

Если категория еще не выстроена полностью и в родовом предке могут существовать экземпляры, которые не имеют соответствующих экземпляров в потомках, то такая категория будет неполной. На рис. 10.8 показана неполная категория — сотрудник может быть не только постоянным или совместителем, но и консультантом, однако сущность Консультант еще не внесена в иерархию наследования.

Ключи

Как было сказано выше, каждый экземпляр сущности должен быть уникален и должен отличаться от других атрибутов.

Первичный ключ (primary key) — это атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующая экземпляр сущности. атрибуты первичного ключа на диаграмме не требуют специального обозначения — это те атрибуты, которые находятся в списке атрибутов выше горизонтальной линии (см., например, рис. 10.9).

В одной сущности могут оказаться несколько атрибутов или наборов атрибутов, претендующих на роль первичного ключа. Такие претенденты называются потенциальными ключами (candidate key).

Ключи могут быть сложными, т. е. содержащими несколько атрибутов. Сложные первичные ключи не требуют специального обозначения — это список атрибутов, расположенных выше горизонтальной линии.

Рассмотрим кандидатов на роль первичного ключа сущности Сотрудник (рис. 10.10).


Рис. 10.10.  Определение первичного ключа для сущности "Сотрудник"

Здесь можно выделить следующие потенциальные ключи:

  1.  Табельный номер;
  2.  Номер паспорта;
  3.  Фамилия + Имя + Отчество.

Для того чтобы стать первичным, потенциальный ключ должен удовлетворять ряду требований:

Уникальность. Два экземпляра не должны иметь одинаковых значений возможного ключа. потенциальный ключ № 3 (Фамилия + Имя + Отчество) является плохим кандидатом, поскольку в организации могут работать полные тезки.

Компактность. Сложный возможный ключ не должен содержать ни одного атрибута, удаление которого не приводило бы к утрате уникальности. Для обеспечения уникальности ключа № 3 дополним его атрибутами Дата рождения и Цвет волос. Если бизнес-правила говорят, что сочетания атрибутов Фамилия + Имя + Отчество + Дата рождения достаточно для однозначной идентификации сотрудника, то Цвет волос оказывается лишним, т. е. ключ Фамилия + Имя + Отчество + Дата рождения + Цвет волос не является компактным.

При выборе первичного ключа предпочтение должно отдаваться более простым ключам, т. е. ключам, содержащим меньшее количество атрибутов. В приведенном примере ключи № 1 и 2 предпочтительней ключа № 3.

Атрибуты ключа не должны содержать нулевых значений. Значение атрибутов ключа не должно меняться в течение всего времени существования экземпляра сущности. Сотрудница организации может выйти замуж и сменить как фамилию, так и паспорт. Поэтому ключи № 2 и 3 не подходят на роль первичного ключа.

Каждая сущность должна иметь по крайней мере один потенциальный ключ. Многие сущности имеют только один потенциальный ключ. Такой ключ становится первичным. Некоторые сущности могут иметь более одного возможного ключа. Тогда один из них становится первичным, а остальные — альтернативными ключами.

Альтернативный ключ (Alternate Key) — это потенциальный ключ, не ставший первичным.

Нормализация данных

Нормализация данных — процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью удовлетворения требований к реляционной модели данных. Нормализация позволяет быть уверенным, что каждый атрибут определен для своей сущности, а также значительно сократить объем памяти для хранения информации и устранить аномалии в организации хранения данных. В результате проведения нормализации должна быть создана структура данных, при которой информация о каждом факте хранится только в одном месте. Процесс нормализации сводится к последовательному приведению структуры данных к нормальным формам — формализованным требованиям к организации данных. Известны шесть нормальных форм.

На практике обычно ограничиваются приведением данных к третьей нормальной форме. Для углубленного изучения нормализации рекомендуется книга К. Дж. Дейта "Введение в системы баз данных" (Киев; М.: Диалектика, 1998).

ERwin не содержит полного алгоритма нормализации и не может проводить нормализацию автоматически, однако его возможности облегчают создание нормализованной модели данных. Запрет на присвоение неуникальных имен атрибутов в рамках модели (при соответствующей установке опции Unique Name) облегчает соблюдение правила "один факт — в одном месте". Имена ролей атрибутов внешних ключей и унификация атрибутов также облегчают построение нормализованной модели.

Домены

Домен можно определить как совокупность значений, из которых берутся значения атрибутов. Каждый атрибут может быть определен только на одном домене, но на каждом домене может быть определено множество атрибутов. В понятие домена входит не только тип данных, но и область значений данных. Например, можно определить домен "Возраст" как положительное целое число и определить атрибут Возраст сотрудника как принадлежащий этому домену.

В ERwin домен может быть определен только один раз и использоваться как в логической, так и в физической модели.

Домены позволяют облегчить работу с данными как разработчикам на этапе проектирования, так и администраторам БД на этапе эксплуатации системы. На логическом уровне домены можно описать без конкретных физических свойств. На физическом уровне они автоматически получают специфические свойства, которые можно изменить вручную. Так, домен "Возраст" может иметь на логическом уровне тип Number, на физическом уровне колонкам домена будет присвоен тип INTEGER.

Каждый домен может быть описан, снабжен комментарием или свойством, определенным пользователем (UDP).

Создание физической модели данных

Физическая модель содержит всю информацию, необходимую для реализации конкретной БД. Различают два уровня физической модели:

  •  трансформационную модель;
  •  модель СУБД.

Трансформационная модель содержит информацию для реализации отдельного проекта, который может быть частью общей ИС и описывать подмножество предметной области. Данная модель позволяет проектировщикам и администраторам БД лучше представить, какие объекты БД хранятся в словаре данных, и проверить, насколько физическая модель удовлетворяет требованиям к ИС.

Модель СУБД автоматически генерируется из трансформационной модели и является точным отображением системного каталога СУБД.

Физический уровень представления модели зависит от выбранного сервера. ERwin поддерживает более 20 реляционных и нереляционных БД.

По умолчанию ERwin генерирует имена таблиц и индексов по шаблону на основе имен соответствующих сущностей и ключей логической модели, которые в дальнейшем могут быть откорректированы вручную. Имена таблиц и колонок будут сгенерированы по умолчанию на основе имен сущностей и атрибутов логической модели.

Правила валидации и значения по умолчанию

ERwin поддерживает правила валидации для колонок, а также значение, присваиваемое колонкам по умолчанию.

Правило валидации задает список допустимых значений для конкретной колонки и/или правила проверки допустимых значений. В список допустимых значений можно вносить новые значения. ERwin позволяет сгенерировать правила валидации соответственно синтаксису выбранной СУБД с учетом границ диапазона или списка значений.

Значение по умолчанию – значение, которое нужно ввести в колонку, если никакое другое значение не задано явным образом во время ввода данных. С каждой колонкой или доменом можно связать значение по умолчанию. Список значений можно редактировать.

После создания правила валидации и значения по умолчанию их можно присвоить одной или нескольким колонкам или доменами.

Индексы

В БД данные обычно хранятся в том порядке, в котором их ввели в таблицу. Многие реляционные СУБД имеют страничную организацию, при которой таблица может храниться фрагментарно в разных областях диска, причем строки таблицы располагаются на страницах неупорядоченно. Такой способ позволяет быстро вводить новые данные, но затрудняет поиск данных.

Чтобы решить проблему поиска, СУБД используют объекты, называемые индексами. Индекс содержит отсортированную по колонке или нескольким колонкам информацию и указывает на строки, в которых хранится конкретное значение колонки. Поскольку значения в индексе хранятся в определенном порядке, при поиске просматривать нужно значительно меньший объем данных, что существенно уменьшает время выполнения запроса. Индекс рекомендуется создавать для тех колонок, по которым часто производится поиск.

При генерации схемы физической БД ERwin автоматически создает индекс на основе первичного ключа каждой таблицы, а также на основе всех альтернативных ключей и внешних ключей, поскольку эти колонки наиболее часто используются для поиска данных. Можно отказаться от генерации индексов по умолчанию и создать собственные индексы. Для увеличения эффективности поиска администратор БД должен анализировать часто выполняемые запросы и на основе анализа создавать собственные индексы.

Триггеры и хранимые процедуры

Триггеры и хранимые процедуры – это именованные блоки кода SQL, которые заранее откомпилированы и хранятся на сервере для того, чтобы быстро производить обработку запросов, валидацию данных и другие часто выполняемые функции. Хранение и выполнение кода на сервере позволяет создавать код только один раз, а не в каждом приложении, работающем с БД. Это экономит время при написании и сопровождении программ. При этом гарантируется, что целостность данных и бизнес-правила поддерживаются независимо от того, какое именно клиентское приложение обращается к данным. Триггеры и хранимые процедуры не требуется пересылать по сети из клиентского приложения, что значительно снижает сетевой трафик.

Хранимой процедурой называется именованный набор предварительно откомпилированных команд SQL, который может вызываться из клиентского приложения или из другой хранимой процедуры.

Триггером называется процедура, которая выполняется автоматически как реакция на событие. Таким событием может быть вставка, изменение или удаление строки в существующей таблице. Триггер сообщает СУБД, какие действия нужно выполнить при выполнении команд SQL INSERT, UPDATE или DELETE для обеспечения дополнительной функциональности, выполняемой на сервере.

Триггер ссылочной целостности – это особый вид триггера, используемый для поддержания целостности между двумя таблицами, которые связаны между собой. Если строка в одной таблице вставляется, изменяется или удаляется, то триггер ссылочной целостности сообщает СУБД, что нужно делать с теми строками в других таблицах, у которых значение внешнего ключа совпадает со значением первичного ключа вставленной строки (измененной или удаленной строки).

Для генерации триггеров ERwin использует механизм шаблонов – специальных скриптов, использующих макрокоманды. При генерации кода триггера вместо макрокоманд подставляются имена таблиц, колонок, переменные и другие фрагменты кода, соответствующие синтаксису выбранной СУБД. Шаблоны триггеров ссылочной целостности, генерируемые ERwin по умолчанию, можно изменять.

Для создания и редактирования хранимых процедур ERwin располагает специальными редакторами, аналогичными редакторам, используемым для создания триггеров. В отличие от триггера хранимая процедура не выполняется в ответ на какое-то событие, а вызывается из другой программы, которая передает на сервер имя процедуры. Хранимая процедура более гибкая, чем триггер, поскольку может вызывать другие хранимые процедуры. Ей можно передавать параметры, и она может возвращать параметры, значения и сообщения.

Проектирование хранилищ данных

В хранилища данных помещают данные, которые редко меняются. Хранилища ориентированы на выполнение аналитических запросов, обеспечивающих поддержку принятия решений для руководителей и менеджеров. При проектировании хранилищ данных необходимо выполнять следующие требования:

  •  хранилище должно иметь понятную для пользователей структуру данных;
  •  должны быть выделены статические данные, которые модифицируются по расписанию (ежедневно, еженедельно, ежеквартально);
  •  должны быть упрощены требования к запросам для исключения запросов, требующих множественных утверждений SQL в традиционных реляционных СУБД;
  •  должна обеспечиваться поддержка сложных запросов SQL, требующих обработки миллионов записей.

Как видно из этих требований, по своей структуре реляционные СУБД существенно отличаются от хранилищ данных. Нормализация данных в реляционных СУБД приводит к созданию множества связанных между собой таблиц. Выполнение сложных запросов неизбежно приводит к объединению многих таблиц, что значительно увеличивает время отклика. Проектирование хранилища данных подразумевает создание денормализованной структуры данных, ориентированных в первую очередь на высокую производительность при выполнении аналитических запросов. Нормализация делает модель хранилища слишком сложной, затрудняет ее понимание и снижает скорость выполнения запроса. Для эффективного проектирования хранилищ данных ERwin использует размерную модель – методологию проектирования, предназначенную специально для разработки хранилищ данных. Размерное моделирование сходно с моделированием связей и сущностей для реляционной модели, но имеет другую цель. Реляционная модель акцентируется на целостности и эффективности ввода данных. Размерная модель ориентирована в первую очередь на выполнение сложных запросов

В размерном моделировании принят стандарт модели, называемый схемой "звезда", которая обеспечивает высокую скорость выполнения запроса посредством денормализации и разделения данных. Невозможно создать универсальную структуру данных, обеспечивающую высокую скорость обработки любого запроса, поэтому схема "звезда" строится для обеспечения наивысшей производительности при выполнении самого важного запроса (или группы запросов).

Схема "звезда" обычно содержит одну большую таблицу, называемую таблицей факта, помещенную в центре. Ее окружают меньшие таблицы, называемые таблицами размерности, которые связаны с таблицей факта радиальными связями.

Для создания БД со схемой "звезда" необходимо проанализировать бизнес-правила предметной области для выяснения центрального запроса. Данные, обеспечивающие выполнение этого запроса, должны быть помещены в центральную таблицу. При проектировании хранилища важно определить источник данных, метод, которым данные извлекаются, преобразуются и фильтруются, прежде чем они импортируются в хранилище. Знания об источнике данных позволяют поддерживать регулярное обновление и проверку качества данных.

Вычисление размера БД

ERwin позволяет рассчитать приблизительный размер БД в целом, а также таблиц, индексов и других объектов через определенный период времени после начала эксплуатации ИС. Расчет строится на основе следующих параметров: начальное количество строк; максимальное количество строк; прирост количества строк в месяц. Результаты расчетов сводятся в отчет.

Прямое и обратное проектирование

Прямым проектированием называется процесс генерации физической схемы БД из логической модели. При генерации физической схемы ERwin включает триггеры ссылочной целостности, хранимые процедуры, индексы, ограничения и другие возможности, доступные при определении таблиц в выбранной СУБД.

Обратным проектированием называется процесс генерации логической модели из физической БД. Обратное проектирование позволяет конвертировать БД из одной СУБД в другую. После создания логической модели БД путем обратного проектирования можно переключиться на другой сервер и произвести прямое проектирование.

Кроме режима прямого и обратного проектирования программа обеспечивает синхронизацию между логической моделью и системным каталогом СУБД на протяжении всего жизненного цикла создания ИС.

Генерация кода клиентской части с помощью ERwin

Расширенные атрибуты

ERwin поддерживает не только проектирование сервера БД, но и автоматическую генерацию клиентского приложения в средах разработки MS Visual Basic и Power Builder. Технология генерации состоит в том, что на этапе разработки физической модели данных каждой колонке присваиваются расширенные атрибуты, содержащие информацию о свойствах объектов клиентского приложения (в том числе и визуальных), которые будут отображать информацию, хранящуюся в соответствующей колонке. Эта информация записывается в файле модели. На основе информации, содержащейся в расширенных атрибутах, генерируются экранные формы. Полученный код может быть откомпилирован и выполнен без дополнительного ручного кодирования.

Каждой колонке в модели ERwin можно задать предварительно описанные и именованные свойства:

  •  правила валидации (проверка значений);
  •  начальные значения, устанавливаемые по умолчанию;
  •  стиль визуального объекта (например, радиокнопка, поле ввода и др.);
  •  формат изображения.

Для описания каждого свойства ERwin содержит соответствующие редакторы.

Генерация кода в Visual Basic

ERwin поддерживает генерацию кода в Visual Basic версий 4.0 и 5.0. В качестве источника информации при генерации форм служит модель ERwin. С помощью ERwin можно одновременно описывать как клиентскую часть (объекты, отображающие данные на экране), так и сервер БД (процедуры и триггеры), тем самым оптимально распределяя функциональность ИС между клиентской и серверной частью. Компонент ERwin Form Wizard автоматически проектирует формы с дочерними объектами – кнопками, списками, полями, радиокнопками и т. д., используя расширенные атрибуты. Совместное использование ERwin и Visual Basic позволяет сократить жизненный цикл разработки ИС путем употребления для каждой задачи наиболее эффективного инструмента. Visual Basic может быть использован для проектирования визуального интерфейса, а ERwin – для разработки физической и логической модели данных с последующей генерацией системного каталога сервера. Если БД уже существует, то с помощью ERwin можно провести обратное проектирование, полученную модель дополнить расширенными атрибутами и сгенерировать клиентское приложение.

Создание отчетов

Для генерации отчетов в ERwin имеется простой и эффективный инструмент – Report Browser. По умолчанию Report Browser содержит предварительно определенные отчеты, позволяющие наглядно представить информацию об основных объектах модели данных – как логической, так и физической. С помощью специального редактора существующие отчеты можно изменить или создать собственный отчет. Каждый отчет может быть настроен индивидуально, данные в нем могут быть отсортированы и отфильтрованы. Browser Report позволяет сохранять результаты выполнения отчетов, печатать и экспортировать их в распространенные форматы.

Генерация словарей

Для управления большими проектами ERwin имеет специальный инструмент – ERwin Dictionary, который обеспечивает коллективную работу над диаграммами и позволяет сохранять и документировать различные версии моделей данных. ERwin Dictionary представляет собой специальную БД, которая позволяет решить проблемы документирования и хранения моделей, однако не полностью отвечает требованиям многопользовательской работы.

Лекция_1: Основные понятия технологии проектирования информационных систем (ИС). 

Информация в современном мире превратилась в один из наиболее важных ресурсов, а информационные системы (ИС) стали необходимым инструментом практически во всех сферах деятельности.

Разнообразие задач, решаемых с помощью ИС, привело к появлению множества разнотипных систем, отличающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.

Информационные системы можно классифицировать по целому ряду различных признаков. В основу рассматриваемой классификации положены наиболее существенные признаки, определяющие функциональные возможности и особенности построения современных систем. В зависимости от объема решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования, информационные системы делятся на ряд групп (классов) (рис. 1.1).

По типу хранимых данных ИС делятся на фактографические и документальные. Фактографические системы предназначены для хранения и обработки структурированных данных в виде чисел и текстов. Над такими данными можно выполнять различные операции. В документальных системах информация представлена в виде документов, состоящих из наименований, описаний, рефератов и текстов. Поиск по неструктурированным данным осуществляется с использованием семантических признаков. Отобранные документы предоставляются пользователю, а обработка данных в таких системах практически не производится.

Основываясь на степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой, информационные системы делятся на ручные, автоматические и автоматизированные.


Рис. 1.1.  Класcификация информационных систем

Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.

В автоматических ИС все операции по переработке информации выполняются без участия человека.

Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутинных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соответствует современному представлению понятия "информационная система".

В зависимости от характера обработки данных ИС делятся на информационно-поисковые и информационно-решающие.

Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. (Например, ИС библиотечного обслуживания, резервирования и продажи билетов на транспорте, бронирования мест в гостиницах и пр.)

Информационно-решающие системы осуществляют, кроме того, операции переработки информации по определенному алгоритму. По характеру использования выходной информации такие системы принято делить на управляющие и советующие.

Результирующая информация управляющих ИС непосредственно трансформируется в принимаемые человеком решения. Для этих систем характерны задачи расчетного характера и обработка больших объемов данных. (Например, ИС планирования производства или заказов, бухгалтерского учета.)

Советующие ИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и учитывается при формировании управленческих решений, а не инициирует конкретные действия. Эти системы имитируют интеллектуальные процессы обработки знаний, а не данных. (Например, экспертные системы.)

В зависимости от сферы применения различают следующие классы ИС.

Информационные системы организационного управления - предназначены для автоматизации функций управленческого персонала как промышленных предприятий, так и непромышленных объектов (гостиниц, банков, магазинов и пр.).

Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом, снабжением и другие экономические и организационные задачи.

ИС управления технологическими процессами (ТП) - служат для автоматизации функций производственного персонала по контролю и управлению производственными операциями. В таких системах обычно предусматривается наличие развитых средств измерения параметров технологических процессов (температуры, давления, химического состава и т.п.), процедур контроля допустимости значений параметров и регулирования технологических процессов.

ИС автоматизированного проектирования (САПР) - предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.

Интегрированные (корпоративные) ИС - используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от планирования деятельности до сбыта продукции. Они включают в себя ряд модулей (подсистем), работающих в едином информационном пространстве и выполняющих функции поддержки соответствующих направлений деятельности. Типовые задачи, решаемые модулями корпоративной системы, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Функциональное назначение модулей корпоративной ИС.

Подсистема маркетинга

Производственные подсистемы

Финансовые и учетные подсистемы

Подсистема кадров (человеческих ресурсов)

Прочие подсистемы (например, ИС руководства)

Исследование рынка и прогнозирование продаж

Планирование объемов работ и разработка календарных планов

Управление портфелем заказов

Анализ и прогнозирование потребности в трудовых ресурсах

Контроль за деятельностью фирмы

Управление продажами

Оперативный контроль и управление производством

Управление кредитной политикой

Ведение архивов записей о персонале

Выявление оперативных проблем

Рекомендации по производству новой продукции

Анализ работы оборудования

Разработка финансового плана

Анализ и планирование подготовки кадров

Анализ управленческих и стратегических ситуаций

Анализ и установление цены

Участие в формировании заказов поставщикам

Финансовый анализ и прогнозирование

Обеспечение процесса выработки стратегических решений

Учет заказов

Управление запасами

Контроль бюджета, бухгалтерский учет и расчет зарплаты

Анализ современного состояния рынка ИС показывает устойчивую тенденцию роста спроса на информационные системы организационного управления. Причем спрос продолжает расти именно на интегрированные системы управления. Автоматизация отдельной функции, например, бухгалтерского учета или сбыта готовой продукции, считается уже пройденным этапом для многих предприятий.

В таблице 1.2 приведен перечень наиболее популярных в настоящее время программных продуктов для реализации ИС организационного управления различных классов.

Таблица 1.2. Классификация рынка информационных систем

Локальные системы

Малые интегрированные системы

Средние интегрированные системы

Крупные интегрированные системы (IC)

  •  БЭСТ
  •  Инотек
  •  Инфософт
  •  Супер-Менеджер
  •  Турбо-Бухгалтер
  •  Инфо-Бухгалтер
  •  Concorde XAL Exact
  •  NS-2000 Platinum PRO/MIS
  •  Scala SunSystems
  •  БЭСТ-ПРО 
  •  1C-Предприятие
  •  БОСС-Корпорация
  •  Галактика
  •  Парус
  •  Ресурс
  •  Эталон
  •  Microsoft-Business Solutions - Navision, Axapta
  •  J D Edwards (Robertson & Blums)
  •  MFG-Pro (QAD/BMS)
  •  SyteLine (COKAП/SYMIX)
  •  SAP/R3 (SAP AG)
  •  Baan (Baan)
  •  BPCS (ITS/SSA)
  •  OEBS (Oracle E-Business Suite)

Существует классификация ИС в зависимости от уровня управления, на котором система используется.

Информационная система оперативного уровня - поддерживает исполнителей, обрабатывая данные о сделках и событиях (счета, накладные, зарплата, кредиты, поток сырья и материалов). Информационная система оперативного уровня является связующим звеном между фирмой и внешней средой.

Задачи, цели, источники информации и алгоритмы обработки на оперативном уровне заранее определены и в высокой степени структурированы.

Информационные системы специалистов - поддерживают работу с данными и знаниями, повышают продуктивность и производительность работы инженеров и проектировщиков. Задача подобных информационных систем - интеграция новых сведений в организацию и помощь в обработке бумажных документов.

Информационные системы уровня менеджмента - используются работниками среднего управленческого звена для мониторинга, контроля, принятия решений и администрирования. Основные функции этих информационных систем:

  •  сравнение текущих показателей с прошлыми;
  •  составление периодических отчетов за определенное время, а не выдача отчетов по текущим событиям, как на оперативном уровне;
  •  обеспечение доступа к архивной информации и т.д.

Стратегическая информационная система - компьютерная информационная система, обеспечивающая поддержку принятия решений по реализации стратегических перспективных целей развития организации.

Информационные системы стратегического уровня помогают высшему звену управленцев решать неструктурированные задачи, осуществлять долгосрочное планирование. Основная задача - сравнение происходящих во внешнем окружении изменений с существующим потенциалом фирмы. Они призваны создать общую среду компьютерной телекоммуникационной поддержки решений в неожиданно возникающих ситуациях. Используя самые совершенные программы, эти системы способны в любой момент предоставить информацию из многих источников. Некоторые стратегические системы обладают ограниченными аналитическими возможностями.

С точки зрения программно-аппаратной реализации можно выделить ряд типовых архитектур ИС.

Традиционные архитектурные решения основаны на использовании выделенных файл-серверов или серверов баз данных. Существуют также варианты архитектур корпоративных информационных систем, базирующихся на технологии Internet (Intranet-приложения). Следующая разновидность архитектуры информационной системы основывается на концепции "хранилища данных" (DataWarehouse) - интегрированной информационной среды, включающей разнородные информационные ресурсы. И, наконец, для построения глобальных распределенных информационных приложений используется архитектура интеграции информационно-вычислительных компонентов на основе объектно-ориентированного подхода.

Индустрия разработки автоматизированных информационных систем управления зародилась в 1950-х - 1960-х годах и к концу века приобрела вполне законченные формы.

На первом этапе основным подходом в проектировании ИС был метод "снизу-вверх", когда система создавалась как набор приложений, наиболее важных в данный момент для поддержки деятельности предприятия. Основной целью этих проектов было не создание тиражируемых продуктов, а обслуживание текущих потребностей конкретного учреждения. Такой подход отчасти сохраняется и сегодня. В рамках "лоскутной автоматизации" достаточно хорошо обеспечивается поддержка отдельных функций, но практически полностью отсутствует стратегия развития комплексной системы автоматизации, а объединение функциональных подсистем превращается в самостоятельную и достаточно сложную проблему.

Создавая свои отделы и управления автоматизации, предприятия пытались "обустроиться" своими силами. Однако периодические изменения технологий работы и должностных инструкций, сложности, связанные с разными представлениями пользователей об одних и тех же данных, приводили к непрерывным доработкам программных продуктов для удовлетворения все новых и новых пожеланий отдельных работников. Как следствие - и работа программистов, и создаваемые ИС вызывали недовольство руководителей и пользователей системы.

Следующий этап связан с осознанием того факта, что существует потребность в достаточно стандартных программных средствах автоматизации деятельности различных учреждений и предприятий. Из всего спектра проблем разработчики выделили наиболее заметные: автоматизацию ведения бухгалтерского аналитического учета и технологических процессов. Системы начали проектироваться "сверху-вниз", т.е. в предположении, что одна программа должна удовлетворять потребности многих пользователей.

Сама идея использования универсальной программы накладывает существенные ограничения на возможности разработчиков по формированию структуры базы данных, экранных форм, по выбору алгоритмов расчета. Заложенные "сверху" жесткие рамки не дают возможности гибко адаптировать систему к специфике деятельности конкретного предприятия: учесть необходимую глубину аналитического и производственно-технологического учета, включить необходимые процедуры обработки данных, обеспечить интерфейс каждого рабочего места с учетом функций и технологии работы конкретного пользователя. Решение этих задач требует серьезных доработок системы. Таким образом, материальные и временные затраты на внедрение системы и ее доводку под требования заказчика обычно значительно превышают запланированные показатели.

Согласно статистическим данным, собранным Standish Group (США), из 8380 проектов, обследованных в США в 1994 году, неудачными оказались более 30% проектов, общая стоимость которых превышала 80 миллиардов долларов. При этом оказались выполненными в срок лишь 16% от общего числа проектов, а перерасход средств составил 189% от запланированного бюджета.

В то же время, заказчики ИС стали выдвигать все больше требований, направленных на обеспечение возможности комплексного использования корпоративных данных в управлении и планировании своей деятельности.

Таким образом, возникла насущная необходимость формирования новой методологии построения информационных систем.

Цель такой методологии заключается в регламентации процесса проектирования ИС и обеспечении управления этим процессом с тем, чтобы гарантировать выполнение требований как к самой ИС, так и к характеристикам процесса разработки. Основными задачами, решению которых должна способствовать методология проектирования корпоративных ИС, являются следующие:

  •  обеспечивать создание корпоративных ИС, отвечающих целям и задачам организации, а также предъявляемым требованиям по автоматизации деловых процессов заказчика;
  •  гарантировать создание системы с заданным качеством в заданные сроки и в рамках установленного бюджета проекта;
  •  поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации и наращивания системы;
  •  обеспечивать преемственность разработки, т.е. использование в разрабатываемой ИС существующей информационной инфраструктуры организации (задела в области информационных технологий).

Внедрение методологии должно приводить к снижению сложности процесса создания ИС за счет полного и точного описания этого процесса, а также применения современных методов и технологий создания ИС на всем жизненном цикле ИС - от замысла до реализации.

Проектирование ИС охватывает три основные области:

  •  проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных;
  •  проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным;
  •  учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п.

Проектирование информационных систем всегда начинается с определения цели проекта. В общем виде цель проекта можно определить как решение ряда взаимосвязанных задач, включающих в себя обеспечение на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации:

  •  требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования;
  •  требуемой пропускной способности системы;
  •  требуемого времени реакции системы на запрос;
  •  безотказной работы системы;
  •  необходимого уровня безопасности;
  •  простоты эксплуатации и поддержки системы.

Согласно современной методологии, процесс создания ИС представляет собой процесс построения и последовательного преобразования ряда согласованных моделей на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) ИС. На каждом этапе ЖЦ создаются специфичные для него модели - организации, требований к ИС, проекта ИС, требований к приложениям и т.д. Модели формируются рабочими группами команды проекта, сохраняются и накапливаются в репозитории проекта. Создание моделей, их контроль, преобразование и предоставление в коллективное пользование осуществляется с использованием специальных программных инструментов - CASE-средств.

Процесс создания ИС делится на ряд этапов (стадий [1]), ограниченных некоторыми временными рамками и заканчивающихся выпуском конкретного продукта (моделей, программных продуктов, документации и пр.).

Обычно выделяют следующие этапы создания ИС: формирование требований к системе, проектирование, реализация, тестирование, ввод в действие, эксплуатация и сопровождение [1] [2]. (Последние два этапа далее не рассматриваются, поскольку выходят за рамки тематики книги.)

Начальным этапом процесса создания ИС является моделирование бизнес-процессов, протекающих в организации и реализующих ее цели и задачи. Модель организации, описанная в терминах бизнес-процессов и бизнес-функций, позволяет сформулировать основные требования к ИС. Это фундаментальное положение методологии обеспечивает объективность в выработке требований к проектированию системы. Множество моделей описания требований к ИС затем преобразуется в систему моделей, описывающих концептуальный проект ИС. Формируются модели архитектуры ИС, требований к программному обеспечению (ПО) и информационному обеспечению (ИО). Затем формируется архитектура ПО и ИО, выделяются корпоративные БД и отдельные приложения, формируются модели требований к приложениям и проводится их разработка, тестирование и интеграция.

Целью начальных этапов создания ИС, выполняемых на стадии анализа деятельности организации, является формирование требований к ИС, корректно и точно отражающих цели и задачи организации-заказчика. Чтобы специфицировать процесс создания ИС, отвечающей потребностям организации, нужно выяснить и четко сформулировать, в чем заключаются эти потребности. Для этого необходимо определить требования заказчиков к ИС и отобразить их на языке моделей в требования к разработке проекта ИС так, чтобы обеспечить соответствие целям и задачам организации.

Задача формирования требований к ИС является одной из наиболее ответственных, трудно формализуемых и наиболее дорогих и тяжелых для исправления в случае ошибки. Современные инструментальные средства и программные продукты позволяют достаточно быстро создавать ИС по готовым требованиям. Но зачастую эти системы не удовлетворяют заказчиков, требуют многочисленных доработок, что приводит к резкому удорожанию фактической стоимости ИС. Основной причиной такого положения является неправильное, неточное или неполное определение требований к ИС на этапе анализа.

На этапе проектирования прежде всего формируются модели данных. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа. Построение логической и физической моделей данных является основной частью проектирования базы данных. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных.

Параллельно с проектированием схемы базы данных выполняется проектирование процессов, чтобы получить спецификации (описания) всех модулей ИС. Оба эти процесса проектирования тесно связаны, поскольку часть бизнес-логики обычно реализуется в базе данных (ограничения, триггеры, хранимые процедуры). Главная цель проектирования процессов заключается в отображении функций, полученных на этапе анализа, в модули информационной системы. При проектировании модулей определяют интерфейсы программ: разметку меню, вид окон, горячие клавиши и связанные с ними вызовы.

Конечными продуктами этапа проектирования являются:

  •  схема базы данных (на основании ER-модели, разработанной на этапе анализа);
  •  набор спецификаций модулей системы (они строятся на базе моделей функций).

Кроме того, на этапе проектирования осуществляется также разработка архитектуры ИС, включающая в себя выбор платформы (платформ) и операционной системы (операционных систем). В неоднородной ИС могут работать несколько компьютеров на разных аппаратных платформах и под управлением различных операционных систем. Кроме выбора платформы, на этапе проектирования определяются следующие характеристики архитектуры:

  •  будет ли это архитектура "файл-сервер" или "клиент-сервер";
  •  будет ли это 3-уровневая архитектура со следующими слоями: сервер, ПО промежуточного слоя (сервер приложений), клиентское ПО;
  •  будет ли база данных централизованной или распределенной. Если база данных будет распределенной, то какие механизмы поддержки согласованности и актуальности данных будут использоваться;
  •  будет ли база данных однородной, то есть, будут ли все серверы баз данных продуктами одного и того же производителя (например, все серверы только Oracle или все серверы только DB2 UDB). Если база данных не будет однородной, то какое ПО будет использовано для обмена данными между СУБД разных производителей (уже существующее или разработанное специально как часть проекта);.
  •  будут ли для достижения должной производительности использоваться параллельные серверы баз данных (например, Oracle Parallel Server, DB2 UDB и т.п.).

Этап проектирования завершается разработкой технического проекта ИС.

На этапе реализации осуществляется создание программного обеспечения системы, установка технических средств, разработка эксплуатационной документации.

Этап тестирования обычно оказывается распределенным во времени.

После завершения разработки отдельного модуля системы выполняют автономный тест, который преследует две основные цели:

  •  обнаружение отказов модуля (жестких сбоев);
  •  соответствие модуля спецификации (наличие всех необходимых функций, отсутствие лишних функций).

После того как автономный тест успешно пройдет, модуль включается в состав разработанной части системы и группа сгенерированных модулей проходит тесты связей, которые должны отследить их взаимное влияние.

Далее группа модулей тестируется на надежность работы, то есть проходят, во-первых, тесты имитации отказов системы, а во-вторых, тесты наработки на отказ. Первая группа тестов показывает, насколько хорошо система восстанавливается после сбоев программного обеспечения, отказов аппаратного обеспечения. Вторая группа тестов определяет степень устойчивости системы при штатной работе и позволяет оценить время безотказной работы системы. В комплект тестов устойчивости должны входить тесты, имитирующие пиковую нагрузку на систему.

Затем весь комплект модулей проходит системный тест - тест внутренней приемки продукта, показывающий уровень его качества. Сюда входят тесты функциональности и тесты надежности системы.

Последний тест информационной системы - приемо-сдаточные испытания. Такой тест предусматривает показ информационной системы заказчику и должен содержать группу тестов, моделирующих реальные бизнес-процессы, чтобы показать соответствие реализации требованиям заказчика.

Необходимость контролировать процесс создания ИС, гарантировать достижение целей разработки и соблюдение различных ограничений (бюджетных, временных и пр.) привело к широкому использованию в этой сфере методов и средств программной инженерии: структурного анализа, объектно-ориентированного моделирования, CASE-систем.

Лекция_2: Жизненный цикл программного обеспечения ИС.

Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и сопровождения систем в виде жизненного цикла (ЖЦ) ИС, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ, получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ, роли и ответственность участников и т.д. Такое формальное описание ЖЦ ИС позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом.

Жизненный цикл ИС можно представить как ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования.

Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы, начиная с момента возникновения необходимости в данной ИС и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла - структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения ее использования.

В настоящее время известны и используются следующие модели жизненного цикла:

  •  Каскадная модель (рис. 2.1) предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.
  •  Поэтапная модель с промежуточным контролем (рис. 2.2). Разработка ИС ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.
  •  Спиральная модель (рис. 2.3). На каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка.Особое внимание уделяется начальным этапам разработки - анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов (макетирования).


Рис. 2.1.  Каскадная модель ЖЦ ИС


Рис. 2.2.  Поэтапная модель с промежуточным контролем


Рис. 2.3.  Спиральная модель ЖЦ ИС

На практике наибольшее распространение получили две основные модели жизненного цикла:

  •  каскадная модель (характерна для периода 1970-1985 гг.);
  •  спиральная модель (характерна для периода после 1986.г.).

В ранних проектах достаточно простых ИС каждое приложение представляло собой единый, функционально и информационно независимый блок. Для разработки такого типа приложений эффективным оказался каскадный способ. Каждый этап завершался после полного выполнения и документального оформления всех предусмотренных работ.

Можно выделить следующие положительные стороны применения каскадного подхода:

  •  на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
  •  выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении относительно простых ИС, когда в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования к системе. Основным недостатком этого подхода является то, что реальный процесс создания системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ИС оказывается соответствующим поэтапной модели с промежуточным контролем.

Однако и эта схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к системе. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, а общие требования к ИС зафиксированы в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи зачастую получают систему, не удовлетворяющую их реальным потребностям.

Спиральная модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. На этапах анализа и проектирования реализуемость технических решений и степень удовлетворения потребностей заказчика проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации.

Итеративная разработка отражает объективно существующий спиральный цикл создания сложных систем. Она позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем и решить главную задачу - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения вводятся временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла, и переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Планирование производится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

Несмотря на настойчивые рекомендации компаний - вендоров и экспертов в области проектирования и разработки ИС, многие компании продолжают использовать каскадную модель вместо какого-либо варианта итерационной модели. Основные причины, по которым каскадная модель сохраняет свою популярность, следующие [3]:

  1.  Привычка - многие ИТ-специалисты получали образование в то время, когда изучалась только каскадная модель, поэтому она используется ими и в наши дни.
  2.  Иллюзия снижения рисков участников проекта (заказчика и исполнителя).Каскадная модель предполагает разработку законченных продуктов на каждом этапе: технического задания, технического проекта, программного продукта и пользовательской документации. Разработанная документация позволяет не только определить требования к продукту следующего этапа, но и определить обязанности сторон, объем работ и сроки, при этом окончательная оценка сроков и стоимости проекта производится на начальных этапах, после завершения обследования. Очевидно, что если требования к информационной системе меняются в ходе реализации проекта, а качество документов оказывается невысоким (требования неполны и/или противоречивы), то в действительности использование каскадной модели создает лишь иллюзию определенности и на деле увеличивает риски, уменьшая лишь ответственность участников проекта. При формальном подходе менеджер проекта реализует только те требования, которые содержатся в спецификации, опирается на документ, а не на реальные потребности бизнеса. Есть два основных типа контрактов на разработку ПО. Первый тип предполагает выполнение определенного объема работ за определенную сумму в определенные сроки (fixed price). Второй тип предполагает повременную оплату работы (time work). Выбор того или иного типа контракта зависит от степени определенности задачи. Каскадная модель с определенными этапами и их результатами лучше приспособлена для заключения контракта с оплатой по результатам работы, а именно этот тип контрактов позволяет получить полную оценку стоимости проекта до его завершения. Более вероятно заключение контракта с повременной оплатой на небольшую систему, с относительно небольшим весом в структуре затрат предприятия. Разработка и внедрение интегрированной информационной системы требует существенных финансовых затрат, поэтому используются контракты с фиксированной ценой, и, следовательно, каскадная модель разработки и внедрения. Спиральная модель чаще применяется при разработке информационной системы силами собственного отдела ИТ предприятия.
  3.  Проблемы внедрения при использовании итерационной модели. В некоторых областях спиральная модель не может применяться, поскольку невозможно использование/тестирование продукта, обладающего неполной функциональностью (например, военные разработки, атомная энергетика и т.д.). Поэтапное итерационное внедрение информационной системы для бизнеса возможно, но сопряжено с организационными сложностями (перенос данных, интеграция систем, изменение бизнес-процессов, учетной политики, обучение пользователей). Трудозатраты при поэтапном итерационном внедрении оказываются значительно выше, а управление проектом требует настоящего искусства. Предвидя указанные сложности, заказчики выбирают каскадную модель, чтобы "внедрять систему один раз".

Каждая из стадий создания системы предусматривает выполнение определенного объема работ, которые представляются в виде процессов ЖЦ. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих входные данные в выходные. Описание каждого процесса включает в себя перечень решаемых задач, исходных данных и результатов.

Существует целый ряд стандартов, регламентирующих ЖЦ ПО, а в некоторых случаях и процессы разработки.

Значительный вклад в теорию проектирования и разработки информационных систем внесла компания IBM, предложив еще в середине 1970-х годов методологию BSP (Business System Planning - методология организационного планирования). Метод структурирования информации с использованием матриц пересечения бизнес-процессов, функциональных подразделений, функций систем обработки данных (информационных систем), информационных объектов, документов и баз данных, предложенный в BSP, используется сегодня не только в ИТ-проектах, но и проектах по реинжинирингу бизнес-процессов, изменению организационной структуры. Важнейшие шаги процесса BSP, их последовательность (получить поддержку высшего руководства, определить процессы предприятия, определить классы данных, провести интервью, обработать и организовать данные интервью) можно встретить практически во всех формальных методиках, а также в проектах, реализуемых на практике.

Среди наиболее известных стандартов можно выделить следующие:

  •  ГОСТ 34.601-90 - распространяется на автоматизированные системы и устанавливает стадии и этапы их создания. Кроме того, в стандарте содержится описание содержания работ на каждом этапе. Стадии и этапы работы, закрепленные в стандарте, в большей степени соответствуют каскадной модели жизненного цикла [4].
  •  ISO/IEC 12207:1995 - стандарт на процессы и организацию жизненного цикла. Распространяется на все виды заказного ПО. Стандарт не содержит описания фаз, стадий и этапов [5].
  •  Custom Development Method (методика Oracle) по разработке прикладных информационных систем - технологический материал, детализированный до уровня заготовок проектных документов, рассчитанных на использование в проектах с применением Oracle. Применяется CDM для классической модели ЖЦ (предусмотрены все работы/задачи и этапы), а также для технологий "быстрой разработки" (Fast Track) или "облегченного подхода", рекомендуемых в случае малых проектов.
  •  Rational Unified Process (RUP) предлагает итеративную модель разработки, включающую четыре фазы: начало, исследование, построение и внедрение. Каждая фаза может быть разбита на этапы (итерации), в результате которых выпускается версия для внутреннего или внешнего использования. Прохождение через четыре основные фазы называется циклом разработки, каждый цикл завершается генерацией версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова минует те же фазы. Суть работы в рамках RUP - это создание и сопровождение моделей на базе UML [6].
  •  Microsoft Solution Framework (MSF) сходна с RUP, так же включает четыре фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, является итерационной, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования. MSF в сравнении с RUP в большей степени ориентирована на разработку бизнес-приложений.
  •  Extreme Programming (XP). Экстремальное программирование (самая новая среди рассматриваемых методологий) сформировалось в 1996 году. В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС, а разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

В соответствии с базовым международным стандартом ISO/IEC 12207 все процессы ЖЦ ПО делятся на три группы:

  1.  Основные процессы:
    •  приобретение;
    •  поставка;
    •  разработка;
    •  эксплуатация;
    •  сопровождение.
  2.  Вспомогательные процессы:
    •  документирование;
    •  управление конфигурацией;
    •  обеспечение качества;
    •  разрешение проблем;
    •  аудит;
    •  аттестация;
    •  совместная оценка;
    •  верификация.
  3.  Организационные процессы:
    •  создание инфраструктуры;
    •  управление;
    •  обучение;
    •  усовершенствование.

В таблице 2.1 приведены ориентировочные описания основных процессов ЖЦ. Вспомогательные процессы предназначены для поддержки выполнения основных процессов, обеспечения качества проекта, организации верификации, проверки и тестирования ПО. Организационные процессы определяют действия и задачи, выполняемые как заказчиком, так и разработчиком проекта для управления своими процессами.

Для поддержки практического применения стандарта ISO/IEC 12207 разработан ряд технологических документов: Руководство для ISO/IEC 12207 (ISO/IEC TR 15271:1998 Information technology - Guide for ISO/IEC 12207) и Руководство по применению ISO/IEC 12207 к управлению проектами (ISO/IEC TR 16326:1999 Software engineering - Guide for the application of ISO/IEC 12207 to project management).

Таблица 2.1. Содержание основных процессов ЖЦ ПО ИС (ISO/IEC 12207)

Процесс (исполнитель процесса)

Действия

Вход

Результат

Приобретение (заказчик)

  •  инициирование
  •  Подготовка заявочных предложений
  •  Подготовка договора
  •  Контроль деятельности поставщика
  •  Приемка ИС
  •  Решение о начале работ по внедрению ИС
  •  Результаты обследования деятельности заказчика
  •  Результаты анализа рынка ИС/ тендера
  •  План поставки/ разработки
  •  Комплексный тест ИС
  •  Технико-экономическое обоснование внедрения ИС
  •  Техническое задание на ИС
  •  Договор на поставку/ разработку
  •  Акты приемки этапов работы
  •  Акт приемно-сдаточных испытаний

Поставка (разработчик ИС)

  •  инициирование
  •  Ответ на заявочные предложения
  •  Подготовка договора
  •  Планирование исполнения
  •  Поставка ИС
  •  Техническое задание на ИС
  •  Решение руководства об участии в разработке
  •  Результаты тендера
  •  Техническое задание на ИС
  •  План управления проектом
  •  Разработанная ИС и документация
  •  Решение об участии в разработке
  •  Коммерческие предложения/ конкурсная заявка
  •  Договор на поставку/ разработку
  •  План управления проектом
  •  Реализация/ корректировка
  •  Акт приемно-сдаточных испытаний

Разработка (разработчик ИС)

  •  Подготовка
  •  Анализ требований к ИС
  •  Проектирование архитектуры ИС
  •  Разработка требований к ПО
  •  Проектирование архитектуры ПО
  •  Детальное проектирование ПО
  •  Кодирование и тестирование ПО
  •  Интеграция ПО и квалификационное тестирование ПО
  •  Интеграция ИС и квалификационное тестирование ИС
  •  Техническое задание на ИС
  •  Техническое задание на ИС, модель ЖЦ
  •  Техническое задание на ИС
  •  Подсистемы ИС
  •  Спецификации требования к компонентам ПО
  •  Архитектура ПО
  •  Материалы детального проектирования ПО
  •  План интеграции ПО, тесты
  •  Архитектура ИС, ПО, документация на ИС, тесты
  •  Используемая модель ЖЦ, стандарты разработки
  •  План работ
  •  Состав подсистем, компоненты оборудования
  •  Спецификации требования к компонентам ПО
  •  Состав компонентов ПО, интерфейсы с БД, план интеграции ПО
  •  Проект БД, спецификации интерфейсов между компонентами ПО, требования к тестам
  •  Тексты модулей ПО, акты автономного тестирования
  •  Оценка соответствия комплекса ПО требованиям ТЗ
  •  Оценка соответствия ПО, БД, технического комплекса и комплекта документации требованиям ТЗ

Позднее был разработан и в 2002 г. опубликован стандарт на процессы жизненного цикла систем (ISO/IEC 15288 System life cycle processes). К разработке стандарта были привлечены специалисты различных областей: системной инженерии, программирования, управления качеством, человеческими ресурсами, безопасностью и пр. Был учтен практический опыт создания систем в правительственных, коммерческих, военных и академических организациях. Стандарт применим для широкого класса систем, но его основное предназначение - поддержка создания компьютеризированных систем.

Согласно стандарту ISO/IEC серии 15288 [7] в структуру ЖЦ следует включать следующие группы процессов:

  1.  Договорные процессы:
    •  приобретение (внутренние решения или решения внешнего поставщика);
    •  поставка (внутренние решения или решения внешнего поставщика).
  2.  Процессы предприятия:
    •  управление окружающей средой предприятия;
    •  инвестиционное управление;
    •  управление ЖЦ ИС;
    •  управление ресурсами;
    •  управление качеством.
  3.  Проектные процессы:
    •  планирование проекта;
    •  оценка проекта;
    •  контроль проекта;
    •  управление рисками;
    •  управление конфигурацией;
    •  управление информационными потоками;
    •  принятие решений.
  4.  Технические процессы:
    •  определение требований;
    •  анализ требований;
    •  разработка архитектуры;
    •  внедрение;
    •  интеграция;
    •  верификация;
    •  переход;
    •  аттестация;
    •  эксплуатация;
    •  сопровождение;
    •  утилизация.
  5.  Специальные процессы:
    •  определение и установка взаимосвязей исходя из задач и целей.

Стадии создания системы, предусмотренные в стандарте ISO/IEC 15288, несколько отличаются от рассмотренных выше. Перечень стадий и основные результаты, которые должны быть достигнуты к моменту их завершения, приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Стадии создания систем (ISO/IEC 15288)

№ п/п

Стадия

Описание

1

Формирование концепции

Анализ потребностей, выбор концепции и проектных решений

2

Разработка

Проектирование системы

3

Реализация

Изготовление системы

4

Эксплуатация

Ввод в эксплуатацию и использование системы

5

Поддержка

Обеспечение функционирования системы

6

Снятие с эксплуатации

Прекращение использования, демонтаж, архивирование системы

Лекция_3: Организация разработки ИС.

Каноническое проектирование ИС

Организация канонического проектирования ИС ориентирована на использование главным образом каскадной модели жизненного цикла ИС. Стадии и этапы работы описаны в стандарте ГОСТ 34.601-90.

В зависимости от сложности объекта автоматизации и набора задач, требующих решения при создании конкретной ИС, стадии и этапы работ могут иметь различную трудоемкость. Допускается объединять последовательные этапы и даже исключать некоторые из них на любой стадии проекта. Допускается также начинать выполнение работ следующей стадии до окончания предыдущей.

Стадии и этапы создания ИС, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и технических заданиях на выполнение работ:

Стадия 1. Формирование требований к ИС.

На начальной стадии проектирования выделяют следующие этапы работ:

  •  обследование объекта и обоснование необходимости создания ИС;
  •  формирование требований пользователей к ИС;
  •  оформление отчета о выполненной работе и тактико-технического задания на разработку.

Стадия 2. Разработка концепции ИС.

  •  изучение объекта автоматизации;
  •  проведение необходимых научно-исследовательских работ;
  •  разработка вариантов концепции ИС, удовлетворяющих требованиям пользователей;
  •  оформление отчета и утверждение концепции.

Стадия 3. Техническое задание.

  •  разработка и утверждение технического задания на создание ИС.

Стадия 4. Эскизный проект.

  •  разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям;
  •  разработка эскизной документации на ИС и ее части.

Стадия 5. Технический проект.

  •  разработка проектных решений по системе и ее частям;
  •  разработка документации на ИС и ее части;
  •  разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий;
  •  разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта.

Стадия 6. Рабочая документация.

  •  разработка рабочей документации на ИС и ее части;
  •  разработка и адаптация программ.

Стадия 7. Ввод в действие.

  •  подготовка объекта автоматизации;
  •  подготовка персонала;
  •  комплектация ИС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями);
  •  строительно-монтажные работы;
  •  пусконаладочные работы;
  •  проведение предварительных испытаний;
  •  проведение опытной эксплуатации;
  •  проведение приемочных испытаний.

Стадия 8. Сопровождение ИС.

  •  выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами;
  •  послегарантийное обслуживание.

Oбследование- это изучение и диагностический анализ организационной структуры предприятия, его деятельности и существующей системы обработки информации. Материалы, полученные в результате обследования, используются для:

  •  обоснования разработки и поэтапного внедрения систем;
  •  составления технического задания на разработку систем;
  •  разработки технического и рабочего проектов систем.

На этапе обследования целесообразно выделить две составляющие: определение стратегии внедрения ИС и детальный анализ деятельности организации.

Основная задача первого этапа обследования - оценка реального объема проекта, его целей и задач на основе выявленных функций и информационных элементов автоматизируемого объекта высокого уровня [8]. Эти задачи могут быть реализованы или заказчиком ИС самостоятельно, или с привлечением консалтинговых организаций. Этап предполагает тесное взаимодействие с основными потенциальными пользователями системы и бизнес-экспертами. Основная задача взаимодействия - получить полное и однозначное понимание требований заказчика. Как правило, нужная информация может быть получена в результате интервью, бесед или семинаров с руководством, экспертами и пользователями.

По завершении этой стадии обследования появляется возможность определить вероятные технические подходы к созданию системы и оценить затраты на ее реализацию (затраты на аппаратное обеспечение, закупаемое программное обеспечение и разработку нового программного обеспечения ).

Результатом этапа определения стратегии является документ (технико-экономическое обоснование проекта), где четко сформулировано, что получит заказчик, если согласится финансировать проект, когда он получит готовый продукт (график выполнения работ) и сколько это будет стоить (для крупных проектов должен быть составлен график финансирования на разных этапах работ). В документе желательно отразить не только затраты, но и выгоду проекта, например время окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить).

Ориентировочное содержание этого документа:

  •  ограничения, риски, критические факторы, которые могут повлиять на успешность проекта;
  •  совокупность условий, при которых предполагается эксплуатировать будущую систему: архитектура системы, аппаратные и программные ресурсы, условия функционирования, обслуживающий персонал и пользователи системы;
  •  сроки завершения отдельных этапов, форма приемки/сдачи работ, привлекаемые ресурсы, меры по защите информации;
  •  описание выполняемых системой функций;
  •  возможности развития системы;
  •  информационные объекты системы;
  •  интерфейсы и распределение функций между человеком и системой;
  •  требования к программным и информационным компонентам ПО, требования к СУБД;
  •  что не будет реализовано в рамках проекта.

На этапе детального анализа деятельности организации изучаются задачи, обеспечивающие реализацию функций управления, организационная структура, штаты и содержание работ по управлению предприятием, а также характер подчиненности вышестоящим органам управления. На этом этапе должны быть выявлены:

  •  инструктивно-методические и директивные материалы, на основании которых определяются состав подсистем и перечень задач;
  •  возможности применения новых методов решения задач.

Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах:

  •  функции - информация о событиях и процессах, которые происходят в бизнесе;
  •  сущности - информация о вещах, имеющих значение для организации и о которых что-то известно.

При изучении каждой функциональной задачи управления определяются:

  •  наименование задачи; сроки и периодичность ее решения;
  •  степень формализуемости задачи;
  •  источники информации, необходимые для решения задачи;
  •  показатели и их количественные характеристики;
  •  порядок корректировки информации;
  •  действующие алгоритмы расчета показателей и возможные методы контроля;
  •  действующие средства сбора, передачи и обработки информации;
  •  действующие средства связи;
  •  принятая точность решения задачи;
  •  трудоемкость решения задачи;
  •  действующие формы представления исходных данных и результатов их обработки в виде документов;
  •  потребители результатной информации по задаче.

Одной из наиболее трудоемких, хотя и хорошо формализуемых задач этого этапа является описание документооборота организации. При обследовании документооборота составляется схема маршрута движения документов, которая должна отразить:

  •  количество документов;
  •  место формирования показателей документа;
  •  взаимосвязь документов при их формировании;
  •  маршрут и длительность движения документа;
  •  место использования и хранения данного документа;
  •  внутренние и внешние информационные связи;
  •  объем документа в знаках.

По результатам обследования устанавливается перечень задач управления, решение которых целесообразно автоматизировать, и очередность их разработки.

На этапе обследования следует классифицировать планируемые функции системы по степени важности. Один из возможных форматов представления такой классификации - MuSCoW [9].

Эта аббревиатура расшифровывается так: Must have - необходимые функции; Should have - желательные функции; Could have - возможные функции; Won't have - отсутствующие функции.

Функции первой категории обеспечивают критичные для успешной работы системы возможности.

Реализация функций второй и третьей категорий ограничивается временными и финансовыми рамками: разрабатывается то, что необходимо, а также максимально возможное в порядке приоритета число функций второй и третьей категорий.

Последняя категория функций особенно важна, поскольку необходимо четко представлять границы проекта и набор функций, которые будут отсутствовать в системе.

Модели деятельности организации создаются в двух видах:

  •  модель "как есть"("as-is")- отражает существующие в организации бизнес-процессы;
  •  модель "как должно быть"("to-be") - отражает необходимые изменения бизнес-процессов с учетом внедрения ИС.

На этапе анализа необходимо привлекать к работе группы тестирования для решения следующих задач:

  •  получения сравнительных характеристик предполагаемых к использованию аппаратных платформ, операционных систем, СУБД, иного окружения;
  •  разработки плана работ по обеспечению надежности информационной системы и ее тестирования.

Привлечение тестировщиков на ранних этапах разработки является целесообразным для любых проектов. Если проектное решение оказалось неудачным и это обнаружено слишком поздно (на этапе разработки или, что еще хуже, на этапе внедрения в эксплуатацию), то исправление ошибки проектирования обходится очень дорого. Чем раньше группы тестирования выявляют ошибки в информационной системе, тем ниже стоимость сопровождения системы. Время на тестирование системы и на исправление обнаруженных ошибок следует предусматривать не только на этапе разработки, но и на этапе проектирования.

Для автоматизации тестирования следует использовать системы отслеживания ошибок (bug tracking). Это позволяет иметь единое хранилище ошибок, отслеживать их повторное появление, контролировать скорость и эффективность исправления ошибок, видеть наиболее нестабильные компоненты системы, а также поддерживать связь между группой разработчиков и группой тестирования (уведомления об изменениях по e-mail и т.п.). Чем больше проект, тем сильнее потребность в bug tracking.

Результаты обследования представляют объективную основу для формирования технического задания на информационную систему.

Техническое задание- это документ, определяющий цели, требования и основные исходные данные, необходимые для разработки автоматизированной системы управления.

При разработке технического задания необходимо решить следующие задачи:

  •  установить общую цель создания ИС, определить состав подсистем и функциональных задач;
  •  разработать и обосновать требования, предъявляемые к подсистемам;
  •  разработать и обосновать требования, предъявляемые к информационной базе, математическому и программному обеспечению, комплексу технических средств (включая средства связи и передачи данных);
  •  установить общие требования к проектируемой системе;
  •  определить перечень задач создания системы и исполнителей;
  •  определить этапы создания системы и сроки их выполнения;
  •  провести предварительный расчет затрат на создание системы и определить уровень экономической эффективности ее внедрения.

Типовые требования к составу и содержанию технического задания приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Состав и содержание технического задания (ГОСТ 34.602- 89)

№ п\п

Раздел

Содержание

1

Общие сведения

  •  полное наименование системы и ее условное обозначение
  •  шифр темы или шифр (номер) договора;
  •  наименование предприятий разработчика и заказчика системы, их реквизиты
  •  перечень документов, на основании которых создается ИС
  •  плановые сроки начала и окончания работ
  •  сведения об источниках и порядке финансирования работ
  •  порядок оформления и предъявления заказчику результатов работ по созданию системы, ее частей и отдельных средств

2

Назначение и цели создания (развития) системы

  •  вид автоматизируемой деятельности
  •  перечень объектов, на которых предполагается использование системы
  •  наименования и требуемые значения технических, технологических, производственно-экономических и др. показателей объекта, которые должны быть достигнуты при внедрении ИС

3

Характеристика объектов автоматизации

  •  краткие сведения об объекте автоматизации
  •  сведения об условиях эксплуатации и характеристиках окружающей среды

4

Требования к системе

Требования к системе в целом:

  •  требования к структуре и функционированию системы (перечень подсистем, уровни иерархии, степень централизации, способы информационного обмена, режимы функционирования, взаимодействие со смежными системами, перспективы развития системы)
  •  требования к персоналу (численность пользователей, квалификация, режим работы, порядок подготовки)
  •  показатели назначения (степень приспособляемости системы к изменениям процессов управления и значений параметров)
  •  требования к надежности, безопасности, эргономике, транспортабельности, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту, защите и сохранности информации, защите от внешних воздействий, к патентной чистоте, по стандартизации и унификации

Требования к функциям (по подсистемам) :

  •  перечень подлежащих автоматизации задач
  •  временной регламент реализации каждой функции
  •  требования к качеству реализации каждой функции, к форме представления выходной информации, характеристики точности, достоверности выдачи результатов
  •  перечень и критерии отказов

Требования к видам обеспечения:

  •  математическому (состав и область применения мат. моделей и методов, типовых и разрабатываемых алгоритмов)
  •  информационному (состав, структура и организация данных, обмен данными между компонентами системы, информационная совместимость со смежными системами, используемые классификаторы, СУБД, контроль данных и ведение информационных массивов, процедуры придания юридической силы выходным документам)
  •  лингвистическому (языки программирования, языки взаимодействия пользователей с системой, системы кодирования, языки ввода- вывода)
  •  программному (независимость программных средств от платформы, качество программных средств и способы его контроля, использование фондов алгоритмов и программ)
  •  техническому
  •  метрологическому
  •  организационному (структура и функции эксплуатирующих подразделений, защита от ошибочных действий персонала)
  •  методическому (состав нормативно- технической документации

5

Состав и содержание работ по созданию системы

  •  перечень стадий и этапов работ
  •  сроки исполнения
  •  состав организаций — исполнителей работ
  •  вид и порядок экспертизы технической документации
  •  программа обеспечения надежности
  •  программа метрологического обеспечения

6

Порядок контроля и приемки системы

  •  виды, состав, объем и методы испытаний системы
  •  общие требования к приемке работ по стадиям
  •  статус приемной комиссии

7

Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие

  •  преобразование входной информации к машиночитаемому виду
  •  изменения в объекте автоматизации
  •  сроки и порядок комплектования и обучения персонала

8

Требования к документированию

  •  перечень подлежащих разработке документов
  •  перечень документов на машинных носителях

9

Источники разработки

документы и информационные материалы, на основании которых разрабатывается ТЗ и система

Эскизный проект предусматривает разработку предварительных проектных решений по системе и ее частям.

Выполнение стадии эскизного проектирования не является строго обязательной. Если основные проектные решения определены ранее или достаточно очевидны для конкретной ИС и объекта автоматизации, то эта стадия может быть исключена из общей последовательности работ.

Содержание эскизного проекта задается в ТЗ на систему. Как правило, на этапе эскизного проектирования определяются:

  •  функции ИС;
  •  функции подсистем, их цели и ожидаемый эффект от внедрения;
  •  состав комплексов задач и отдельных задач;
  •  концепция информационной базы и ее укрупненная структура;
  •  функции системы управления базой данных;
  •  состав вычислительной системы и других технических средств;
  •  функции и параметры основных программных средств.

По результатам проделанной работы оформляется, согласовывается и утверждается документация в объеме, необходимом для описания полной совокупности принятых проектных решений и достаточном для дальнейшего выполнения работ по созданию системы.

На основе технического задания (и эскизного проекта) разрабатывается технический проект ИС. Технический проект системы - это техническая документация, содержащая общесистемные проектные решения, алгоритмы решения задач, а также оценку экономической эффективности автоматизированной системы управления и перечень мероприятий по подготовке объекта к внедрению.

На этом этапе осуществляется комплекс научно-исследовательских и экспериментальных работ для выбора основных проектных решений и расчет экономической эффективности системы.

Состав и содержание технического проекта приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2. Содержание технического проекта

№ п\п

Раздел

Содержание

1

Пояснительная записка
  •  основания для разработки системы
  •  перечень организаций разработчиков
  •  краткая характеристика объекта с указанием основных технико-экономических показателей его функционирования и связей с другими объектами
  •  краткие сведения об основных проектных решениях по функциональной и обеспечивающим частям системы

2

Функциональная и организационная структура системы

  •  обоснование выделяемых подсистем, их перечень и назначение
  •  перечень задач, решаемых в каждой подсистеме, с краткой характеристикой их содержания
  •  схема информационных связей между подсистемами и между задачами в рамках каждой подсистемы

3

Постановка задач и алгоритмы решения

  •  организационно-экономическая сущность задачи (наименование, цель решения, краткое содержание, метод, периодичность и время решения задачи, способы сбора и передачи данных, связь задачи с другими задачами, характер использования результатов решения, в которых они используются)
  •  экономико-математическая модель задачи (структурная и развернутая форма представления)
  •  входная оперативная информация ( характеристика показателей, диапазон изменения, формы представления)
  •  нормативно-справочная информация ( НСИ) (содержание и формы представления)
  •  информация, хранимая для связи с другими задачами
  •  информация, накапливаемая для последующих решений данной задачи
  •  информация по внесению изменений ( система внесения изменений и перечень информации, подвергающейся изменениям)
  •  алгоритм решения задачи ( последовательность этапов расчета, схема, расчетные формулы)
  •  контрольный пример (набор заполненных данными форм входных документов, условные документы с накапливаемой и хранимой информацией, формы выходных документов, заполненные по результатам решения экономико-технической задачи и в соответствии с разработанным алгоритмом расчета)

4

Организация информационной базы
  •  источники поступления информации и способы ее передачи
  •  совокупность показателей, используемых в системе
  •  состав документов, сроки и периодичность их поступления
  •  основные проектные решения по организации фонда НСИ
  •  состав НСИ, включая перечень реквизитов, их определение, диапазон изменения и перечень документов НСИ
  •  перечень массивов НСИ, их объем, порядок и частота корректировки информации
  •  структура фонда НСИ с описанием связи между его элементами; требования к технологии создания и ведения фонда
  •  методы хранения, поиска, внесения изменений и контроля
  •  определение объемов и потоков информации НСИ
  •  контрольный пример по внесению изменений в НСИ
  •  предложения по унификации документации

5

Альбом форм документов

6

Система математического обеспечения
  •  обоснование структуры математического обеспечения
  •  обоснование выбора системы программирования
  •  перечень стандартных программ

7

Принцип построения комплекса технических средств

  •  описание и обоснование схемы технологического процесса обработки данных
  •  обоснование и выбор структуры комплекса технических средств и его функциональных групп
  •  обоснование требований к разработке нестандартного оборудования
  •  комплекс мероприятий по обеспечению надежности функционирования технических средств

8

Расчет экономической эффективности системы

  •  сводная смета затрат, связанных с эксплуатацией систем
  •  расчет годовой экономической эффективности, источниками которой являются оптимизация производственной структуры хозяйства (объединения), снижение себестоимости продукции за счет рационального использования производственных ресурсов и уменьшения потерь, улучшения принимаемых управленческих решений

9

Мероприятия по подготовке объекта к внедрению системы

  •  перечень организационных мероприятий по совершенствованию бизнес-процессов
  •  перечень работ по внедрению системы, которые необходимо выполнить на стадии рабочего проектирования, с указанием сроков и ответственных лиц

10

Ведомость документов

В завершение стадии технического проектирования производится разработка документации на поставку серийно выпускаемых изделий для комплектования ИС, а также определяются технические требования и составляются ТЗ на разработку изделий, не изготовляемых серийно.

На стадии "рабочая документация" осуществляется создание программного продукта и разработка всей сопровождающей документации. Документация должна содержать все необходимые и достаточные сведения для обеспечения выполнения работ по вводу ИС в действие и ее эксплуатации, а также для поддержания уровня эксплуатационных характеристик (качества) системы. Разработанная документация должна быть соответствующим образом оформлена, согласована и утверждена.

Для ИС, которые являются разновидностью автоматизированных систем, устанавливают следующие основные виды испытаний: предварительные, опытная эксплуатация и приемочные. При необходимости допускается дополнительно проведение других видов испытаний системы и ее частей.

В зависимости от взаимосвязей частей ИС и объекта автоматизации испытания могут быть автономные или комплексные. Автономные испытания охватывают части системы. Их проводят по мере готовности частей системы к сдаче в опытную эксплуатацию. Комплексные испытания проводят для групп взаимосвязанных частей или для системы в целом.

Для планирования проведения всех видов испытаний разрабатывается документ "Программа и методика испытаний". Разработчик документа устанавливается в договоре или ТЗ. В качестве приложения в документ могут включаться тесты или контрольные примеры.

Предварительные испытания проводят для определения работоспособности системы и решения вопроса о возможности ее приемки в опытную эксплуатацию. Предварительные испытания следует выполнять после проведения разработчиком отладки и тестирования поставляемых программных и технических средств системы и представления им соответствующих документов об их готовности к испытаниям, а также после ознакомления персонала ИС с эксплуатационной документацией.

Опытную эксплуатацию системы проводят с целью определения фактических значений количественных и качественных характеристик системы и готовности персонала к работе в условиях ее функционирования, а также определения фактической эффективности и корректировки, при необходимости, документации.

Приемочные испытания проводят для определения соответствия системы техническому заданию, оценки качества опытной эксплуатации и решения вопроса о возможности приемки системы в постоянную эксплуатацию.

Типовое проектирование ИС

Методы типового проектирования ИС достаточно подробно рассмотрены в литературе [10]. В данной книге приведены основные определения и представлено задание для разработки проекта ИС методом типового проектирования (кейс "Проектирование ИС предприятия оптовой торговли лекарственными препаратами").

Типовое проектирование ИС предполагает создание системы из готовых типовых элементов. Основополагающим требованием для применения методов типового проектирования является возможность декомпозиции проектируемой ИС на множество составляющих компонентов (подсистем, комплексов задач, программных модулей и т.д.). Для реализации выделенных компонентов выбираются имеющиеся на рынке типовые проектные решения, которые настраиваются на особенности конкретного предприятия.

Типовое проектное решение (ТПР)- это тиражируемое (пригодное к многократному использованию) проектное решение.

Принятая классификация ТПР основана на уровне декомпозиции системы. Выделяются следующие классы ТПР:

  •  элементные ТПР - типовые решения по задаче или по отдельному виду обеспечения задачи (информационному, программному, техническому, математическому, организационному);
  •  подсистемные ТПР - в качестве элементов типизации выступают отдельные подсистемы, разработанные с учетом функциональной полноты и минимизации внешних информационных связей;
  •  объектные ТПР - типовые отраслевые проекты, которые включают полный набор функциональных и обеспечивающих подсистем ИС.

Каждое типовое решение предполагает наличие, кроме собственно функциональных элементов (программных или аппаратных), документации с детальным описанием ТПР и процедур настройки в соответствии с требованиями разрабатываемой системы.

Основные особенности различных классов ТПР приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Достоинства и недостатки ТПР

Класс ТПР Реализация ТПР

Достоинства

Недостатки

Элементные ТПР Библиотеки методо-ориентированных программ

  •  обеспечивается применение модульного подхода к проектированию и документированию ИС
  •  большие затраты времени на сопряжение разнородных элементов вследствие информационной, программной и технической несовместимости
  •  большие затраты времени на доработкуТПР отдельных элементов

Подсистемные ТПР Пакеты прикладных программ

  •  достигается высокая степень интеграции элементов ИС
  •  позволяют осуществлять: модульное проектирование; параметрическую настройку программных компонентов на различные объекты управления
  •  обеспечивают: сокращение затрат на проектирование и программирование взаимосвязанных компонентов; хорошее документирование отображаемых процессов обработки информации
  •  адаптивность ТПР недостаточна с позиции непрерывного инжиниринга деловых процессов
  •  возникают проблемы в комплексировании разных функциональных подсистем, особенно в случае использования решений нескольких производителей программного обеспечения

Объектные ТПР Отраслевые проекты ИС

  •  комплексирование всех компонентов ИС за счет методологического единства и информационной, программной и технической совместимости
  •  открытость архитектуры — позволяет устанавливатьТПР на разных программно-технических платформах
  •  масштабируемость — допускает конфигурацию ИС для переменного числа рабочих мест
  •  конфигурируемость — позволяет выбирать необходимое подмножество компонентов
  •  проблемы привязки типового проекта к конкретному объекту управления, что вызывает в некоторых случаях даже необходимость изменения организационно-экономической структуры объекта автоматизации

Для реализации типового проектирования используются два подхода: параметрически-ориентированное и модельно-ориентированное проектирование.

Параметрически-ориентированное проектирование включает следующие этапы: определение критериев оценки пригодности пакетов прикладных программ (ППП) для решения поставленных задач, анализ и оценка доступных ППП по сформулированным критериям, выбор и закупка наиболее подходящего пакета, настройка параметров (доработка) закупленного ППП.

Критерии оценки ППП делятся на следующие группы:

  •  назначение и возможности пакета;
  •  отличительные признаки и свойства пакета;
  •  требования к техническим и программным средствам;
  •  документация пакета;
  •  факторы финансового порядка;
  •  особенности установки пакета;
  •  особенности эксплуатации пакета;
  •  помощь поставщика по внедрению и поддержанию пакета;
  •  оценка качества пакета и опыт его использования;
  •  перспективы развития пакета.

Внутри каждой группы критериев выделяется некоторое подмножество частных показателей, детализирующих каждый из десяти выделенных аспектов анализа выбираемых ППП. Достаточно полный перечень показателей можно найти в литературе [10].

Числовые значения показателей для конкретных ППП устанавливаются экспертами по выбранной шкале оценок (например, 10-балльной). На их основе формируются групповые оценки и комплексная оценка пакета (путем вычисления средневзвешенных значений). Нормированные взвешивающие коэффициенты также получаются экспертным путем.

Модельно-ориентированное проектирование заключается в адаптации состава и характеристик типовой ИС в соответствии с моделью объекта автоматизации.

Технология проектирования в этом случае должна обеспечивать единые средства для работы как с моделью типовой ИС, так и с моделью конкретного предприятия.

Типовая ИС в специальной базе метаинформации - репозитории - содержит модель объекта автоматизации, на основе которой осуществляется конфигурирование программного обеспечения. Таким образом, модельно-ориентированное проектирование ИС предполагает, прежде всего, построение модели объекта автоматизации с использованием специального программного инструментария (например, SAP Business Engineering Workbench (BEW), BAAN Enterprise Modeler). Возможно также создание системы на базе типовой модели ИС из репозитория, который поставляется вместе с программным продуктом и расширяется по мере накопления опыта проектирования информационных систем для различных отраслей и типов производства.

Репозиторий содержит базовую (ссылочную) модель ИС, типовые (референтные) модели определенных классов ИС, модели конкретных ИС предприятий.

Базовая модель ИС в репозитории содержит описание бизнес-функций, бизнес-процессов, бизнес-объектов, бизнес-правил, организационной структуры, которые поддерживаются программными модулями типовой ИС.

Типовые модели описывают конфигурации информационной системы для определенных отраслей или типов производства.

Модель конкретного предприятия строится либо путем выбора фрагментов основной или типовой модели в соответствии со специфическими особенностями предприятия (BAAN Enterprise Modeler), либо путем автоматизированной адаптации этих моделей в результате экспертного опроса (SAP Business Engineering Workbench).

Построенная модель предприятия в виде метаописания хранится в репозитории и при необходимости может быть откорректирована. На основе этой модели автоматически осуществляется конфигурирование и настройка информационной системы.

Бизнес-правила определяют условия корректности совместного применения различных компонентов ИС и используются для поддержания целостности создаваемой системы.

Модель бизнес-функций представляет собой иерархическую декомпозицию функциональной деятельности предприятия (подробное описание см. в разделе "Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС").

Модель бизнес-процессов отражает выполнение работ для функций самого нижнего уровня модели бизнес-функций (подробное описание см. в разделе "Спецификация функциональных требований к ИС"). Для отображения процессов используется модель управления событиями (ЕРС - Event-driven Process Chain). Именно модель бизнес-процессов позволяет выполнить настройку программных модулей - приложений информационной системы в соответствии с характерными особенностями конкретного предприятия.

Модели бизнес-объектов используются для интеграции приложений, поддерживающих исполнение различных бизнес-процессов (подробное описание см. в разделе "Этапы проектирования ИС с применением UML").

Модель организационной структуры предприятия представляет собой традиционную иерархическую структуру подчинения подразделений и персонала (подробное описание см. в разделе "Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС").

Внедрение типовой информационной системы начинается с анализа требований к конкретной ИС, которые выявляются на основе результатов предпроектного обследования объекта автоматизации (см. раздел "Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС"). Для оценки соответствия этим требованиям программных продуктов может использоваться описанная выше методика оценки ППП. После выбора программного продукта на базе имеющихся в нем референтных моделей строится предварительная модель ИС, в которой отражаются все особенности реализации ИС для конкретного предприятия. Предварительная модель является основой для выбора типовой модели системы и определения перечня компонентов, которые будут реализованы с использованием других программных средств или потребуют разработки с помощью имеющихся в составе типовой ИС инструментальных средств (например, ABAP в SAP, Tools в BAAN).

Реализация типового проекта предусматривает выполнение следующих операций:

  •  установку глобальных параметров системы;
  •  задание структуры объекта автоматизации;
  •  определение структуры основных данных;
  •  задание перечня реализуемых функций и процессов;
  •  описание интерфейсов;
  •  описание отчетов;
  •  настройку авторизации доступа;
  •  настройку системы архивирования.

Лекция_4: Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС.

Полная бизнес-модель компании

Практика выработала ряд подходов к проведению организационного анализа, но наибольшее распространение получил инжиниринговый подход. Организационный анализ компании при таком подходе проводится по определенной схеме с помощью полной бизнес-модели компании. Компания рассматривается как целевая, открытая, социально-экономическая система, принадлежащая иерархической совокупности открытых внешних надсистем (рынок, государственные учреждения и пр.) и внутренних подсистем (отделы, цеха, бригады и пр.). Возможности компании определяются характеристиками ее структурных подразделений и организацией их взаимодействия. На рис. 4.1 представлена обобщенная схема организационного бизнес-моделирования. Построение бизнес-модели компании начинается с описания модели взаимодействия с внешней средой по закону единства и борьбы противоположностей, то есть с определения миссии компании.


Рис. 4.1.  Обобщенная схема организационного бизнес- моделирования

Миссия согласно [ISO-15704] -это

  1.  деятельность, осуществляемая предприятием для того, чтобы выполнить функцию, для которой оно было учреждено, - предоставления заказчикам продукта или услуги.
  2.  Механизм, с помощью которого предприятие реализует свои цели и задачи.

Миссия компании по удовлетворению социально-значимых потребностей рынка определяется как компромисс интересов рынка и компании. При этом миссия как атрибут открытой системы разрабатывается, с одной стороны, исходя из рыночной конъюнктуры и позиционирования компании относительно других участников внешней среды, а с другой - исходя из объективных возможностей компании и ее субъективных ценностей, ожиданий и принципов. Миссия является своеобразной мерой устремлений компании и, в частности, определяет рыночные претензии компании (предмет конкурентной борьбы). Определение миссии позволяет сформировать дерево целей компании - иерархические списки уточнения и детализации миссии.

Дерево целей формирует дерево стратегий - иерархические списки уточнения и детализации достижения целей. При этом на корпоративном уровне разрабатываются стратегии роста, интеграции и инвестиции бизнесов. Блок бизнес-стратегий определяет продуктовые и конкурентные стратегии, а также стратегии сегментации и продвижения. Ресурсные стратегии определяют стратегии привлечения материальных, финансовых, человеческих и информационных ресурсов. Функциональные стратегии определяют стратегии в организации компонентов управления и этапов жизненного цикла продукции. Одновременно выясняется потребность и предмет партнерских отношений (субподряд, сервисные услуги, продвижение и пр.). Это позволяет обеспечить заказчикам необходимый продукт требуемого качества, в нужном количестве, в нужном месте, в нужное время и по приемлемой цене. При этом компания может занять в партнерской цепочке создаваемых ценностей оптимальное место, где ее возможности и потенциал будут использоваться наилучшим образом. Это дает возможность сформировать бизнес-потенциал компании - набор видов коммерческой деятельности, направленный на удовлетворение потребностей конкретных сегментов рынка. Далее, исходя из специфики каналов сбыта, формируется первоначальное представление об организационной структуре (определяются центры коммерческой ответственности). Возникает понимание основных ресурсов, необходимых для воспроизводства товарной номенклатуры.

Бизнес-потенциал, в свою очередь, определяет функционал компании - перечень бизнес-функций, функций менеджмента и функций обеспечения, требуемых для поддержания на регулярной основе указанных видов коммерческой деятельности. Кроме того, уточняются необходимые для этого ресурсы (материальные, человеческие, информационные) и структура компании.

Построение бизнес-потенциала и функционала компании позволяет с помощью матрицы проекций определить зоны ответственности менеджмента.

Матрица проекций - модель, представленная в виде матрицы, задающей систему отношений между классификаторами в любой их комбинации.

Матрица коммерческой ответственности закрепляет ответственность структурных подразделений за получение дохода в компании от реализации коммерческой деятельности.Ее дальнейшая детализация (путем выделения центров финансовой ответственности) обеспечивает построение финансовой модели компании, что, в свою очередь, позволяет внедрить систему бюджетного управления. Матрица функциональной ответственности закрепляет ответственность структурных звеньев (и отдельных специалистов) за выполнение бизнес-функций при реализации процессов коммерческой деятельности (закупка, производство, сбыт и пр.), а также функций менеджмента, связанных с управлением этими процессами (планирование, учет, контроль в области маркетинга, финансов, управления персоналом и пр.). Дальнейшая детализация матрицы (до уровня ответственности отдельных сотрудников) позволит получить функциональные обязанности персонала, что в совокупности с описанием прав, обязанностей, полномочий обеспечит разработку пакета должностных инструкций.

Описание бизнес-потенциала, функционала и соответствующих матриц ответственности представляет собой статическое описание компании. При этом процессы, протекающие в компании пока в свернутом виде (как функции), идентифицируются, классифицируются и, что особенно важно, закрепляются за исполнителями (будущими хозяевами этих процессов).

На этом этапе бизнес-моделирования формируется общепризнанный набор основополагающих внутрифирменных регламентов:

  •  базовое Положение об организационно-функциональной структуре компании;
  •  пакет Положений об отдельных видах деятельности (финансовой, маркетинговой и т.д.);
  •  пакет Положений о структурных подразделениях (цехах, отделах, секторах, группах и т.п.);
  •  должностные инструкции.

Это вносит прозрачность в деятельность компании за счет четкого разграничения и документального закрепления зон ответственности менеджеров.

Дальнейшее развитие (детализация) бизнес-модели происходит на этапе динамического описания компании на уровне процессных потоковых моделей. Процессные потоковые модели - это модели, описывающие процесс последовательного во времени преобразования материальных и информационных потоков компании в ходе реализации какой-либо бизнес-функции или функции менеджмента. Сначала (на верхнем уровне) описывается логика взаимодействия участников процесса, а затем (на нижнем уровне) - технология работы отдельных специалистов на своих рабочих местах.

Завершается организационное бизнес-моделирование разработкой модели структур данных, которая определяет перечень и форматы документов, сопровождающих процессы в компании, а также задает форматы описания объектов внешней среды, компонентов и регламентов самой компании. При этом создается система справочников, на основании которых получают пакеты необходимых документов и отчетов.

Такой подход позволяет описать деятельность компании с помощью универсального множества управленческих регистров (цели, стратегии, продукты, функции, организационные звенья и др.).

Управленческие регистры по своей структуре представляют собой иерархические классификаторы. Объединяя классификаторы в функциональные группы и закрепляя между собой элементы различных классификаторов с помощью матричных проекций, можно получить полную бизнес-модель компании.

При этом происходит процессно-целевое описание компании, позволяющее получить взаимосвязанные ответы на следующие вопросы: зачем-что-где-кто-как-когда-кому-сколько (рис. 4.2).


Рис. 4.2.  Основные этапы процессно-целевого описания компании

Следовательно полная бизнес-модель компании - это совокупность функционально ориентированных информационных моделей, обеспечивающая взаимосвязанные ответы на следующие вопросы: "зачем" - "что" - "где" - "кто" - "сколько" - "как" - "когда" - "кому" (рис. 4.3).


Рис. 4.3.  Полная бизнес-модель компании

Таким образом, организационный анализ предполагает построение комплекса взаимосвязанных информационных моделей компании, который включает:

  •  Стратегическую модель целеполагания (отвечает на вопросы: зачем компания занимается именно этим бизнесом, почему предполагает быть конкурентоспособной, какие цели и стратегии для этого необходимо реализовать);
  •  Организационно-функциональную модель (отвечает на вопрос кто-что делает в компании и кто за что отвечает);
  •  Функционально-технологическую модель (отвечает на вопрос что-как реализуется в компании);
  •  Процессно-ролевую модель (отвечает на вопрос кто-что-как-кому);
  •  Количественную модель (отвечает на вопрос сколько необходимо ресурсов);
  •  Модель структуры данных (отвечает на вопрос в каком виде описываются регламенты компании и объекты внешнего окружения).

Представленная совокупность моделей обеспечивает необходимую полноту и точность описания компании и позволяет вырабатывать понятные требования к проектируемой информационной системе.

Шаблоны организационного бизнес-моделирования

Технология организационного бизнес-моделирования предполагает использование типовых шаблонных техник описания компании.

Шаблон разработки миссии

Как было сказано выше, любая компания с ее микро- и макроокружением представляет собой иерархию вложенных друг в друга открытых, субъектно-ориентированных систем. Компания, с одной стороны, является частью рынка, а с другой отстаивает в конкурентной борьбе собственные интересы. Миссия представляет собой результат позиционирования компании среди других участников рынка. Поэтому миссию компании нельзя описывать путем анализа ее внутреннего устройства. Для построения модели взаимодействия компании с внешней средой (определение миссии компании на рынке) необходимо:

  •  идентифицировать рынок (надсистему), частью которого является компания;
  •  определить свойства (потребности) рынка;
  •  определить предназначение (миссию) компании, исходя из ее роли на рынке.

Кроме этого, миссия, как было сказано выше, это компромисс между потребностями рынка, с одной стороны, и возможностями и желанием компании удовлетворить эти интересы, с другой. Поиск компромисса может быть выполнен по шаблону, представленному на рис. 4.4.


Рис. 4.4.  Шаблон разработки миссии ( матрица проекций)

При разработке модели миссии компании рекомендуется:

  1.  Описать базис конкурентоспособности компании - совокупность характеристик компании как социально-экономической системы. Например:
    •  для объекта - уникальность освоенных технологий и исключительность имеющихся в компании ресурсов (финансовых, материальных, информационных и др.)
    •  для субъекта - знания и умения персонала и опыт менеджеров.

Это определяет уникальность ресурсов и навыков компании и формирует позицию "могу".

  1.  Выяснить конъюнктуру рынка, т.е. определить наличие платежеспособного спроса на предлагаемые товары или услуги и степень удовлетворения рынка конкурентами. Это позволяет понять потребности рынка и сформировать позицию "надо".
  2.  Выявить наличие способствующих и противодействующих факторов для выбранного вида деятельности со стороны государственных институтов в области политики и экономики.
  3.  Оценить перспективу развития технологии в выбранной сфере деятельности.
  4.  Оценить возможную поддержку или противодействие общественных организаций.
  5.  Сопоставить результаты вышеперечисленных действий с учетом правовых, моральных, этических и др. ограничений со стороны персонала и сформировать позицию "хочу".
  6.  Оценить уровень возможных затрат и доходов.
  7.  Оценить возможность достижения приемлемого для всех сторон компромисса и сформулировать Миссию компании в соответствии с шаблоном, приведенным на рис. 4.5.


Рис. 4.5.  Шаблон разработки миссии

Миссия в широком понимании представляет собой основную деловую концепцию компании, изложенную в виде восьми положений, определяющих взаимоотношения компании с другими субъектами:

  •  что получит Заказчик в части удовлетворения своих потребностей;
  •  кто, для чего и как может выступать в качестве партнера компании;
  •  на какой основе предполагается строить отношения с конкурентами (какова, в частности, готовность пойти на временные компромиссы);
  •  что получит собственник и акционеры от бизнеса;
  •  что получат от бизнеса компании менеджеры;
  •  что получит от компании персонал;
  •  в чем может заключаться сотрудничество с общественными организациями;
  •  как будут строиться отношения компании с государством (в частности, возможное участие в поддержке государственных программ).

Шаблон формирования бизнесов

В соответствии с разработанной Миссией компании определяются социально значимые потребности, на удовлетворение которых направлен бизнес компании.

Разработка бизнес-потенциала компании может быть выполнена по Шаблону формирования бизнесов, представленному на рис. 4.6.


Рис. 4.6.  Шаблон формирования бизнесов

В результате формируются базовый рынок и базовый продукт, детализация которых определяет предложения компании глазами покупателей (товарные группы) и однородные по отношению к продуктам компании группы покупателей (сегменты рынка). С помощью матричной проекции (рис. 4.7) устанавливается соответствие между сформированными товарными группами и сегментами рынка и определяется список бизнесов компании (на пересечении строк и столбцов находятся бизнесы компании).


Рис. 4.7.  Шаблон формирования бизнесов (матрица проекций)

Шаблон формирования функционала компании (основных бизнес-функций)

На основании списка бизнесов, с помощью матричной проекции (рис. 4.8) формируется классификатор бизнес-функций компании.


Рис. 4.8.  Шаблон формирования основных бизнес-функций

Для формирования основных функций менеджмента компании сначала разрабатываются и утверждаются два базовых классификатора - "Компоненты менеджмента" (перечень используемых на предприятии инструментов/контуров управления) и "Этапы управленческого цикла" (технологическая цепочка операций, последовательно реализуемых менеджерами при организации работ в любом контуре управления). Далее аналогично, с помощью матрицы проекций, формируется список основных функций менеджмента. На рис. 4.9 приведены примеры классификаторов, на основании которых построена матрица - генератор основных функций менеджмента.


Рис. 4.9.  Шаблон формирования основных функций менеджмента

Представленные матричные проекции (рис. 4.8, рис. 4.9)) позволяют формировать функции любой степени детализации путем более подробного описания как строк, так и столбцов матрицы.

Шаблон формирования зон ответственности за функционал компании

Формирование зон ответственности за функционал компании выполняется с помощью матрицы организационных проекций (рис. 4.10).


Рис. 4.10.  Шаблон распределения функций по организационным звеньям

Матрица организационных проекций представляет собой таблицу, в строках которой расположен список исполнительных звеньев, в столбцах - список функций, выполняемых в компании. Для каждой функции определяется исполнительное звено, отвечающее за эту функцию.

Заполнение такой таблицы позволяет по каждой функции найти исполняющие ее подразделения или сотрудника. Анализ заполненной таблицы позволяет увидеть "пробелы" как в исполнении функций, так и в загруженности сотрудников, а также рационально перераспределить все задачи между исполнителями и закрепить как систему в документе "Положение об организационной структуре".

Положение об организационной структуре - это внутрифирменный документ, фиксирующий: продукты и услуги компании, функции, выполняемые в компании, исполнительные звенья, реализующие функции, распределение функций по звеньям.

Таблица проекций функций на исполнительные звенья может иметь весьма большую размерность. В средних компаниях это, например, 500 единиц - 20 звеньев на 25 функций. В больших компаниях это может быть 5 000 единиц - 50 звеньев на 100 функций.

Аналогично строится матрица коммерческой ответственности.

Шаблон потокового процессного описания

Шаблон потокового процессного описания приведен на рис. 4.11. Такое описание дает представление о процессе последовательного преобразования ресурсов в продукты усилиями различных исполнителей на основании соответствующих регламентов.


Рис. 4.11.  Потоковая процессная модель

Методики построения процессных моделей будут приведены ниже.

Построения организационно-функциональной модели компании

Организационно-функциональная модель компании строится на основе функциональной схемы деятельности компании рис. 4.12.


Рис. 4.12.  Функциональная схема компании

На основании миссии формируются цели и стратегии компании. С их помощью определяется необходимый набор продуктов и, как следствие - требуемые ресурсы. Воспроизводство продукции происходит за счет переработки ресурсов в основном производственном цикле. Его компоненты формируют необходимые бизнес-функции для поставки ресурсов, производства продуктов и их распределения в места реализации. Для управления указанным процессом воспроизводства формируется совокупность компонентов менеджмента, которая порождает набор функций управления. Для поддержания процессов воспроизводства и управления формируются наборы соответствующих функций обеспечения (охраны, технического оснащения, профилактики и ремонта и пр.). Такой подход позволяет описать предприятие с помощью универсального множества управленческих регистров (цели, стратегии, продукты, функции, организационные звенья и пр.). Управленческие регистры представляют собой иерархические классификаторы. Объединяя классификаторы в функциональные группы и закрепляя между собой элементы различных классификаторов с помощью матричных проекций, можно получить модель организационной структуры компании.

Для построения организационно-функциональной модели используется всего два типа элементарных моделей.

Древовидные модели (классификаторы) - точные иерархические списки выделенных объектов управления (организационных звеньев, функций, ресурсов, в том числе исполнительных механизмов для бизнес-процессов, документов и их структуры, и т.п.). Каждый элемент классификатора может быть дополнительно охарактеризован рядом атрибутов: тип, шкала, комментарий и т.п. Фактически, классификаторы представляют собой набор управленческих регистров, содержащих, в основном, неколичественную информацию, совокупность которых задает систему координат для описания деятельности компании. Количество таких списков-классификаторов определяется целью построения модели.

Матричные модели - это проекции, задающие систему отношений между классификаторами в любой их комбинации. Связи могут иметь дополнительные атрибуты (направление, название, индекс, шкала и вес).

В начальной модели применяется всего несколько классификаторов предметной области:

  •  основные группы продуктов и услуг компании;
  •  ресурсы, потребляемые компанией в ходе своей деятельности;
  •  функции (процессы), поддерживаемые в компании;
  •  организационные звенья компании.

В классификаторе функций обычно выделяют три базовых раздела:

  •  основные функции - непосредственно связанные с процессом преобразования внешних ресурсов в продукцию и услуги предприятия;
  •  функции менеджмента - или функции управления предприятием;
  •  функции обеспечения - поддерживающие производственную, коммерческую и управленческую деятельность.

Главной функцией компании является предоставление продуктов и услуг, поэтому сначала производится формальное описание, согласование и утверждение руководством предприятия перечня его бизнесов (направлений коммерческой деятельности), продукции и услуг. Из этого классификатора внешним контрагентам должно быть понятно, чем предприятие интересно рынку, а для внутренних целей - для чего нужен тот или иной функционал компании.

В результате этих операций производится идентификация функционала и создается единая терминология описания функций предприятия, которая должна быть согласована всеми ведущими менеджерами. При составлении классификатора оргзвеньев важно, чтобы уровень детализации функций соответствовал уровню детализации звеньев. После формирования всех базовых классификаторов с помощью матричных проекций производится их закрепление за оргзвеньями предприятия:

Процесс формирования матрицы проекций функций на оргзвенья на практике напоминает игру в крестики-нолики (рис. 4.10).

По строчкам таблицы указываются подразделения, по столбцам - функции, составляющие содержание процесса управления или бизнес-процесса в данной компании. На пересечениях функций и подразделений, которые ответственны за выполнение функции, ставится крестик. Для проекций большой размерности используется механизм расстановки связей между двумя классификаторами, представленных списками.

Стандартная практика построения моделей организационно-функциональной структуры компаний поддерживает два уровня детализации:

  1.  агрегированную модель;
  2.  детализированную модель.

Агрегированная модель - модель организационной структуры, учетные регистры которой имеют ограничение по степени детализации до 2-3 уровней.

Целью построения данной модели является предоставление информации об организационной структуре высшим руководителям компании для проведения стратегического анализа, анализа соответствия данной структуры стратегии и внешнему окружению компании. Модель может также предоставляться внешним пользователям (например, потенциальным инвесторам как иллюстрация к бизнес-плану, крупным клиентам и др.).

Детализированная модель - модель организационной структуры, детализация учетных регистров которой производится на более глубоких уровнях, чем в агрегированной модели. Степень детализации в модели обусловлена конкретными потребностями компании (создание определенных организационных регламентов).

Целью построения данной модели является предоставление информации о распределении функциональных обязанностей между подразделениями компании, а также об организации бизнес-процессов в компании. Построение детализированной модели позволяет создавать различные внутрифирменные регламенты: Положения об организационной структуре рис. 4.13.

Ниже приведен пример описания фрагментов организационно-функциональной модели производственного предприятия рис. 4.14 и торгового предприятия рис. 4.15. Приведенные матрицы проекций являются основой для выделения бизнес-процессов предприятия и их владельцев на последующих этапах создания ИС.


Рис. 4.13.  Схема создания Положения об организационно- функциональной структуре компании


Рис. 4.14.  Распределение функций по подразделениям производст- венного предприятия


Рис. 4.15.  Распределение функций по подразделениям торгового предприятия

Функции подразделений производственного предприятия рассматриваются в рамках следующих функциональных областей:

  •  корпоративное управление;
  •  финансы;
  •  персонал;
  •  материальные ресурсы;
  •  заказы;
  •  производство;
  •  разработка продуктов;
  •  планирование;
  •  снабжение/закупки;
  •  качество;
  •  сбыт/продажи.

Распределение функций по структурным подразделениям в разрезе отдельных функциональных областей деятельности по управлению производственным предприятием представлено на рис. 4.14.

Функции подразделений торгового предприятия рассматриваются в рамках иных функциональных областей (см. рис. 4.15).

Инструментальные средства организационного моделирования

Применение современных технологий для организационного моделирования позволяет значительно ускорить организационное проектирование. В начале 1990-х годов на Западе появились первые программы для решения задач, связанных с организационными проблемами управления предприятием. Orgware - новый класс программ - был ориентирован на решение задач систематизации, хранения и обработки "неколичественной" информации об организации бизнеса, которые раньше не имели адекватной компьютерной поддержки.

Первый российский продукт - БИГ-Мастер - был создан как компьютерный инструмент для поддержки определенной концепции управления предприятием, получившей название регулярного менеджмента. Главной задачей orgware был переход к строго документированным процедурам и регламентам деятельности. В основу компьютерной парадигмы регулярного менеджмента был положен следующий подход: "Надо создавать не систему взаимосвязанных документов, а систему взаимосвязанных информационных моделей предприятия, которые и будут порождать требуемые документы".

Концептуальной основой БИГ-Мастера стал современный процессный подход к организации деятельности компании. На верхнем уровне система процессов обычно описывается деревом функций - для его обозначения часто используется термин функционал. Функции здесь рассматриваются в качестве "свернутых" процессов. Все процессы-функции, как минимум, должны быть определены (т.е. идентифицированы как вид деятельности, имеющий некую цель и результаты) и классифицированы по видам (основные, обеспечивающие, процессы управления). Также должны быть распределены ответственность и полномочия для управления процессами на регулярной основе. На этом уровне для описания компании в БИГ-Мастере применяются два типа моделей: древовидные модели (классификаторы) и матричные модели (проекции).

На нижнем уровне выделенные ("ключевые") процессы могут быть описаны как технологическая последовательность операций (для получения требуемых результатов). Для этого применяются потоковые модели бизнес-процессов, назначение которых - описание горизонтальных отношений в организации, связывающих между собой описанные ранее объекты посредством информационных и материальных потоков. Для структурного анализа и проектирования процессов, описываемых потоковыми моделями, БИГ-Мастер поддерживает методологию SADT (IDEF). Наличие механизма матричных проекций позволяет определить и описать процессы компании как целостную взаимосвязанную систему.

За счет иерархической структуры классификаторов бизнес-модель одновременно содержит отношения "функция-исполнитель" всех степеней детализации, что позволяет с помощью встроенного генератора отчетов настраивать "разрешение" взгляда на компанию применительно к конкретной управленческой задаче. Система проекций позволяет отразить в отчете любые дополнительные свойства, относящиеся к данному объекту (например, квалификационные требования для персонала, задействованного в процессе). Кроме того, взгляд на компанию может быть связан с любой "координатой отсчета" - например, от документа или сотрудника - в каких процессах и как они участвуют и т.п.

Классификаторы, проекции и потоковые модели бизнес-процессов поддерживаются различными способами их визуализации. Для классификаторов - в виде списков и деревьев (орграфов), для проекции - в виде связанных списков и транспонируемых матриц, а для потоковых моделей бизнес-процессов - в виде диаграмм IDEF0 (IDEF3) и текстового описания, что облегчает понимание задач участниками процессов. При этом конструирование самих потоковых моделей происходит в привычных табличных формах.

В модели возможно формирование неограниченного количества новых классификаторов, проекций и потоковых моделей, а следовательно, отчетов и документов для описания и, что особенно важно, создания регламентов деятельности компании.

Наличие в БИГ-Мастере нескольких инструментов моделирования является чрезвычайно полезным. Матричные модели поддерживают вертикальную интеграцию - подробное системно-целевое описание компании, выстроенное по иерархии управления и исполняемым функциям. В процессной модели преобладает функционально-технологический подход - горизонтальная интеграция бизнес-операций по процедурам. Все вышеперечисленные возможности БИГ-Мастера делают его удобным инструментальным средством организационного моделирования.

Лекция_5: Спецификация функциональных требований к ИС. 

Процессные потоковые модели

Разработка требований к проектируемой ИС строится на основе статического и динамичного описания компании. Статическое описание компании, рассмотренное в лекции 4, проводится на уровне функциональных моделей и включает описание бизнес-потенциала, функционала и соответствующих матриц ответственности.

Дальнейшее развитие (детализация) бизнес-модели происходит на этапе динамичного описания компании на уровне процессных потоковых моделей.

Процессные потоковые модели — это модели, описывающие процесс последовательного во времени преобразования материальных и информационных потоков компании в ходе реализации какой-либо бизнес-функции или функции менеджмента. На верхнем уровне описывается логика взаимодействия участников процесса, на нижнем — технология работы отдельных специалистов на своих рабочих местах. Процессные потоковые модели отвечают на вопросы кто—что—как—кому (см. лекцию 4 рис. 4.3).

Современное состояние экономики характеризуется переходом от традиционной функциональной модели деятельности компании, построенной на принципах разделения труда, узкой специализации и жестких иерархических структурах, к модели процессной, основанной на интеграции работ вокруг бизнес-процессов.

Главными недостатками функционального подхода являются:

  •  разбиение технологий выполнения работы на отдельные фрагменты, иногда между собой несвязанные, которые выполняются различными структурными подразделениями;
  •  отсутствие целостного описания технологий выполнения работы;
  •  сложность увязывания простейших задач в технологию, производящую реальный товар или услугу;
  •  отсутствие ответственности за конечный результат;
  •  высокие затраты на согласование, налаживание взаимодействия, контроль и т. д.;
  •  отсутствие ориентации на клиента.

Процессный подход предполагает смещение акцентов от управления отдельными структурными элементами на управление сквозными бизнес-процессами, связывающими деятельность всех структурных элементов. Каждый деловой процесс проходит через ряд подразделений, т. е. в его выполнении участвуют специалисты различных отделов компании. Чаще всего приходится сталкиваться с ситуацией, когда собственно процессами никто не управляет, а управляют лишь подразделениями. Более того, структура компаний строится без учета возможностей оптимизации деловых процессов, обеспечивающих необходимые функции. Процессный подход позволяет устранить фрагментарность в работе, организационные и информационные разрывы, дублирование, нерациональное использование финансовых, материальных и кадровых ресурсов.

Процессный подход к организации деятельности предприятия предполагает:

  •  широкое делегирование полномочий и ответственности исполнителям;
  •  сокращение уровней принятия решений;
  •  сочетание принципа целевого управления с групповой организацией труда;
  •  повышенное внимание к вопросам обеспечения качества;
  •  автоматизация технологий выполнения бизнес-процессов.

Согласно стандарту "Основные Положения и Словарь — ИСО/ОПМС 9000:2000" (п. 2.4) понятие "Процессный подход" определяется как:

"Любая деятельность, или комплекс деятельности, в которой используются ресурсы для преобразования входов в выходы, может рассматриваться как процесс. Чтобы результативно функционировать, организации должны определять и управлять многочисленными взаимосвязанными и взаимодействующими процессами. Часто выход одного процесса образует непосредственно вход следующего. Систематическая идентификация и менеджмент применяемых организацией процессов, и особенно взаимодействия таких процессов, могут считаться "процессным подходом".

Основной принцип процессного подхода определяет структурирование бизнес–системы в соответствии с деятельностью и бизнес-процессами предприятия, а не в соответствии с его организационно-штатной структурой. Именно бизнес-процессы, обеспечивающие значимый для потребителя результат, представляют ценность и для специалистов, проектирующих ИС. Процессная модель компании должна строиться с учетом следующих положений:

  1.  Верхний уровень модели должен отражать только контекст диаграммы – взаимодействие моделируемого единственным контекстным процессом предприятия с внешним миром.
  2.  На втором уровне должны быть отражены тематически сгруппированные бизнес-процессы предприятия и их взаимосвязи.
  3.  Каждая из деятельностей должна быть детализирована на бизнес-процессы.
  4.  Детализация бизнес-процессов осуществляется посредством бизнес –функций.
  5.  Описание элементарной бизнес–операции осуществляется с помощью миниспецификации.

Процессный подход требует комплексного изучения различных сторон жизни организации — правовых основ и правил деятельности, организационной структуры, функций и показателей результатов их исполнения, интерфейсов, ресурсного обеспечения, организационной культуры. В результате анализа создается модель деятельности "как есть". Обработка этой модели с помощью различных аналитических методов позволяет проверить, насколько деловые процессы рациональны, а также определить, является ли та или иная операция ориентированной на общественно значимый конечный результат или излишней бюрократической процедурой.

В ходе анализа деловых процессов детально исследуются сферы ответственности подразделений ведомства, его руководителей и сотрудников. Это позволяет установить адреса владельцев деловых процессов, в результате чего процессы перестают быть бесхозными, создаются условия для разработки и внедрения систем стимулирования и ответственности за конечные результаты, определяются моменты и процедуры передачи ответственности. Анализ и оценка деловых процессов позволяют подойти к обоснованию стандартов их выполнения, допустимых рисков и диапазонов свободы принятия решений исполнителями, предельных нормативов затрат ресурсов на единицу эффекта.

Однако чисто "процессная компания" является скорее иллюстрацией правильной организации работ. В действительности все бизнес-процессы компании протекают в рамках организационной структуры предприятия, описывающей функциональные компетентности и отношения.

Управление всей текущей деятельностью компании ведется по двум направлениям — управление функциональными областями, которые поддерживают множество унифицированных бизнес-процессов, разделенных на операции, и управление интегрированными бизнес-процессами, задачей которого является маршрутизация и координация унифицированных процессов для выполнения как оперативных заказов потребителей, так и глобальных проектов самой организации (рис. 5.1).


Рис. 5.1.  Схема управления деятельностью компании

Фактически основной задачей организационного проектирования является выбор оптимального соотношения между эффективностью использования ресурсов и эффективностью процессов. Жесткая специализация подразделений экономит ресурсы организации, но снижает качество реализации процессов. Создание "процессных" команд, включающих собственных специалистов по всем ключевым операциям, обходится достаточно дорого, но при этом значительно сокращается время и повышается точность выполнения процесса. Иногда организации могут позволить себе выбрать этот путь, особенно в тех случаях, когда создается высокая ценность процесса, за которую потребитель согласен платить. Но, как правило, ищется какой-то компромисс на основе процессно-матричных структур. Когда компания начинает ориентироваться на процессы, исключительно важной становится роль владельцев интегрированных межфункциональных процессов, касающихся многих функциональных областей. Кроме того, новая парадигма деятельности предприятия вызывает появление большого числа процессов управления, распределенных по всему предприятию, а не сосредоточенных в специализированных организационных единицах: это системы качества, бюджетирования, маркетинга и т.п. Поэтому постановка бюджетирования как организационной, а не только финансовой задачи предполагает делегирование полномочий, т.е. власти (с которой нелегко расстаются). На более низкие уровни делегируется ответственность за принятие финансовых решений: о заключении сделки-договора, об оплате, о закупке, о скидках и отпуске в кредит и т.п. Это позволяет упростить связи между подразделениями и снизить количество уровней вертикального прохождения документов, т.е. является необходимым условием реализации классической схемы реинжиниринга. Таким образом, процессная ориентация ведет к перестройке организационной структуры, делает организационную структуру компании более "плоской", что иллюстрирует тесную связь между "вертикальным" описанием организации (как структуры распределения ответственности, полномочий и взаимоотношений) и ее "горизонтальным" описанием, как системы процессов.

Основные элементы процессного подхода

В рамках процессного подхода любое предприятие рассматривается как бизнес-система – система, которая представляет собой связанное множество бизнес-процессов, конечными целями которых является выпуск продукции или услуг.

Под бизнес-процессом понимают совокупность различных видов деятельности, которые создают результат, имеющий ценность для потребителя. Бизнес-процесс – это цепочка работ (функций), результатом которой является какой-либо продукт или услуга.

Каждый бизнес-процесс имеет свои границы (подробнее см. лекции 6, 7) и роли.

В процессном подходе используются следующие ключевые роли:

Владелец процесса – человек, отвечающий за ход и результаты процесса в целом. Он должен знать бизнес-процесс, следить за его выполнением и совершенствовать его эффективность. Владельцу бизнес-процесса необходимо обладать коммуникативностью, энтузиазмом, способностью влиять на людей и производить изменения.

Лидер команды — работник, обладающий знаниями о бизнес-процессе и имеющий позитивные личные качества.

Коммуникатор – работник, обучающий команду различным методам работы, подготавливающий совместно с лидером совещания и анализирующий их результат.

Координатор процесса – работник, отвечающий за согласованную работу всех частей бизнеса и обеспечивающий связь с другими бизнес-процессами. Координатор должен обладать административными способностями и пониманием стратегических целей предприятия.

Участники команды – специалисты различных уровней иерархии. Участники команды получают поддержку и методическое обеспечение от консультанта и коммуникатора, вместе с лидером проводят моделирование, анализ и оценку бизнес-процесса.

Одним из основных элементов процессного подхода является команда. Существует несколько типов процессных команд:

Ситуационная команда – обычно работает на постоянной основе и выполняет периодически повторяющуюся работу.

Виртуальная команда – создается для разработки нового продукта или услуги.

Ситуационный менеджер – высококвалифицированный специалист, способный самостоятельно выполнить до 90% объема работ.

Важной задачей процессного подхода является формирование процессных команд. Подготовка и формирование команды включает:

  •  учебные курсы;
  •  практический тренинг по освоению методов, методик и др.;
  •  психологическое тестирование;
  •  тестирование рабочих навыков.

Достижение определенной совокупности целей за счет выполнения бизнес-процессов называется деревом целей. Дерево целей имеет, как правило, иерархический вид. Каждая цель имеет свой вес и критерий (количественный или качественный) достижимости.

Бизнес-процессы реализуют бизнес-функции предприятия. Под бизнес-функцией понимают вид деятельности предприятия. Множество бизнес-функций представляет иерархическую декомпозицию функциональной деятельности и называется деревом функций.

Бизнес-функции связаны с показателями деятельности предприятия, образующими дерево показателей. На основании показателей строится система показателей оценки эффективности выполнения процессов. Владельцы процессов контролируют свои бизнес-процессы с помощью данной системы показателей. Наиболее общими показателями оценки эффективности бизнес-процессов являются:

  •  количество производимой продукции заданного качества за определенный интервал времени;
  •  количество потребляемой продукции;
  •  длительность выполнения типовых операций и др.

Выделение и классификация процессов

При процессном описании должны решаться, как минимум, две задачи:

  1.  Идентификация всей системы "функциональных областей" и процессов компании и их взаимосвязей.
  2.  Выделение "ключевых" интегрированных процессов и их описание на потоковом уровне.

Каждая деятельность компании реализуется как процесс, который имеет своего потребителя: внешнего — клиента или внутреннего — сотрудников или подразделения компании, реализующих другие процессы. На стадии системного описания процессов и выявляется значимость каждого процесса — в том числе происходит очищение от малопонятной деятельности. На этом этапе выбираются ключевые процессы для потокового описания, которое необходимо, например, для создания информационной системы предприятия.

Наиболее распространены следующие четыре вида бизнес-процессов:

  1.  Процессы, создающие наибольшую добавленную стоимость (экономическую стоимость, которая определяется издержками компании, относимыми на продукцию).
  2.  Процессы, создающие наибольшую ценность для клиентов (маркетинговую стоимость за счет дифференциации продукции).
  3.  Процессы с наиболее интенсивным межзвенным взаимодействием, создающие транзакционные издержки.
  4.  Процессы, определенные стандартами ИСО 9000, как обязательные к описанию при постановке системы менеджмента качества.

Важнейшим шагом при структуризации любой компании является выделение и классификация бизнес-процессов. Целесообразно основываться на следующих классах процессов:

  •  основные;
  •  процессы управления;
  •  процессы обеспечения;
  •  сопутствующие;
  •  вспомогательные;
  •  процессы развития.

Рассмотрим модель деятельности компании (рис. 5.2), при описании которой используют процессы управления, основные бизнес-процессы и процессы обеспечения.

Основные бизнес-процессы — это процессы, ориентированные на производство товаров и услуг, представляющие ценность для клиента и обеспечивающие получение дохода.


Рис. 5.2.  Упрощенная модель деятельности компании

Основные процессы образуют "жизненный цикл" продукции компании. Критериями эффективности таких процессов являются обычно качество, точность и своевременность выполнения каждого заказа. Многие потребители рассматривают увеличение качества как нечто более важное, чем уменьшение цены. Искусный продавец может получить заказ на выполнение работ в условиях конкуренции с другими фирмами, однако только качество товара или услуги определяет в большей степени, повторит ли потребитель свой заказ у этого продавца еще раз. Таких процессов, при развитой деятельности компании, может быть много. Все они описываются по производственно-коммерческим цепочкам: "первичное взаимодействие с клиентом и определение его потребностей реализация запроса (заявки, заказа, контракта и т.п.) послепродажное сопровождение и мониторинг удовлетворения потребностей". Процесс "реализации (запроса клиента)" может быть декомпозирован на следующие подпроцессы — процессы более низкого уровня:

  •  разработка (проектирование) продукции;
  •  закупка (товаров, материалов, комплектующих изделий);
  •  транспортировка (закупленного);
  •  разгрузка, приемка на склад и хранение (закупленного);
  •  производство (со своим технологическим циклом и внутренней логистикой);
  •  приемка на склад и хранение (готовой продукции);
  •  отгрузка (консервация и упаковка, погрузка, доставка);
  •  пуско-наладка;
  •  оказание услуг (предусмотренных контрактом на поставку или имеющих самостоятельное значение) и т.п.

Эти этапы цепочки также достаточно стандартны (например, в стандарте ИСО редакции 1994 г. приведены многие из этих процессов в качестве обязательных и подлежащих сертификации). Проверить, какие бизнес-цепочки существуют на предприятии, можно с помощью проекции каждого из выделенных "бизнесов, продукции и услуг" на вышеуказанный (стандартный) библиотечный классификатор жизненного или уже производственного цикла.

Для оценки этапов работы с любым документом можно использовать также анализ "жизненного цикла документа", который может выглядеть следующим образом:

  •  предоставляет исходные данные;
  •  подготавливает, разрабатывает;
  •  заполняет;
  •  корректирует;
  •  оформляет;
  •  подписывает;
  •  контролирует соответствие установленным требованиям;
  •  визирует;
  •  согласует;
  •  утверждает;
  •  акцентирует (принимает к сведению, использует);
  •  хранит;
  •  снимает копию.

Здесь тоже может быть применена своя матрица-генератор, как средство проверки полноты, — идентификация цикла.

Можно также воспользоваться референтными моделями деятельности аналогичных компаний — они могут сопоставляться с процессами конкурентов, лидеров отрасли, а также совершенствоваться.

Процессы управления – это процессы, охватывающие весь комплекс функций управления на уровне каждого бизнес-процесса и бизнес-системы в целом. Процессы управления имеют своей целью выработку и принятие управленческого решения. Данные управленческие решения могут приниматься относительно всей организации в целом, отдельной функциональной области или отдельных процессов, например:

  •  стратегическое управление;
  •  организационное проектирование (структуризация);
  •  маркетинг;
  •  финансово-экономическое управление;
  •  логистика и организация процессов;
  •  менеджмент качества;
  •  персонал.

Другая возможная систематизация функций управления связана с понятием управленческого цикла и базируется на пяти исходных функциях управления: планирование, организация, распорядительство, координация, контроль. Самая распространенная ошибка — это смешение этих принципов.

Для реализации процессного описания исключительно важным является то, что любая управленческая деятельность развертывается по так называемому "управленческому циклу", который включает:

  •  сбор информации;
  •  выработку решения;
  •  реализацию;
  •  учет;
  •  контроль;
  •  анализ;
  •  регулирование.

Например, наиболее часто встречающиеся варианты детализации:

  •  сбор информации;
  •  определение состава собираемой информации;
  •  определение форм отчетности.
  •  выработка решения;
  •  анализ альтернатив;
  •  подготовка вариантов решения;
  •  принятие решения;
  •  выработка критериев оценки;
  •  реализация;
  •  планирование;
  •  организация;
  •  мотивация;
  •  координация;
  •  контроль исполнения
  •  учет результатов;
  •  сравнение по принятым критериям;
  •  анализ
  •  анализ дополнительной информации;
  •  диагностика возможных причин отклонений;
  •  регулирование
  •  регулирование на уровне реализации (возврат к п.3);
  •  регулирование на уровне выработки решения (возврат к п.1,2)

Каждый из этих этапов имеет своих характерных для него исполнителей — управленцев, которых можно отнести к трем основным категориям:

  •  руководитель (ответственный за принятие и организацию выполнения решений);
  •  специалист-аналитик (ответственный за подготовку решения и анализ отклонений);
  •  технические исполнители (сбор информации, учет, коммуникации).

Согласно некоторым подходам, в процессах управления выделяются два типа процессов, относящихся, соответственно, к двум типам менеджмента, условно обозначаемым как "менеджмент ресурсов" и "менеджмент организации", которые отличаются по объекту управления, базовым моделям и, что важно для описания процессов, — своими управленческими циклами. Тогда модель деятельности предприятия становится двухуровневой (рис .5.3)


Рис. 5.3.  Двухуровневая модель деятельности предприятия

Из этой модели следует, что сами циклы ресурсного планирования нуждаются в регламентации — то есть ресурсное управление может осуществляться только по специально разработанным организационным регламентам.

В основе цикла управления ресурсами лежит расчет или имитационное моделирование и контроль результатов:

  •  выбор (или получение от системы верхнего уровня) целевого критерия оценки качества решения;
  •  сбор информации о ресурсах предприятия или возможностях внешней среды;
  •  просчет вариантов (с различными предположениями о возможных значениях параметров);
  •  выбор оптимального варианта — принятие решения (= ресурсного плана);
  •  учет результатов (и отчетность);
  •  сравнение с принятым критерием оценки ( = контроль результатов);
  •  анализ причин отклонений и регулирование (возврат к 1, 2 или 3).

В основе цикла организационного менеджмента лежит структурное или процессное моделирование и процедурный контроль:

  •  определение состава задач (обособленных функций, операций);
  •  выбор исполнителей (- распределение зон и степени ответственности);
  •  проектирование процедур (последовательности и порядка исполнения);
  •  согласование и утверждение регламента исполнения (- процесса, плана мероприятий);
  •  отчетность об исполнении;
  •  контроль исполнения (- процедурный контроль);
  •  анализ причин отклонений и регулирование (возврат к 1, 2 или 3).

Таким образом, на определенных шагах декомпозиции предприятию надо определить, какие стадии управленческого цикла реализуются по каждой из ранее выделенных задач управления. Это можно проверить с помощью матрицы-генератора, которая раскладывает компоненты менеджмента по этапам управленческого цикла.

Процессы обеспечения – это процессы, предназначенные для жизнеобеспечения основных и сопутствующих процессов и ориентированные на поддержку их универсальных средств. Например, процесс финансового обеспечения, процесс обеспечения кадрами, процесс юридического обеспечения — это вторичные процессы. Они создают и поддерживают необходимые условия для выполнения основных функций и функций менеджмента. Клиенты обеспечивающих процессов находятся внутри компании.

На верхнем уровне детализации можно выделить примерно следующие стандартные процессы обеспечения:

  •  обеспечение производства;
  •  техобслуживание и ремонт оборудования;
  •  обеспечение теплоэнергоресурсами;
  •  обслуживание и ремонт зданий и сооружений;
  •  технологическое обеспечение;
  •  метрологическое;
  •  техника безопасности;
  •  экологический контроль и т.п.
  •  обеспечение управления;
  •  информационное обеспечение;
  •  обеспечение документооборота;
  •  коммуникационное обеспечение;
  •  юридическое обеспечение;
  •  обеспечение безопасности;
  •  материально-техническое обеспечение управления;
  •  хозяйственное обеспечение;
  •  обеспечение коммунальными услугами;
  •  транспортное обслуживание и т.п.

Для каждого из выделенных выше подпроцессов также следует определить, какой основной или управленческий процесс является потребителем этих "внутренних" услуг. Для этого существуют свои матрицы-генераторы. Их можно построить отдельно для основных процессов (рис. 5.4) и процессов управления (рис. 5.5).


Рис. 5.4.  Упрощенная матрица-генератор обеспечивающих бизнес-функций


Рис. 5.5.  Матрица-генератор обеспечивающих бизнес-функций

Разбиение данных процессов производится по индивидуальным технологическим цепочкам. Многие из обеспечивающих процессов стандартны для всех компаний или определенных видов деятельности: промышленность, торговля, предоставление услуг и т.п. Однако, как правило, данный класс функций в меньшей степени "подвергается" потоковому процессному описанию. Большинство из них достаточно хорошо регламентируются должностными и специальными инструкциями.

Референтная модель бизнес-процесса

В качестве основного каркаса, объединяющего и систематизирующего все знания по бизнес-модели, можно использовать референтную модель. Референтная модель — это модель эффективного бизнес-процесса, созданная для предприятия конкретной отрасли, внедренная на практике и предназначенная для использования при разработке/реорганизации бизнес-процессов на других предприятиях. По сути, референтные модели представляют собой эталонные схемы организации бизнеса, разработанные для конкретных бизнес-процессов на основе реального опыта внедрения в различных компаниях по всему миру. Они включают в себя проверенные на практике процедуры и методы организации управления. Референтные модели позволяют предприятиям начать разработку собственных моделей на базе уже готового набора функций и процессов.

Референтная модель бизнес-процесса представляет собой совокупность логически взаимосвязанных функций. Для каждой функции указывается исполнитель, входные и выходные документы или информационные объекты. Элементы (функции и документы) референтной модели бизнес-процесса содержат ссылки на соответствующие объекты ИС, а также документы и другую информацию (пользовательские инструкции, ответственных разработчиков), расположенную в репозитарии проекта. Отсюда и название — референтная модель (в переводе с английского ссылочная модель).

Проведение предпроектного обследования предприятий

Обследование предприятия является важным и определяющим этапом проектирования ИС. Длительность обследования обычно составляет 1-2 недели. В течение этого времени системный аналитик должен обследовать не более 2-3 видов деятельности (учет кадров, бухгалтерия, перевозки, маркетинг и др.).

Сбор информации для построения полной бизнес-модели организации часто сводится к изучению документированных информационных потоков и функций подразделений, а также производится путем интервьюирования и анкетирования.

К началу работ по обследованию организация обычно предоставляет комплект документов, в состав которого обычно входят:

  1.  Сводная информация о деятельности предприятия.
    1.  Информация об управленческой, финансово-экономической, производственной деятельности предприятия.
    2.  Сведения об учетной политике и отчетности.
  2.  Регулярный документооборот предприятия.
    1.  Реестр входящей информации.
    2.  Реестр внутренней информации.
    3.  Реестр исходящей информации.
  3.  Сведения об информационно–вычислительной инфраструктуре предприятия.
  4.  Сведения об ответственных лицах.

Таблица 5.1. РЕЕСТР ВХОДЯЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ

(Наименование предприятия)

(Наименование подразделения)

Характеристики обработки документов

№

Наименование и назначение документа

Кто обрабатывает

Откуда поступает

Трудоемкость

Периодичность, регламент

Способ получения

Таблица 5.2. РЕЕСТР ВНУТРЕННЕЙ ИНФОРМАЦИИ

(Наименование предприятия)

(Наименование подразделения)

Характеристики обработки документов

№

Наименование и назначение документа

Кто обрабатывает

Кому передает

Трудоемкость

Периодичность, регламент

Способ получения

Таблица 5.3. РЕЕСТР ИСХОДЯЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ

(Наименование предприятия)

(Наименование подразделения)

Характеристики обработки документов

№

Наименование и назначение документа

Кто обрабатывает

Куда поступает

Трудоемкость

Периодичность, регламент

Способ получения

Списки вопросов для интервьюирования и анкетирования составляются по каждому обследуемому подразделению и утверждаются руководителем компании. Это делается с целью:

  •  предотвращения доступа к конфиденциальной информации;
  •  усиления целевой направленности обследования;
  •  минимизации отвлечения сотрудников предприятий от выполнения должностных обязанностей.

Общий перечень вопросов (с их последующей детализацией) включает следующие пункты:

  •  основные задачи подразделений;
  •  собираемая и регистрируемая информация;
  •  отчетность;
  •  взаимодействие с другими подразделениями.

Анкеты для руководителей и специалистов могут содержать следующие вопросы:

  •  Каковы (с позиций вашего подразделения) должны быть цели создания интегрированной системы управления предприятием?
  •  Организационная структура подразделения.
  •  Задачи подразделения.
  •  Последовательность действий при выполнении задач.
  •  С какими типами внешних организаций (банк, заказчик, поставщик и т.п.) взаимодействует подразделение и какой информацией обменивается?
  •  Каким справочным материалом вы пользуетесь?
  •  Сколько времени (в минутах) вы тратите на исполнение основных операций? На какие даты приходятся "пиковые нагрузки"? (периодичность в месяц, квартал, год и т.д.) Техническое оснащение подразделения (компьютеры, сеть, модем и т.п.). Используемые программные продукты для автоматизации бизнес-процессов.
  •  Какие отчеты и как часто вы готовите для руководства? Ключевые специалисты подразделения, способные ответить на любые вопросы по бизнес-процессам, применяемым в подразделении.
  •  Характеристики удаленных объектов управления.
  •  Документооборот на рабочем месте.

Собранные таким образом данные, как правило, не охватывают всех существенных сторон организационной деятельности и обладают высокой степенью субъективности. И самое главное, что такого рода обследования не выявляют устойчивых факторов, связанных со специфическими особенностями организации, воздействовать на которые можно исключительно методами функциональной настройки организационной системы.

Анализ опросов руководителей обследуемых организаций и предприятий показывает, что их представления о структуре организации, общих и локальных целях функционирования, задачах и функциях подразделений, а также подчиненности работников иногда имеют противоречивый характер. Кроме того, эти представления подчас расходятся с официально декларируемыми целями и правилами или противоречат фактической деятельности.

Если структуру информационных потоков можно выявить по образцам документов и конфигурациям компьютерных сетей и баз данных, то структура реальных микропроцессов, осуществляемых персоналом в информационных контактах (в значительной мере недокументированных) остается неизвестной. Ответы на эти вопросы может дать структурно-функциональная диагностика, основанная на методах сплошной (или выборочной) фотографии рабочего времени персонала. Цель диагностики — получение достоверного знания об организации и организационных отношениях ее функциональных элементов. В связи с этим к важнейшим задачам функциональной диагностики организационных структур относятся:

  •  классификация субъектов функционирования (категорий и групп работников);
  •  классификация элементов процесса функционирования (действий, процедур);
  •  классификация направлений (решаемых проблем), целей функционирования;
  •  классификация элементов информационных потоков;
  •  проведение обследования деятельности персонала организации;
  •  исследование распределения (по времени и частоте) организационных характеристик: процедур, контактов персонала, направлений деятельности, элементов информационных потоков — по отдельности и в комбинациях друг с другом по категориям работников, видам процедур и их направлениям (согласно результатам и логике исследований);
  •  выявление реальной структуры функциональных, информационных, иерархических, временных, проблемных отношений между руководителями, сотрудниками и подразделениями;
  •  установление структуры распределения рабочего времени руководителей и персонала относительно функций, проблем и целей организации;
  •  выявление основных технологий функционирования организации (информационных процессов, включая и недокументированные), их целеполагания в сравнении с декларируемыми целями организации;
  •  выявление однородных по специфике деятельности, целевой ориентации и реальной подчиненности групп работников, формирование реальной модели организационной структуры и сравнение ее с декларируемой;
  •  определение причин рассогласования декларируемой и реальной структуры организационных отношений.

Сплошной "фотографией" рабочего времени называется непрерывное наблюдение и регистрация характеристик работников в процессе функционирования в течение всего рабочего дня. При этом индицируемые параметры последовательно вносятся в заранее заготовленную рабочую таблицу. Ниже представлена форма рабочей таблицы системного аналитика;

Сразу по окончании процедуры обследования таблица пополняется дополнительными характеристиками: технологическая ветвь, системная функция, предмет, аспект, эмоциональный фон и др.

Часть показателей, те, что помечены звездочкой, заполняются в процессе обследования, остальные — после. Содержание записей следующее:

  •  номер (по порядку);
  •  агент (должность обследуемого работника);
  •  время, в течение которого выполнялась процедура;
  •  процедура (наименование содержания совокупности элементарных действий, объединенных общностью решаемой частной задачи);
  •  содержание (суть процедуры, которая должна быть классифицирована);
  •  информация (направление движения информации между агентом и контрагентом);
  •  инициатива (инициатор начала выполнения данной процедуры);
  •  контрагент (должность работника, который находится с обследуемым в контакте);
  •  отношение (отражающая субординацию агента и контрагента форма взаимодействия в данной процедуре);
  •  проблема (словесная характеристика решаемой проблемы).

Результаты предпроектного обследования

Результатом предпроектного обследования является "Отчет об экспресс-обследовании предприятия", структура которого приведена ниже.

  1.  Краткое схематичное описание бизнес-процессов:
    •  управление закупками и запасами;
    •  управление производством;
    •  управление продажами;
    •  управление финансовыми ресурсами.
  2.  Основные требования и приоритеты автоматизации.
  3.  Оценка необходимых для обеспечения проекта ресурсов заказчика.
  4.  Оценка возможности автоматизации, предложения по созданию автоматизированной системы с оценкой примерных сроков и стоимости.

Документы, входящие в отчет об обследовании, могут быть представлены в виде текстового описания или таблиц, примерная форма которых приведена ниже.

№

Б-П Наименование бизнес-процесса

1.

Продажи: сеть, опт

2.

План закупок

3.

Размещение заказа на производство

4.

Производство собственное

5.

Закупка сырья

6.

Платежи

7.

Другие

Операции бизнес-процесса

Операция

Исполнитель

Как часто

Входящие документы (документы-основания)

Исходящий документ (составляемый документ)

Описание документов бизнес-процесса

Составляемый документ (исходящий документ)

Операция

Кто составляет (исполнитель)

Как часто

Документы-основания (входящие документы)

Проведение предпроектного обследования позволяет решить следующие задачи:

  •  предварительное выявление требований к будущей системе;
  •  определение структуры организации;
  •  определение перечня целевых функций организации;
  •  анализ распределения функций по подразделениям и сотрудникам;
  •  выявление функциональных взаимодействий между подразделениями, информационных потоков внутри подразделений и между ними, внешних информационных воздействий;
  •  анализ существующих средств автоматизации организации.

Информация, полученная в результате предпроектного обследования, анализируется с помощью методов структурного и/или объектного анализа, о которых будет сказано ниже, и используется для построения моделей деятельности организации. Модель организации предполагает построение двух видов моделей:

  •  модели "как есть", отражающей существующее на момент обследования положение дел в организации и позволяющей понять, каким образом функционирует данная организация, а также выявить узкие места и сформулировать предложения по улучшению;
  •  модели "как должно быть", отражающей представление о новых технологиях работы организации. Каждая из моделей включает в себя полную функциональную и информационную модель деятельности организации, а также модель, описывающую динамику поведения организации (в случае необходимости).

Лекция_6: Методологии моделирования предметной области. 

Структурная модель предметной области

В основе проектирования ИС лежит моделирование предметной области. Для того чтобы получить адекватный предметной области проект ИС в виде системы правильно работающих программ, необходимо иметь целостное, системное представление модели, которое отражает все аспекты функционирования будущей информационной системы. При этом под моделью предметной области понимается некоторая система, имитирующая структуру или функционирование исследуемой предметной области и отвечающая основному требованию – быть адекватной этой области.

Предварительное моделирование предметной области позволяет сократить время и сроки проведения проектировочных работ и получить более эффективный и качественный проект. Без проведения моделирования предметной области велика вероятность допущения большого количества ошибок в решении стратегических вопросов, приводящих к экономическим потерям и высоким затратам на последующее перепроектирование системы. Вследствие этого все современные технологии проектирования ИС основываются на использовании методологии моделирования предметной области.

К моделям предметных областей предъявляются следующие требования:

  •  формализация, обеспечивающая однозначное описание структуры предметной области;
  •  понятность для заказчиков и разработчиков на основе применения графических средств отображения модели;
  •  реализуемость, подразумевающая наличие средств физической реализации модели предметной области в ИС;
  •  обеспечение оценки эффективности реализации модели предметной области на основе определенных методов и вычисляемых показателей.

Для реализации перечисленных требований, как правило, строится система моделей, которая отражает структурный и оценочный аспекты функционирования предметной области.

Структурный аспект предполагает построение:

  •  объектной структуры, отражающей состав взаимодействующих в процессах материальных и информационных объектов предметной области;
  •  функциональной структуры, отражающей взаимосвязь функций (действий) по преобразованию объектов в процессах;
  •  структуры управления, отражающей события и бизнес-правила, которые воздействуют на выполнение процессов;
  •  организационной структуры, отражающей взаимодействие организационных единиц предприятия и персонала в процессах;
  •  технической структуры, описывающей топологию расположения и способы коммуникации комплекса технических средств.

Для отображения структурного аспекта моделей предметных областей в основном используются графические методы, которые должны гарантировать представление информации о компонентах системы. Главное требование к графическим методам документирования — простота. Графические методы должны обеспечивать возможность структурной декомпозиции спецификаций системы с максимальной степенью детализации и согласований описаний на смежных уровнях декомпозиции.

С моделированием непосредственно связана проблема выбора языка представления проектных решений, позволяющего как можно больше привлекать будущих пользователей системы к ее разработке. Язык моделирования – это нотация, в основном графическая, которая используется для описания проектов. Нотация представляет собой совокупность графических объектов, используемых в модели. Нотация является синтаксисом языка моделирования. Язык моделирования, с одной стороны, должен делать решения проектировщиков понятными пользователю, с другой стороны, предоставлять проектировщикам средства достаточно формализованного и однозначного определения проектных решений, подлежащих реализации в виде программных комплексов, образующих целостную систему программного обеспечения.

Графическое изображение нередко оказывается наиболее емкой формой представления информации. При этом проектировщики должны учитывать, что графические методы документирования не могут полностью обеспечить декомпозицию проектных решений от постановки задачи проектирования до реализации программ ЭВМ. Трудности возникают при переходе от этапа анализа системы к этапу проектирования и в особенности к программированию.

Главный критерий адекватности структурной модели предметной области заключается в функциональной полноте разрабатываемой ИС.

Оценочные аспекты моделирования предметной области связаны с разрабатываемыми показателями эффективности автоматизируемых процессов, к которым относятся:

  •  время решения задач;
  •  стоимостные затраты на обработку данных;
  •  надежность процессов;
  •  косвенные показатели эффективности, такие, как объемы производства, производительность труда, оборачиваемость капитала, рентабельность и т.д.

Для расчета показателей эффективности, как правило, используются статические методы функционально-стоимостного анализа (ABC) и динамические методы имитационного моделирования.

В основе различных методологий моделирования предметной области ИС лежат принципы последовательной детализации абстрактных категорий. Обычно модели строятся на трех уровнях: на внешнем уровне (определении требований), на концептуальном уровне (спецификации требований) и внутреннем уровне (реализации требований). Так, на внешнем уровне модель отвечает на вопрос, что должна делать система, то есть определяется состав основных компонентов системы: объектов, функций, событий, организационных единиц, технических средств. На концептуальном уровне модель отвечает на вопрос, как должна функционировать система? Иначе говоря, определяется характер взаимодействия компонентов системы одного и разных типов. На внутреннем уровне модель отвечает на вопрос: с помощью каких программно-технических средств реализуются требования к системе? С позиции жизненного цикла ИС описанные уровни моделей соответственно строятся на этапах анализа требований, логического (технического) и физического (рабочего) проектирования. Рассмотрим особенности построения моделей предметной области на трех уровнях детализации.

Объектная структура

Объект — это сущность, которая используется при выполнении некоторой функции или операции (преобразования, обработки, формирования и т.д.). Объекты могут иметь динамическую или статическую природу: динамические объекты используются в одном цикле воспроизводства, например заказы на продукцию, счета на оплату, платежи; статические объекты используются во многих циклах воспроизводства, например, оборудование, персонал, запасы материалов.

На внешнем уровне детализации модели выделяются основные виды материальных объектов (например, сырье и материалы, полуфабрикаты, готовые изделия, услуги) и основные виды информационных объектов или документов (например, заказы, накладные, счета и т.д.).

На концептуальном уровне построения модели предметной области уточняется состав классов объектов, определяются их атрибуты и взаимосвязи. Таким образом строится обобщенное представление структуры предметной области.

Далее концептуальная модель на внутреннем уровне отображается в виде файлов базы данных, входных и выходных документов ЭИС. Причем динамические объекты представляются единицами переменной информации или документами, а статические объекты — единицами условно-постоянной информации в виде списков, номенклатур, ценников, справочников, классификаторов. Модель базы данных как постоянно поддерживаемого информационного ресурса отображает хранение условно-постоянной и накапливаемой переменной информации, используемой в повторяющихся информационных процессах.

Функциональная структура

Функция (операция) представляет собой некоторый преобразователь входных объектов в выходные. Последовательность взаимосвязанных по входам и выходам функций составляет бизнес-процесс. Функция бизнес-процесса может порождать объекты любой природы (материальные, денежные, информационные). Причем бизнес-процессы и информационные процессы, как правило, неразрывны, то есть функции материального процесса не могут осуществляться без информационной поддержки. Например, отгрузка готовой продукции осуществляется на основе документа "Заказ", который, в свою очередь, порождает документ "Накладная", сопровождающий партию отгруженного товара.

Функция может быть представлена одним действием или некоторой совокупностью действий. В последнем случае каждой функции может соответствовать некоторый процесс, в котором могут существовать свои подпроцессы, и т.д., пока каждая из подфункций не будет представлять некоторую недекомпозируемую последовательность действий.

На внешнем уровне моделирования определяется список основных бизнес-функций или видов бизнес-процессов. Обычно таких функций насчитывается 15–20.

На концептуальном уровне выделенные функции декомпозируются и строятся иерархии взаимосвязанных функций.

На внутреннем уровне отображается структура информационного процесса в компьютере: определяются иерархические структуры программных модулей, реализующих автоматизируемые функции.

Структура управления

В совокупности функций бизнес-процесса возможны альтернативные или циклические последовательности в зависимости от различных условий протекания процесса. Эти условия связаны с происходящими событиями во внешней среде или в самих процессах и с образованием определенных состояний объектов (например, заказ принят, отвергнут, отправлен на корректировку). События вызывают выполнение функций, которые, в свою очередь, изменяют состояния объектов и формируют новые события, и т.д., пока не будет завершен некоторый бизнес-процесс. Тогда последовательность событий составляет конкретную реализацию бизнес-процесса.

Каждое событие описывается с двух точек зрения: информационной и процедурной. Информационно событие отражается в виде некоторого сообщения, фиксирующего факт выполнения некоторой функции изменения состояния или появления нового. Процедурно событие вызывает выполнение новой функции, и поэтому для каждого состояния объекта должны быть заданы описания этих вызовов. Таким образом, события выступают в связующей роли для выполнения функций бизнес-процессов.

На внешнем уровне определяются список внешних событий, вызываемых взаимодействием предприятия с внешней средой (платежи налогов, процентов по кредитам, поставки по контрактам и т.д.), и список целевых установок, которым должны соответствовать бизнес-процессы (регламент выполнения процессов, поддержка уровня материальных запасов, уровень качества продукции и т.д.).

На концептуальном уровне устанавливаются бизнес-правила, определяющие условия вызова функций при возникновении событий и достижении состояний объектов.

На внутреннем уровне выполняется формализация бизнес-правил в виде триггеров или вызовов программных модулей.

Организационная структура

Организационная структура представляет собой совокупность организационных единиц, как правило, связанных иерархическими и процессными отношениями. Организационная единица — это подразделение, представляющее собой объединение людей (персонала) для выполнения совокупности общих функций или бизнес-процессов. В функционально-ориентированной организационной структуре организационная единица выполняет набор функций, относящихся к одной функции управления и входящих в различные процессы. В процессно-ориентированной структуре организационная единица выполняет набор функций, входящих в один тип процесса и относящихся к разным функциям управления.

На внешнем уровне строится структурная модель предприятия в виде иерархии подчинения организационных единиц или списков взаимодействующих подразделений.

На концептуальном уровне для каждого подразделения задается организационно-штатная структура должностей (ролей персонала).

На внутреннем уровне определяются требования к правам доступа персонала к автоматизируемым функциям информационной системы.

Техническая структура

Топология определяет территориальное размещение технических средств по структурным подразделениям предприятия, а коммуникация — технический способ реализации взаимодействия структурных подразделений.

На внешнем уровне модели определяются типы технических средств обработки данных и их размещение по структурным подразделениям.

На концептуальном уровне определяется способы коммуникаций между техническими комплексами структурных подразделений: физическое перемещение документов, машинных носителей, обмен информацией по каналам связи и т.д.

На внутреннем уровне строится модель "клиент-серверной" архитектуры вычислительной сети.

Описанные модели предметной области нацелены на проектирование отдельных компонентов ИС: данных, функциональных программных модулей, управляющих программных модулей, программных модулей интерфейсов пользователей, структуры технического комплекса. Для более качественного проектирования указанных компонентов требуется построение моделей, увязывающих различные компоненты ИС между собой. В простейшем случае в качестве таких моделей взаимодействия могут использоваться матрицы перекрестных ссылок: "объекты-функции", "функции-события", "организационные единицы — функции", "организационные единицы — объекты", "организационные единицы — технические средства" и т д. Такие матрицы не наглядны и не отражают особенности реализации взаимодействий.

Для правильного отображения взаимодействий компонентов ИС важно осуществлять совместное моделирование таких компонентов, особенно с содержательной точки зрения объектов и функций. Методология структурного системного анализа существенно помогает в решении таких задач.

Структурным анализом принято называть метод исследования системы, которое начинается с ее общего обзора, а затем детализируется, приобретая иерархическую структуру с все большим числом уровней. Для таких методов характерно: разбиение на уровни абстракции с ограниченным числом элементов (от 3 до 7); ограниченный контекст, включающий только существенные детали каждого уровня; использование строгих формальных правил записи; последовательное приближение к результату. Структурный анализ основан на двух базовых принципах – "разделяй и властвуй" и принципе иерархической упорядоченности. Решение трудных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач (так называемых "черных ящиков") и организация этих задач в древовидные иерархические структуры значительно повышают понимание сложных систем. Определим ключевые понятия структурного анализа.

Операция – элементарное (неделимое) действие, выполняемое на одном рабочем месте.

Функция – совокупность операций, сгруппированных по определенному признаку.

Бизнес-процесс — связанная совокупность функций, в ходе выполнения которой потребляются определенные ресурсы и создается продукт (предмет, услуга, научное открытие, идея), представляющая ценность для потребителя.

Подпроцесс – это бизнес-процесс, являющийся структурным элементом некоторого бизнес-процесса и представляющий ценность для потребителя.

Бизнес-модель – структурированное графическое описание сети процессов и операций, связанных с данными, документами, организационными единицами и прочими объектами, отражающими существующую или предполагаемую деятельность предприятия.

Существуют различные методологии структурного моделирования предметной области, среди которых следует выделить функционально-ориентированные и объектно-ориентированные методологии.

Функционально-ориентированные и объектно-ориентированные методологии описания предметной области

Процесс бизнес-моделирования может быть реализован в рамках различных методик, отличающихся прежде всего своим подходом к тому, что представляет собой моделируемая организация. В соответствии с различными представлениями об организации методики принято делить на объектные и функциональные (структурные).

Объектные методики рассматривают моделируемую организацию как набор взаимодействующих объектов – производственных единиц. Объект определяется как осязаемая реальность – предмет или явление, имеющие четко определяемое поведение. Целью применения данной методики является выделение объектов, составляющих организацию, и распределение между ними ответственностей за выполняемые действия.

Функциональные методики, наиболее известной из которых является методика IDEF, рассматривают организацию как набор функций, преобразующий поступающий поток информации в выходной поток. Процесс преобразования информации потребляет определенные ресурсы. Основное отличие от объектной методики заключается в четком отделении функций (методов обработки данных) от самих данных.

С точки зрения бизнес-моделирования каждый из представленных подходов обладает своими преимуществами. Объектный подход позволяет построить более устойчивую к изменениям систему, лучше соответствует существующим структурам организации. Функциональное моделирование хорошо показывает себя в тех случаях, когда организационная структура находится в процессе изменения или вообще слабо оформлена. Подход от выполняемых функций интуитивно лучше понимается исполнителями при получении от них информации об их текущей работе.

Функциональная методика IDEF0

Методологию IDEF0 можно считать следующим этапом развития хорошо известного графического языка описания функциональных систем SADT (Structured Analysis and Design Teqnique). Исторически IDEF0 как стандарт был разработан в 1981 году в рамках обширной программы автоматизации промышленных предприятий, которая носила обозначение ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing). Семейство стандартов IDEF унаследовало свое обозначение от названия этой программы (IDEF=Icam DEFinition), и последняя его редакция была выпущена в декабре 1993 года Национальным Институтом по Стандартам и Технологиям США (NIST).

Целью методики является построение функциональной схемы исследуемой системы, описывающей все необходимые процессы с точностью, достаточной для однозначного моделирования деятельности системы.

В основе методологии лежат четыре основных понятия: функциональный блок, интерфейсная дуга, декомпозиция, глоссарий.

Функциональный блок (Activity Box) представляет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении (например, "производить услуги"). На диаграмме функциональный блок изображается прямоугольником (рис. 6.1). Каждая из четырех сторон функционального блока имеет свое определенное значение (роль), при этом:

  •  верхняя сторона имеет значение "Управление" (Control);
  •  левая сторона имеет значение "Вход" (Input);
  •  правая сторона имеет значение "Выход" (Output);
  •  нижняя сторона имеет значение "Механизм" (Mechanism).


Рис. 6.1.  Функциональный блок

Интерфейсная дуга (Arrow) отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на функцию, представленную данным функциональным блоком. Интерфейсные дуги часто называют потоками или стрелками.

С помощью интерфейсных дуг отображают различные объекты, в той или иной степени определяющие процессы, происходящие в системе. Такими объектами могут быть элементы реального мира (детали, вагоны, сотрудники и т.д.) или потоки данных и информации (документы, данные, инструкции и т.д.).

В зависимости от того, к какой из сторон функционального блока подходит данная интерфейсная дуга, она носит название "входящей", "исходящей" или "управляющей".

Необходимо отметить, что любой функциональный блок по требованиям стандарта должен иметь, по крайней мере, одну управляющую интерфейсную дугу и одну исходящую. Это и понятно – каждый процесс должен происходить по каким-то правилам (отображаемым управляющей дугой) и должен выдавать некоторый результат (выходящая дуга), иначе его рассмотрение не имеет никакого смысла.

Обязательное наличие управляющих интерфейсных дуг является одним из главных отличий стандарта IDEF0 от других методологий классов DFD (Data Flow Diagram) и WFD (Work Flow Diagram).

Декомпозиция (Decomposition) является основным понятием стандарта IDEF0. Принцип декомпозиции применяется при разбиении сложного процесса на составляющие его функции. При этом уровень детализации процесса определяется непосредственно разработчиком модели.

Декомпозиция позволяет постепенно и структурированно представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой.

Последним из понятий IDEF0 является глоссарий (Glossary). Для каждого из элементов IDEF0 — диаграмм, функциональных блоков, интерфейсных дуг — существующий стандарт подразумевает создание и поддержание набора соответствующих определений, ключевых слов, повествовательных изложений и т.д., которые характеризуют объект, отображенный данным элементом. Этот набор называется глоссарием и является описанием сущности данного элемента. Глоссарий гармонично дополняет наглядный графический язык, снабжая диаграммы необходимой дополнительной информацией.

Модель IDEF0 всегда начинается с представления системы как единого целого – одного функционального блока с интерфейсными дугами, простирающимися за пределы рассматриваемой области. Такая диаграмма с одним функциональным блоком называется контекстной диаграммой.

В пояснительном тексте к контекстной диаграмме должна быть указана цель (Purpose) построения диаграммы в виде краткого описания и зафиксирована точка зрения (Viewpoint).

Определение и формализация цели разработки IDEF0-модели является крайне важным моментом. Фактически цель определяет соответствующие области в исследуемой системе, на которых необходимо фокусироваться в первую очередь.

Точка зрения определяет основное направление развития модели и уровень необходимой детализации. Четкое фиксирование точки зрения позволяет разгрузить модель, отказавшись от детализации и исследования отдельных элементов, не являющихся необходимыми, исходя из выбранной точки зрения на систему. Правильный выбор точки зрения существенно сокращает временные затраты на построение конечной модели.

Выделение подпроцессов. В процессе декомпозиции функциональный блок, который в контекстной диаграмме отображает систему как единое целое, подвергается детализации на другой диаграмме. Получившаяся диаграмма второго уровня содержит функциональные блоки, отображающие главные подфункции функционального блока контекстной диаграммы, и называется дочерней (Child Diagram) по отношению к нему (каждый из функциональных блоков, принадлежащих дочерней диаграмме, соответственно называется дочерним блоком – Child Box). В свою очередь, функциональный блок — предок называется родительским блоком по отношению к дочерней диаграмме (Parent Box), а диаграмма, к которой он принадлежит – родительской диаграммой (Parent Diagram). Каждая из подфункций дочерней диаграммы может быть далее детализирована путем аналогичной декомпозиции соответствующего ей функционального блока. В каждом случае декомпозиции функционального блока все интерфейсные дуги, входящие в данный блок или исходящие из него, фиксируются на дочерней диаграмме. Этим достигается структурная целостность IDEF0–модели.

Иногда отдельные интерфейсные дуги высшего уровня не имеет смысла продолжать рассматривать на диаграммах нижнего уровня, или наоборот — отдельные дуги нижнего отражать на диаграммах более высоких уровней – это будет только перегружать диаграммы и делать их сложными для восприятия. Для решения подобных задач в стандарте IDEF0 предусмотрено понятие туннелирования. Обозначение "туннеля" (Arrow Tunnel) в виде двух круглых скобок вокруг начала интерфейсной дуги обозначает, что эта дуга не была унаследована от функционального родительского блока и появилась (из "туннеля") только на этой диаграмме. В свою очередь, такое же обозначение вокруг конца (стрелки) интерфейсной дуги в непосредственной близи от блока–приемника означает тот факт, что в дочерней по отношению к этому блоку диаграмме эта дуга отображаться и рассматриваться не будет. Чаще всего бывает, что отдельные объекты и соответствующие им интерфейсные дуги не рассматриваются на некоторых промежуточных уровнях иерархии, – в таком случае они сначала "погружаются в туннель", а затем при необходимости "возвращаются из туннеля".

Обычно IDEF0-модели несут в себе сложную и концентрированную информацию, и для того, чтобы ограничить их перегруженность и сделать удобочитаемыми, в стандарте приняты соответствующие ограничения сложности.

Рекомендуется представлять на диаграмме от трех до шести функциональных блоков, при этом количество подходящих к одному функциональному блоку (выходящих из одного функционального блока) интерфейсных дуг предполагается не более четырех.

Стандарт IDEF0 содержит набор процедур, позволяющих разрабатывать и согласовывать модель большой группой людей, принадлежащих к разным областям деятельности моделируемой системы. Обычно процесс разработки является итеративным и состоит из следующих условных этапов:

  •  Создание модели группой специалистов, относящихся к различным сферам деятельности предприятия. Эта группа в терминах IDEF0 называется авторами (Authors). Построение первоначальной модели является динамическим процессом, в течение которого авторы опрашивают компетентных лиц о структуре различных процессов, создавая модели деятельности подразделений. При этом их интересуют ответы на следующие вопросы:

Что поступает в подразделение "на входе"?

  •  Какие функции и в какой последовательности выполняются в рамках подразделения?
    •  Кто является ответственным за выполнение каждой из функций?
    •  Чем руководствуется исполнитель при выполнении каждой из функций?
    •  Что является результатом работы подразделения (на выходе)?

На основе имеющихся положений, документов и результатов опросов создается черновик (Model Draft) модели.

  •  Распространение черновика для рассмотрения, согласований и комментариев. На этой стадии происходит обсуждение черновика модели с широким кругом компетентных лиц (в терминах IDEF0 — читателей) на предприятии. При этом каждая из диаграмм черновой модели письменно критикуется и комментируется, а затем передается автору. Автор, в свою очередь, также письменно соглашается с критикой или отвергает ее с изложением логики принятия решения и вновь возвращает откорректированный черновик для дальнейшего рассмотрения. Этот цикл продолжается до тех пор, пока авторы и читатели не придут к единому мнению.
  •  Официальное утверждение модели. Утверждение согласованной модели происходит руководителем рабочей группы в том случае, если у авторов модели и читателей отсутствуют разногласия по поводу ее адекватности. Окончательная модель представляет собой согласованное представление о предприятии (системе) с заданной точки зрения и для заданной цели.

Наглядность графического языка IDEF0 делает модель вполне читаемой и для лиц, которые не принимали участия в проекте ее создания, а также эффективной для проведения показов и презентаций. В дальнейшем на базе построенной модели могут быть организованы новые проекты, нацеленные на производство изменений в модели.

Функциональная методика потоков данных

Целью методики является построение модели рассматриваемой системы в виде диаграммы потоков данных (Data Flow Diagram — DFD), обеспечивающей правильное описание выходов (отклика системы в виде данных) при заданном воздействии на вход системы (подаче сигналов через внешние интерфейсы). Диаграммы потоков данных являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе.

При создании диаграммы потоков данных используются четыре основных понятия: потоки данных, процессы (работы) преобразования входных потоков данных в выходные, внешние сущности, накопители данных (хранилища).

Потоки данных являются абстракциями, использующимися для моделирования передачи информации (или физических компонент) из одной части системы в другую. Потоки на диаграммах изображаются именованными стрелками, ориентация которых указывает направление движения информации.

Назначение процесса (работы) состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Имя процесса должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, "получить документы по отгрузке продукции"). Каждый процесс имеет уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы, который может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели.

Хранилище (накопитель) данных позволяет на указанных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет "срезы" потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее получения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно определять его содержимое и быть существительным.

Внешняя сущность представляет собой материальный объект вне контекста системы, являющейся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное, например, "склад товаров". Предполагается, что объекты, представленные как внешние сущности, не должны участвовать ни в какой обработке.

Кроме основных элементов, в состав DFD входят словари данных и миниспецификации.

Словари данных являются каталогами всех элементов данных, присутствующих в DFD, включая групповые и индивидуальные потоки данных, хранилища и процессы, а также все их атрибуты.

Миниспецификации обработки — описывают DFD-процессы нижнего уровня. Фактически миниспецификации представляют собой алгоритмы описания задач, выполняемых процессами: множество всех миниспецификаций является полной спецификацией системы.

Процесс построения DFD начинается с создания так называемой основной диаграммы типа "звезда", на которой представлен моделируемый процесс и все внешние сущности, с которыми он взаимодействует. В случае сложного основного процесса он сразу представляется в виде декомпозиции на ряд взаимодействующих процессов. Критериями сложности в данном случае являются: наличие большого числа внешних сущностей, многофункциональность системы, ее распределенный характер. Внешние сущности выделяются по отношению к основному процессу. Для их определения необходимо выделить поставщиков и потребителей основного процесса, т.е. все объекты, которые взаимодействуют с основным процессом. На этом этапе описание взаимодействия заключается в выборе глагола, дающего представление о том, как внешняя сущность использует основной процесс или используется им. Например, основной процесс – "учет обращений граждан", внешняя сущность – "граждане", описание взаимодействия – "подает заявления и получает ответы". Этот этап является принципиально важным, поскольку именно он определяет границы моделируемой системы.

Для всех внешних сущностей строится таблица событий, описывающая их взаимодействие с основным потоком. Таблица событий включает в себя наименование внешней сущности, событие, его тип (типичный для системы или исключительный, реализующийся при определенных условиях) и реакцию системы.

На следующем шаге происходит декомпозиция основного процесса на набор взаимосвязанных процессов, обменивающихся потоками данных. Сами потоки не конкретизируются, определяется лишь характер взаимодействия. Декомпозиция завершается, когда процесс становится простым, т.е.:

  1.  процесс имеет два-три входных и выходных потока;
  2.  процесс может быть описан в виде преобразования входных данных в выходные;
  3.  процесс может быть описан в виде последовательного алгоритма.

Для простых процессов строится миниспецификация – формальное описание алгоритма преобразования входных данных в выходные.

Миниспецификация удовлетворяет следующим требованиям: для каждого процесса строится одна спецификация; спецификация однозначно определяет входные и выходные потоки для данного процесса; спецификация не определяет способ преобразования входных потоков в выходные; спецификация ссылается на имеющиеся элементы, не вводя новые; спецификация по возможности использует стандартные подходы и операции.

После декомпозиции основного процесса для каждого подпроцесса строится аналогичная таблица внутренних событий.

Следующим шагом после определения полной таблицы событий выделяются потоки данных, которыми обмениваются процессы и внешние сущности. Простейший способ их выделения заключается в анализе таблиц событий. События преобразуются в потоки данных от инициатора события к запрашиваемому процессу, а реакции – в обратный поток событий. После построения входных и выходных потоков аналогичным образом строятся внутренние потоки. Для их выделения для каждого из внутренних процессов выделяются поставщики и потребители информации. Если поставщик или потребитель информации представляет процесс сохранения или запроса информации, то вводится хранилище данных, для которого данный процесс является интерфейсом.

После построения потоков данных диаграмма должна быть проверена на полноту и непротиворечивость. Полнота диаграммы обеспечивается, если в системе нет "повисших" процессов, не используемых в процессе преобразования входных потоков в выходные. Непротиворечивость системы обеспечивается выполнением наборов формальных правил о возможных типах процессов: на диаграмме не может быть потока, связывающего две внешние сущности – это взаимодействие удаляется из рассмотрения; ни одна сущность не может непосредственно получать или отдавать информацию в хранилище данных – хранилище данных является пассивным элементом, управляемым с помощью интерфейсного процесса; два хранилища данных не могут непосредственно обмениваться информацией – эти хранилища должны быть объединены.

К преимуществам методики DFD относятся:

  •  возможность однозначно определить внешние сущности, анализируя потоки информации внутри и вне системы;
  •  возможность проектирования сверху вниз, что облегчает построение модели "как должно быть";
  •  наличие спецификаций процессов нижнего уровня, что позволяет преодолеть логическую незавершенность функциональной модели и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы.

К недостаткам модели отнесем: необходимость искусственного ввода управляющих процессов, поскольку управляющие воздействия (потоки) и управляющие процессы с точки зрения DFD ничем не отличаются от обычных; отсутствие понятия времени, т.е. отсутствие анализа временных промежутков при преобразовании данных (все ограничения по времени должны быть введены в спецификациях процессов).

Объектно-ориентированная методика

Принципиальное отличие между функциональным и объектным подходом заключается в способе декомпозиции системы. Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом статическая структура описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Целью методики является построение бизнес-модели организации, позволяющей перейти от модели сценариев использования к модели, определяющей отдельные объекты, участвующие в реализации бизнес-функций.

Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель, которая строится с учетом следующих принципов:

  •  абстрагирование;
  •  инкапсуляция;
  •  модульность;
  •  иерархия;
  •  типизация;
  •  параллелизм;
  •  устойчивость.

Основными понятиями объектно-ориентированного подхода являются объект и класс.

Объект — предмет или явление, имеющее четко определенное поведение и обладающие состоянием, поведением и индивидуальностью. Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Класс – это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Следующую группу важных понятий объектного подхода составляют наследование и полиморфизм. Понятие полиморфизм может быть интерпретировано как способность класса принадлежать более чем одному типу. Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов.

Важным качеством объектного подхода является согласованность моделей деятельности организации и моделей проектируемой информационной системы от стадии формирования требований до стадии реализации. По объектным моделям может быть прослежено отображение реальных сущностей моделируемой предметной области (организации) в объекты и классы информационной системы.

Большинство существующих методов объектно-ориентированного подхода включают язык моделирования и описание процесса моделирования. Процесс – это описание шагов, которые необходимо выполнить при разработке проекта. В качестве языка моделирования объектного подхода используется унифицированный язык моделирования UML, который содержит стандартный набор диаграмм для моделирования.

Диаграмма (Diagram) — это графическое представление множества элементов. Чаще всего она изображается в виде связного графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями) и представляет собой некоторую проекцию системы.

Объектно-ориентированный подход обладает следующими преимуществам:

  •  Объектная декомпозиция дает возможность создавать модели меньшего размера путем использования общих механизмов, обеспечивающих необходимую экономию выразительных средств. Использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования, что ведет к созданию среды разработки и переходу к сборочному созданию моделей.
  •  Объектная декомпозиция позволяет избежать создания сложных моделей, так как она предполагает эволюционный путь развития модели на базе относительно небольших подсистем.
  •  Объектная модель естественна, поскольку ориентированна на человеческое восприятие мира.

К недостаткам объектно-ориентированного подхода относятся высокие начальные затраты. Этот подход не дает немедленной отдачи. Эффект от его применения сказывается после разработки двух–трех проектов и накопления повторно используемых компонентов. Диаграммы, отражающие специфику объектного подхода, менее наглядны.

Сравнение существующих методик

В функциональных моделях (DFD-диаграммах потоков данных, SADT-диаграммах) главными структурными компонентами являются функции (операции, действия, работы), которые на диаграммах связываются между собой потоками объектов.

Несомненным достоинством функциональных моделей является реализация структурного подхода к проектированию ИС по принципу "сверху-вниз", когда каждый функциональный блок может быть декомпозирован на множество подфункций и т.д., выполняя, таким образом, модульное проектирование ИС. Для функциональных моделей характерны процедурная строгость декомпозиции ИС и наглядность представления.

При функциональном подходе объектные модели данных в виде ER-диаграмм "объект — свойство — связь" разрабатываются отдельно. Для проверки корректности моделирования предметной области между функциональными и объектными моделями устанавливаются взаимно однозначные связи.

Главный недостаток функциональных моделей заключается в том, что процессы и данные существуют отдельно друг от друга — помимо функциональной декомпозиции существует структура данных, находящаяся на втором плане. Кроме того, не ясны условия выполнения процессов обработки информации, которые динамически могут изменяться.

Перечисленные недостатки функциональных моделей снимаются в объектно-ориентированных моделях, в которых главным структурообразующим компонентом выступает класс объектов с набором функций, которые могут обращаться к атрибутам этого класса.

Для классов объектов характерна иерархия обобщения, позволяющая осуществлять наследование не только атрибутов (свойств) объектов от вышестоящего класса объектов к нижестоящему классу, но и функций (методов).

В случае наследования функций можно абстрагироваться от конкретной реализации процедур (абстрактные типы данных), которые отличаются для определенных подклассов ситуаций. Это дает возможность обращаться к подобным программным модулям по общим именам (полиморфизм) и осуществлять повторное использование программного кода при модификации программного обеспечения. Таким образом, адаптивность объектно-ориентированных систем к изменению предметной области по сравнению с функциональным подходом значительно выше.

При объектно-ориентированном подходе изменяется и принцип проектирования ИС. Сначала выделяются классы объектов, а далее в зависимости от возможных состояний объектов (жизненного цикла объектов) определяются методы обработки (функциональные процедуры), что обеспечивает наилучшую реализацию динамического поведения информационной системы.

Для объектно-ориентированного подхода разработаны графические методы моделирования предметной области, обобщенные в языке унифицированного моделирования UML. Однако по наглядности представления модели пользователю-заказчику объектно-ориентированные модели явно уступают функциональным моделям.

При выборе методики моделирования предметной области обычно в качестве критерия выступает степень ее динамичности. Для более регламентированных задач больше подходят функциональные модели, для более адаптивных бизнес-процессов (управления рабочими потоками, реализации динамических запросов к информационным хранилищам) — объектно-ориентированные модели. Однако в рамках одной и той же ИС для различных классов задач могут требоваться различные виды моделей, описывающих одну и ту же проблемную область. В таком случае должны использоваться комбинированные модели предметной области.

Синтетическая методика

Как можно видеть из представленного обзора, каждая из рассмотренных методик позволяет решить задачу построения формального описания рабочих процедур исследуемой системы. Все методики позволяют построить модель "как есть" и "как должно быть". С другой стороны, каждая из этих методик обладает существенными недостатками. Их можно суммировать следующим образом: недостатки применения отдельной методики лежат не в области описания реальных процессов, а в неполноте методического подхода.

Функциональные методики в целом лучше дают представление о существующих функциях в организации, о методах их реализации, причем чем выше степень детализации исследуемого процесса, тем лучше они позволяют описать систему. Под лучшим описанием в данном случае понимается наименьшая ошибка при попытке по полученной модели предсказать поведение реальной системы. На уровне отдельных рабочих процедур их описание практически однозначно совпадает с фактической реализацией в потоке работ.

На уровне общего описания системы функциональные методики допускают значительную степень произвола в выборе общих интерфейсов системы, ее механизмов и т.д., то есть в определении границ системы. Хорошо описать систему на этом уровне позволяет объектный подход, основанный на понятии сценария использования. Ключевым является понятие о сценарии использования как о сеансе взаимодействия действующего лица с системой, в результате которого действующее лицо получает нечто, имеющее для него ценность. Использование критерия ценности для пользователя дает возможность отбросить не имеющие значения детали потоков работ и сосредоточиться на тех функциях системы, которые оправдывают ее существование. Однако и в этом случае задача определения границ системы, выделения внешних пользователей является сложной.

Технология потоков данных, исторически возникшая первой, легко решает проблему границ системы, поскольку позволяет за счет анализа информационных потоков выделить внешние сущности и определить основной внутренний процесс. Однако отсутствие выделенных управляющих процессов, потоков и событийной ориентированности не позволяет предложить эту методику в качестве единственной.

Наилучшим способом преодоления недостатков рассмотренных методик является формирование синергетической методики, объединяющей различные этапы отдельных методик. При этом из каждой методики необходимо взять часть методологии, наиболее полно и формально изложенную, и обеспечить возможность обмена результатами на различных этапах применения синергетической методики. В бинес-моделировании неявным образом идет формирование подобной синергетической методики.

Идея синтетической методики заключается в последовательном применении функционального и объектного подхода с учетом возможности реинжиниринга существующей ситуации.

Рассмотрим применение синтетической методики на примере разработки административного регламента.

При построении административных регламентов выделяются следующие стадии:

  1.  Определение границ системы. На этой стадии при помощи анализа потоков данных выделяют внешние сущности и собственно моделируемую систему.
  2.  Выделение сценариев использования системы. На этой стадии при помощи критерия полезности строят для каждой внешней сущности набор сценариев использования системы.
  3.  Добавление системных сценариев использования. На этой стадии определяют сценарии, необходимые для реализации целей системы, отличных от целей пользователей.
  4.  Построение диаграммы активностей по сценариям использования. На этой стадии строят набор действий системы, приводящих к реализации сценариев использования;
  5.  Функциональная декомпозиция диаграмм активностей как контекстных диаграмм методики IDEF0.
  6.  Формальное описание отдельных функциональных активностей в виде административного регламента (с применением различных нотаций).

Лекция_7: Моделирование бизнес-процессов средствами Bpwin. 

Моделирование деловых процессов, как правило, выполняется с помощью case-средств. К таким средствам относятся BPwin (PLATINUM technology), Silverrun (Silverrun technology), Oracle Designer (Oracle), Rational Rose (Rational Software) и др. Функциональные возможности инструментальных средств структурного моделирования деловых процессов будут рассмотрены на примере case-средства BPwin.

BPwin поддерживает три методологии моделирования: функциональное моделирование (IDEF0); описание бизнес-процессов (IDEF3); диаграммы потоков данных (DFD).

Инструментальная среда BPwin

BPwin имеет достаточно простой и интуитивно понятный интерфейс пользователя. При запуске BPwin по умолчанию появляется основная панель инструментов, палитра инструментов (вид которой зависит от выбранной нотации) и, в левой части, навигатор модели — Model Explorer (рис. 7.1).

При создании новой модели возникает диалог, в котором следует указать, будет ли создана модель заново или она будет открыта из файла либо из репозитория ModelMart, затем внести имя модели и выбрать методологию, в которой будет построена модель (рис. 7.2).

Как было указано выше, BPwin поддерживает три методологии — IDEF0, IDEF3 и DFD, каждая из которых решает свои специфические задачи. В BPwin возможно построение смешанных моделей, т. е. модель может содержать одновременно диаграммы как IDEF0, так и IDEF3 и DFD. Состав палитры инструментов изменяется автоматически, когда происходит переключение с одной нотации на другую.


Рис. 7.1.  Интегрированная среда разработки модели BPwin


Рис. 7.2.  Диалог создания модели

Модель в BPwin рассматривается как совокупность работ, каждая из которых оперирует с некоторым набором данных. Работа изображается в виде прямоугольников, данные — в виде стрелок. Если щелкнуть по любому объекту модели левой кнопкой мыши, появляется контекстное меню, каждый пункт которого соответствует редактору какого-либо свойства объекта.

Построение модели IDEF0

На начальных этапах создания ИС необходимо понять, как работает организация, которую собираются автоматизировать. Руководитель хорошо знает работу в целом, но не в состоянии вникнуть в детали работы каждого рядового сотрудника. Рядовой сотрудник хорошо знает, что творится на его рабочем месте, но может не знать, как работают коллеги. Поэтому для описания работы предприятия необходимо построить модель, которая будет адекватна предметной области и содержать в себе знания всех участников бизнес-процессов организации.

Наиболее удобным языком моделирования бизнес-процессов является IDEF0, где система представляется как совокупность взаимодействующих работ или функций. Такая чисто функциональная ориентация является принципиальной — функции системы анализируются независимо от объектов, которыми они оперируют. Это позволяет более четко смоделировать логику и взаимодействие процессов организации.

Процесс моделирования системы в IDEF0 начинается с создания контекстной диаграммы — диаграммы наиболее абстрактного уровня описания системы в целом, содержащей определение субъекта моделирования, цели и точки зрения на модель.

Под субъектом понимается сама система, при этом необходимо точно установить, что входит в систему, а что лежит за ее пределами, другими словами, определить, что будет в дальнейшем рассматриваться как компоненты системы, а что как внешнее воздействие. На определение субъекта системы будут существенно влиять позиция, с которой рассматривается система, и цель моделирования — вопросы, на которые построенная модель должна дать ответ. Другими словами, в начале необходимо определить область моделирования. Описание области как системы в целом, так и ее компонентов является основой построения модели. Хотя предполагается, что в ходе моделирования область может корректироваться, она должна быть в основном сформулирована изначально, поскольку именно область определяет направление моделирования. При формулировании области необходимо учитывать два компонента — широту и глубину. Широта подразумевает определение границ модели — что будет рассматриваться внутри системы, а что снаружи. Глубина определяет, на каком уровне детализации модель является завершенной. При определении глубины системы необходимо помнить об ограничениях времени — трудоемкость построения модели растет в геометрической прогрессии с увеличением глубины декомпозиции. После определения границ модели предполагается, что новые объекты не должны вноситься в моделируемую систему.

Цель моделирования

Цель моделирования определяется из ответов на следующие вопросы:

  •  Почему этот процесс должен быть смоделирован?
  •  Что должна показывать модель?
  •  Что может получить клиент?

Точка зрения (Viewpoint).

Под точкой зрения понимается перспектива, с которой наблюдалась система при построении модели. Хотя при построении модели учитываются мнения различных людей, все они должны придерживаться единой точки зрения на модель. Точка зрения должна соответствовать цели и границам моделирования. Как правило, выбирается точка зрения человека, ответственного за моделируемую работу в целом.

IDEF0-модель предполагает наличие четко сформулированной цели, единственного субъекта моделирования и одной точки зрения. Для внесения области, цели и точки зрения в модели IDEF0 в BPwin следует выбрать пункт меню Model/Model Properties, вызывающий диалог Model Properties (рис. 7.3). В закладке Purpose следует внести цель и точку зрения, а в закладку Definition — определение модели и описание области.


Рис. 7.3.  Диалог задания свойств модели

В закладке Status того же диалога можно описать статус модели (черновой вариант, рабочий, окончательный и т. д.), время создания и последнего редактирования (отслеживается в дальнейшем автоматически по системной дате). В закладке Source описываются источники информации для построения модели (например, "Опрос экспертов предметной области и анализ документации"). Закладка General служит для внесения имени проекта и модели, имени и инициалов автора и временных рамок модели — AS-IS и ТО-ВЕ.

Модели AS-IS и ТО-ВЕ. Обычно сначала строится модель существующей организации работы — AS-IS (как есть). Анализ функциональной модели позволяет понять, где находятся наиболее слабые места, в чем будут состоять преимущества новых бизнес-процессов и насколько глубоким изменениям подвергнется существующая структура организации бизнеса. Детализация бизнес-процессов позволяет выявить недостатки организации даже там, где функциональность на первый взгляд кажется очевидной. Найденные в модели AS-IS недостатки можно исправить при создании модели ТО-ВЕ (как будет) — модели новой организации бизнес-процессов.

Технология проектирования ИС подразумевает сначала создание модели AS-IS, ее анализ и улучшение бизнес-процессов, то есть создание модели ТО-ВЕ, и только на основе модели ТО-ВЕ строится модель данных, прототип и затем окончательный вариант ИС.

Иногда текущая AS-IS и будущая ТО-ВЕ модели различаются очень сильно, так что переход от начального к конечному состоянию становится неочевидным. В этом случае необходима третья модель, описывающая процесс перехода от начального к конечному состоянию системы, поскольку такой переход — это тоже бизнес-процесс.

Результат описания модели можно получить в отчете Model Report. Диалог настройки отчета по модели вызывается из пункта меню Tools/Reports/Model Report.

В диалоге настройки следует выбрать необходимые поля, при этом автоматически отображается очередность вывода информации в отчет (рис. 7.4).


Рис. 7.4.  Диалоговое окно для формирования отчета по модели

На рис. 7.5 представлен отчет, сформированный по вышеуказанным полям.


Рис. 7.5.  Предварительный просмотр отчета

Основу методологии IDEF0 составляет графический язык описания бизнес-процессов. Модель в нотации IDEF0 представляет собой совокупность иерархически упорядоченных и взаимосвязанных диаграмм. Каждая диаграмма является единицей описания системы и располагается на отдельном листе.

Модель может содержать четыре типа диаграмм:

  •  контекстную диаграмму(в каждой модели может быть только одна контекстная диаграмма);
  •  диаграммы декомпозиции;
  •  диаграммы дерева узлов;
  •  диаграммы только для экспозиции (FEO).

Контекстная диаграмма является вершиной древовидной структуры диаграмм и представляет собой самое общее описание системы и ее взаимодействия с внешней средой. После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы проводится декомпозиция каждого большого фрагмента системы на более мелкие и так далее, до достижения нужного уровня подробности описания. После каждого сеанса декомпозиции проводятся сеансы экспертизы — эксперты предметной области указывают на соответствие реальных бизнес-процессов созданным диаграммам. Найденные несоответствия исправляются, и только после прохождения экспертизы без замечаний можно приступать к следующему сеансу декомпозиции. Так достигается соответствие модели реальным бизнес-процессам на любом и каждом уровне модели. Синтаксис описания системы в целом и каждого ее фрагмента одинаков во всей модели.

Диаграмма дерева узловпоказывает иерархическую зависимость работ, но не взаимосвязи между работами. Диаграмм деревьев узлов может быть в модели сколь угодно много, поскольку дерево может быть построено на произвольную глубину и не обязательно с корня.

диаграммы для экспозиции (FEO)строятся для иллюстрации отдельных фрагментов модели, для иллюстрации альтернативной точки зрения, либо для специальных целей.

Работы (Activity)обозначают поименованные процессы, функции или задачи, которые происходят в течение определенного времени и имеют распознаваемые результаты. Работы изображаются в виде прямоугольников. Все работы должны быть названы и определены. Имя работы должно быть выражено отглагольным существительным, обозначающим действие (например, "Деятельность компании", "Прием заказа" и т.д.). Работа "Деятельность компании" может иметь, например, следующее определение: "Это учебная модель, описывающая деятельность компании". При создании новой модели (меню File/New) автоматически создается контекстная диаграмма с единственной работой, изображающей систему в целом (рис. 7.6).


Рис. 7.6.  Пример контекстной диаграммы

Для внесения имени работы следует щелкнуть по работе правой кнопкой мыши, выбрать в меню Name Editor и в появившемся диалоге внести имя работы. Для описания других свойств работы служит диалог Activity Properties (рис. 7.7).


Рис. 7.7.  Редактор задания свойств работы

Диаграммы декомпозиции содержат родственные работы, т. е. дочерние работы, имеющие общую родительскую работу. Для создания диаграммы декомпозиции следует щелкнуть по кнопке

на панели инструментов.

Возникает диалог Activity Box Count (рис. 7.8), в котором следует указать нотацию новой диаграммы и количество работ на ней. Остановимся пока на нотации IDEF0 и щелкнем на ОК. Появляется диаграмма декомпозиции (рис. 7.9). Допустимый интервал числа работ — 2-8. Декомпозироватьработу на одну работу не имеет смысла: диаграммы с количеством работ более восьми получаются перенасыщенными и плохо читаются. Для обеспечения наглядности и лучшего понимания моделируемых процессов рекомендуется использовать от трех до шести блоков на одной диаграмме.


Рис. 7.8.  Диалог Activity Box Count


Рис. 7.9.  Пример диаграммы декомпозиции

Если оказывается, что количество работ недостаточно, то работу можно добавить в диаграмму, щелкнув сначала по кнопке на палитре инструментов, а затем по свободному месту на диаграмме.

Работы на диаграммах декомпозиции обычно располагаются по диагонали от левого верхнего угла к правому нижнему.

Такой порядок называется порядком доминирования. Согласно этому принципу расположения в левом верхнем углу помещается самая важная работа или работа, выполняемая по времени первой. Далее вправо вниз располагаются менее важные или выполняемые позже работы. Такое размещение облегчает чтение диаграмм, кроме того, на нем основывается понятие взаимосвязей работ (см. ниже).

Каждая из работ на диаграмме декомпозиции может быть в свою очередь декомпозирована. На диаграмме декомпозиции работы нумеруются автоматически слева направо. Номер работы показывается в правом нижнем углу. В левом верхнем углу изображается небольшая диагональная черта, которая показывает, что данная работа не была декомпозирована. Так, на рис. 7.9 все работы еще не были декомпозированы.

Стрелки(Arrow) описывают взаимодействие работ и представляют собой некую информацию, выраженную существительными.(Например, "Звонки клиентов", "Правила и процедуры", "Бухгалтерская система".)

В IDEF0 различают пять типов стрелок:

Вход(Input) — материал или информация, которые используются или преобразуются работой для получения результата (выхода). Допускается, что работа может не иметь ни одной стрелки входа. Каждый тип стрелок подходит к определенной стороне прямоугольника, изображающего работу, или выходит из нее. Стрелка входа рисуется как входящая в левую грань работы. При описании технологических процессов (для этого и был придуман IDEF0) не возникает проблем определения входов. Действительно, "Звонки клиентов" на рис. 7.6 — это нечто, что перерабатывается в процессе "Деятельность компании" для получения результата. При моделировании ИС, когда стрелками являются не физические объекты, а данные, не все так очевидно. Например, при "Приеме пациента" карта пациента может быть и на входе и на выходе, между тем качество этих данных меняется. Другими словами, в нашем примере для того, чтобы оправдать свое назначение, стрелки входа и выхода должны быть точно определены с тем, чтобы указать на то, что данные действительно были переработаны (например, на выходе — "Заполненная карта пациента"). Очень часто сложно определить, являются ли данные входом или управлением. В этом случае подсказкой может служить информация о том, перерабатываются/изменяются ли данные в работе или нет. Если изменяются, то, скорее всего, это вход, если нет — управление.

Управление(Control) — правила, стратегии, процедуры или стандарты, которыми руководствуется работа. Каждая работа должна иметь хотя бы одну стрелку управления. Стрелка управления рисуется как входящая в верхнюю грань работы. На рис. 7.6 стрелка "Правила и процедуры" — управление для работы "Деятельность компании". Управление влияет на работу, но не преобразуется работой. Если цель работы — изменить процедуру или стратегию, то такая процедура или стратегия будет для работы входом. В случае возникновения неопределенности в статусе стрелки (управление или вход) рекомендуется рисовать стрелку управления.

Выход(Output) — материал или информация, которые производятся работой. Каждая работа должна иметь хотя бы одну стрелку выхода. Работа без результата не имеет смысла и не должна моделироваться. Стрелка выхода рисуется как исходящая из правой грани работы. На рис. 7.6 стрелки "Маркетинговые материалы" и "Проданные продукты" являются выходом для работы "Деятельность компании".

Механизм(Mechanism) — ресурсы, которые выполняют работу, например персонал предприятия, станки, устройства и т. д. Стрелка механизма рисуется как входящая в нижнюю грань работы. На рис. 7.6 стрелка "Бухгалтерская система" является механизмом для работы "Деятельность компании". По усмотрению аналитика стрелки механизма могут не изображаться в модели.

Вызов(Call) — специальная стрелка, указывающая на другую модель работы. Стрелка вызова рисуется как исходящая из нижней грани работы. На рис. 7.10 стрелка "Другая модель работы" является вызовом для работы "Изготовление изделия". Стрелка вызова используется для указания того, что некоторая работа выполняется за пределами моделируемой системы. В BPwin стрелки вызова используются в механизме слияния и разделения моделей.


Рис. 7.10.  Стрелка вызова, появляющаяся при расщеплении модели

Граничные стрелки. Стрелки на контекстной диаграмме служат для описания взаимодействия системы с окружающим миром. Они могут начинаться у границы диаграммы и заканчиваться у работы, или наоборот. Такие стрелки называются граничными.

Для внесения граничной стрелки входа следует:

  •  щелкнуть по кнопке с символом стрелки 

;

  •  в палитре инструментов перенести курсор к левой стороне экрана, пока не появится начальная штриховая полоска;
  •  щелкнуть один раз по полоске (откуда выходит стрелка) и еще раз в левой части работы со стороны входа (где заканчивается стрелка);
  •  вернуться в палитру инструментов и выбрать опцию редактирования стрелки 

;

  •  щелкнуть правой кнопкой мыши на линии стрелки, во всплывающем меню выбрать Name и добавить имя стрелки в закладке Name диалога IDEF0 Arrow Properties.

Стрелкиуправления, входа, механизма и выхода изображаются аналогично. Имена вновь внесенных стрелок (рис. 7.11) автоматически заносятся в словарь Arrow Dictionary.


Рис. 7.11.  Диалог IDEF0 Arrow Properties

ICOM-коды. Диаграмма декомпозиции предназначена для детализации работы. В отличие от моделей, отображающих структуру организации, работа на диаграмме верхнего уровня в IDEF0 — это не элемент управления нижестоящими работами. Работы нижнего уровня — это то же самое, что работы верхнего уровня, но в более детальном изложении. Как следствие этого границы работы верхнего уровня — это то же самое, что границы диаграммы декомпозиции. ICOM (аббревиатура от Input, Control, Output и Mechanism) — коды, предназначенные для идентификации граничных стрелок. Код ICOM содержит префикс, соответствующий типу стрелки (I, С, О или М), и порядковый номер.

BPwin вносит ICOM-коды автоматически. Для отображения ICOM-кодов следует включить опцию ICOM codes на закладке Display диалога Model Properties (меню Model/Model Properties) (рис.7.12).

Словарь стрелок редактируется при помощи специального редактора Arrow Dictionary Editor, в котором определяется стрелка и вносится относящийся к ней комментарий (рис. 7.13). Словарь стрелок решает очень важную задачу. Диаграммы создаются аналитиком для того, чтобы провести сеанс экспертизы, т. е. обсудить диаграмму со специалистом предметной области. В любой предметной области формируется профессиональный жаргон, причем очень часто жаргонные выражения имеют нечеткий смысл и воспринимаются разными специалистами по-разному. В то же время аналитик — автор диаграмм должен употреблять те выражения, которые наиболее понятны экспертам. Поскольку формальные определения часто сложны для восприятия, аналитик вынужден употреблять профессиональный жаргон, а чтобы не возникло неоднозначных трактовок, в словаре стрелок каждому понятию можно дать расширенное и, если это необходимо, формальное определение.


Рис. 7.12.  Включение опции ICOM codes на закладке Display


Рис. 7.13.  Редактирование словаря стрелок

Содержимое словаря стрелок можно распечатать в виде отчета (меню Tools/ Report /Arrow Report...) и получить толковый словарь терминов предметной области, использующихся в модели.

Несвязанные граничные стрелки (unconnected border arrow). При декомпозиции работы входящие в нее и исходящие из нее стрелки (кроме стрелки вызова) автоматически появляются на диаграмме декомпозиции (миграция стрелок), но при этом не касаются работ. Такие стрелки называются несвязанными и воспринимаются в BPwin как синтаксическая ошибка.

На рис. 7.14 приведен фрагмент диаграммы декомпозиции с несвязанными стрелками, генерирующийся BPwin при декомпозиции работы "Сборка настольных компьютеров" (см. рис. 7.9). Для связывания стрелок входа, управления или механизма необходимо перейти в режим редактирования стрелок, щелкнуть по наконечнику стрелки и потом по соответствующему сегменту работы. Для связывания стрелки выхода необходимо перейти в режим редактирования стрелок, щелкнуть по сегменту выхода работы и затем по стрелке.


Рис. 7.14.  Пример несвязанных стрелок

Внутренние стрелки. Для связи работ между собой используются внутренние стрелки, то есть стрелки, которые не касаются границы диаграммы, начинаются у одной и кончаются у другой работы.

Для рисования внутренней стрелки необходимо в режиме рисования стрелок щелкнуть по сегменту (например, выхода) одной работы и затем по сегменту (например, входа) другой. В IDEF0 различают пять типов связей работ.

Связь по входу(output-input), когда стрелка выхода вышестоящей работы (далее — просто выход) направляется на вход нижестоящей (например, на рис. 7.15 стрелка "Собранные компьютеры" связывает работы "Сборка и тестирование компьютеров" и "Отгрузка и получение").


Рис. 7.15.  Связь по входу

Связь по управлению(output-control), когда выход вышестоящей работы направляется на управление нижестоящей. Связь по управлению показывает доминирование вышестоящей работы. Данные или объекты выхода вышестоящей работы не меняются в нижестоящей. На рис. 7.16 стрелка "Заказы клиентов" связывает работы "Продажи и маркетинг" и "Сборка и тестирование компьютеров".


Рис. 7.16.  Связь по управлению

Обратная связь по входу(output-input feedback), когда выход нижестоящей работы направляется на вход вышестоящей. Такая связь, как правило, используется для описания циклов. На рис. 7.17 стрелка "Результаты тестирования" связывает работы "Тестирование компьютеров" и "Отслеживание расписания и управление сборкой и тестированием".


Рис. 7.17.  Обратная связь по входу

Обратная связь по управлению(output-control feedback), когда выход нижестоящей работы направляется на управление вышестоящей (стрелка "Результаты сборки и тестирования", рис. 7.18). Обратная связь по управлению часто свидетельствует об эффективности бизнес-процесса. На рис. 7.18 объем продаж может быть повышен путем непосредственного регулирования процессов сборки и тестирования компьютеров (выхода) работы "Сборки и тестирование компьютеров".


Рис. 7.18.  Обратная связь по управлению

Связь выход-механизм(output-mechanism), когда выход одной работы направляется на механизм другой. Эта взаимосвязь используется реже остальных и показывает, что одна работа подготавливает ресурсы, необходимые для проведения другой работы (рис. 7.19).


Рис. 7.19.  Связь выход-механизм

Явные стрелки. Явная стрелка имеет источником одну-единственную работу и назначением тоже одну-единственную работу.

Разветвляющиеся и сливающиеся стрелки. Одни и те же данные или объекты, порожденные одной работой, могут использоваться сразу в нескольких других работах. С другой стороны, стрелки, порожденные в разных работах, могут представлять собой одинаковые или однородные данные или объекты, которые в дальнейшем используются или перерабатываются в одном месте. Для моделирования таких ситуаций в IDEF0 используются разветвляющиеся и сливающиеся стрелки. Для разветвления стрелки нужно в режиме редактирования стрелки щелкнуть по фрагменту стрелки и по соответствующему сегменту работы. Для слияния двух стрелок выхода нужно в режиме редактирования стрелки сначала щелкнуть по сегменту выхода работы, а затем по соответствующему фрагменту стрелки.

Смысл разветвляющихся и сливающихся стрелок передается именованием каждой ветви стрелок. Существуют определенные правила именования таких стрелок. Рассмотрим их на примере разветвляющихся стрелок. Если стрелка именована до разветвления, а после разветвления ни одна из ветвей не именована, то подразумевается, что каждая ветвь моделирует те же данные или объекты, что и ветвь до разветвления (рис. 7.20).


Рис. 7.20.  Пример именования разветвляющейся стрелки

Если стрелка именована до разветвления, а после разветвления какая-либо из ветвей тоже именована, то подразумевается, что эти ветви соответствуют именованию. Если при этом какая-либо ветвь после разветвления осталась неименованной, то подразумевается, что она моделирует те же данные или объекты, что и ветвь до разветвления (рис. 7.21).


Рис. 7.21.  Пример именования разветвляющейся стрелки

Недопустима ситуация, когда стрелка до разветвления не именована, а после разветвления не именована какая-либо из ветвей. BPwin определяет такую стрелку как синтаксическую ошибку.

Правила именования сливающихся стрелок полностью аналогичны — ошибкой будет считаться стрелка, которая после слияния не именована, а до слияния не именована какая-либо из ее ветвей. Для именования отдельной ветви разветвляющихся и сливающихся стрелок следует выделить на диаграмме только одну ветвь, после чего вызвать редактор имени и присвоить имя стрелке. Это имя будет соответствовать только выделенной ветви.

Туннелирование стрелок. Вновь внесенные граничные стрелки на диаграмме декомпозиции нижнего уровня изображаются в квадратных скобках и автоматически не появляются на диаграмме верхнего уровня (рис. 7.22).


Рис. 7.22.  Неразрешенная (unresolved) стрелка

Для их "перетаскивания" наверх нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по квадратным скобкам граничной стрелки и в контекстном меню выбрать команду Arrow Tunnel (рис. 7.23).


Рис. 7.23.  Выбор команды из контекстного меню

Появляется диалог Border Arrow Editor (рис. 7.24).

Если щелкнуть по кнопке Resolve Border Arrow, стрелка мигрирует на диаграмму верхнего уровня, если по кнопке Change To Tunnel — стрелка будет туннелирована и не попадет на другую диаграмму. Туннельная стрелка изображается с круглыми скобками на конце (рис. 7.25).


Рис. 7.24.  Диалог Border Arrow Editor


Рис. 7.25.  Типы туннелирования стрелок

Туннелирование может быть применено для изображения малозначимых стрелок. Если на какой-либо диаграмме нижнего уровня необходимо изобразить малозначимые данные или объекты, которые не обрабатываются или не используются работами на текущем уровне, то их необходимо направить на вышестоящий уровень (на родительскую диаграмму). Если эти данные не используются на родительской диаграмме, их нужно направить еще выше, и т. д. В результате малозначимая стрелка будет изображена на всех уровнях и затруднит чтение всех диаграмм, на которых она присутствует. Выходом является туннелирование стрелки на самом нижнем уровне. Такое туннелирование называется "не-в-родительской-диаграмме".

Другим примером туннелирования может быть ситуация, когда стрелка механизма мигрирует с верхнего уровня на нижний, причем на нижнем уровне этот механизм используется одинаково во всех работах без исключения. (Предполагается, что не нужно детализировать стрелку механизма, т. е. стрелка механизма на дочерней работе именована до разветвления, а после разветвления ветви не имеют собственного имени). В этом случае стрелка механизма на нижнем уровне может быть удалена, после чего на родительской диаграмме она может быть туннелирована, а в комментарии к стрелке или в словаре можно указать, что механизм будет использоваться во всех работах дочерней диаграммы декомпозиции. Такое туннелирование называется "не-в-дочерней-работе" (рис. 7.25).

Нумерация работ и диаграмм. Все работы модели нумеруются. Номер состоит из префикса и числа. Может быть использован префикс любой длины, но обычно используют префикс А. Контекстная (корневая) работа дерева имеет номер А0. Работы i декомпозиции А0 имеют номера А1, А2, A3 и т. д. Работы декомпозиции нижнего уровня имеют номер родительской работы и очередной порядковый номер, например работы декомпозиции A3 будут иметь номера А31, А32, АЗЗ, А34 и т. д. Работы образуют иерархию, где каждая работа может иметь одну родительскую и несколько дочерних работ, образуя дерево. Такое дерево называют деревом узлов, а вышеописанную нумерацию — нумерацией по узлам. Диаграммы IDEF0 имеют двойную нумерацию. Во-первых, диаграммы имеют номера по узлу. Контекстная диаграмма всегда имеет номер А-0, декомпозиция контекстной диаграммы — номер А0, остальные диаграммы декомпозиции — номера по соответствующему узлу (например, A1, A2, А21, А213 и т. д.). BPwin автоматически поддерживает нумерацию по узлам, т. е. при проведении декомпозиции создается новая диаграмма и ей автоматически присваивается соответствующий номер. В результате проведения экспертизы диаграммы могут уточняться и изменяться, следовательно, могут быть созданы различные версии одной и той же (с точки зрения ее расположения в дереве узлов) диаграммы декомпозиции. BPwin позволяет иметь в модели только одну диаграмму декомпозиции в данном узле. Прежние версии диаграммы можно хранить в виде бумажной копии либо как FEO-диаграмму. (К сожалению, при создании FEO-диаграмм отсутствует возможность отката, т. е. из диаграммы можно получить декомпозиции FEO, но не наоборот.) В любом случае следует отличать различные версии одной и той же диаграммы. Для этого существует специальный номер — C-number, который должен присваиваться автором модели вручную. C-number — это произвольная строка, но рекомендуется придерживаться стандарта, когда номер состоит из буквенного префикса и порядкового номера, причем в качестве префикса используются инициалы автора диаграммы, а порядковый номер отслеживается автором вручную, например МСВ00021.

Диаграммы дерева узлов и FEO

Диаграмма деревьев узловпоказывает иерархию работ в модели и позволяет рассмотреть всю модель целиком, но не показывает взаимосвязи между работами (рис. 7.26).Процесс создания модели работ является итерационным, следовательно, работы могут менять свое расположение в дереве узлов многократно. Чтобы не запутаться и проверить способ декомпозиции, следует после каждого изменения создавать диаграмму дерева узлов. Впрочем, BPwin имеет мощный инструмент навигации по модели — Model Explorer, который позволяет представить иерархию работ и диаграмм в удобном и компактном виде, однако составляющей стандарта IDEF0.


Рис. 7.26.  Диаграмма дерева узлов

Для создания диаграммы дерева узлов следует выбрать в меню пункт Diagram/Add Node Tree (рис. 7.27). Возникает диалог формирования диаграммы дерева узлов Node Tree Definition (рис. 7.28, 7. 29).


Рис. 7.27.  Выбор команды для формирования диаграммы дерева узлов


Рис. 7.28.  Диалог настройки диаграммы дерева узлов (шаг 1)


Рис. 7.29.  Диалог настройки диаграммы дерева узлов (шаг 2)

В диалоге Node Tree Definition следует указать глубину дерева — Number of Levels (по умолчанию — 3) и корень дерева (по умолчанию — родительская работа текущей диаграммы). По умолчанию нижний уровень декомпозиции показывается в виде списка, остальные работы — в виде прямоугольников. Для отображения всего дерева в виде прямоугольников следует выключить опцию Bullet Last Level. При создании дерева узлов следует указать имя диаграммы, поскольку, если в нескольких диаграммах в качестве корня на дереве узлов использовать одну и ту же работу, все эти диаграммы получат одинаковый номер (номер узла + постфикс N, например AON) и в списке открытых диаграмм (пункт меню Window) их можно будет различить только по имени.

Диаграммы "только для экспозиции" (FEO)часто используются в модели для иллюстрации других точек зрения, для отображения отдельных деталей, которые не поддерживаются явно синтаксисом IDEF0. Диаграммы FEO позволяют нарушить любое синтаксическое правило, поскольку по сути являются просто картинками — копиями стандартных диаграмм и не включаются в анализ синтаксиса. Для создания диаграммы FEO следует выбрать пункт меню Diagram/Add FEO Diagram. В возникающем диалоге Add New FEO Diagram следует указать имя диаграммы FEO и тип родительской диаграммы (рис. 7.30).


Рис. 7.30.  Диалог создания FEO-диаграммы

Новая диаграмма получает номер, который генерируется автоматически (номер родительской диаграммы по узлу + постфикс F, например A1F).

Каркас диаграммы

На рис. 7.31 показан типичный пример диаграммы декомпозиции с граничными рамками, которые называются каркасом диаграммы.


Рис. 7.31.  Пример диаграммы декомпозиции с каркасом

Каркас содержит заголовок (верхняя часть рамки) и подвал (нижняя часть). Заголовок каркаса используется для отслеживания диаграммы в процессе моделирования. Нижняя часть используется для идентификации и позиционирования в иерархии диаграммы.

Смысл элементов каркаса приведен в табл. 7.1 и 7.2.

Значения полей каркаса задаются в диалоге Diagram Properties (меню Diagram /Diagram Properties) — рис. 7.32.


Рис. 7.32.  Диалог Diagram Properties

Таблица 7.1. Поля заголовка каркаса (слева направо)

Поле

Смысл

Used At

Используется для указания на родительскую работу в случае, если на текущую диаграмму ссылались посредством стрелки вызова

Autor, Date, Rev, Project

Имя создателя диаграммы, дата создания и имя проекта, в рамках которого была создана диаграмма. REV-дата последнего редактирования диаграммы

Notes 123456789 10

Используется при проведении сеанса экспертизы. Эксперт должен (на бумажной копии диаграммы) указать число замечаний, вычеркивая цифру из списка каждый раз при внесении нового замечания

Status

Статус отображает стадию создания диаграммы, отображая все этапы публикации

Working

Новая диаграмма, кардинально обновленная диаграмма или новый автор диаграммы

Draft

Диаграмма прошла первичную экспертизу и готова к дальнейшему обсуждению

Recommended

Диаграмма и все ее сопровождающие документы прошли экспертизу. Новых изменений не ожидается

Publication

Диаграмма готова к окончательной печати и публикации

Reader

Имя читателя (эксперта)

Date

Дата прочтения (экспертизы)

Context

Схема расположения работ в диаграмме верхнего уровня. Работа, являющаяся родительской, показана темным прямоугольником, остальные – светлым. На контекстной диаграмме (А-0) показана надпись ТОР. В левом нижнем углу показывается номер по узлу родительской диаграммы:

Слияние и расщепление моделей

Возможность слияния и расщепления моделей обеспечивает коллективную работу над проектом. Так, руководитель проекта может создать декомпозицию верхнего уровня и дать задание аналитикам продолжить декомпозицию каждой ветви дерева в виде отдельных моделей. После окончания работы над отдельными ветвями все подмодели могут быть слиты в единую модель. С другой стороны, отдельная ветвь модели может быть отщеплена для использования в качестве независимой модели, для доработки или архивирования.

Таблица 7.2. Поля подвала каркаса (слева направо)

Поле

Смысл

Node

Номер узла диаграммы (номер родительской работы)

Title

Имя диаграммы. По умолчанию — имя родительской работы

Number

C-Number, уникальный номер версии диаграммы

Page

Номер страницы, может использоваться как номер страницы при формировании папки

BPwin использует для слияния и разветвления моделей стрелки вызова. Для слияния необходимо выполнить следующие условия:

  •  Обе сливаемые модели должны быть открыты в BPwin.
  •  Имя модели-источника, которое присоединяют к модели-цели, должно совпадать с именем стрелки вызова работы в модели-цели.
  •  Стрелкавызова должна исходить из недекомпозируемой работы (работа должна иметь диагональную черту в левом верхнем углу) (рис. 7.33).


Рис. 7.33.  Стрелка вызова работы "Сборка и тестирование компьютеров" модели-цели

  •  Имена контекстной работы подсоединяемой модели-источника и работы на модели-цели, к которой мы подсоединяем модель-источник, должны совпадать.
  •  Модель-источник должна иметь, по крайней мере, одну диаграмму декомпозиции.

Для слияния моделей нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по работе со стрелкой вызова в модели-цели и во всплывающем меню выбрать пункт Merge Model.

Появляется диалог, в котором следует указать опции слияния модели (рис. 7.34). При слиянии моделей объединяются и словари стрелок и работ. В случае одинаковых определений возможна перезапись определений или принятие определений из модели-источника. То же относится к именам стрелок, хранилищам данных и внешним ссылкам. (Хранилища данных и внешние ссылки — объекты диаграмм потоков данных, DFD, будут рассмотрены ниже.)


Рис. 7.34.  Диалог Continue with merge

После подтверждения слияния (кнопка OK) модель-источник подсоединяется к модели-цели, стрелка вызова исчезает, а работа, от которой отходила стрелка вызова, становится декомпозируемой — к ней подсоединяется диаграмма декомпозиции первого уровня модели-источника. Стрелки, касающиеся работы на диаграмме модели-цели, автоматически не мигрируют в декомпозицию, а отображаются как неразрешенные. Их следует туннелировать вручную.

В процессе слияния модель-источник остается неизменной, и к модели-цели подключается фактически ее копия. Не нужно путать слияние моделей с синхронизацией. Если в дальнейшем модель-источник будет редактироваться, эти изменения автоматически не попадут в соответствующую ветвь модели-цели.

Разделение моделей производится аналогично. Для отщепления ветви от модели следует щелкнуть правой кнопкой мыши по декомпозированной работе (работа не должна иметь диагональной черты в левом верхнем углу) и выбрать во всплывающем меню пункт Split Model. В появившемся диалоге Split Options следует указать имя создаваемой модели. После подтверждения расщепления в старой модели работа станет недекомпозированной (признак — диагональная черта в левом верхнем углу), будет создана стрелка вызова, ее имя будет совпадать с именем новой модели, и, наконец, будет создана новая модель, причем имя контекстной работы будет совпадать с именем работы, от которой была "оторвана" декомпозиция.

Создание отчетов в BPwin

BPwin имеет мощный инструмент генерации отчетов. Отчеты по модели вызываются из пункта меню Report. Всего имеется семь типов отчетов:

  1.  Model Report. Включает информацию о контексте модели — имя модели, точку зрения, область, цель, имя автора, дату создания и др.
  2.  Diagram Report. Отчет по конкретной диаграмме. Включает список объектов (работ, стрелок, хранилищ данных, внешних ссылок и т. д.).
  3.  Diagram Object Report. Наиболее полный отчет по модели. Может включать полный список объектов модели (работ, стрелок с указанием их типа и др.) и свойства, определяемые пользователем.
  4.  Activity Cost Report. Отчет о результатах стоимостного анализа. Будет рассмотрен ниже.
  5.  Arrow Report. Отчет по стрелкам. Может содержать информацию из словаря стрелок, информацию о работе-источнике, работе-назначении стрелки и информацию о разветвлении и слиянии стрелок.
  6.  Data Usage Report. Отчет о результатах связывания модели процессов и модели данных. (Будет рассмотрен ниже.)
  7.  Model Consistency Report. Отчет, содержащий список синтаксических ошибок модели.

Лекция_8: Моделирование бизнес-процессов средствами BPwin (часть 2).

Стоимостный анализ

Как было указано ранее, обычно сначала строится функциональная модель существующей организации работы — AS-IS (как есть). После построения модели AS-IS проводится анализ бизнес-процессов, потоки данных и объектов перенаправляются и улучшаются, в результате строится модель ТО-ВЕ. Как правило, строится несколько моделей ТО-ВЕ, из которых по какому-либо критерию выбирается наилучшая. Проблема состоит в том, что таких критериев много и непросто определить важнейший. Для того чтобы определить качество созданной модели с точки зрения эффективности бизнес-процессов, необходима система метрики, т. е. качество следует оценивать количественно.

BPwin предоставляет аналитику два инструмента для оценки модели — стоимостный анализ, основанный на работах (Activity Based Costing, ABC), и свойства, определяемые пользователем (User Defined Properties, UDP). Функциональное оценивание – ABC – это технология выявления и исследования стоимости выполнения той или иной функции (действия). Исходными данными для функционального оценивания являются затраты на ресурсы (материалы, персонал и т.д.). В сравнении с традиционными способами оценки затрат, при применении которых часто недооценивается продукция, производимая в незначительном объеме, и переоценивается массовый выпуск, ABC обеспечивает более точный метод расчета стоимости производства продукции, основанный на стоимости выполнения всех технологических операций, выполняемых при ее выпуске. Стоимостный анализ представляет собой соглашение об учете, используемое для сбора затрат, связанных с работами, с целью определить общую стоимость процесса. Стоимостный анализ основан на модели работ, потому что количественная оценка невозможна без детального понимания функциональности предприятия. Обычно ABC применяется для того, чтобы понять происхождение выходных затрат и облегчить выбор нужной модели работ при реорганизации деятельности предприятия (Business Process Reengineering, BPR). С помощью стоимостного анализа можно решить такие задачи, как определение действительной стоимости производства продукта, определение действительной стоимости поддержки клиента, идентификация наиболее дорогостоящих работ (тех, которые должны быть улучшены в первую очередь), обеспечение менеджеров финансовой мерой предлагаемых изменений и т.д.

ABC-анализ может проводиться только тогда, когда модель работы последовательная (следует синтаксическим правилам IDEF0), корректная (отражает бизнес), полная (охватывает всю рассматриваемую область) и стабильная (проходит цикл экспертизы без изменений), другими словами, когда создание модели работы закончено.

ABC включает следующие основные понятия:

  •  Объект затрат — причина, по которой работа выполняется, обычно основной выход работы. Стоимость работ есть суммарная стоимость объектов затрат ("Сборка и тестирование компьютеров", рис. 8.1);
  •  Двигатель затрат — характеристики входов и управлений работы ("Заказы клиентов", "Правила сборки и тестирования", "Персонал производственного отдела" рис. 8.1), которые влияют на то, как выполняется и как долго длится работа;
  •  Центры затрат, которые можно трактовать как статьи расхода.


Рис. 8.1.  Иллюстрация терминов ABC

При проведении стоимостного анализа в BPwin сначала задаются единицы измерения времени и денег. Для задания единиц измерения следует вызвать диалог Model Properties (меню Model), закладка ABC Units (рис. 8.2).


Рис. 8.2.  Настройка единиц измерения валюты и времени

Если в списке выбора отсутствует необходимая валюта (например, рубль), ее можно добавить. Диапазон измерения времени в списке Unit of measurment достаточен для большинства случаев — от секунд до лет.

Затем описываются центры затрат (cost centers). Для внесения центров затрат необходимо вызвать диалог Cost Center Editor из меню Model (рис. 8.3).


Рис. 8.3.  Диалог Cost Center Editor

Каждому центру затрат следует дать подробное описание в окне Definition. Список центров затрат упорядочен. Порядок в списке можно менять при помощи стрелок, расположенных справа от списка. Задание определенной последовательности центров затрат в списке, во-первых, облегчает последующую работу при присвоении стоимости работам, а во-вторых, имеет значение при использовании единых стандартных отчетов в разных моделях. Хотя BPwin сохраняет информацию о стандартном отчете в файле BPWINRPT.INI, информация о центрах затрат и UDP сохраняется в виде указателей, т. е. хранятся не названия центров затрат, а их номера. Поэтому, если нужно использовать один и тот же стандартный отчет в разных моделях, списки центров затрат должны быть в них одинаковы.

Для задания стоимости работы (для каждой работы на диаграмме декомпозиции) следует щелкнуть правой кнопкой мыши по работе и на всплывающем меню выбрать Cost (рис. 8.4). В диалоге Activity Cost указывается частота проведения данной работы в рамках общего процесса (окно Frequency) и продолжительность (Duration). Затем следует выбрать в списке один из центров затрат и в окне Cost задать его стоимость. Аналогично назначаются суммы по каждому центру затрат, т. е. задается стоимость каждой работы по каждой статье расхода. Если в процессе назначения стоимости возникает необходимость внесения дополнительных центров затрат, диалог Cost Center Editor вызывается прямо из диалога Activity Properties/Cost соответствующей кнопкой.


Рис. 8.4.  Задание стоимости работ в диалоге Activity Properties/Cost

Общие затраты по работе рассчитываются как сумма по всем центрам затрат. При вычислении затрат вышестоящей (родительской) работы сначала вычисляется произведение затрат дочерней работы на частоту работы (число раз, которое работа выполняется в рамках проведения родительской работы), затем результаты складываются. Если во всех работах модели включен режим Compute from Decompositions (рис. 8.4), подобные вычисления автоматически проводятся по всей иерархии работ снизу вверх (рис. 8.5).


Рис. 8.5.  Вычисление затрат родительской работы

Этот достаточно упрощенный принцип подсчета справедлив, если работы выполняются последовательно. Встроенные возможности BPwin позволяют разрабатывать упрощенные модели стоимости, которые, тем не менее, оказываются чрезвычайно полезными при предварительной оценке затрат. Если схема выполнения более сложная (например, работы производятся альтернативно), можно отказаться от подсчета и задать итоговые суммы для каждой работы вручную (Override Decompositions). В этом случае результаты расчетов с нижних уровней декомпозиции будут игнорироваться, и при расчетах на верхних уровнях будет учитываться сумма, заданная вручную. На любом уровне результаты расчетов сохраняются независимо от выбранного режима, поэтому при выключении опции Override Decompositions расчет снизу вверх производится обычным образом.

Для проведения более тонкого анализа можно воспользоваться специализированным средством стоимостного анализа EasyABC (ABC Technology, Inc.). BPwin имеет двунаправленный интерфейс с EasyABC. Для экспорта данных в EasyABC следует выбрать пункт меню File/Export/Node Tree, задать в диалоге Export Node Tree необходимые настройки и экспортировать дерево узлов в текстовый файл (.txt). Файл экспорта можно импортировать в EasyABC. После проведения необходимых расчетов результирующие данные можно импортировать из EasyABC в BPwin. Для импорта нужно выбрать меню File/Import/Costs и в диалоге Import Activity Costs выбрать необходимые установки.

Результаты стоимостного анализа могут существенно повлиять на очередность выполнения работ. Предположим, что для оценки качества изделия необходимо провести три работы:

  •  внешний осмотр — стоимость 50 руб.;
  •  пробное включение — стоимость 150 руб.;
  •  испытание на стенде — стоимость 300 руб.

Предположим также, что с точки зрения технологии очередность проведения работ несущественна, а вероятность выявления брака одинакова (50%). Пусть необходимо проверить восемь изделий. Если проводить работы в убывающем по стоимости порядке, то затраты на получение готового изделия составят:

300 руб. (испытание на стенде)*8 +150 руб. (пробное включение) *4 + 50 руб. (внешний осмотр) *2 = 3100 руб.

Если проводить работы в возрастающем по стоимости порядке, то на получение готового изделия будет затрачено:

50 руб. (внешний осмотр) *8 +150 руб. (пробное включение) *4 + 300 руб. (испытание на стенде) *2 = 1600 руб.

Следовательно, с целью минимизации затрат первой должна быть выполнена наиболее дешевая работа, затем — средняя по стоимости и в конце — наиболее дорогая.

Результаты стоимостного анализа наглядно представляются на специальном отчете BPwin, настройка которого производится в диалоговом окне Activity Cost Report (меню Tools/Reports/Activity Cost Report) (рис. 8.6). Отчет позволяет документировать имя, номер, определение и стоимость работ, как суммарную, так и раздельно по центрам затрат.


Рис. 8.6.  Диалог настройки отчета по стоимости работ

Результаты отображаются и непосредственно на диаграммах. В левом нижнем углу прямоугольника работы может показываться либо стоимость (по умолчанию), либо продолжительность, либо частота проведения работы. Настройка отображения осуществляется в диалоге Model Properties (меню Model/Model Properties), закладка Display (ABC Data, ABC Units).

Свойства, определяемые пользователем (UDP)

АВС позволяет оценить стоимостные и временные характеристики системы. Если стоимостных показателей недостаточно, имеется возможность внесения собственных метрик — свойств, определенных пользователем — (User Defined Properties, UDP). UDP позволяют провести дополнительный анализ, хотя и без суммирующих подсчетов.

Для описания UDP служит диалог User-Defined Property Editor (меню Model/UDP Definition Editor) (рис. 8.7). В верхнем окне диалога вносится имя UDP, в списке выбора Datatype описывается тип свойства. Имеется возможность задания 18 различных типов UDP, в том числе управляющих команд и массивов, объединенных по категориям. Для внесения категории следует задать имя категории в окне New Keyword и щелкнуть по кнопке Add Category. Для присвоения свойства категории необходимо выбрать UDP из списка, затем категорию из списка категорий и щелкнуть по кнопке Update. Одна категория может объединять несколько свойств, в то же время одно свойство может входить в несколько категорий. Свойство типа List может содержать массив предварительно определенных значений. Для определения области значений UDP типа List следует задать значение свойства в окне New Keyword и щелкнуть по кнопке Add Member. Значения из списка можно редактировать и удалять.


Рис. 8.7.  Диалог описания UDP

Каждой работе можно поставить в соответствие набор UDP. Для этого следует щелкнуть правой кнопкой мыши по работе и выбрать пункт меню UDP. В закладке UDP Values диалога IDEF0 Activity Properties можно задать значения UDP. Результат задания можно проанализировать в отчете Diagram Object Report (меню Tools/Report/Diagram Object Report) (рис. 8.8).

Диаграммы потоков данных

Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagramming) являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе. Требования представляются в виде иерархии процессов, связанных потоками данных. Диаграммы потоков данных показывают, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, и выявляют отношения между этими процессами. DFD-диаграммы успешно используются как дополнение к модели IDEF0 для описания документооборота и обработки информации. Подобно IDEF0, DFD представляет моделируемую систему как сеть связанных работ. Основные компоненты DFD (как было сказано выше) – процессы или работы, внешние сущности, потоки данных, накопители данных (хранилища).


Рис. 8.8.  Диалог настройки отчета Diagram Object Report

В BPwin для построения диаграмм потоков данных используется нотация Гейна-Сарсона.

Для того чтобы дополнить модель IDEF0 диаграммой DFD, нужно в процессе декомпозиции в диалоге Activity Box Count "кликнуть" по радио-кнопке DFD. В палитре инструментов на новой диаграмме DFD появляются новые кнопки:

  •  (External Reference) — добавить в диаграмму внешнюю ссылку;
  •  (Data store) — добавить в диаграмму хранилище данных;
  •  Diagram Dictionary Editor – ссылка на другую страницу. В отличие от IDEF0 этот инструмент позволяет направить стрелку на любую диаграмму (а не только на верхний уровень).

В отличие от стрелок IDEF0, которые представляют собой жесткие взаимосвязи, стрелки DFD показывают, как объекты (включая данные) двигаются от одной работы к другой. Это представление потоков совместно с хранилищами данных и внешними сущностями делает модели DFD более похожими на физические характеристики системы — движение объектов, хранение объектов, поставка и распространение объектов (рис. 8.9).

В отличие от IDEF0, где система рассматривается как взаимосвязанные работы, DFD рассматривает систему как совокупность предметов. Контекстная диаграмма часто включает работы и внешние ссылки. Работы обычно именуются по названию системы, например "Система обработки информации". Включение внешних ссылок в контекстную диаграмму не отменяет требования методологии четко определить цель, область и единую точку зрения на моделируемую систему.


Рис. 8.9.  Пример диаграммы DFD

В DFD работы (процессы) представляют собой функции системы, преобразующие входы в выходы. Хотя работы изображаются прямоугольниками со скругленными углами, смысл их совпадает со смыслом работ IDEF0 и IDEF3. Так же, как процессы IDEF3, они имеют входы и выходы, но не поддерживают управления и механизмы, как IDEF0 (рис. 8.9) (блоки "Проверка и внесение клиентов", "Внесение заказов").

Внешние сущности изображают входы в систему и/или выходы из системы. Внешние сущности изображаются в виде прямоугольника с тенью и обычно располагаются по краям диаграммы (рис. 8.9, блок "Звонки клиентов). Одна внешняя сущность может быть использована многократно на одной или нескольких диаграммах. Обычно такой прием используют, чтобы не рисовать слишком длинных и запутанных стрелок.

Потоки работ изображаются стрелками и описывают движение объектов из одной части системы в другую. Поскольку в DFD каждая сторона работы не имеет четкого назначения, как в IDEF0, стрелки могут подходить и выходить из любой грани прямоугольника работы. В DFD также применяются двунаправленные стрелки для описания диалогов типа "команда-ответ" между работами, между работой и внешней сущностью и между внешними сущностями (рис. 8.9).

В отличие от стрелок, описывающих объекты в движении, хранилища данных изображают объекты в покое (рис. 8.10).


Рис. 8.10.  Хранилище данных

В материальных системах хранилища данных изображаются там, где объекты ожидают обработки, например в очереди. В системах обработки информации хранилища данных являются механизмом, который позволяет сохранить данные для последующих процессов.

В DFD стрелки могут сливаться и разветвляться, что позволяет описать декомпозицию стрелок. Каждый новый сегмент сливающейся или разветвляющейся стрелки может иметь собственное имя.

Диаграммы DFD могут быть построены с использованием традиционного структурного анализа, подобно тому, как строятся диаграммы IDEF0.

В DFD номер каждой работы может включать префикс, номер родительской работы (А) и номер объекта. Номер объекта — это уникальный номер работы на диаграмме. Например, работа может иметь номер А.12.4. Уникальный номер имеют хранилища данных и внешние сущности независимо от их расположения на диаграмме. Каждое хранилище данных имеет префикс D и уникальный номер, например D5. Каждая внешняя сущность имеет префикс Е и уникальный номер, например Е5.

Метод описания процессов IDEF3

Наличие в диаграммах DFD элементов для обозначения источников, приемников и хранилищ данных позволяет более эффективно и наглядно описать процесс документооборота. Однако для описания логики взаимодействия информационных потоков более подходит IDEF3, называемая также workflow diagramming, — методология моделирования, использующая графическое описание информационных потоков, взаимоотношений между процессами обработки информации и объектов, являющихся частью этих процессов. Диаграммы Workflow могут быть использованы в моделировании бизнес-процессов для анализа завершенности процедур обработки информации. С их помощью можно описывать сценарии действий сотрудников организации, например последовательность обработки заказа или события, которые необходимо обработать за конечное время. Каждый сценарий сопровождается описанием процесса и может быть использован для документирования каждой функции.

IDEF3 — это метод, имеющий основной целью дать возможность аналитикам описать ситуацию, когда процессы выполняются в определенной последовательности, а также описать объекты, участвующие совместно в одном процессе.

Техника описания набора данных IDEF3 является частью структурного анализа. В отличие от некоторых методик описаний процессов IDEF3 не ограничивает аналитика чрезмерно жесткими рамками синтаксиса, что может привести к созданию неполных или противоречивых моделей.

IDEF3 может быть также использован как метод создания процессов. IDEF3 дополняет IDEF0 и содержит все необходимое для построения моделей, которые в дальнейшем могут быть использованы для имитационного анализа.

Каждая работа в IDEF3 описывает какой-либо сценарий бизнес-процесса и может являться составляющей другой работы. Поскольку сценарий описывает цель и рамки модели, важно, чтобы работы именовались отглагольным существительным, обозначающим процесс действия, или фразой, содержащей такое существительное.

Точка зрения на модель должна быть документирована. Обычно это точка зрения человека, ответственного за работу в целом. Также необходимо документировать цель модели — те вопросы, на которые призвана ответить модель.

Диаграмма является основной единицей описания в IDEF3. Важно правильно построить диаграммы, поскольку они предназначены для чтения другими людьми (а не только автором).

Единицы работы — Unit of Work (UOW) — также называемые работами (activity), являются центральными компонентами модели. В IDEF3 работы изображаются прямоугольниками с прямыми углами и имеют имя, выраженное отглагольным существительным, обозначающим процесс действия, одиночным или в составе фразы, и номер (идентификатор); другое имя существительное в составе той же фразы обычно отображает основной выход (результат) работы (например, "Изготовление изделия"). Часто имя существительное в имени работы меняется в процессе моделирования, поскольку модель может уточняться и редактироваться. Идентификатор работы присваивается при создании и не меняется никогда. Даже если работа будет удалена, ее идентификатор не будет вновь использоваться для других работ. Обычно номер работы состоит из номера родительской работы и порядкового номера на текущей диаграмме.

Связи показывают взаимоотношения работ. Все связи в IDEF3 однонаправлены и могут быть направлены куда угодно, но обычно диаграммы IDEF3 стараются построить так, чтобы связи были направлены слева направо. В IDEF3 различают три типа стрелок, изображающих связи, стиль которых устанавливается через меню Edit/Arrow Style:

Старшая (Precedence)

сплошная линия, связывающая единицы работ (UOW). Рисуется слева направо или сверху вниз. Показывает, что работа-источник должна закончиться прежде, чем работа-цель начнется.

Отношения (Relational Link)

пунктирная линия, использующаяся для изображения связей между единицами работ (UOW) а также между единицами работ и объектами ссылок.

Потоки объектов (Object Flow)

стрелка с двумя наконечниками, применяется для описания того факта, что объект используется в двух или более единицах работы, например, когда объект порождается в одной работе и используется в другой.

Старшая связь показывает, что работа-источник заканчивается ранее, чем начинается работа-цель. Часто результатом работы-источника становится объект, необходимый для запуска работы-цели. В этом случае стрелку, обозначающую объект, изображают с двойным наконечником. Имя стрелки должно ясно идентифицировать отображаемый объект. Поток объектов имеет ту же семантику, что и старшая стрелка.

Отношение показывает, что стрелка является альтернативой старшей стрелке или потоку объектов в смысле задания последовательности выполнения работ — работа-источник не обязательно должна закончиться, прежде чем работа-цель начнется. Более того, работа-цель может закончиться прежде, чем закончится работа-источник.

Окончание одной работы может служить сигналом к началу нескольких работ, или же одна работа для своего запуска может ожидать окончания нескольких работ. Для отображения логики взаимодействия стрелок при слиянии и разветвлении или для отображения множества событий, которые могут или должны быть завершены перед началом следующей работы, используются перекрестки (Junction). Различают перекрестки для слияния (Fan-in Junction) и разветвления стрелок (Fan-out Junction). Перекресток не может использоваться одновременно для слияния и для разветвления. Для внесения перекрестка служит кнопка

— (добавить в диаграмму перекресток — Junction) в палитре инструментов. В диалоге Select Junction Type необходимо указать тип перекрестка.

Смысл каждого типа приведен в таблице 8.1.

Все перекрестки на диаграмме нумеруются, каждый номер имеет префикс J. Можно редактировать свойства перекрестка при помощи диалога Junction Properties, который вызывается в контекстном меню перекрестка командой Definition/Note. В отличие от IDEF0 и DFD в IDEF3 стрелки могут сливаться и разветвляться только через перекрестки.

Объект ссылки в IDEF3 выражает некую идею, концепцию или данные, которые нельзя связать со стрелкой, перекрестком или работой. Для внесения объекта ссылки служит кнопка

— (добавить в диаграмму объект ссылки — Referent) в палитре инструментов. Объект ссылки изображается в виде прямоугольника, похожего на прямоугольник работы

. Имя объекта ссылки задается в диалоге Referent (пункт Name контекстного меню), в качестве имени можно использовать имя какой-либо стрелки с других диаграмм или имя сущности из модели данных. Объекты ссылки должны быть связаны с единицами работ или перекрестками пунктирными линиями. Официальная спецификация IDEF3 различает три стиля объектов ссылок — безусловные (unconditional), синхронные (synchronous) и асинхронные (asynchronous). BPwin поддерживает только безусловные объекты ссылок. Синхронные и асинхронные объекты ссылок, используемые в диаграммах переходов состояний объектов, не поддерживаются.

Таблица 8.1. Типы перекрестков

Обозначение

Наименование

Смысл в случае слияния стрелок (Fan-in Junction)

Смысл в случае разветвления стрелок (Fan-out Junction)

Asynchronous AND

Все предшествующие процессы должны быть завершены

Все следующие процессы должны быть запущены

Synchronous AND

Все предшествующие процессы завершены одновременно

Все следующие процессы запускаются одновременно

Asynchronous OR

Один или несколько предшествующих процессов должны быть завершены

Один или несколько следующих процессов должны быть запущены

Synchronous OR

Один или несколько предшествующих процессов завершены одновременно

Один или несколько следующих процессов запускаются одновременно

XOR (Exclusive OR)

Только один предшествующий процесс завершен

Только один следующий процесс запускается

При внесении объектов ссылок помимо имени следует указывать тип объекта ссылки. Типы объектов ссылок приведены в таблице 8.2.

В IDEF3 декомпозиция используется для детализации работ. Методология IDEF3 позволяет декомпозировать работу многократно, т. е. работа может иметь множество дочерних работ. Это позволяет в одной модели описать альтернативные потоки. Возможность множественной декомпозиции предъявляет дополнительные требования к нумерации работ. Так, номер работы состоит из номера родительской работы, версии декомпозиции и собственного номера работы на текущей диаграмме.

Рассмотрим процесс декомпозиции диаграмм IDEF3, включающий взаимодействие автора (аналитика) и одного или нескольких экспертов предметной области.

Перед проведением сеанса экспертизы у экспертов предметной области должны быть документированные сценарии и рамки модели, для того чтобы понять цели декомпозиции. Обычно эксперт предметной области передает аналитику текстовое описание сценария. В дополнение к этому может существовать документация, описывающая интересующие процессы. Из этой информации аналитик должен составить предварительный список работ (отглагольные существительные, обозначающие процесс) и объектов (существительные, обозначающие результат выполнения работы), которые необходимы для перечисленных работ. В некоторых случаях целесообразно создать графическую модель для представления ее эксперту предметной области.

Таблица 8.2. Типы объектов ссылок

Тип объекта ссылки

Цель описания

OBJECT

Описывает участие важного объекта в работе

GOTO

Инструмент циклического перехода (в повторяющейся последовательности работ), возможно на текущей диаграмме, но не обязательно. Если все работы цикла присутствуют на текущей диаграмме, цикл может также изображаться стрелкой, возвращающейся на стартовую работу. GOTO может ссылаться на перекресток

UOB (Unit of behaviour)

Применяется, когда необходимо подчеркнуть множественное использование какой-либо работы, но без цикла. Например, работа "Контроль качества" может быть использована в процессе "Изготовление изделия" несколько раз, после каждой единичной операции. Обычно этот тип ссылки не используется для моделирования автоматически запускающихся работ

NOTE

Используется для документирования важной информации, относящейся к каким-либо графическим объектам на диаграмме. NOTE является альтернативой внесению текстового объекта в диаграмму

ELAB (Elaboration)

Используется для усовершенствования графиков или их более детального описания. Обычно употребляется для детального описания разветвления и слияния стрелок на перекрестках

На рисунке 8.11 представлено описание процесса "Сборка настольных компьютеров" в методологии IDEF3.

Поскольку разные фрагменты модели IDEF3 могут быть созданы разными группами аналитиков в разное время, IDEF3 поддерживает простую схему нумерации работ в рамках всей модели. Разные аналитики оперируют разными диапазонами номеров, работая при этом независимо. Пример выделения диапазона приведен в табл. 8.3.

В результате дополнения диаграмм IDEF0 диаграммами DFD и IDEF3 может быть создана смешанная модель, которая наилучшим образом описывает все стороны деятельности предприятия. Иерархию работ в смешанной модели можно увидеть в окне Model Explorer (рис. 8.12). Модели в нотации IDEF0 изображаются зеленым цветом, в IDEF3 — желтым, в DFD — голубым.

Таблица 8.3. Диапазоны номеров работ

Аналитик

Диапазон номеров IDEF3

Иванов

1-999

Петров

1000-1999

Сидоров

2000-2999


Рис. 8.11.  Описание процесса в методологии IDEF3


Рис. 8.12.  Представление смешанной модели в окне Model Explorer

Имитационное моделирование

Оценочные аспекты моделирования предметной области связаны с разрабатываемыми показателями эффективности автоматизируемых процессов.

Метод функционального моделирования позволяет оптимизировать существующие на предприятии бизнес-процессы, однако для оптимизации конкретных технологических операций функциональной модели может быть недостаточно. В этом случае целесообразно использовать имитационное моделирование.

Имитационное моделирование – это метод, позволяющий строить модели, учитывающие время выполнения операций, и обеспечивающий наиболее полные средства анализа динамики бизнес-процессов. Имитационные модели описывают не только потоки сущностей, информации и управления, но и различные метрики. Полученную модель можно "проиграть" во времени и получить статистику происходящих процессов так, как это было бы в реальности. В имитационной модели изменения процессов и данных ассоциируются с событиями. "Проигрывание" модели заключается в последовательном переходе от одного события к другому.

Связь между имитационными моделями и моделями процессов заключается в возможности преобразования модели процессов в имитационную модель. Имитационная модель дает больше информации для анализа системы, в свою очередь результаты такого анализа могут быть причиной модификации модели процессов.

Одним из наиболее эффективных инструментов имитационного моделирования является система ARENA, разработанная фирмой System Modeling Corporation. Система позволяет строить имитационные модели, проигрывать их и анализировать результаты.

Имитационная модель включает следующие основные элементы:

  •  Источники и стоки (Create и Dispose). Источники — это элементы, от которых в модель поступает информация или объекты. По смыслу они близки к понятиям "внешняя ссылка" на DFD-диаграммах или "объект ссылки" на диаграммах IDEF3. Скорость поступления данных или объектов от источника обычно задается статистической функцией. Сток — это устройство для приема информации или объектов.
  •  Очереди (Queues). Понятие очереди близко к понятию хранилища данных на DFD-диаграммах — это место, где объекты ожидают обработки. Время обработки объектов в разных работах может быть разным. В результате перед некоторыми работами могут накапливаться объекты, ожидающие своей очереди. Часто целью имитационного моделирования является минимизация количества объектов в очередях.
  •  Процессы (Process) — это аналог работ в модели процессов. В имитационной модели может быть задана производительность процессов.

Построение модели производится путем переноса из панели инструментов в рабочее пространство модулей Create, Dispose и Process. Связи между модулями устанавливаются автоматически, но могут быть переопределены вручную. Далее модулям назначаются свойства. Для контроля проигрывания модели необходимо в модель добавить модуль Simulate и задать для него параметры. Результаты проигрывания модели отображаются в автоматически генерируемых отчетах.

BPwin не имеет собственных инструментов, позволяющих создавать имитационные модели, однако дает возможность экспортировать модель IDEF3 в специализированное средство создания таких моделей. Для экспорта модели необходимо настроить свойства, определяемые пользователем UDP, специально включенные в BPwin для целей экспорта.

Функциональные и имитационные модели тесно взаимосвязаны и эффективно дополняют друг друга. Имитационные модели дают больше информации для анализа системы, результаты которого могут быть причиной модификации модели процессов. Целесообразно сначала строить функциональную модель, а на ее основе — имитационную.

Лекция_9: Информационное обеспечение ИС. 

Лекция_11: Унифицированный язык визуального моделирования Unified Modeling Language (UML).

Существует множество технологий и инструментальных средств, с помощью которых можно реализовать в некотором смысле оптимальный проект ИС, начиная с этапа анализа и заканчивая созданием программного кода системы. В большинстве случаев эти технологии предъявляют весьма жесткие требования к процессу разработки и используемым ресурсам, а попытки трансформировать их под конкретные проекты оказываются безуспешными. Эти технологии представлены CASE-средствами верхнего уровня или CASE-средствами полного жизненного цикла (upper CASE tools или full life-cycle CASE tools). Они не позволяют оптимизировать деятельность на уровне отдельных элементов проекта, и, как следствие, многие разработчики перешли на так называемые CASE-средства нижнего уровня (lower CASE tools). Однако они столкнулись с новой проблемой — проблемой организации взаимодействия между различными командами, реализующими проект.

Унифицированный язык объектно-ориентированного моделирования Unified Modeling Language (UML) явился средством достижения компромисса между этими подходами. Существует достаточное количество инструментальных средств, поддерживающих с помощью UML жизненный цикл информационных систем, и, одновременно, UML является достаточно гибким для настройки и поддержки специфики деятельности различных команд разработчиков.

Мощный толчок к разработке этого направления информационных технологий дало распространение объектно-ориентированных языков программирования в конце 1980-х — начале 1990-х годов. Пользователям хотелось получить единый язык моделирования, который объединил бы в себе всю мощь объектно-ориентированного подхода и давал бы четкую модель системы, отражающую все ее значимые стороны. К середине девяностых явными лидерами в этой области стали методы Booch (Grady Booch), OMT-2 (Jim Rumbaugh), OOSE — Object-Oriented Software Engineering (Ivar Jacobson). Однако эти три метода имели свои сильные и слабые стороны: OOSE был лучшим на стадии анализа проблемной области и анализа требований к системе, OMT-2 был наиболее предпочтителен на стадиях анализа и разработки информационных систем, Booch лучше всего подходил для стадий дизайна и разработки.

Все шло к созданию единого языка, который объединял бы сильные стороны известных методов и обеспечивал наилучшую поддержку моделирования. Таким языком оказался UML.

Создание UML началось в октябре 1994 г., когда Джим Рамбо и Гради Буч из Rational Software Corporation стали работать над объединением своих методов OMT и Booch. Осенью 1995 г. увидела свет первая черновая версия объединенной методологии, которую они назвали Unified Method 0.8. После присоединения в конце 1995 г. к Rational Software Corporation Айвара Якобсона и его фирмы Objectory, усилия трех создателей наиболее распространенных объектно-ориентированных методологий были объединены и направлены на создание UML.

В настоящее время консорциум пользователей UML Partners включает в себя представителей таких грандов информационных технологий, как Rational Software, Microsoft, IBM, Hewlett-Packard, Oracle, DEC, Unisys, IntelliCorp, Platinum Technology.

UML представляет собой объектно-ориентированный язык моделирования, обладающий следующими основными характеристиками:

  •  является языком визуального моделирования, который обеспечивает разработку репрезентативных моделей для организации взаимодействия заказчика и разработчика ИС, различных групп разработчиков ИС;
  •  содержит механизмы расширения и специализации базовых концепций языка.

UML — это стандартная нотация визуального моделирования программных систем, принятая консорциумом Object Managing Group (OMG) осенью 1997 г., и на сегодняшний день она поддерживается многими объектно-ориентированными CASE-продуктами.

UML включает внутренний набор средств моделирования (модулей?) ("ядро"), которые сейчас приняты во многих методах и средствах моделирования. Эти концепции необходимы в большинстве прикладных задач, хотя не каждая концепция необходима в каждой части каждого приложения. Пользователям языка предоставлены возможности:

  •  строить модели на основе средств ядра, без использования механизмов расширения для большинства типовых приложений;
  •  добавлять при необходимости новые элементы и условные обозначения, если они не входят в ядро, или специализировать компоненты, систему условных обозначений (нотацию) и ограничения для конкретных предметных областей.

Синтаксис и семантика основных объектов UML

Классы

Классы — это базовые элементы любой объектно-ориентированной системы. Классы представляют собой описание совокупностей однородных объектов с присущими им свойствами — атрибутами, операциями, отношениями и семантикой.

В рамках модели каждому классу присваивается уникальное имя, отличающее его от других классов. Если используется составное имя (в начале имени добавляется имя пакета, куда входит класс), то имя класса должно быть уникальным в пакете.

Атрибут — это свойство класса, которое может принимать множество значений. Множество допустимых значений атрибута образует домен. Атрибут имеет имя и отражает некоторое свойство моделируемой сущности, общее для всех объектов данного класса. Класс может иметь произвольное количество атрибутов.

Операция — реализация функции, которую можно запросить у любого объекта класса. Операция показывает, что можно сделать с объектом. Исполнение операции часто связано с обработкой и изменением значений атрибутов объекта, а также изменением состояния объекта.

На рис. 11.1 приведено графическое изображение класса "Заказ" в нотации UML.


Рис. 11.1.  Изображение класса в UML

Синтаксис UML для свойств классов (в отдельных программных средствах, например, в IBM UML Modeler, порядок записи параметров может быть иным):

<

признак видимости> <имя атрибута> : <тип данных>

  = <значение по умолчанию>

<признак видимости> <имя операции> <(список аргументов)>

Видимость свойства указывает на возможность его использования другими классами. Один класс может "видеть" другой, если тот находится в области действия первого и между ними существует явное или неявное отношение. В языке UML определены три уровня видимости:

  •  public (общий) — любой внешний класс, который "видит" данный, может пользоваться его общими свойствами. Обозначаются знаком "+" перед именем атрибута или операции;
  •  protected (защищенный) — только любой потомок данного класса может пользоваться его защищнными свойствами. Обозначаются знаком "#";
  •  private (закрытый) — только данный класс может пользоваться этими свойствами. Обозначаются символом "-" .

Еще одной важной характеристикой атрибутов и операций классов является область действия. Область действия свойства указывает, будет ли оно проявлять себя по-разному в каждом экземпляре класса, или одно и то же значение свойства будет совместно использоваться всеми экземплярами:

  •  instance (экземпляр) — у каждого экземпляра класса есть собственное значение данного свойства;
  •  classifier (классификатор) — все экземпляры совместно используют общее значение данного свойства (выделяется на диаграммах подчеркиванием).

Возможное количество экземпляров класса называется его кратностью. В UML можно определять следующие разновидности классов:

  •  не содержащие ни одного экземпляра — тогда класс становится служебным (Abstract);
  •  содержащие ровно один экземпляр (Singleton);
  •  содержащие заданное число экземпляров;
  •  содержащие произвольное число экземпляров.

Принципиальное назначение классов характеризуют стереотипы. Это, фактически, классификация объектов на высоком уровне, позволяющая определить некоторые основные свойства объекта (пример стереотипа — класс "действующее лицо"). Механизм стереотипов является также средством расширения словаря UML за счет создания на основе существующих блоков языка новых, специфичных для решения конкретной проблемы.

Диаграммы классов

Классы в UML изображаются на диаграммах классов, которые позволяют описать систему в статическом состоянии — определить типы объектов системы и различного рода статические связи между ними.

Классы отображают типы объектов системы.

Между классами возможны различные отношения, представленные на рис. 11.2:

  •  зависимости, которые описывают существующие между классами отношения использования;
  •  обобщения, связывающие обобщенные классы со специализированными;
  •  ассоциации, отражающие структурные отношения между объектами классов.


Рис. 11.2.  Отображение связей между классами

Зависимостью называется отношение использования, согласно которому изменение в спецификации одного элемента (например, класса "товар") может повлиять на использующий его элемент (класс "строка заказа"). Часто зависимости показывают, что один класс использует другой в качестве аргумента.

Обобщение — это отношение между общей сущностью (родителем — класс "клиент") и ее конкретным воплощением (потомком — классы "корпоративный клиент" или "частный клиент"). Объекты класса-потомка могут использоваться всюду, где встречаются объекты класса-родителя, но не наоборот. При этом он наследует свойства родителя (его атрибуты и операции). Операция потомка с той же сигнатурой, что и у(?) родителя, замещает(?) операцию родителя; это свойство называют полиморфизмом. Класс, у которого нет родителей, но есть потомки, называется корневым. Класс, у которого нет потомков, называется листовым.

Ассоциация — это отношение, показывающее, что объекты одного типа неким образом связаны с объектами другого типа ("клиент" может сделать "заказ"). Если между двумя классами определена ассоциация, то можно перемещаться от объектов одного класса к объектам другого. При необходимости направление навигации может задаваться стрелкой. Допускается задание ассоциаций на одном классе. В этом случае оба конца ассоциации относятся к одному и тому же классу. Это означает, что с объектом некоторого класса можно связать другие объекты из того же класса. Ассоциации может быть присвоено имя, описывающее семантику отношений. Каждая ассоциация имеет две роли, которые могут быть отражены на диаграмме (рис. 11.3). Роль ассоциации обладает свойством множественности, которое показывает, сколько соответствующих объектов может участвовать в данной связи.


Рис. 11.3.  Свойства ассоциации

рис. 11.3 иллюстрирует модель формирования заказа. Каждый заказ может быть создан единственным клиентом (множественность роли 1.1). Каждый клиент может создать один и более заказов (множественность роли 1..n). Направление навигации показывает, что каждый заказ должен быть "привязан" к определенному клиенту.

Такого рода ассоциация является простой и отражает отношение между равноправными сущностями, когда оба класса находятся на одном концептуальном уровне и ни один не является более важным, чем другой. Если приходится моделировать отношение типа "часть-целое", то используется специальный тип ассоциации — агрегирование. В такой ассоциации один из классов имеет более высокий ранг (целое — класс "заказ", рис. 11.2) и состоит из нескольких меньших по рангу классов (частей — класс "строка заказа"). В UML используется и более сильная разновидность агрегации — композиция, в которой объект-часть может принадлежать только единственному целому. В композиции жизненный цикл частей и целого совпадают, любое удаление целого обязательно захватывает и его части.

Для ассоциаций можно задавать атрибуты и операции, создавая по обычным правилам UML классы ассоциаций.

Диаграммы использования

Диаграммы использования описывают функциональность ИС, которая будет видна пользователям системы. "Каждая функциональность" изображается в виде "прецедентов использования" (use case) или просто прецедентов. Прецедент — это типичное взаимодействие пользователя с системой, которое при этом:

  •  описывает видимую пользователем функцию,
  •  может представлять различные уровни детализации,
  •  обеспечивает достижение конкретной цели, важной для пользователя.

Прецедент обозначается на диаграмме овалом, связанным с пользователями, которых принято называть действующими лицами (актерами, actors). Действующие лица используют систему (или используются системой) в данном прецеденте. Действующее лицо выполняет некоторую роль в данном прецеденте. На диаграмме изображается только одно действующее лицо, однако реальных пользователей, выступающих в данной роли по отношению к ИС, может быть много. Список всех прецедентов фактически определяет функциональные требования к ИС, которые лежат в основе разработки технического задания на создание системы.

На диаграммах прецедентов, кроме связей между действующими лицами и прецедентами, возможно использование еще двух видов связей между прецедентами: "использование" и "расширение" (рис. 11.4). Связь типа "расширение" применяется, когда один прецедент подобен другому, но несет несколько большую функциональную нагрузку. Ее следует применять при описании изменений в нормальном поведении системы. Связь типа "использование" позволяет выделить некий фрагмент поведения системы и включать его в различные прецеденты без повторного описания.

На рис. 11.4 показано, что при исполнении прецедента "формирование заказа" возможно использование информации из предыдущего заказа, что позволит не вводить все необходимые данные. А при исполнении прецедентов "оценить риск сделки" и "согласовать цену" необходимо выполнить одно и то же действие — рассчитать стоимость заказа.


Рис. 11.4.  Связи на диаграммах прецедентов

Динамические аспекты поведения системы отражаются приведенными ниже диаграммами.

В отличие от некоторых подходов объектного моделирования, когда и состояние, и поведение системы отображаются на диаграммах классов, UML отделяет описание поведения в диаграммы взаимодействия. В UML диаграммы классов не содержат сообщений, которые усложняют их чтение. Поток сообщений между объектами выносится на диаграммы взаимодействия. Как правило, диаграмма взаимодействия охватывает поведение объектов в рамках одного варианта использования.

Прямоугольники на диаграмме представляют различные объекты и роли, которые они имеют в системе, а линии между классами отображают отношения (или ассоциации) между ними. Сообщения обозначаются ярлыками возле стрелок, они могут иметь нумерацию и показывать возвращаемые значения.

Существуют два вида диаграмм взаимодействия: диаграммы последовательностей и кооперативные диаграммы.

Диаграммы последовательностей

Этот вид диаграмм используется для точного определения логики сценария выполнения прецедента. Диаграммы последовательностей отображают типы объектов, взаимодействующих при исполнении прецедентов, сообщения, которые они посылают друг другу, и любые возвращаемые значения, ассоциированные с этими сообщениями. Прямоугольники на вертикальных линиях показывают "время жизни" объекта. Линии со стрелками и надписями названий методов означают вызов метода у объекта.


Рис. 11.5.  Диаграмма последовательности обработки заказа

  •  вводятся строки заказа;
  •  по каждой строке проверяется наличие товара;
  •  если запас достаточен — инициируется поставка;
  •  если запас недостаточен — инициируется дозаказ (повторный заказ).


Рис. 11.6.  Кооперативная диаграмма прохождения заказа

Сообщения появляются в той последовательности, как они показаны на диаграмме — сверху вниз. Если предусматривается отправка сообщения объектом самому себе (самоделегирование), то стрелка начинается и заканчивается на одной "линии жизни".

На диаграммы может быть добавлена управляющая информация: описание условий, при которых посылается сообщение; признак многократной отправки сообщения (маркер итерации); признак возврата сообщения.

Кооперативные диаграммы

На кооперативных диаграммах объекты (или классы) показываются в виде прямоугольников, а стрелками обозначаются сообщения, которыми они обмениваются в рамках одного варианта использования. Временная последовательность сообщений отражается их нумерацией.

Диаграммы состояний

Диаграммы состояний используются для описания поведения сложных систем. Они определяют все возможные состояния, в которых может находиться объект, а также процесс смены состояний объекта в результате некоторых событий.Эти диаграммы обычно используются для описания поведения одного объекта в нескольких прецедентах.

Прямоугольниками представляются состояния, через которые проходит объект во время своего поведения. Состояниям соответствуют определенные значения атрибутов объектов. Стрелки представляют переходы от одного состояния к другому, которые вызываются выполнением некоторых функций объекта. Имеется также два вида псевдо-состояний: начальное состояние, в котором находится только что созданный объект, и конечное состояние, которое объект не покидает, как только туда перешел.

Переходы имеют метки, которые синтаксически состоят из трех необязательных частей (см. рис. 11.7):


Рис. 11.7.  Диаграмма состояний объекта «заказ»

<

Событие> <[Условие]> < / Действие>.

На диаграммах также отображаются функции, которые выполняются объектом в определенном состоянии. Синтаксис метки деятельности:

выполнить/< деятельность >.

Диаграммы деятельности

Диаграмма деятельности — это частный случай диаграммы состояний. На диаграмме деятельности представлены переходы потока управления от одной деятельности к другой внутри системы. Этот вид диаграмм обычно используется для описания поведения, включающего в себя множество параллельных процессов.

Основными элементами диаграмм деятельности являются (рис. 11.8):


Рис. 11.8.  Диаграмма деятельности — обработка заказа

  •  овалы, изображающие действия объекта;
  •  линейки синхронизации, указывающие на необходимость завершить или начать несколько действий (модель логического условия "И");
  •  ромбы, отражающие принятие решений по выбору одного из маршрутов выполнения процесса (модель логического условия "ИЛИ");
  •  стрелки — отражают последовательность действий, могут иметь метки условий.

На диаграмме деятельности могут быть представлены действия, соответствующие нескольким вариантам использования. На таких диаграммах появляется множество начальных точек, поскольку они отражают теперь реакцию системы на множество внешних событий. Таким образом, диаграммы деятельности позволяют получить полную картину поведения системы и легко оценивать влияние изменений в отдельных вариантах использования на конечное поведение системы.

Любая деятельность может быть подвергнута дальнейшей декомпозиции и представлена в виде отдельной диаграммы деятельности или спецификации (словесного описания).

Диаграммы компонентов

Диаграммы компонентов позволяют изобразить модель системы на физическом уровне.

Элементами диаграммы являются компоненты — физические замещаемые модули системы. Каждый компонент является полностью независимым элементом системы. Разновидностью компонентов являются узлы. Узел — это элемент реальной (физической) системы, который существует во время функционирования программного комплекса и представляет собой вычислительный ресурс, обычно обладающий как минимум некоторым объемом памяти, а часто еще и способностью обработки. Узлы делятся на два типа:

  •  устройства — узлы системы, в которых данные не обрабатываются.
  •  процессоры — узлы системы, осуществляющие обработку данных.

Для различных типов компонентов предусмотрены соответствующие стереотипы в языке UML.

Компонентом может быть любой достаточно крупный модульный объект, такой как таблица или экстент базы данных, подсистема, бинарный исполняемый файл, готовая к использованию система или приложение. Таким образом, диаграмму компонентов можно рассматривать как диаграмму классов в более крупном (менее детальном) масштабе. Компонент, как правило, представляет собой физическую упаковку логических элементов, таких как классы, интерфейсы и кооперации.

Основное назначение диаграмм компонентов — разделение системы на элементы, которые имеют стабильный интерфейс и образуют единое целое. Это позволяет создать ядро системы, которое не будет меняться в ответ на изменения, происходящие на уровне подсистем.

На рис. 11.9 показана упрощенная схема элементов фрагмента корпоративной системы. "Коробки" представляют собой компоненты — приложения или внутренние подсистемы. Пунктирные линии отражают зависимости между компонентами.


Рис. 11.9.  Диаграмма компонентов фрагмента КИС

Каждый компонент диаграммы при необходимости документируется с помощью более детальной диаграммы компонентов, диаграммы сценариев или диаграммы классов.

Пакеты UML

Пакеты представляют собой универсальный механизм организации элементов в группы. В пакет можно поместить диаграммы различного типа и назначения. В отличие от компонентов, существующих во время работы программы, пакеты носят чисто концептуальный характер, то есть существуют только во время разработки. Изображается пакет в виде папки с закладкой, содержащей, как правило, только имя и иногда — описание содержимого.

Диаграмма пакетов содержит пакеты классов и зависимости между ними. Зависимость между двумя пакетами имеет место в том случае, если изменения в определении одного элемента влекут за собой изменения в другом. По отношению к пакетам можно использовать механизм обобщения (см. выше раздел "Диаграммы классов" ).

Лекция_12: Этапы проектирования ИС с применением UML.

UML обеспечивает поддержку всех этапов жизненного цикла ИС и предоставляет для этих целей ряд графических средств – диаграмм.

На этапе создания концептуальной модели для описания бизнес-деятельности используются модели бизнес-прецедентов и диаграммы видов деятельности, для описания бизнес-объектов – модели бизнес-объектов и диаграммы последовательностей.

На этапе создания логической модели ИС описание требований к системе задается в виде модели и описания системных прецедентов, а предварительное проектирование осуществляется с использованием диаграмм классов, диаграмм последовательностей и диаграмм состояний.

На этапе создания физической модели детальное проектирование выполняется с использованием диаграмм классов, диаграмм компонентов, диаграмм развертывания.

Ниже приводятся определения и описывается назначение перечисленных диаграмм и моделей применительно к задачам проектирования ИС (в скобках приведены альтернативные названия диаграмм, использующиеся в современной литературе).

Диаграммы прецедентов (диаграммы вариантов использования, use case diagrams) – это обобщенная модель функционирования системы в окружающей среде.

Диаграммы видов деятельности (диаграммы деятельностей, activity diagrams) – модель бизнес-процесса или поведения системы в рамках прецедента.

Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) – модель процесса обмена сообщениями между объектами, представляется в виде диаграмм последовательностей (sequence diagrams) или кооперативных диаграмм (collaboration diagrams).

Диаграммы состояний (statechart diagrams) – модель динамического поведения системы и ее компонентов при переходе из одного состояния в другое.

Диаграммы классов (class diagrams) – логическая модель базовой структуры системы, отражает статическую структуру системы и связи между ее элементами.

Диаграммы базы данных (database diagrams) — модель структуры базы данных, отображает таблицы, столбцы, ограничения и т.п.

Диаграммы компонентов (component diagrams) – модель иерархии подсистем, отражает физическое размещение баз данных, приложений и интерфейсов ИС.

Диаграммы развертывания (диаграммы размещения, deployment diagrams) – модель физической архитектуры системы, отображает аппаратную конфигурацию ИС.

На рис. 12.1 показаны отношения между различными видами диаграмм UML. Указатели стрелок можно интерпретировать как отношение "является источником входных данных для..." (например, диаграмма прецедентов является источником данных для диаграмм видов деятельности и последовательности). Приведенная схема является наглядной иллюстрацией итеративного характера разработки моделей с использованием UML.


Рис. 12.1.  Взаимосвязи между диаграммами UML

Ниже приводятся описания последовательных этапов проектирования ИС с использованием UML.

Разработка модели бизнес-прецедентов

Модель бизнес-прецедентов описывает бизнес-процессы с точки зрения внешнего пользователя, т.е. отражает взгляд на деятельность организации извне.

Проектирование системы начинается с изучения и моделирования бизнес-деятельности организации. На этом этапе вводится и отображается в модели ряд понятий, свойственных объектно-ориентированному подходу:

Исполнитель (Действующее лицо, Actor) – личность, организация или система, взаимодействующая с ИС; различают внешнего исполнителя (который использует или используется системой, т.е. порождает прецеденты деятельности) и внутреннего исполнителя (который обеспечивает реализацию прецедентов деятельности внутри системы). На диаграмме исполнитель представляется стилизованной фигуркой человека.

Прецедент – законченная последовательность действий, инициированная внешним объектом (личностью или системой), которая взаимодействует с ИС и получает в результате некоторое сообщение от ИС. На диаграмме представляется овалом с надписью, отражающей содержание действия.

Класс — описание совокупности однородных объектов с их атрибутами, операциями, отношениями и семантикой. На диаграмме представляется прямоугольником, содержащим описания атрибутов и операций класса.

Ассоциация – связь между двумя элементами модели. На диаграмме представляется линией.

Обобщение – связь между двумя элементами модели, когда один элемент (подкласс) является частным случаем другого элемента (суперкласса). На диаграмме представляется стрелкой.

Агрегация – отношение между элементами модели, когда один элемент является частью другого элемента (агрегата). На диаграмме представляется стрелкой с ромбовидным концом.

Для иллюстрации этапов разработки проекта использованы адаптированные материалы проекта ИС медицинского центра [рис. 12.2]. Назначение ИС – автоматизация ведения и использования клинических записей о пациентах. В настоящее время эта работа производится вручную персоналом центра. На рис. 12.2 представлена общая модель деятельности центра в виде диаграммы прецедентов. Прецедент "Обслуживание пациента" реализуется через множество других, более ограниченных прецедентов (рис. 12.3), отражающих детализацию представления функционирования центра.


Рис. 12.2.  Общая диаграмма деятельности медицинского центра по обслуживанию пациента


Рис. 12.3.  Модель бизнес-прецедентов, составляющих обслуживание пациента

Для включения в диаграмму выбранные прецеденты должны удовлетворять следующим критериям:

  •  прецедент должен описывать, ЧТО нужно делать, а не КАК;
  •  прецедент должен описывать действия с точки зрения ИСПОЛНИТЕЛЯ;
  •  прецедент должен возвращать исполнителю некоторое СООБЩЕНИЕ;
  •  последовательность действий внутри прецедента должна представлять собой одну НЕДЕЛИМУЮ цепочку.

Исходя из цели создания системы, для дальнейшего исследования и моделирования отбираются только те бизнес-прецеденты, которые связаны с использованием клинических записей.

Выполнение прецедента описывается с помощью диаграмм видов деятельности, которые отображают исполнителей и последовательность выполнения соответствующих бизнес-процессов (рис. 12.4).


Рис. 12.4.  Диаграмма видов деятельности для прецедента "Оказание медицинской помощи"

Несмотря на то, что оказание медицинской помощи предусматривает множество разнообразных действий исполнителей, для нашей задачи существенными являются только процессы обмена информацией между этими исполнителями, и именно они отображаются в создаваемых моделях. Поэтому на диаграмме отражен процесс оценки состояния пациента на основании имеющейся в центре информации о нем.

Общее поле диаграммы деятельности делится на несколько "плавательных дорожек", каждая из которых содержит описание действий одного из исполнителей. Основными элементами диаграмм видов деятельности являются обозначения состояния ("начало", "конец"), действия (овал) и момента синхронизации действий (линейка синхронизации, на которой сходятся или разветвляются несколько стрелок).

Диаграмма подходит для описания действий как внешнего, так и внутреннего специалиста центра.

Этап завершается после разработки диаграмм видов деятельности для всех выделенных в модели бизнес-прецедентов. Естественно, на последующих этапах анализа и проектирования будут выявлены какие-то важные подробности в описании деятельности объекта автоматизации. Поэтому разработанные на данном этапе модели будут еще неоднократно корректироваться.

Разработка модели бизнес-объектов

Следующим этапом проектирования ИС является разработка модели бизнес-объектов, которая показывает выполнение бизнес-процессов организации ее внутренними исполнителями. Основными компонентами моделей бизнес-объектов являются внешние и внутренние исполнители, а также бизнес-сущности, отображающие все, что используют внутренние исполнители для реализации бизнес-процессов. Пример модели бизнес-объектов для прецедента "Ответ на запрос" приведен на рис. 12.5.


Рис. 12.5.  Модель бизнес-объектов прецедента "Ответ на запрос"

В этой диаграмме появилось новое действующее лицо – отправитель запроса. На самом деле с запросом о состоянии пациента могут обращаться в систему многие из действующих лиц: юрист, страховая компания, технический персонал и даже сам пациент. Таким образом, понятие "Отправитель запроса" служит для обобщенного представления всех этих действующих лиц при описании прецедента "Ответ на запрос" (рис. 12.6). "Отправитель запроса" становится суперклассом по отношению к обобщаемым понятиям (подклассам).


Рис. 12.6.  Обобщение классов

Для детального описания выполнения бизнес-процессов обычно используются диаграммы последовательностей (рис. 12.7).


Рис. 12.7.  Диаграмма последовательностей для прецедента "Ответ на запрос"

Основными элементами диаграммы последовательностей являются обозначения объектов (прямоугольники), вертикальные линии, отображающие течение времени при деятельности объекта, и стрелки, показывающие выполнение действий объектами.

Результатом этого этапа являются согласованные с заказчиком и достаточно подробные описания действий специалистов организации, внедряющей ИС, необходимые для обеспечения исполнения ее функций.

Разработка концептуальной модели данных

Затем на основе информации, выявленной на этапах бизнес-моделирования, выполняется разработка концептуальной модели данных, которые будут использоваться в разрабатываемой системе. На рис. 12.8 представлена в виде диаграммы классов модель данных для объекта "Клинические записи".


Рис. 12.8.  Концептуальная модель данных

Модель показывает, что клинические записи включают (агрегируют) ряд блоков. При этом "минимальный набор данных" и "план лечения" могут быть включены в каждую клиническую запись в единственном экземпляре, а блоки "результаты анализов", "предписания врача", "ход лечения" могут повторяться неограниченное число раз.

Архив состоит из множества клинических записей (агрегирует клинические записи), но может быть и пустым.

Поскольку пациент может предварительно проходить лечение в других учреждениях, или несколько раз проходить лечение в центре, появляются дополнительные разновидности (подклассы) клинических записей: внешние, старые внутренние, новые внутренние.

Этот этап завершает процедуры бизнес-моделирования и позволяет представить команде проектировщиков в едином формате ту информацию, которая будет необходима для создания системы. Разработанные диаграммы являются отправной точкой в процессах проектирования баз данных и приложений системы, обеспечивают согласованность действий бизнес-аналитиков и разработчиков в процессе дальнейшей работы над системой. Эти диаграммы, конечно же, будут претерпевать изменения в процессе последующего проектирования, однако эти изменения будут фиксироваться в формате, уже привычном для всей команды разработчиков, и будут автоматически отражаться в последующих моделях.

Разработка требований к системе

На этапе формирования требований, прежде всего, необходимо определить область действия разрабатываемой системы и получить точное представление о желаемых возможностях системы.

Основой разработки требований является модель системных прецедентов, отражающая выполнение конкретных обязанностей внутренними и внешними исполнителями с использованием ИС.

Источником данных для создания модели системных прецедентов являются разработанные на предыдущем этапе бизнес-модели. Однако при создании модели полезно предварительно составить детальные описания прецедентов, содержащие определения используемых данных и точную последовательность их выполнения. Описание осуществляется в соответствии с принятым в организации шаблоном, который обычно включает следующие разделы:

  •  заголовок (название прецедента, ответственный за исполнение, дата создания шаблона/внесения изменений);
  •  краткое описание прецедента;
  •  ограничения;
  •  предусловия (необходимое состояние системы или условия, при которых должен выполняться прецедент);
  •  постусловия (возможные состояния системы после выполнения прецедента);
  •  предположения;
  •  основная последовательность действий;
  •  альтернативные последовательности действий и условия, их инициирующие;
  •  точки расширения и включения прецедентов.

В процессе создания модели системных прецедентов осуществляется преобразование и перенос компонентов бизнес-моделей на новые диаграммы. Типовые преобразования по технологии Rational Unified Process приведены в таблица 12.1.

Таблица 12.1.

Элементы бизнес-модели

Элементы модели системных прецедентов

Бизнес-прецеденты

Подсистемы

Внешние исполнители

Исполнители

Внутренние исполнители

Исполнители или прецеденты

Процессы, выполняемые внутренними исполнителями

Прецеденты

На рис. 12.9 представлена модель системных прецедентов для бизнес-прецедента "Оказание медицинской помощи". Исходя из цели создания системы, в модели системных прецедентов отражены только те действия исполнителей, которые связаны с предоставлением доступа и обновлением клинических записей.


Рис. 12.9.  Модель системных прецедентов

Описываемые моделью функции характерны только для одного вида деятельности – оказания медицинской помощи, и в основном не используются в других видах деятельности Центра. Это позволяет объединить выделенные функции в некую единую подсистему проектируемой ИС.

Внутренний исполнитель "Персонал центра" (см. рис. 12.4, рис. 12.7) и выполняемый им ручной процесс преобразован в системный прецедент "Предоставление доступа к клиническим записям".

Внешние исполнители (например, "Производитель медицинского оборудования") непосредственно взаимодействуют с проектируемой системой, т.е. превращаются в исполнителей.

В модели отражены два специальных типа связи между прецедентами (на рис. 12.9 соответствующие прецеденты выделены тенью):

  •  "включает" — один прецедент в процессе своего исполнения обязательно выполняет некий блок действий, составляющих другой прецедент;
  •  "расширяет" — когда прецеденты подобны по своим действиям, но один несет несколько большую функциональную нагрузку.

Прецедент "Проверка прав доступа" впервые появился на диаграммах и реализуется средствами разрабатываемой ИС. Поэтому для него приходится разрабатывать диаграмму последовательностей, описывающую его исполнение (рис. 12.10). В результате в проектируемой ИС появляются два новых объекта – программный модуль "Менеджер защиты" и информационный блок "Набор прав".


Рис. 12.10.  Диаграмма последовательностей для прецедента "Проверка прав"

Таким образом, результатом разработки модели системных прецедентов является не только исчерпывающий перечень функций, которые должны быть реализованы в проектируемой системе, но и подробное описание необходимой реализации этих функций.

Анализ требований и предварительное проектирование системы.

Основные задачи этапа:

  •  определить проект системы, который будет отвечать всем бизнес-требованиям;
  •  разработать общий предварительный проект для всех команд разработчиков (проектировщиков баз данных, разработчиков приложений, системных архитекторов и пр.)

Основным инструментом на данном этапе являются диаграммы классов системы, которые строятся на основе разработанной модели системных прецедентов. Одновременно на этом этапе уточняются диаграммы последовательностей выполнения отдельных прецедентов, что приводит к изменениям в составе объектов и диаграммах классов. Это естественное отражение средствами UML итеративного процесса разработки системы.

Диаграммы классов системы заполняются объектами из модели системных прецедентов. Они содержат описание этих объектов в виде классов и описание взаимодействия между классами.

Диаграмма классов, описывающая процедуры защиты доступа к данным, приведена на рис. 12.11.


Рис. 12.11.  Диаграмма классов "Защита доступа"

Таким образом, в результате этого этапа проектирования появляется достаточно подробное описание состава и функций проектируемой системы, а также информации, которую необходимо использовать в базе данных и в приложениях.

Поскольку диаграммы классов строятся на основе разработанных ранее бизнес-моделей, появляется уверенность в том, что разрабатываемая система будет действительно удовлетворять исходным требованиям заказчика.

В то же время, благодаря своему синтаксису, диаграммы классов оказываются хорошим средством структурирования и представления требований к функциональности, интерфейсам и данным для элементов проектируемой системы.

Разработка моделей базы данных и приложений

На этом этапе осуществляется отображение элементов полученных ранее моделей классов в элементы моделей базы данных и приложений:

  •  классы отображаются в таблицы;
  •  атрибуты – в столбцы;
  •  типы – в типы данных используемой СУБД;
  •  ассоциации – в связи между таблицами (ассоциации "многие-ко-многим" преобразуются в ассоциации "один-ко-многим" посредством создания дополнительных таблиц связей);
  •  приложения – в отдельные классы с окончательно определенными и связанными с данными в базе методами и атрибутами.

Поскольку модели базы данных и приложений строятся на основе единой логической модели, автоматически обеспечивается связность этих проектов (рис. 12.12).


Рис. 12.12.  Связь между проектами базы данных и приложений

В модель базы данных отображаются только перманентные классы, из которых удаляются атрибуты, не отображаемые в столбцах (например, атрибут типа "Общий объем продаж", который получается суммированием содержимого множества полей базы данных). Некоторые атрибуты (например, АДРЕС) могут отображаться в множество столбцов (СТРАНА, ГОРОД, УЛИЦА, ДОМ, ПОЧТОВЫЙ ИНДЕКС).

Для каждого простого класса в модели базы данных формируется отдельная таблица, включающая столбцы, соответствующие атрибутам класса.

Отображение классов подтипов в таблицы осуществляется одним из стандартных способов:

  •  одна таблица на класс;
  •  одна таблица на суперкласс;
  •  одна таблица на иерархию.

В первом случае для каждого из классов создается отдельная таблица, между которыми затем устанавливаются необходимые связи. Во втором случае создается таблица для суперкласса, а затем в каждую таблицу подклассов включаются столбцы для каждого из атрибутов суперкласса. В третьем – создается единая таблица, содержащая атрибуты как суперкласса, так и всех подклассов (рис. 12.13). При этом для выделения исходных таблиц подклассов в результирующую таблицу добавляется один или более дополнительных столбцов (на рисунке показан курсивом).


Рис. 12.13.  Преобразование иерархии в таблицу

Разработка проекта базы данных осуществляется с использованием специального UML-профиля (Profile for Database Design), который включает следующие основные компоненты диаграмм:

  •  таблица – набор записей базы данных по определенному объекту;
  •  столбец – элемент таблицы, содержащий значения одного из атрибутов таблицы;
  •  первичный ключ (РК) – атрибут, однозначно идентифицирующий строку таблицы;
  •  внешний ключ (FK) – один или группа атрибутов одной таблицы, которые могут использоваться как первичный ключ другой таблицы;
  •  обязательная связь – связь между двумя таблицами, при которой дочерняя таблица существует только вместе с родительской;
  •  необязательная связь – связь между таблицами, при которой каждая из таблиц может существовать независимо от другой;
  •  представление – виртуальная таблица, которая обладает всеми свойствами обычной таблицы, но не хранится постоянно в базе данных;
  •  хранимая процедура – функция обработки данных, выполняемая на сервере;
  •  домен – множество допустимых значений для столбца таблицы.

На рис. 12.14 представлен фрагмент модели базы данных — две таблицы, соответствующие классам "пациент" (рис. 12.3, рис. 12.6) и "минимальный набор данных" (рис. 12.8). Связь между ними обязательная, поскольку "минимальный набор данных" не может существовать без "пациента".


Рис. 12.14.  Фрагмент модели базы данных

На диаграммах указываются дополнительные характеристики таблиц и столбцов:

  •  ограничения – определяют допустимые значения данных в столбце или операции над данными (ключ (PK,FK) – ограничение, определяющее тип ключа и его столбец; проверка (Check) – ограничение, определяющее правило контроля данных; уникальность (Unique) – ограничение, определяющее, что в столбце содержатся неповторяющиеся данные);
  •  триггер – программа, выполняющая при определенных условиях предписанные действия с базой данных;
  •  тип данных и пр.

Результатом этапа является детальное описание проекта базы данных и приложений системы.

Проектирование физической реализации системы

На этом этапе проектирования модели баз данных и приложений дополняются обозначениями их размещения на технических средствах разрабатываемой системы. На рис. 12.15 приведено изображение разделения таблицы "пациент" на три экстента (<<Tablespace>>) в соответствии с первой буквой фамилии пациента.


Рис. 12.15.  Экстенты таблицы "Пациент"

Основными понятиями UML, которые используются на данном этапе, являются следующие:

  •  компонент – самостоятельный физический модуль системы;
  •  зависимость – связь между двумя элементами, при которой изменения в одном элементе вызывают изменения другого элемента;
  •  устройство – узел, не обрабатывающий данные;
  •  процессор – узел, выполняющий обработку данных;
  •  соединение – связь между устройствами и процессорами.

Диаграммы развертывания позволяют отобразить на единой схеме различные компоненты системы (программные и информационные) и их распределение по комплексу технических средств (рис. 12.16).


Рис. 12.16.  Фрагмент диаграммы развертывания ИС

Таким образом, при проектировании сложной ИС она разделяется на части, и каждая из них затем исследуется и создается отдельно. В настоящее время используются два различных способа такого разбиения ИС на подсистемы: структурное (или функциональное) разбиение и объектная (компонентная) декомпозиция.

С позиций проектирования ИС суть функционального разбиения может быть выражена известной формулой: "Программа = Данные + Алгоритмы". При функциональной декомпозиции программной системы ее структура описывается блок-схемами, узлы которых представляют собой "обрабатывающие центры" (функции), а связи между узлами описывают движение данных.

При объектном разбиении в системе выделяются "активные сущности" – объекты (или компоненты), которые взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями и выполняя соответствующие функции (методы) объекта.

Если при проектировании ИС разбивается на объекты, то для ее визуального моделирования следует использовать UML. Если в основу проектирования положена функциональная декомпозиция ИС, то UML не нужен и следует использовать рассмотренные ранее структурные нотации.

В то же время, при выборе подхода к разработке ИС следует учитывать, что визуальные модели все более широко используются в существующих технологиях управления проектированием систем, сложность, масштабы и функциональность которых постоянно возрастают. Они хорошо приспособлены для решения таких часто возникающих при создании систем задач как: физическое перераспределение вычислений и данных, обеспечение параллелизма вычислений, репликация БД, обеспечение безопасности доступа к ИС, оптимизация балансировки нагрузки ИС, устойчивость к сбоям и т.п. Визуализированные средствами UML модели ИС позволяют наладить плодотворное взаимодействие между заказчиками, пользователями и командой разработчиков. Они обеспечивают ясность представления выбранных архитектурных решений и позволяют понять разрабатываемую систему во всей ее полноте.

Лекция_13.

Тема 1. Общие представления о ГИС

Технология геоинформационных систем (ГИС) объединяет традиционные операции при работе с базами данных, такими, как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий (см. рис. 1,2).

рис.1

рис.2

Термин "информация" понимается зачастую слишком узко (вроде тех "информаций", что сообщают журналисты). Реально же, информацией в нашем понимании следует называть все, что может быть представлено в виде букв, цифр и изображений. Все методы, техники, приемы, средства, системы, теории, направления и т.д. и т.п., которые нацелены на сбор, переработку и использование информации, вместе называются информационными технологиями. И ГИС – одна из них.

В настоящее время ГИС - это многомиллионная индустрия, в которую вовлечены миллионы людей во всем мире. Так, по данным компании Dataquest, в 1997 году общие продажи программного ГИС обеспечения превысили 1 млрд. долл. США, а с учетом сопутствующих программных и аппаратных средств рынок ГИС приближается к 10 млрд. ГИС изучают в школах, колледжах и университетах. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности – будь то анализ таких глобальных проблем, как перенаселение, загрязнение территории, голод и перепроизводство сельскохозяйственной продукции, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута движения между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода или линии электропередачи на местности, различные муниципальные задачи, типа регистрации земельной собственности. Как же удается с помощью одной технологии решать столь разные задачи? Чтобы это понять, рассмотрим последовательно устройство, работу и примеры применения ГИС.

Составные части ГИС. Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы (см. рис. 3).

Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные. Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных.

Исполнители. Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Как работает ГИС? ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги или километровый столб на магистрали и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект или явление, такие как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землетрясение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного пункта или дома.

Векторная и растровая модели. ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми (см. рис. 4). В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата координата). Местоположение точки (точечного объекта), например буровой скважины, описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как плотность населения или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

рис.3

рис.4

Задачи, которые решает ГИС. ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при сравнительно небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью дигитайзера. Некоторые ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи. Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных) (см. рис. 5). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

рис.5

Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации Вы сможете получать ответы как на простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена данная промзона?), так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Где есть места для строительства нового дома? Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств (см. рис. 8). С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу "что будет, если…". Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Сколько покупателей живет не далее 1 км от данного магазина? Какова доля добытой нефти из скважин, находящихся в пределах 10 км от здания управления данного НГДУ? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

рис.8

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Связанные технологии. ГИС тесно связана с рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS). Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях UNIX рабочих станций.

Системы САПР способны создавать чертежи проектов, планы зданий и инфраструктуры. Для объединения в единую структуру они используют набор компонентов с фиксированными параметрами. Они основываются на небольшом числе правил объединения компонентов и имеют весьма ограниченные аналитические функции. Некоторые системы САПР расширены до поддержки картографического представления данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и анализировать большие базы пространственных данных.

Дистанционное зондирование и GPS. Методы дистанционного зондирования - это искусство и научное направление для проведения измерений земной поверхности с использованием сенсоров, таких как различные камеры на борту летательных аппаратов, приемники системы глобального позиционирования или других устройств. Эти датчики собирают данные в виде наборов координат или изображений (в настоящее время преимущественно цифровых) и обеспечивают специализированные возможности обработки, анализа и визуализации полученных данных. Ввиду отсутствия достаточно мощных средств управления данными и их анализа, соответствующие системы в чистом виде, то есть без дополнительных функций, вряд ли можно отнести к настоящим ГИС.

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. СУБД оптимизированы для подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Эти системы в массе своей не имеют сходных с ГИС инструментов для анализа и визуализации. Что ГИС могут сделать для вас?

Пожалуй, главным козырем ГИС является наиболее "естественное" (для человека) представление как собственно пространственной информации, так и любой другой информации, имеющей отношение к объектам, расположенным в пространстве (т.н. атрибутивной информации). Способы представления атрибутивной информации различны: это может быть числовое значение с датчика, таблица из базы данных (как локальной, так и удаленной) о характеристиках объекта, его фотография, или реальное видеоизображение. Таким образом, ГИС могут помочь везде, где используется пространственная информация или информация об объектах, находящихся в определенных местах пространства (см. рис. 7). Если посмотреть на некоторые области и экономический эффект применения ГИС, то они могут: Делать пространственные запросы и проводить анализ. Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять пространственные запросы позволила многим компаниях заработать миллионы долларов. ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью с/х культур); выявлять места разрывов электросетей. Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдать более подробное описание этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например стоимостных. Можно получить список всех домов, находящих на заданном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или места работы.

рис.6

рис.7

Улучшить интеграцию внутри организации. Многие применяющие ГИС организации обнаружили, что одно из основных ее преимуществ заключается в новых возможностях улучшения управления собственной организацией и ее ресурсами на основе географического объединения имеющихся данных, в возможности их совместного использования и согласованной модификации разными подразделениями. Возможность коллективного использования и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяют повысить эффективность работы как каждого подразделения, так и организации в целом. Так, компания, занимающаяся инженерными коммуникациями, может четко спланировать ремонтные или профилактические работы, начиная с получения полной информации и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих участков, например водопровода, и заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, и уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением.

 Принятие более обоснованных решений. ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждает известную поговорку о том, что лучшая информированность помогает принять лучшее решение. Однако, ГИС - это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений. Оно обеспечивает ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представление результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде. ГИС помогает, например, в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т. д. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет ответственным работникам сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и осмысливание доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный, эффективный и экономически целесообразный.

Создание карт. Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС намного более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования (см. рис. 6). Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом или картографической проекцией. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать и тут же отображать на экране по мере необходимости. В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, при этом возможно быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.


Тема 2. Пространственные данные

Зачем пользователю ГИС:

Если вы — бизнесмен. Люди, занимающиеся бизнесом, используют ГИС в разных областях своей деятельности: для анализа и отслеживания текущего состояния и тенденций изменения интересующей их области рынка; при планировании деловой активности; для оптимального по разным критериям выбора местоположения новых филиалов фирмы или банка, торговых точек. складов, производственных мощностей; с целью поддержки принятия решений; для выбора кратчайших или наиболее безопасных маршрутов перевозок и путей распределения продукции; в процессе анализа риска материальных вложений и урегулирования разногласий; для демографических исследований, определения привязанного к территории спроса на их продукцию; при создании и географической привязке баз данных о земле и домовладении.

Если Вы управляете крупным предприятием. Представьте схему работы всего предприятия  с обозначениями вентилей, измерительных приборов, источников и потребителей энергии. Благодаря возможности ГИС связывать объекты схемы с чем угодно по щелчку мыши (называется "point and click") схема оживает. Значок видеокамеры на схеме вызовет окошко, в которое будет передаваться изображение с камеры; значок измерительного устройства даст показания прибора, значок замка или вентиля вызовет его если значком обозначен сложный объект, то по щелчку можно вызвать его схему (и далее вглубь иерархии), и т.д. и т.п. - возможностей море. Управление и разрешение конфликтов, предотвращение аварий сводится к минимуму операции, повышению надежности, и уменьшению задействованного персонала.

Бурите нефтяные скважины. ГИС поможет рассчитать оптимальное количество и расположение скважин, основываясь на результатах бурения, также оптимальный путь трубопровода.

Занимаетесь охраной предприятия. ГИС определить оптимальное расположение камер наблюдения и других устройств, затем будет выдавать их сообщения в реальном времени, распечатывать отчеты в заданное время. Представьте себе схему здания, на котором отмечены охранные устройства и информация об их состоянии. И схему действий, появляющуюся при нарушении.

Оказываете транспортные услуги. Вы сможете узнать в любой момент, где находятся ваши грузовики, состояние дорожного покрытия, информацию о пробках на дорогах, оптимальнее рассчитать загруженность транспорта и наиболее эффективную траекторию.

Находитесь в торговой сфере. Вам небезинтересно знать, где отовариваются ваши потенциальные клиенты. Но обладая просто базой данных вы будете знать лишь адреса клиентов и их любимых магазинов. Представьте себе клиента, который проезжает довольно приличное расстояние, чтобы добраться до нужной ему торговой точки, хотя точно такая же находится у него под боком. Значит дело не только в ассортименте? Такого типа информация необходима, чтобы понять поведение потребителя, а это можно проанализировать и понять только рассматривая геодемографические характеристики.

Тушите пожары. Пожарные департаменты получают в руки мощное средство по координированию действий отдельных подразделений, охват и наблюдение за большей площадью, расчет направления огня и прогнозирование скорости его распространения учитывая множество показателей.

Проводите маркетинговые исследования. Использование ГИС приложений помогает переориентировать главную цель маркетинговых усилий с удовлетворения осредненных потребностей населения города или района на оперативное реагирование на запросы каждого человека, живущего или работающего в зоне реализации товаров фирмы. Достигаемый при таком подходе принципиально новый уровень сервиса получил наименование персонифицированного маркетинга (personal marketing).

Занимаетесь аналитическими услугами. Прочитав все описанное здесь, вы сможете понять открывающиеся перспективы в области оказания аналитических услуг различным предприятиям.

Создаете и размещаете рекламу. При помощи ГИС вы сможете провести необходимые демографические исследования, выяснить где проживают ваши потенциальные клиенты, по каких дорогам ездят (на самых загруженных и лучше освещенных повесить щиты). Высылать рекламные материалы только тем, кто может быть в ней заинтересован (сообщая каждому кратчайший путь к магазину каждому клиенту от порога его дома). Можно оценить возрастной потенциал и популярность музыкальных групп для проведения рекламных концертов, выбрать наиболее популярное средство массовой информации в данном городе и т.д.

Организуете Почтовую службу. Не обходится без ГИС и такая специфическая область бизнеса, как быстрая доставка корреспонденции. Более 25 лет частная компания Federal Express занимается рассылкой почтовых отправлений по всему миру. В этой требующей особой тщательности работе последние семь лет ей помогают средства геокодирования пакета ARC/INFO. В его базе данных хранятся адреса, почтовые индексы, названия, имена и фамилии миллионов жителей и организаций разных стран. К соответствующим картам привязаны места их проживания. Маршруты и расписания авиарейсов, границы административных районов, другая полезная для успешной работы информация. Все это позволяет справиться с возрастающими потоками корреспонденции.

Занимаетесь реставрацией. Снимки картины в разных областях спектра (в том числе и в невидимых) и сфокусированные на разной глубине материала могут дать в результате анализа много новых данных — от техники работы художника до "истории жизни" картины. Аналогичные методы анализа могут использоваться в неразрушающем контроле зданий и сооружений, вообще любых конструкций. Конечно, это уже не совсем геоинформатика, но общность методов позволяет использовать одни и те же программные средства, есть и практические применения ГИС в не-ГИС областях именно благодаря имеющемуся в ГПС пространственному анализу.

Люди, занимающиеся бизнесом, используют ГИС в разных областях своей деятельности: для анализа и отслеживания текущего состояния и тенденций изменения интересующей их области рынка: при планировании деловой активности: для оптимального по разным критериям выбора местоположения новых филиалов фирмы или банка, торговых точек, складов, производственных мощностей: с целью поддержки принятия решений: для выбора кратчайших или наиболее безопасных маршрутов перевозок и путей распределения продукции: в процессе анализа риска материальных вложений и урегулирования разногласий: для демографических исследований, определения привязанного к территории спроса на их продукцию: при создании и географической привязке баз данных о земле и домовладении.


Тема 3. Базы пространственных данных (геоданных)

Геоинформационная база данных. Широко известны понятия базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД). На базе СУБД строятся разнообразные информационные и информационно-управляющие системы, используемые во всех отраслях человеческой деятельности. При этом соответствующие БД могут содержать, в принципе, любые данные, однако в большинстве случаев это данные алфавитно-цифровые (т.е. текст) либо числовые. Общепринятым является представление БД как взаимосвязанной совокупности таблиц. Каждая таблица состоит из строк (записей) и столбцов (полей). Каждая запись несет информацию о некотором объекте, каждое поле содержит значение некоторого свойства объекта. В простейшем случае вся БД состоит из одной таблицы. В качестве примера можно рассмотреть список сотрудников предприятия, где каждая строка содержит данные об одном сотруднике, а значениями полей являются фамилия, имя, возраст, должность, размер оклада и т.п. Подобного рода данные принято называть атрибутивными или фактографическими, или проще – табличными.

Основные операции, которые можно выполнять над атрибутивными данными, включают в себя поиск данных по различным запросам, упорядочение данных, соединение взаимосвязанных данных из разных таблиц, вычисление суммарных значений, построение разнообразных отчетов. Кроме того, СУБД позволяет выполнять операции по созданию и модификации БД: добавление и удаление записей, редактирование полей записи, изменение структуры записей.

Обычные (атрибутивные) СУБД оказываются почти бесполезными для работы с таким специфическим видом данных, как графические (пространственные) объекты.

Графический объект (далее просто объект) характеризуется привязкой к некоторой системе координат (например, географических). Объект задается, как минимум, одной парой координат (X, Y), определяющей точку его местоположения. Кроме того, объект может иметь определенную форму и размеры, которые можно задать набором координат характерных точек. Примерами объектов могут служить здания, земельные участки, столбы, страны и т.п.

Разумеется, координаты точек объектов можно считать атрибутивными данными и хранить в обычной БД. Однако такой подход не позволяет решать такие задачи, где важен именно пространственный характер объектов. Это, прежде всего, отображение объектов на экране или принтере, пространственный поиск, расчет геометрических характеристик объектов, визуальное редактирование объектов, а также разнообразные задачи пространственного анализа.

База данных, спроектированная таким образом, чтобы хранить информацию о графических объектах, называется геоинформационной базой данных (ГБД). Содержание ГБД не ограничивается координатами объектов. Прежде всего, объекты могут быть классифицированы по типам, геометрическим характеристикам, назначению и другим признакам. Кроме того, с каждым объектом может быть связана определенная атрибутивная информация. Эта информация также должна храниться в составе ГБД. Атрибутивная информация может использоваться для формулировки запросов  и для управления отображением объектов.

Понятно, что программы для работы с ГБД должны, наряду с функциями, характерными для обычных СУБД, выполнять большой набор операций с графическими объектами.

Тема 4. Операции с пространственными данными

Функциональные возможности. ГИС в целом выполняет пять основных процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Географические изображения для использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде напрямую, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо с помощью дигитайзера или сканера. Каждый элемент или объект изображения имеет географическую привязку. Тем самым, любые свойства и характеристики этих объектов или элементов имеют ссылку на местоположение. Понятно, что число и разнообразие свойств и характеристик зависит только от потребностей пользователя (и возможностей, конечно). Любая информация, которая содержит прямые или косвенные сведения о названиях, географических или других координатах, ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ, номер участка, километровый столб и т. п., может быть включена в ГИС. Средства манипулирования представляют собой различные способы преобразования и выделения данных, например, приведение всей геоинформации к единому масштабу и проекции для удобства совместной обработки. Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще всего используются реляционные базы данных, где для связывания таблиц служат общие поля. Запрос и анализ в ГИС можно выполнять на разных уровнях сложности: от простых вопросов - где находится объект и каковы его свойства (для чего нужно просто щелкнуть по объекту мышью), до поисков по сложным шаблонам и сценариям вида "а что если...". Очень важны в ГИС средства анализа близости и наложения объектов. Первый инструмент связан с выделением буферных зон вокруг заданных объектов по комбинации различных параметров (например, выделить населенные пункты, расположенные не далее двух километров от автодороги). Второй - позволяет рассчитывать пересечение, объединение и другие сочетания двух и более площадных объектов, расположенных в разных тематических слоях (так называемые оверлейные операции).

Результаты наложения можно просто отображать на экране или же создавать новые объекты с любыми наборами атрибутивных характеристик. Развитые средства визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки и анализа пространственных данных является карта, которая легко дополняется отчетными документами, трехмерными изображениями, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими мультимедийными средствами. Кроме базовых операций, ГИС имеет и специальные группы функций, реализующих задачи прокладки маршрута, поиска кратчайших расстояний, пространственной статистики и т. д. По своему назначению ГИС можно разделить на четыре широкие функциональные категории: простые инструменты составления карт и диаграмм; настольные ГИС-пакеты широкого применения; полнофункциональные системы и ГИС уровня предприятия (корпоративные системы).

Как работает SDE. SDE представляет собой сервер пространственных данных, то есть продукт, предназначенный для расширения возможностей обыкновенной реляционной базы данных типа Oracle, Informix, Sybase, DB2 или SQL Server и позволяющий одновременно хранить в единой базе картографическую и атрибутивную информацию, делать пространственные запросы и первичный пространственный анализ. SDE не является в строгом смысле слова сервером, - он выступает в роли посредника между клиентом и реляционной СУБД (RDBMS).

Задача SDE - принять запрос клиента на выдачу пространственных данных, перевести запрос на понятный серверу язык SQL, согласовать клиентскую и серверную задачу и передать клиенту результат выполнения запроса в требуемом виде. Взаимодействие клиента и сервера можно продемонстрировать на примере определения площади участков земли, попавших в некоторую буферную зону вокруг рек:

  •  клиент посылает запрос на сервер;
  •  сервер отправляет векторную карту выбранных рек клиенту;
  •  клиент строит буферные зоны вокруг выбранных рек и отправляет построенные зоны обратно на сервер;
  •  сервер выбирает участки, которые попадают в указанные границы или пересекаются буферными зонами, и отправляет их клиенту;
  •  клиент режет участки границами буферных зон, вычисляет площади образовашихся участков и выводит полученные объекты на экран.

Пространственные данные в SDE представляются слоями и хранятся как совокупность трех основных таблиц: бизнес-таблицы, в которой хранится атрибутивная информация, таблицы объектов, в которой размещаются координаты объектов, и таблицы пространственного индекса. Все они связаны по одному общему полю - идентификатору объекта. Каждый географический объект занимает одну строку в таблице: в бизнес-таблице - строка атрибутов, в таблице объектов - строка с координатами. Кроме того, в SDE существуют еще две вспомогательные таблицы - таблица слоев и таблица версии, в которых хранится информация о слоях. Пользователь напрямую может работать только с бизнес-таблицей. Все остальные таблицы являются служебными.

Ключевой в SDE является таблица пространственного индекса, позволяющая оперировать огромным объемом пространственных данных, быстро выполнять запросы и оперативно отображать требуемую информацию. Пространственный индекс представляется в виде регулярной сетки, в ячейках которой хранятся идентификаторы объектов, попадающих внутрь ячеек. Он организован таким образом, что позволяет быстро и эффективно производить поиск объектов, удовлетворяющих заданным пространственным критериям, без просмотра всех объектов слоя.

Обеспечение целостности данных при одновременном редактировании несколькими пользователями одного и того же слоя достигается при помощи пространственных блокировок.

Инструменты составления диаграмм и картирования. Средства этой категории дешевы и просты в использовании, но по некоторым функциональным возможностям могут быть вполне сравнимы с более сложными системами. Типичными примерами являются инструменты для электронных таблиц, например, Microsoft Map в Excel и Lotus Maps. Эти приложения дают возможность легко использовать функции тематического картирования (то есть отображения на карте информации из своей базы данных). Например, стратегия для Microsoft Map состоит в том, чтобы сделать приложение настолько легким в использовании, чтобы менеджер или руководитель не больше чем за десять минут научился изготовлять нужные карты. Кроме того, эти инструменты доступны любому пользователю электронных таблиц MS Excel и Lotus Maps.

Другой начальный инструмент - BusinessMap. Он предназначен для пользователей, у которых мало опыта работы с географическими технологиями, и для тех, кому нужно больше, чем просто тематическое картирование. BusinessMap работает с данными наиболее популярных электронных таблиц и баз данных и поддерживает такие возможности анализа в области бизнеса и управления, как, например, пространственные запросы, управление отображаемым составом карты, определение и связывание адресов.

К этой же категории относятся и вьюеры - средства просмотра цифровых карт. В качестве примера можно привести Geomedia Viewer от Intergraph или бесплатный ArcExplorer, позволяющий просматривать и запрашивать данные ArcInfo, ArcView и SDE (об этих продуктах - далее), в том числе и через Интернет.

Существенным фактором, ограничивающим широкое проникновение ГИС в деловые задачи, является трудность изучения программного обеспечения. Дабы устранить это препятствие, разработаны инструменты картирования и составления диаграмм, дающие обычному пользователю PC мощные средства географического анализа.

Настольные системы. В первой половине 1990-х годов рост производства ГИС был в немалой степени обусловлен усиленным использованием приложений второй категории - настольных ГИС. Вообще, современная настольная геоинформационная система предлагает полный набор средств для анализа и управления данными. Такие продукты, как ArcView GIS, Maplnfo, GeoMedia, GeoGraph/GeoDraw, сравнимы по функциональным возможностям с передовыми СУБД и, кроме того, предоставляют средства для анализа, интеграции и отображения пространственных данных. Программный пакет типа ArcView можно также использовать, чтобы привязать новые данные (например, с помощью спутниковой системы позиционирования); импортировать данные из других источников (например, картографические данные или информацию из корпоративной базы данных) или выполнять комплексные статистические и модельные исследования.

ArcView предоставляет средства выбора, просмотра и редактирования разнообразных геоданных, создания макетов карт с легендами, графиками и диаграммами, оцифровки карт с помощью дигитайзера, связывания объектов карты с атрибутивной информацией в режиме hot links (с видеокамерами, архивами изображений, звуковыми файлами и т. д.), адресного геокодирования, распечатки картографических материалов. ArcView напрямую работает со многими форматами данных, обеспечивает доступ к стандартным СУБД (Oracle, Ingres, Sybase, Informix), читает файлы форматов DXF и DWG, а также включает следующие функции: вызова удаленных процедур RPC (Unix), связи с другими приложениями через протокол DDE (Windows), подключения приложений на Visual Basic. Существуют версии ArcView GIS для операционных систем Windows 95/98, Windows NT и Unix. Возможности системы могут быть расширены путем подключения дополнительных специализированных модулей: Spatial Analyst (пространственный анализ), Network Analyst (сетевой анализ), Image Analyst (работа с аэрокосмическими снимками) и др. Выпущен целый ряд стандартных приложений ArcView GIS для инженерных изысканий, взаимодействия с GPS, SAP R3, представления данных в Интернете и т. д.

Прежняя роль ГИС как специального инструмента сменилась гораздо более широким набором ролей в самых разных сферах. Это обусловлено как развитием функциональных возможностей и применимости настольных инструментов, так и появлением новых типов программного обеспечения геоинформационных систем.

Полнофункциональные системы. Полнофункциональные пакеты - старейший класс средств для построения ГИС. Они использовались главным образом специалистами по геоинформатике (на рабочих станциях под управлением Unix) и были инструментом поддержки уникальных и специализированных исследований. Другими словами, такие ГИС были "вещью в себе": ими могли пользоваться лишь квалифицированные специалисты, понимающие и в программном обеспечении, и в принципах географии, и в проблемах конкретной прикладной области.

Сегодня положение изменилось. Hi-end-инструменты теперь не просто олицетворяют мощь геоинформатики, но и находят все большее применение. Здесь и географические серверы в Интернете, и инструмент сложного многофакторного пространственного анализа, и подготовка высококачественных бумажных карт.

Например, ГИС ArcInfo содержит полный набор средств геопространственной обработки, включая сбор данных, их интеграцию, хранение, автоматическую обработку, редактирование, создание и поддержку топологии, пространственный анализ, связь с СУБД, визуализацию и создание твердых копий любой картографической информации. Система работает как на рабочих станциях RISC-Unix, так и под управлением Windows NT. В дополнение к базовому набору ArcInfo имеется ряд модулей, расширяющих возможности обработки геоданных в различных областях применения.

Корпоративные системы. Отличительная черта ГИС для предприятия - распределение ее по всей организации, причем таким образом, что большое число сотрудников имеют доступ к части или ко всем функциям системы посредством технологии клиент-сервер. ГИС в рамках предприятия может быть реализована с использованием серверов пространственных данных типа Spatial Database Engine (SDE), работающих с клиентскими приложениями типа настольных приложений ArcView и ArcInfo. Благодаря достижениям в области технологий клиент-сервер и управления базами данных, решения ГИС для всего предприятия позволяют оперировать огромными объемами географических и атрибутивных данных (базы данных с десятками миллионов записей уже вполне обычны) и поставлять эти данные куда угодно в локальной или глобальной сети. Кроме того, поскольку серверы пространственных данных обычно реализованы в стандартных реляционных СУБД, они переносятся в большинство сред баз данных. Тем самым, инструменты, подобные SDE, могут использоваться, чтобы строить быстродействующие приложения, включать сложные функции геообработки в прикладные программы; поставлять прикладные программы на целом ряде платформ программного обеспечения и оборудования; увеличивать доступность географических данных; и, что может быть наиболее важно, интегрировать географические данные в существующие корпоративные системы управления базами данных.

Уже целый ряд крупных организаций установили корпоративные ГИС. В целом, эти приложения наиболее важны для фирм, которые управляют большими инфраструктурами или инженерными коммуникациями (например, сетями энергоснабжения), занимаются природными ресурсами (так, ведущие нефтяные компании используют ГИС, чтобы управлять изысканиями, производством и распределением ресурсов) или работают в сфере транспорта и перевозок.

К примеру, железнодорожная компания может использовать ГИС, чтобы всегда иметь точную информацию о маршрутах и географическом положении подвижного состава, своевременно обновлять техническую и строительную информацию, обеспечивать работу групп обслуживания, иметь полное представление об эксплуатационных параметрах и затратах на каждом участке пути. С помощью ГИС могут решаться такие задачи, как ведение информации о владельцах, транспортируемом грузе, конфигурации и классификации сетей железных дорог. Система поможет следить за коммуникационными и диспетчерскими узлами, железнодорожными переездами, техническим состоянием путей, состоянием и расположением транзитных вагонов и локомотивов, местами работ бригад и материально-техническим снабжением перевозок.

Перспективы. Набор инструментов ГИС продолжает множиться. В последние годы, благодаря массовому использованию изображений, полученных со спутников, в ГИС появились средства для работы с подобной информацией. Качество и разрешение изображений неуклонно приближаются к тем, что ранее были доступны только военным.

Интернет стал второй крупной областью, где совершенствуются возможности и инструменты геоинформационных технологий: представление, распространение и использование в интерактивном режиме географической информации. Теперь многим пользователям ГИС совсем не нужно иметь универсальное программное средство на своем персональном компьютере, достаточно лишь простого интерфейса стандартного браузера, позволяющего решать типовые задачи. В качестве примера можно привести менеджера, у которого попросту нет времени изучать еще одно программное средство, или "человека с улицы", желающего получить справку в информационном киоске на вокзале (тут обучение просто невозможно) либо через Интернет с домашнего компьютера. Та же технология работает и в локальных сетях, - здесь она обеспечивает удаленный доступ к корпоративным базам пространственных данных из любой точки земного шара. Кстати, в этом случае можно использовать и собственные возможности ГИС-пакетов, инсталлированных либо на сервере, либо как клиенты Интернет/интранет-приложений.

Все большую популярность приобретает и новое направление - "конструкторы" (средства разработчика) для встраивания географических функций в приложения пользователя, такие как MapObjects компании ESRI или "ГеоКонструктор" Центра геоинформационных исследований Института географии РАН. Хотя многие ГИС-пакеты имеют собственные средства настройки и макроязыки для адаптации под конкретные приложения, далеко не всегда возможности программы нужны в полном объеме (зачем тогда за них платить?). Кроме того, средства разработчика позволяют создавать системы с уникальным набором характеристик. Если программирование вам не чуждо, вы можете сами создать приложение на основе облегченной версии MapObjects () в среде Visual Basic, Delphi и им подобных. Делается это на удивление легко, благо приложено руководство, есть также и готовые данные, ну а что дальше - вам подскажет собственная фантазия.

ГИС для города. Цифровые данные и инструментарий. Общий объем данных о городе, накопленный БКТ, составляет около одного гигабайта. Основные заказчики и потребители информации - администрация города, городской комитет по земельным ресурсам, администрация порта, различные службы города и компании, обслуживающие коммуникации: электрические, газовые, телефонные сети. Службы и предприятия, которые владеют этими данными, постоянно их анализируют, обновляют и передают для некоммерческого использования другим муниципальным службам, что позволяет комплексно решать задачи развития и управления городской инфраструктурой. Основным методом получения цифровых пространственных данных является сканирование с твердых копий карт и планов масштабов от 1:500 до 1:200000, их координатная привязка, векторизация и обработка с помощью ГИС Arc/Info, ERDAS Imagine, ArcView GIS с модулями Image Analyst, Spatial Analyst, 3D Analyst, векторизаторов EasyTrace и MapEdit. Данные хранятся и обрабатываются СУБД Oracle 7.3, интерфейс с ГИС поддерживается через SDE (Spatial Database Engine). Для обновления быстро меняющейся географической информации БКТ проводит геодезическую съемку с использованием GPS-приемников фирмы Trimble и электронных тахеометров (высокоточный угломерный прибор). Используются и другие доступные источники данных, например, снимок со спутника Spot прибрежной зоны Новороссийска очень пригодился при создании карт порта города.

Земельный кадастр. При создании и ведении земельного кадастра, представляющего собой перечень публично декларируемых прав на недвижимость, БКТ добилась значительного экономического эффекта. После проведения тотальной инвентаризации территорий населенных пунктов, как земель, имеющих максимальную ценность, были учтены их технические характеристики (площадь, геометрия участка), а также права собственности на них. Затем произведен учет расположенных на земельном участке объектов: строений и элементов инженерной инфраструктуры, а также их экономических характеристик для оптимизации взимания платежей.

Для обеспечения процедур учета БКТ разработана информационная система ZeTa, последняя модификация которой работает в архитектуре клиент-сервер с СУБД Oracle 7.3 и ArcView GIS 3.0. В настоящее время ZeTa выступает в качестве ядра муниципальной информационной системы и может применяться как для учета объектов недвижимости (земельные участки, здания, сооружения, квартиры, помещения нежилого фонда и др.), так и для решения задач управления городским хозяйством.

Обеспечение безопасности. Одной из областей применения ГИС в современном городе являются органы обеспечения безопасности, такие как милиция, пожарная охрана, скорая помощь, службы экологической безопасности и т. д. Задачи, решаемые этими службами, сходны в том, что требуют оперативного контроля за ситуацией в городе, быстрого поиска и пространственного анализа территории, управления оперативными подразделениями.

БКТ разработало для таганрогского штаба УВД приложение, позволяющее решать задачи:

  •  оперативного плана города (схема деления на поисковые квадраты, расположение патрулей и патрульных машин с указанием позывных);
  •  определения местоположения объекта или события;
  •  анализа места происшествия;
  •  оптимизации маршрутов перемещения патрульных и оперативных групп;
  •  анализа криминогенной ситуации за определенные периоды;
  •  издания тематических карт.

Приложение реализовано в среде ArcView с использованием модуля Network Analyst на языке Avenue в виде скриптов. В качестве базового слоя используется сеть дорог с полями для геокодирования. Общий объем геоданных в системе составляет около 300 Мбайт.

Выборы. Разработка ГИС "Избирательная система Таганрога" явилась ключевым этапом создания единой адресной системы города, работ по его административному и экономическому зонированию и проектированию всей территориальной инфраструктуры власти. Был создан адресный реестр и проведено геокодирование избирателей, сформированы требования к избирательным участками и определены их границы. Аналитическими средствами ГИС ArcInfo 7.2.1 и ArcView 3.1 разработано мобильное легко настраиваемое приложение, позволяющее рассчитать численность населения на заданной территории, изменить конфигурацию территории, подготовить и распечатать полный пакет документов для избирательной комиссии, а также провести анализ итогов голосования и представить тематические планы, отражающие интенсивность голосования.

Гидрографический комплекс. По договору с Морской администрацией порта Таганрог в целях обеспечения безопасности прохода судов по подходному каналу порта и ведения дноуглубительных работ БКТ разработала гидрографический программно-аппаратный комплекс. Комплекс позволяет вести промерные работы на акватории, координировать навигационные знаки, составлять отчетные документы (план промера с линиями равных глубин, профили), а также оценивать необходимый объем выемки грунта, анализировать ситуацию и планировать дноуглубительные работы.

В состав бортовой части комплекса входят: GPS-приемник фирмы Trimble, эхолот и портативный компьютер со специализированным программным обеспечением. Офисная часть комплекса включает программное обеспечение PathFinder Office фирмы Trimble и ArcView GIS с модулями расширения Spatial Analyst и 3D Analyst. Технические характеристики комплекса: среднеквадратическая ошибка определения координат - не хуже .2 м, точность измерения глубин - .5 cм, минимальный интервал записи данных - 1 с, выходной формат данных - ArcView, MapInfo, AutoCAD. Для повышения точности измерения координат используется дифференциальная коррекция, причем возможно два режима: постобработки и реального времени.

Издания. Потребность города в геопространственных данных достаточно велика, однако далеко не все организации могут позволить себе иметь комплексные дорогостоящие геоинформационные системы. Часть задач большинство потребителей может решать с помощью бумажных карт, тематических планов и информационно-справочных материалов. БКТ реализовало несколько издательских проектов с использованием всего наличного инструментария ГИС. За два года подготовлены "Атлас Таганрога", телефонный справочник (причем в среде ГИС был проведен полный цикл предпечатных работ - от получения данных и геокодирования абонентов по адресам до формирования печатных страниц в формате EPS), "Справочник внутригородских границ Таганрога" и "Альбом кадастровых карт Таганрога". Создан электронный телефонный справочник, содержащий картографические данные в виде растров нескольких масштабов. Каждый адрес абонента геокодирован средствами ArcView в точки на растре для обеспечения пространственных запросов. Программа реализована на Visual FoxPro 6.0 и Delphi 3.0.

Предложенные материалы демонстрируют далеко не полный перечень муниципальных задач, в которых использование ГИС-технологий дает устойчивые технические, экономические и политические результаты. Каждое успешное решение порождает новые проблемы и вопросы, что означает: области применения ГИС постоянно расширяются, открывая новые возможности для реализации идей и проектов.

Сегодня ситуация с ГИС в России напоминает ситуацию с СУБД несколько лет назад. Многие работающие с компьютером уже знакомы с реляционными базами данных, и это понятно, ведь традиционные СУБД - действительно универсальный инструмент. Но и ГИС в некотором смысле тоже являются системами управления базами данных, но данных пространственных. А поскольку пространственные данные прямо или косвенно используются практически во всех областях человеческой деятельности, то и ГИС получают все более широкое применение. Поэтому, надеюсь, у нас, как и на Западе, настольные ГИС-пакеты появятся на прилавках любого магазина программного обеспечения.

Тема 5. Источники и качество пространственных данных

Растровые модели пространственных данных основаны на способах квантования пространства с помощью регулярных сеток, каждый элемент которых содержит идентификатор, к которому можно связать неограниченный по длине набор атрибутов. При этом важным свойством растра является неразрывная связь между пространственной и атрибутивной информацией в единой прямоугольной матрице, положение элементов которой определяется номерами строки и столбца. Такая структура представления позволяет в любой момент развернуть любой из привязанных к идентификатору атрибутов в слой с размерностью исходной сетки. С помощью такого способа представления данных возможна формализация пространственно-непрерывной информации, свойственной большинству природных и значительному числу антропогенных объектов.

Растровый способ представления пространственных данных служит более точным аналогом реального мира, поскольку являет собой меньшую абстракцию с точки зрения содержательных свойств, воспринимаемых наблюдателем непосредственно. Например, даже неподготовленный пользователь легче отличит лес от поля или луга на растровом аэрофотоснимке, чем на тематической карте в векторном формате (без пояснительных подписей). Кроме того, существуют определенные виды пространственных данных, которые невозможно или чрезвычайно сложно отразить с необходимой степенью детальности в векторном формате. В частности информация об атмосферном давлении, облачности, высотах над уровнем моря, расстояниях от выбранной точки до всех остальных точек поверхности (поле расстояний) трудно представима явно в векторном виде.    

Основные характеристики растрового представления данных - форматы записи и пространственное разрешение.

Форматы записи делятся на:

  •  битовые (булевы);
  •  байтовые;
  •  целочисленные;
  •  действительные.

В битовом формате каждая ячейка растра описывается значением 1 или 0. Такой формат требует для записи значения ячейки один бит. В байтовом формате диапазон значений пикселя расширяется до 256, т.е. до 8-ми бит, а в целочисленном и действительном форматах - до 16 и 32 бит соответственно. Наличие различных форматов позволяет оперировать с огромным числом значащих классов, каждому из которых может соответствовать строка в БД.

Пространственным разрешением растровых моделей местности называется величина, соответствующая минимальным размерам объекта, который может быть отражен в данной модели. Например, разрешение 100 метров означает, что объекты, размером менее 100 м на данной модели, отражены не будут (т. е. сольются с фоном).

К достоинствам растрового формата можно отнести быстроту формализации и представления в машинно-читаемом виде. Современные способы получения цифровых аэро- и космофотоизображений предоставляют возможность обновления геоданных в системе реального времени без применения сложной и дорогостоящей аппаратуры цифрового ввода данных в векторном формате или дорогостоящих полуавтоматических векторизаторов.

Недостатком растрового представления информации является значительный обыем файлов, сказывающийся в основном на скорости обработки информации на компьютерах с небольшими размерами оперативной памяти и времени вывода изображения на экран. Для преодоления подобных недостатков используются различные способы сжатия (упаковки) информации от простейшего группового или лексикографического кода (run length code), до создания иерархической пирамидной структуры (pyramid layers, reduced resolution datasets) или организации сблокированной структуры с прямым доступом к каждому блоку - обычно небольшому квадратному участку изображения. (tiled format). Для ускорения и упрощения визуализации применяются способы предварительного создания изображений, загрубленных в 2-4-6 раз, с хранением их в отдельных файлах и вызовом слоя необходимого загрубления в зависимости от требующейся операции.

История применения растрового способа представления пространственных данных состоит из нескольких периодов. В начале развития ГИС-технологий растровому способу отдавалось предпочтение, поскольку не были развиты средства ввода векторной информации и алгоритмы манипулирования векторными данными. Поэтому все более-менее серьезные ГИС-проекты ориентировались на растровое представление информации в виде вложенных друг в друга регулярных матриц различного пространственного разрешения. Каждая ячейка такой матрицы содержала необходимый (иногда достаточно значительный) объем тематической информации.

В дальнейшем, с развитием как аппаратной, так и программной части ГИС, векторный способ представления географических данных, перейдя из области автоматизированной картографии, возобладал над растровым, в основном благодаря меньшему объему требований к аппаратной части проектов и заимствованию методов из программ инженерной графики. В этот период резко возросло количество проектов, называвшихся геоинформационными, но выполняемых на уровне сложных инженерных решений средствами и методами САПР. В результате, резко повысившееся качество презентации решений инженерно-технических задач на местности, с использованием приемов автоматизированной картографии и САПР, привело к выхолащиванию сущности пространственного анализа методами ГИС как таковыми и, зачастую, подмене понятий. Растровое представление пространственной информации осталось только в системах обработки ДДЗ, как неотъемлемая часть самой технологии получения такого рода информации, достигнув в этом секторе ГИС-технологий значительного прогресса.

В настоящее время, в связи с повышением роли экологического фактора в жизнедеятельности общества, наметились серьезные изменения приоритетов развития технической и научной мысли. Перед специалистами всех областей знаний, особенно в Науках о Земле, были поставлены задачи анализа функционирования техногенных систем в природном окружении, контроля качества окружающей человека среды, мониторинга состояния природных и антропогенных объектов. С целью решения подобных задач опережающими темпами развивается математическое моделирование в ГИС-технологиях. Поток данных, фиксирующих непрерывно распределенные характеристики и явления, значительно возрос, а именно эти данные наиболее целесообразно представлять в виде растровых моделей. В ГИС-технологии через систему наук о Земле пришли понятия ядерно-экотонной структуры природных и антропогенных геокомплексов, в которой отсутствует понятие резких границ, характерное для векторных моделей данных. Все шире применяются методы анализа пространственных объектов на основе статистических характеристик, дескриптивных множеств, нечетких классификаций и параметризаций, формализованные в виде алгоритмов обработки именно растровых моделей данных. В результате сравнения, удобства использования аналитических алгоритмов обработки пространственной информации в различных форматах, был сделан вывод о предпочтении растрового представления данных в ГИС-проектах для целей анализа информации и поддержки принятия решений. Поэтому растровый способ представления геоданных переживает сейчас подъем на качественно новый уровень использования в ГИС-технологиях.

Во всем мире пересматривается отношение к использованию растровых моделей в представлении информации пользователю. Если раньше использование растровых слоев в ГИС сводилось к роли пассивной подложки, призванной украсить и оживить внешний вид выходного изображения, то в настоящее время растровые слои стали важными наглядными источниками информации о пространстве, заменить которые не в силах никакие другие. В частности информация о температуре поверхности с локальными минимумами и максимумами, показатели удаленности и времени достижения различных объектов из определенной точки местности, непрерывно меняющиеся характеристики окружающей среды (плотность почвы, лесопокрытость территории, степень проходимости болот, загазованность городской среды и т.п.) наиболее точно и достоверно представляются именно в растровом виде.

Программные средства, использующие растровые цифровые модели делятся на четыре группы.

Первая группа. К ней относятся пакеты, использующие растровые изображения в качестве подложек, в том числе и для векторного ввода информации. К ним относятся пакеты MapInfo, ArcView, GeoGraph, GeoDraw, Atlas GIS и многие другие. Использование растровых представлений данных в этом случае, ограничивается принципом увидел - обвел, то есть в лучшем случае растр используется как источник данных, а в худшем - как декоративная картинка. Авось умный пользователь сам все увидит и оценит. Средств тематической обработки растра в этих пакетах не предусмотрено по определению.

Вторая группа. Это средств ПО - системы обработки ДДЗ и растрового анализа представляют собой яркий пример программ, обладающих широким спектром средств и способов работы с растровыми моделями данных. Такими моделями выступают цифровые или оцифрованные на сканерах данные дистанционных исследований: аэрофото и космофотоснимки, данные сканерной, радиолокационной, тепловой, эхолокационной, гравиметрической, и других видов съемки с разнообразных носителей. Вся мощь технологий этих пакетов направлена на качественное и количественное преобразование значительного объема растровой информации с целью дешифрирования, то есть создания растровых карт и их дальнейшего анализа с помощью полуавтоматических методов и зашитых в пакет автоматических средств. Примерами таких программ являются PCI, ERDAS Imagin, ER Mapper, и др. Большинство из них ориентированы на UNIX платформы и предназначены для рутинной обработки значительных объемов аэрокосмической информации. В каждом из них модули растрового анализа заложены в неявном виде, поэтому работать с ними на высоком уровне могут в основном профессионалы.

Третяя группа. Программы предназначеные для растрового анализа. К ней относятся такие пакеты, как EPPL7, GRASS и др. В какой то мере к ним можно отнести пакеты математического моделирования типа Surfer. Обладая неплохими аналитическими функциями, они, тем не менее, мало приспособлены к построению собственно картографических моделей презентационного качества, в которых возможности растровых ГИС сочетались бы с функциями дешифрирования ДДЗ.

Четвертая группа. Программные комплексы использующее растровые модели данных, на мой взгляд, является наиболее продвинутым в области сочетания растровых моделей с возможностями обработки ДДЗ. К этому типу можно отнести программы ILWIS, IDRISI. Разумное сочетание растрового моделирования с дешифрированием ДДЗ, возможность использовать векторные модели, представленные в явном виде модули пространственного анализа делают подобные пакеты удобными для использования, как начинающими, так и опытными пользователями.

Тема 6. Концепция и методология пространственного мышления

Данная лекция - попытка осмысления процессов происходящих в современной географии. Эти процессы возникли в результате новых возможностей, которые открылись перед нашей наукой, в связи с использованием геоинформационных технологий, изучением Земли из космоса, привлечением данных высокоточного глобального позиционирования и главное, из-за новых перспектив в области оперативного получения, обработки, анализа и распространения любой географической (пространственной) информации структурам управления, различным профессиональным группам и заинтересованным частным лицам.

Основная цель темы - наглядно проиллюстрировать возросшие возможности географической науки, возникшие благодаря новейшим достижениям в геоинформатики, средствах дистанционного зондирования Земли, системах высокоточного глобального позиционирования, телекоммуникациях, компьютерных и информационных технологиях, наметить основные направления применения географических знаний на рубеже веков и дать перспективы их развития на начало XXI века.

География, географическая информация, пространственный анализ оказались востребованными для решения многих прикладных задач и проблем современного постиндустриального мирового сообщества.

Новые задачи способствовали возникновению и привлечению новых методов и технических средств, соответствующих вызову времени. И такие методы и средства нашлись. Как когда-то в XVII - XVIII столетиях математика, астрономия, физика и химия предоставили географам барометр и термометр, измерительные инструменты, математические методы для определения географических координат, точные хронометры и корабли, способные к океаническому плаванию, так и в конце XX столетия математика, астрономия, физика и химия, через информатику, высшую геодезию, электронику, прикладную космонавтику, вооружили географов новыми техническими и методическими средствами быстрого получения, хранения, переработки, анализа и передачи громадного объема территориально распределенной информации.

Именно на этой базе очень быстро развивается в последнее время новая отрасль нашей древней науки - геоинформатика. Геоинформатика - наука, сочетающая теорию, методы и традиции классической картографии и географии с возможностями и аппаратом прикладной математики, информатики и компьютерной техники.

На основе информационных технологий в 60-е годы XX века в недрах Пентагона возникло направление, названное потом ГИС или географические информационные системы. Оно соединило в себе решение необходимых прикладных задач с возможностями человека, вычислительной машины и программных средств, обрабатывающих пространственную информацию и передающих ее потребителю на экран монитора, печатающее устройство или на каналы связи.

Так вначале зародились цифровая картография и автоматизированное картографирование, дополненные со временем другими многочисленными функциями и возможностями и являющиеся основой любых ГИС.

С 70-х годов ГИС становятся коммерческим продуктом, который начинает использоваться не только в военной, но и в иных областях знаний.

В 80-х и 90-х годах, после появления и массового использования персональных компьютеров, ГИС постепенно захватывают все новые мировые рынки и появляется в СССР, а затем и в России.

На сегодняшний день в мире разработаны и используются сотни разнообразных ГИС-пакетов, а на их базе созданы десятки тысяч ГИС-систем. Самые мощные - американские. Есть и отечественные, но они, к сожалению далеки от совершенства и имеют пока незначительное распространение и применение.

ГИС была создана в первую очередь для географии и под географию, однако сейчас на Западе ГИС используется в огромном числе управленческих структур, в различных фирмах, на предприятиях, в военных ведомствах, в научных и образовательных учреждениях.

Важно отметить, что ныне ГИС-технологии объединены с другой мощной системой получения и представления географической информации - данными дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса, с самолетов и любых других летательных аппаратов. Космическая информация в сегодняшнем мире становится все более разнообразной и точной. Возможность ее получения и обновления - все более легкой и доступной. Десятки орбитальных систем передают высокоточные космические снимки любой территории нашей планеты. За рубежом и в России сформированы архивы и банки данных цифровых снимков очень высокого разрешения на огромную территорию земного шара. Их относительная доступность для потребителя (оперативный поиск, заказ и получение по системе Интернет), проведение съемок любой территории по желанию потребителя, возможность последующей обработки и анализа космоснимков с помощью различных программных средств, интегрированность с ГИС-пакетами и ГИС-системами, превращают тандем ГИС-ДЗЗ в новое мощное средство географического анализа. Это первое и наиболее реальное направление современного развития ГИС.

Второе направление развития ГИС - совместное и широкое использование данных высокоточного глобального позиционирования того или иного объекта на воде или на суше, полученных с помощью систем GPS (США) или ГЛОССНАС (Россия). Эти системы, особенно GPS, уже сейчас широко используются в морской навигации, воздухоплавании, геодезии, военном деле и других отраслях человеческой деятельности. Применение же их в сочетании с ГИС и ДЗЗ образуют мощную триаду высокоточной, актуальной (вплоть до реального режима времени), постоянно обновляемой, объективной и плотно насыщенной территориальной информации, которую можно будет использовать практически везде. Примеры успешного совместного использования этих систем войсками НАТО при проведении боевых действий в военных конфликтах в Ираке и Югославии являются подтверждением того, что время широкого распространения этого направления в других областях практической деятельности не за горами.

Третье направление развития ГИС связано с развитием системы телекоммуникаций, в первую очередь международной сети Интернет и массовым использованием глобальных международных информационных ресурсов. В этом направлении просматривается несколько перспективных путей.

Первый путь будет определяться развитием корпоративных сетей крупнейших предприятий и управленческих структур, имеющих удаленный доступ, с использованием технологии Интранет. Этот путь подкреплен серьезными финансовыми ресурсами этих структур и теми проблемами и задачами, которые приходится решать им в своей деятельности с использованием пространственного анализа. Данный путь скорее всего будет определять развитие технологических проблем ГИС при работе в корпоративных сетях. Распространение же отработанных технологий на решение вопросов мелких и средних предприятий и фирм, даст мощный толчок к их массовому использованию.

Второй путь зависит от развития самой сети Интернет, которая распространяется по миру огромными темпами, вовлекая каждый день в свою аудиторию десятки тысяч новых пользователей. Этот путь выводит на новую и пока неизведанную дорогу, по которой традиционные ГИС из обычно закрытых и дорогих систем, существующих для отдельных коллективов и решения отдельных задач, со временем приобретут новые качества, объединятся и превратятся в мощные интегрированные и интерактивные системы совместного глобального использования.

При этом такие ГИС сами станут:

  •  территориально распределенными;
  •  модульно наращиваемыми;
  •  совместно используемыми;
  •  постоянно и легко доступными.

Поэтому можно предполагать возникновение на базе современных ГИС, новых типов, классов и даже поколений географических информационных систем, основанных на возможностях Интернет, телевидения и телекоммуникаций.

Исходя из имеющейся сейчас информации и отслеживая современные тенденции развития геоинформационных систем и технологий, уже сейчас есть возможность наметить некоторые черты будущих географических информационных систем:

  •  ГИС-ТВ - (ГИС-телевидение). Вероятно эти системы станут новым классом ГИС, которые будут сочетать возможности современного телевидения, а также традиционных и специализированных ГИС и Интернет. Отдельные предпосылки возникновения некоторых черт таких систем уже появились и используются на российских телевизионных каналах (например канал МетеоТВ, который готовит обзоры погоды и т.д.). Особенно плодотворно работает в этом направлении московская группа Меркатор с их анализом результатов различных выборов, оперативным отображением объектов и событий и их привязкой к территории и другими проектами с использованием на телеэкране пространственной информации и различных электронных картографических изображений. Большой потенциал у ГИС-ТВ прослеживается в сфере дистанционного образования и образовательного телевидения, где используя функции и возможности ГИС-систем и ГИС-технологий можно было бы уже сейчас организовывать и транслировать разнообразные передачи и уроки, построенные на пространственной идеологии. Не малое значение для образовательных целей могут иметь и компьютерные видео-ролики, с помощью которых можно подготовить любой видеоряд и затем разворачивать его или в локальной сети ПК или используя кабельное телевидение. При этом надо иметь в виду, что использование разнообразной пространственной информации на телеэкране с помощью средств ГИС, значительно увеличивает аудиторию потенциальных ГИС-пользователей, прививая и постепенно развивая у них основы ГИС-мировоззрения.
  •  ГИС2 - (ГИС о ГИС или "ГИС в квадрате"). Этот новый тип геоинформационных систем вероятно будет обладать возможностью изучения и анализа не самой территориальной информации, а значительной массы уже существующих и территориально распределенных ГИС, созданных и используемых в разных направлениях человеческой деятельности. ГИС2 могут и должны стать определенными навигаторами по просторам ГИС-систем, а возможно и других информационных ресурсов, которые уже появились или появятся в ближайшее время в огромном числе и их количество будет увеличиваться с каждым годом. Данный тип безусловно будет развиваться и распространяться в сети Интернет, так как именно здесь появляется необходимость в нем и есть потребность и возможность в изучении и анализе различных ГИС.
  •  ГИС-II - (ГИС второго поколения). Второе поколение геоинформационных систем вероятно будет представлять собой совокупность различных ГИС, сочетая их модульность и обладая возможностью постоянного наращивания. Собранные из модулей в определенные блоки эти системы приобретут новые качества и новые возможности. Отличительная особенность ГИС-II от обычных ГИС будет заключаться в том, что организация и работа с информацией в системах нового поколения будет переведена на совсем другой уровень.
  •  ГЛОБ-ГИС - (Глобальная ГИС). В конечном итоге на базе перечисленных нами систем и сети Интернет может возникнуть единая телекоммуникационная Глобальная Географическая Информационная Система, у которой будут десятки миллионов пользователей во всем мире. Во многих отечественных и зарубежных научных публикациях широко обсуждаются вопросы и проблемы перехода от Web-картографирования, развитого уже сейчас, к Интернет-ГИС, которая бы интегрировала в себе достоинства геоинформационных и телекоммуникационных технологий. Причем отдельные предпосылки к созданию такой глобальной системы вполне наметились и постепенно реализуются.

Суммирование же возможностей ГИС - ДЗЗ - GPS - Интернет/Интранет составит мощнейший квартет пространственной информации, новых технологий, каналов связи и предоставляемых услуг, которые будут реализовываться как в Глобальной ГИС, обладающей различными уникальными возможностями, так и в отдельных специализированных ГИС различного типа и класса.

Все охарактеризованные выше тенденции, перспективы, направления и пути развития приведут в конечном итоге к тому, что география и геоинформатика в XXI веке будут представлять собой единый комплекс наук, опирающийся на пространственную идеологию и использующий самые современные технологии по переработке огромного объема любой пространственной информации.

Тема 7. Компьютерные методы картографирования, их место и роль в ГИС

Географические информационные системы появились в 1960х годах как инструмент для отображения географии Земли и расположенных на ее поверхности объектов, используя компьютерные базы данных. Следы самой первой геоинформационной системы теряются в недрах Министерства обороны США, сотрудники которого использовали ГИС для того, чтобы ракета, летящая в сторону противника, попала в этого самого противника как можно точнее. Правда, существует и альтернативная версия - согласно ей, первая ГИС была создана в Канаде.

Как и в случае с Интернет, мирные применения ждать себя не заставили. В начале 70х годов ГИС начали использоваться для вывода координатно-привязанных данных на экран монитора и для печати карт на бумаге, чем значительно облегчили жизнь специалистам, прежде занятых традиционной бумажной картографией. До появления подобных систем карты анализировались согласно следующей инструкции: «..гидрологическую, растительную и почвенную карты положить одна на другую, тщательно следя за тем, чтобы объекты на каждой карте совпадали. Всю пачку положить на яркий источник света, например, окно...».

В это же время появились первые компании, специализирующиеся на разработке и продаже систем для компьютерного картографирования и анализа. Сегодня две крупнейшие компании - разработчики ГИС могут проследить путь с тех времен, хотя поначалу каждая из них делала упор на различных аспектах технологии. Внимание компании Intergraph Corp., главный офис которой расположен в Хантсвилле, штат Алабама, было сфокусировано на эффективном вводе и хранении пространственных данных и на подготовке к печати карт, созданных компьютером, которые соперничали бы по картографическому качеству с традиционными бумажными картами. Внимание Environment Systems Research Institute (ESRI), главный офис которой расположен в Редланде, штат Калифорния, было сфокусировано на разработке процедур и функций для анализа данных в ГИС. За годы, прошедшие с той поры, обе компании практически сравняли возможности своих систем.

В начале только самые крупные государственные организации, коммунальные службы и корпорации могли позволить себе использовать ГИС из-за их высокой цены. ГИС работали на мэйнфреймах и миникомпьютерах и типичная рабочая станция с установленной на ней ГИС стоила больше, чем 100 тыс. долларов (если учитывать все аппаратное и программное обеспечение и затраты на обучение персонала). Тем не менее, в 80х годах рынок ГИС быстро рос, в основном за счет того, что многие журналы и профессиональные ассоциации пропагандировали преимущества, которые дают геоинформационные системы. В 80х также появились системы управления пространственными базами данных, целью которых было связать системы управления базами данных и компьютерное картографирование. В этих системах пользователь уже мог, указав на объект на карте, получить некую содержательную информацию. Спрос на тематическую картографическую информацию заставил обратить внимание на проблему сбора данных. Результатом стала интегрированная среда - данные дистанционного зондирования, цифровая модель местности, карта дорог, геологическая карта и все прочие виды и типы карт мирно сосуществовали в рамках одной системы.

Основной прорыв, тем не менее, произошел с появлением персональных компьютеров. ГИС быстро адаптировались к этой новой, более дешевой платформе и цена систем начала падать по мере того, как число пользователей и организаций, которые могли бы позволить себе ГИС, увеличивалось. Согласно Dataquest, мировой рынок ГИС-продуктов и услуг составил в 1997 году 2,5 млрд. долларов, разделенный примерно пополам между продажами в Северной Америке и во всем остальном мире, и растущий примерно на 15% в год.

Сегодня ГИС продолжают развиваться и нам всем небезразлично, в каком именно направлении происходит это развитие, какие из факторов на него влияют и в чем это влияние проявляется. Но сегодняшний день можно выделить пять основных направлений развития современных ГИС. Это:

  1.  интеграция GPS и ГИС;
  2.  интеграция ГИС с реляционными базами данных;
  3.  удешевление ПК одновременно с повышением их мощности;
  4.  развитие ноутбуков и карманных компьютеров;
  5.  сетевые технологии, web-картографирование и ГИС-по-Интернет.

Первая и четвертая тенденции связаны с тем, что все увеличивающееся число компьютеров класса PalmTop и PocketTop предоставляет собой новую платформу, для которой требуются новые ГИС, позволяющие работать с пространственными данными в полевых условиях, одним из атрибутов работы в которых является GPS, определяющий географические координаты пользователя, его высоту над уровнем моря, скорость, направление движения и другие параметры. Все эти данные должны интегрироваться в ГИС, работающей на компьютере, в реальном масштабе времени. В качестве примера систем, работающих на переносных компьютерах и обеспечивающих взаимодействие с GPS, можно привести Microstation Field компании Bentley и ArcPad компании ESRI. Поставки последнего продукта, правда, ESRI планирует начать только в марте 2000 года.

Тенденция номер три оказывает влияние уже много лет и не только на ГИС, но и на весь рынок программного обеспечения. Судя по всему, так будет продолжаться еще, по крайней мере, некоторое время и это значит, что ГИС будет содержать все больше данных, обрабатывать их все быстрее и точность как данных, так и обработки, будет увеличиваться.

Преимущества управления пространственными данными в БД - одна из главных тем уходящего года. Мнения, что «ГИС - это всего лишь приложение, поэтому для ГИС не нужны специальные данные», что «нет ничего, кроме СУБД и выделение ГИС в отдельный класс программного обеспечения - устаревший подход» - находят своих многочисленных последователей. Понимание ГИС, как «систем управления базами координатно-привязанных данных», по мнению, в частности, корпорации Oracle, безнадежно устарело. Разработчики и пользователи баз данных, привыкшие к тому, что в их базах может хранится все, что угодно, с трудом понимают, почему координатно- привязанные данные в этих же базах не хранятся. Трепет профессиональных географов, устраивающих изнурительные дискуссии о стилистически правильном определении термина «масштаб карты», совершенно чужд специалистам СУБД. Не исключено, что баталии нынешнего года были всего лишь затравкой для масштабной дискуссии, которая развернется в будущем.

И, наконец, главная тенденция - сетевые технологии в ГИС, web-картографирование и ГИС-по-Интернет. Интернет влияет на абсолютно всю активность в области информационных технологий и ГИС здесь - не исключение. Объединение двух технологий, неспроста, видимо, появившихся практически одновременно, привело к тому, что ГИС обрела принципиально новые возможности. Программный продукт, возникший в результате слияния ГИС и Интернет носит название ГИС-по-Интернет и отличается от stand-alone ГИС тремя принципиальными моментами:

  1.  Может использоваться несколькими пользователями одновременно;
  2.  Данные могут храниться не на одной машине, а на нескольких, что позволяет резко увеличить максимальный объем хранимых данных и, кроме того, использовать для анализа данные из нескольких источников одновременно.
  3.  ГИС и ее пользователи могут находится на сколь угодно большом расстоянии друг от друга.

Эти отличия от традиционной stand-alone геоинформационной системы являются значительными преимуществами и позволяют использовать ГИС в принципиально новом качестве - из инструмента пространственного анализа ГИС превращается в инструмент управления пространственно распределенными проектами.

Бурный рост, сопровождающий интеграцию, привел к тому, что на рынке представлено множество продуктов для web-картографирования. ESRI, например, предлагает несколько различных продуктов для создания web-приложений: ArcView Internet Map Server (IMS), MapObjects IMS и Arc IMS. Компания MapInfo предлагает MapXsite, MapXtreme NT и MapXtreme Java Edition. Продуктом компании Autodesk для web-картографирования является MapGuide. Intergraph предлагает GeoMedia Web Map и GeoMedia Web Enterprise.

В целом можно сказать, что индустрия ГИС активно впитывает новые веяния, изменяется, эволюционирует и развивается, что, по моему мнению, является индикатором, свидетельствующем о большом потенциале отрасли. Таким образом, можно надеяться, что в 21 веке ГИС будут продолжать свое динамичное развитие, обеспечивая своих пользователей все новыми и новыми возможностями.

Тема 8. Компьютерные методы представления, анализа интерпретации цифровых тематических карт

Графическое воспроизведение, отображение - 1. в ГИС, компьютерной графике и картографии - проектирование и генерация изображений, в том числе геоизображений, картографических изображений и иной графики на устройствах отображения (преимущественно на экране дисплея) на основе исходных цифровых данных и правил и алгоритмов их преобразования. Возможности проектирования и редактирования изображений включают набор инструментальных средств и визуализационных операций, включая масштабирование изображения (zooming), т.е. его уменьшение (reducing, zoom in) и увеличение (enlarging, zoom out), кратное целому или задаваемое пользователем, или укрупнение деталей избранного фрагмента в пределах прямоугольного окна (windowing), панорамирование, то есть развертывание изображения до размеров рабочей части видеоэкрана или его активного окна (pan); прокрутку, или скроллинг (scrolling) изображения, размер которого превышает габариты отображения; пролистывание, или покадровый просмотр, браузинг, броузинг (browsing) многослойного набора или последовательности изображений; смещение, перемещение, дублирование, отсекание (клиппирование), поворот (ротацию) и иные графические или геометрические преобразования. К средствам оформления изображений относятся операции цветной заливки замкнутых контуров (shading) из палитры допустимых цветов (palette) или их штриховка (cross-hatching) из набора их текстурных типов (pattern). При визуализации картографических изображений, кроме того, используются различные графические переменные и особые способы картографического изображения. Различают также плоские, или двухмерные, или планиметрические (planimetric images, 2-D view, 2-D images) и трехмерные (volumetric images, 3-D view, 3-dimensional view, perspective view) изображения; последние из них строятся в аксонометрической, ортогональной или перспективной (центральной) или иной проекции из центра (центров) проецирования - точки обзора (vista point, view point, point of view) с определенными характеристиками: высотой над поверхностью, расстоянием до нее и направлением обзора, в виде полутонового светотеневого или нитяного, сеточного (fishnet), каркасного, или проволочного, проволочно-каркасного (wire-frame) изображения; изображение может дополняться "подставкой" (base); в случае, если грани визуализируемого блока используются для В. подповерхностного строения тела, такие изображения носят название блок-диаграмм. Построение трехмерных изображений, или рендеринг, "экранизация" (rendering) - одна из функций обработки цифровой модели рельефа, зачастую используемая совместно с другой операцией обработки ЦМР - наложением на трехмерное изображение планиметрического слоя, или "драпировкой" (draping), в том числе цифровых аэро- или космоизображений, что позволяет получать высокореалистичные объемные изображения территории, динамическое манипулирование которыми (в том числе в тренажерных системах) дает эффекты, близкие к виртуальной реальности. Реалистичность В. достигается также текстурированием изображений при использовании моделей трехмерных данных, допускающих связь текстурного элемента, или тексела (texel, от англ. texture element) поверхности тела с атрибутивными данными. Выделяют 2,5-мерные изображения (2.5 view) (жарг.), под которыми понимаются: 1) любые плоские изображения рельефа в изолиниях; 2) плоские блок-диаграммы, лишенные трехмерного изображения; 3) любые трехмерные изображения на плоскости в упомянутом выше смысле, признавая трехмерность исключительно "истинных" трехмерных изображений (true 3D view): стереомодели, наблюдаемой на стереоприборах, объемных или стереоизображений, полученных анаглифическим, голографическим и иными способами, в том числе на специализированных объемных дисплеях непосредственной трехмерной В. типа DVDD (Direct Volume Display Device). - 2. в дистанционном зондировании: воспроизведение цифрового изображения или результатов его обработки на дисплее с помощью специальных структур данных, существенно увеличивающих скорость В., - т. н. "пирамидных слоев" (pyramid layers, reduced resolution datasets), позволяющих вписывать множество пикселов исходного снимка в ограниченное число пикселов окна дисплея с выводом на него одного из предварительно построенных изображений с разрешением, последовательно уменьшающимся 2, 4 или 8 крат.

В конце XX века ГИС получили широкое распространение по всему миру по очень широкому фронту на различных направлениях. Объемы продаж ГИС-продуктов и ГИС-технологий, а также оказываемые ГИС-услуги ежегодно увеличиваются на 20-30% и достигают нескольких миллиардов долларов США в год.

ГИС - это человеко-программно-машинный комплекс по приему, обработке, хранению, анализу и передаче любой территориально распределенной информации;

ГИС - это возможность оперативного реагирования на любую возникающую ситуацию по какой-либо территории, с получением по ней всей необходимой картографической и тематической информации;

ГИС - это наложение разнообразной тематической информации на один и тот же пространственный контур и получение новой информации о территории;

ГИС - это аналитическое и картометрическое исследование и анализ, с одновременным построением любых карт, планов и схем;

ГИС - это моделирование тех или иных процессов, явлений и изучение изменения их состояния во времени;

ГИС - это визуализация пространственной информации и возможность ее представление в динамическом режиме;

ГИС - это управление ресурсами и территориями;

ГИС - это скорость, качество и точность;

ГИС - это наука, технология и бизнес в одном лице;

ГИС - это революция в картографии, картометрии и, соответственно, в средствах пространственного анализа;

И в конечном итоге ГИС - это новое мировоззрение и новое мышление, построенное на пространственной идеологии.


Приложение

Автоматизированная картография (automated cartography, computer aided mapping, CAM) – раздел картографии, охватывающий теорию, методологию и практику создания, обновления и использования карт, атласов и др. пространственно-временных картографических произведений в графической, цифровой и электронной формах с помощью автоматических картографических систем и др. технических и аппаратно-программных средств.

Автоматизированное дешифрирование (image analysis, image processing, computer interpretation, automated interpretation) - син. автоматическое дешифирование - один из этапов процесса компьютерной обработки ДДЗ, представленных в цифровoм виде, т.е. в форме цифровых изображений, включающий ввод изображений в компьютер (цифрование аналоговых и/или импорт цифровых изображений), тематическое дешифрирование и экспертную оценку данных. Одним из важных этапов А. д. является классификация (classification) - автоматическое разбиение изображений по заданному признаку или совокупности признаков на однородные содержательно интерпретируемые области, т.е. выделение объектов или классов объектов по их яркостным и/или геометрическим свойствам и их последующая обработка или интерпретация различными методами, включая кластеризацию (clustering), безусловную, или неконтролируемую классификацию (unsupervised classification), когда разбивка на классы производится автоматически без предварительного обучения на эталонах, и контролируемую классификацию (supervised classification) с обучением на эталонных фрагментах изображения, когда для каждого пиксела во всех диапазонах определяются показатели свойств спектрального отражения и сопоставляются с заданными классами спектральных признаков или с таковыми на эталонных объектах. Классификация иногда рассматривается как один из начальных этапов дешифрирования. 

Автоматизированное картографирование (computer aided mapping, CAM, automated mapping) – применение технических и аппаратно-программных средств, в т.ч. автоматических картографических систем (АКС), компьютерных технологий и логико-математического моделирования для составления, оформления, редактирования, издания и использования карт и др. картографических произведений. А.к. исключает трудоемкие ручные процессы, повышает производительность труда, качество карт, надежность результатов их анализа. Для обозначения полной автоматизации процессов создания некоторых карт используют термин автоматическое картографирование (automatic(al) mapping). Обычно А.к. включает этапы ввода данных в АКС, их автоматическую обработку и преобразование по соответствующим программам и алгоритмам и вывод, визуализацию данных в картографической форме.

Автоматическая картографическая система , АКС (automatic(al) mapping system, computer-aided mapping system, CAM) – производственный и (или) научно-исследовательский комплекс автоматических картографических приборов, компьютеров, программных и информационных средств, функционирующих как единая система с целью создания и использования карт. АКС различаются по конфигурации (configuration). Они могут включать подсистемы ввода данных, управления базами данных, цифровой фотограмметрической обработки данных, моделирования и преобразования информации, вывода (визуализации) информации, автоматического цветоделения, издания карт и др. Различают специализированные автоматические картографические системы (object oriented automatic mapping system), предназначенные для изготовления какого-либо одного типа картогр. произведений, (напр., дорожных или морских карт) или обеспечения одного процесса (напр., обновления карт) и общекартографические автоматические картографические системы (general automatic mapping system). АКС индивидуального пользования носят названия автоматизированного рабочего места картографа (АРМ-К).

Авторское право в картографии (copyright in cartography, authorship in cartography) – раздел гражданского права, определяющий отношения, связанные с созданием и последующим использованием (изданием, переизданием, полным или частичным воспроизведением) картографических произведений. А.п.в к. принадлежит лицу или коллективу, разработавшему программу карты (атласа), авторский оригинал или авторский макет. В случае, если автор карты предложил лишь тему, эскиз карты, соавтором считается картограф-редактор, ответственный за составление карты, разработавший легенду карты, оформление карты и др. работы, связанные с изготовлением оригинала карты. При создании больших и сложных картографических произведений различают авторское право лиц и коллективов, выпустивших это произведение (атлас, многолистную карту и др.) и авторское право создателей отдельных карт, включенных в это произведение.

Азимут (azimuth, bearing) - угол, ориентирующий относительно направления на север. Различают: астрономический азимут (astronomic(al) azimuth, astronomic(al) bearing) - угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от северного направления астрономического меридиана данной точки по часовой стрелке до заданного направления; геодезический азимут (geodetic azimuth, surveying azimuth) - угол в плоскости, касательной к эллипсоиду, отсчитываемый от северного направления геодезического меридиана данной точки по часовой стрелке до заданного направления; магнитный азимут (compass azimuth, compass bearing, compass direction, magnetic azimuth) - угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от северного направления магнитной стрелки компаса по часовой стрелке до заданного направления. Магнитная стрелка склоняется от астрономического меридиана на величину магнитного склонения (declination, compass declination); магнитное склонение к востоку принимается со знаком плюс, к западу - со знаком минус. Различие астрономического и геодезического А. обусловлены уклонением отвесной линии. А. изменяются от 0 до 3600. А. направления с данной точки на другую называют прямым азимутом (forward azimuth), а с другой точки на данную - обратным азимутом (back azimuth, reverse azimuth). Прямой и обратный А. называют взаимными азимутами (mutual azimuths).

Анаглифическая карта (anagliphic(al) map, anagliph) - син. анаглиф – карта, отпечатанная двумя взаимно дополняющими цветами (сине-зеленым и красным) с параллактическим смещением, так что оба изображения образуют стереопару. При бинокулярном рассмотрении А.к. через специальные очки-светофильтры с красным и сине-зеленым стеклами - читатель видит черно-белое стереоскопическое (объемное) изображение местности. Методы компьютерной графики позволяют получать А.к. на дисплее. А.к. используют в качестве учебных пособий как наглядные рельефные модели.

Анализ близости (neighbourhood analysis, proximity analysis) - 1. пространственно-аналитическая операция, основанная на поиске двух ближайших точек среди заданного их множества и используемая в различных алгоритмах пространственного анализа. А.б. включает поиск ближайшего соседа (nearest neighbour analysis) одной из точек заданного множества или вновь предъявляемой точки (задачи интерполяции и автоматической классификации) и используется для генерации полигонов Тиссена и построения триангуляции Делоне; - 2. в ГИС растрового типа: присвоение элементу растра нового значения как некоторой функции значений окрестных элементов (задачи сглаживания, фильтрации).

Анализ видимости/невидимости (viewshed analysis, visibility/unvisibility analysis) - одна из операций обработки цифровых моделей рельефа, обеспечивающая оценку поверхности с точки зрения видимости или невидимости отдельных ее частей путем выделения зон и построения карт видимости/невидимости (visibility map, viewshed map) с некоторой точки обзора (vista point, viewpoint, point of view) или множества точек, заданных их положением в пространстве (источников или приемников излучений). Пространственный А.в./н. основан и может быть ограничен оценкой взаимной видимости двух точек (poin-to-point visibility, intervisibility). Приложения операции А.в./н. связаны с оценкой влияния рельефа (в особенности горного) или "рельефоидов" городской застройки на величину зоны устойчивого радиоприема (радиовидимости) при проектировании радио- и телевещательных станций, радиорелейных сетей и систем мобильной радиосвязи, а также с аналогичными задачами оценок в видимом диапазоне электромагнитного спектра, например для оценки маскировочных свойств рельефа местности в оборонных целях или для проектирования сети наблюдательных вышек службы слежения за лесными пожарами для минимизации числа вышек при заданных конструктивных параметрах и площади, остающейся недоступной для визуального наблюдения.

Анализ и оценка карт и атласов (map and atlases analysis and evaluation) – исследование свойств и качества картографических произведений, их пригодности для решения каких-либо задач. Критериями при этом выступают: целесообразность избранного масштаба и картографической проекции, достоверность карты и ее научная обоснованность, полнота содержания, геометрическая точность планового и высотного положения объектов, логичность построения легенды, качество оформления карты, качество печати и т. п. Синтетическим критерием анализа является надежность карты. А. и о. к. и а. всегда целенаправленны, поэтому критерии оценки могут приобретать разную значимость (напр., в зависимости от того предназначается ли карта как наглядное учебное пособие или как источник для создания баз данных).

Аналитическая карта (analytical map) – карта, показывающая не обобщенные или малообобщенные показатели какого-либо явления (напр., карта температуры воздуха) или только отдельные стороны объекта (напр., карта экспозиции склонов рельефа).

Анаморфированная карта (anamorphotic map, anamorphose) – син. анаморфоза - топологически преобразованная непространственно-подобная карта (иногда именуемая картоидом), в уравнение проекции которой кроме географических координат, входит и сам картографируемый показатель (напр., плотность населения на эквидемических А. к. или расстояние от какого-либо центра на эквидистантных А. к. и т.п.).

Аннотация (annotation) - совокупность текстовых (см. надписи на карте), цифровых, символьных, графических и иных элементов, размещаемых внутри или вне поля картографического изображения, то есть вспомогательного и дополнительного оснащения карт или иной графики в ГИС, включая географические названия, название карты (map tittle), легенду, численный и линейный масштаб, стрелку-указатель "север-юг" (north arrow), рамки карты, картографическую сетку или километровую сетку; под А. чаще всего признают только те элементы, которые относятся исключительно к графике (но не к атрибутивной базе данных); в более широком смысле под А. понимают также присвоение объектам меток (labelling), любое текстовое сопровождение (lettering) и тегирование (tagging).

Аппроксимация (approximation) - син. аппроксимирование - замена одних математических объектов другими, в том или ином смысле близкими к исходным (отсюда происхождение слова "А.": "приближение"). А. позволяет исследовать числовые характеристики и качественные свойства объекта, сводя задачу к изучению более простых или более удобных объектов, характеристики которых легко вычисляются или свойства которых уже известны. К примеру, в геометрии и топологии рассматриваются А. кривых, поверхностей, пространств и отображений. Некоторые разделы математики в сущности целиком посвящены А., например, теория приближения функций, численные методы анализа. Особое место в задачах А. принадлежит полиномам Чебышева. Широкое применение в последние годы получили и методы А. сплайнами (spline). Методы А. в трехмерном пространстве входят в состав инструментария картографического метода исследования, применяются при обработке цифровых моделей рельефа, могут быть использованы в комплексе с иными операциями пространственного анализа в ГИС.

Атлас (atlas, geographical atlas) – син. географический атлас -систематическое собрание карт, выполненных по единой программе и изданных в виде книги или набора листов. Внутреннее единство А. обеспечивается сопоставимостью, взаимодополняемостью и увязкой карт и разделов, целесообразным выбором проекций и масштабов (желательно немногочисленных), едиными установками картографической генерализации, согласованной системой условных знаков и единым дизайном. А. различают: по пространственному охвату – А. планет, мира, континентов и океанов, групп государств, стран (национальный атлас – national atlas), административных единиц или регионов (региональный атлас – regional atlas), городов, городских районов и т.п.; по содержанию – общегеографические атласы (general atlas) и тематические атласы (thematic atlas), в т. ч. физико- и экономико-географические и комплексные, по назначению – научно-справочные атласы (scientific-reference atlas), краеведческие атласы (country atlas, home region atlas), учебные атласы (atlas for education), школьные атласы (school atlas), военные атласы (military atlas), туристские атласы (tourist's atlas), дорожные атласы (road atlas) и т. п. По формату различают большие, или настольные атласы (large-format atlas), атласы книжного формата (book-format atlas) и малые, или карманные атласы (small, pocket atlas), а по способу создания – традиционные и компьютерные атласы (computer atlas) в "бумажном" варианте или электронные атласы в "безбумажном" электронном виде.

Аэрофотоснимок (аerial photograph, aerial photo, aerophoto, print) - двумерное фотографическое изображение земной поверхности, полученное с воздушных летательных аппаратов и предназначенное для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов посредством дешифрирования и измерений. В зависимости от высоты, с которой производится фотографирование, получают А. крупномасштабные, среднемасштабные и мелкомасштабные (высотные). Если отклонение оси фотографирования от отвесного не выходит за пределы допустимого, получаются плановые А. (vertical aerial photograph), если ось имеет существенный наклон - перспективные А. (oblique, aerial photograph, persrective aerial photograph). В зависимости от типа используемой фотопленки (photographic film) различают черно-белые, или монохромные A. (black-and-white aerial photograph, monochrome aerial photograph), цветные A. (colour aerial photograph), cпектрозональные А. (false colour composite), а по способу печати с фотопленки могут быть контактные A. (conact print) и увеличенные A. (enlargement print). Различают одиночные A. (single photographs, single-lens photograph) и стереоскопические A. (stereoscopic photograph, stereopair). Последние дают возможность воспроизводить реалистичное трехмерное изображение при их стерескопическом просмотре на специальных стереоприборах или в процессе трехмерной визуализации на экране компьютера. На основе А. создают накидные монтажи и репродукции накидного монтажа (mosaic, photographic strip) - сфотографированные мозаики смежных снимков района исследований; фотосхемы (photomontage) - изображения, полученные путем монтажа центральных частей нетрансформированных снимков; фотопланы (aerial photoplan) - изображения, полученные путем монтажа трансформированных снимков; ортофотопланы (ortophoto(graph), ortophotoplan, ortophotomap) - фотопланы в которых устранены искажения за рельеф; фотокарты (photomap) - фотопланы с координатами, подписями географических названий, изображением рельефа в горизонталях и другими элементами карт.

Векторно-растровое преобразование (rasterization, rasterisation, gridding, vector to raster conversion) - син. растеризация - преобразование (конвертирование) векторного представления пространственных объектов в растровое представление путем присваивания элементам растра значений, соответствующих принадлежности или непринадлежности к ним элементов векторных записей объектов.

Векторно-топологическое представление (arc-node model) - син. линейно-узловое представление - разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию (см. модель "спагетти"), но и топологические отношения между полигонами, дугами и узлами.

Вертикальный угол (vertical angle) - угол в вертикальной плоскости. Различают: угол наклона (angle of bank, angle of pitch, angle of slope) - В.у., отсчитываемый от горизонтальной плоскости вверх от 0 до + 900, и вниз от 0 до - 900; угол возвышения, или угловую высоту (angle of altitude, angle of elevation) - угол наклона направления на предмет (например, на спутник или на небесное светило), расположеный над горизонтальной плоскостью; зенитное расстояние (zenith angle, zenith distance) - В.у., отсчитываемый от направления отвесной лини (астрономическое зенитное расстояние - astronomic(al) zenith distance) или от нормали к эллипсоиду (геодезическое зенитное расстояние - geodetic zenith distance) от 0 до 1800.

Визуализатор (visualizer, viewer) - син. вьювер, жарг. вьюер - программное средство, предназначенное для визуализации данных; в ГИС: один из типов программных средств ГИС с набором функций, ограниченных, как правило, возможностями видеоэкранной визуализации картографических изображений, называемый картографическим В. (map viewer), с факультативными функциональными возможностями дополнения и преобразования атрибутивных данных, их экспорта и импорта, статистической обработки, деловой графики, вывода изображений на иные графические периферийные устройства. Простой В. (в том числе графики) носит название браузера, или броузера, "просмотрщика" (browser).

Врезка (inset map) - син. карта-врезка – дополнительная карта, помещаемая в одной рамке с основной картой и содержащая более подробное изображение какого-либо участка, положение территории по отношению к ее окружению, дополнительные данные и др.

Высота (absolute height, altitude absolute, height, elevation, altitude) - син. абсолютная высота, (высотная) отметка - одна из координат, отсчитываемая от поверхности, принятой за начало счета. Различают: геодезическую высоту (geodetic height, ellipsoid height) - расстояние от эллипсоида по нормали к нему до заданной точки; ортометрическую высоту (geoidal height, orthometric height) - расстояние от геоида по отвесной линии до заданной точки; нормальную высоту (normal height) - расстояние от квазигеоида по нормали к эллипсоиду до заданной точки. В. положительны над отсчетной поверхностью и отрицательны под ней. Геодезическая В. равна сумме В. ортометрической и В. геоида над эллипсоидом, или сумме В. нормальной и В. квазигеоида над эллипсоидом. В., отсчитываемые от некоторого произвольного начала, называют относительными высотами (relative height). Разность В. текущей точки относительно В. другой точки называют превышением (height difference).

Генерализация (generalization) – обобщение геоизображений мелких масштабов относительно более крупных, осуществляемая в связи с назначением, тематикой, изученностью объекта или техническими условиями получения самого геоизображения. Картографическая генерализация (cartographic generalization) – отбор, обобщение, выделение главных типических черт объекта, выполняемое в соответствии с цензами и нормами отбора, устанавливаемыми картографом или редактором карты, которые, кроме того, проводят обобщение качественных и количественных показателей изображаемых объектов, упрощают очертания, объединяют или исключают контуры, иногда важные, но очень мелкие объекты показывают с некоторым преувеличением. Дистанционная генерализация (remote sensing generalization, optical generalization) – геометрическое и спектральное обобщение изображения на снимках, возникающее вследствие комплекса техн. факторов (метод и высота съемки, спектральный диапазон, масштаб, разрешение) и природных особенностей (характер местности, атмосферные условия и др.). Автоматическая, или алгоритмическая генерализация (automated generalization, algorithmic generalization) – формализованный отбор, сглаживание (упрощение) или фильтрация изображения в соответствии с заданными алгоритмами и формальными критериями. Динамическая генерализация (dynamic genera lization) – механическое обобщение анимаций, позволяющее наблюдать главные, наиболее устойчивые во времени объекты и явления за счет изменения скорости демонстрации анимаций.

Генерализация пространственных данных (spatial data generalization, spatial data generalisation) - обобщение позиционных и атрибутивных данных о пространственных объектах в ГИС в автоматическом или интерактивном режимах с использованием операторов Г., или генерализационных операторов (generalization operators), их наборов или последовательностей, часть из которых имеет соответствие в приемах и методах картографической генерализации. Среди основных из них: упрощение (simplification); сглаживание (smoothing); утоньшение линий (line thinning); разрядка, то есть устранение избыточных промежуточных точек в цифровой записи линий (line weeding); отбор (reselection); переклассификация (reclassification); агрегирование (aggregation), в частности, объединение смежных полигонов с уничтожением границ между ними (polygon dissolving/merging); слияние (amalgamation); маскирование (masking); прерывание линий (omissing), утрирование размера или формы (exaggeration); уменьшение мерности объектов, или свертка, коллапс (collapse). Операторы Г.п.д. могут применяться глобально (к слою в целом) или локально (к фрагменту слоя, сегменту линии и т.п.), обслуживать чисто графические (позиционные) или структурные преобразования данных. Вмешательство пользователя в процесс автоматической Г.п.д. обычно преследует цель индикации и устранения графических конфликтов в отображениях однотипных и разнотипных объектов путем их смещения, или перемещения (displacement), минимизации синергетических эффектов при многократном применении однотипных или последовательном - разнотипных операторов, уменьшения или устранения геометрических и топологических погрешностей, контроля целостности данных и ненарушенности связи позиционной и атрибутивной части данных.

Географическая информационная система (geographic(al) information system, GIS, spatial information system) - син . геоинформационная система, ГИС - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных пространственных данных). ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных), включает соответствующий задачам набор функциональных возможностей ГИС, в которых реализуются операции геоинформационных технологий, поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением. По территориальному охвату различают глобальные, или планетарные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS). ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) и т.п.; среди них особое наименование, как особо широко распространенные, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений ( данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде. Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое вопроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением . Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения "затраты/прибыль" (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS deve lopment); ее тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Географическая основа карты (topographic base, topograpical basis, base map) – син. топографическая основа карты, жарг. топооснова - общегеографическая часть тематической или специальной карты, используемая для привязки данных, нанесения тематического содержания, ориентирования при работе с картой. Г.о.к. обычно включает следующие элементы: береговую линию, гидрографию, границы, населенные пункты и дорожную сеть.

Геодезия (geodesy) - область науки, техники и производства, разрабатывающая средства и методы измерений, а также методы вычислений взаимного и пространственного положения объектов, параметров Земли и ее объектов и изменения этих параметров во времени. Состоит из следующих дисциплин: теоретическая геодезия (theoretical geodesy, physical geodesy) - занимается разработкой теорий и методов определений фигуры Земли (ее формы и размеров), внешнего гравитационного поля и их изменений во времени, используя астрономо-геодезические, гравиметрические, спутниковые и другие измерения высокой точности; сфероидическая геодезия (spheroid(al) geodesy, geodesy on the ellipsoid) - изучает геометрию земного эллипсоида, методы решения геодезических задач на его поверхности и в трехмерном пространстве, теорию его отображения на сфере, а также отображения на плоскости с целью введения плоских прямоугольных координат; основные геодезические работы (basic geodetic survey) - изучает средства и методы высокоточных геодезических измерений, а также методы математической обработки результатов измерений с целью построения и закрепления на местности плановых и высотных государственных геодезических сетей (эти три дисциплины традиционно составляют содержание высшей геодезии - geodetic survey(ing), higher geodesy, higher survey(ing)); космическая, или спутниковая геодезия (celestial geodesy, satellite geodesy, space geodesy) - изучает вопросы использования наблюдений искусственных и естественных спутников Земли для решения научных и научно-технических задач Г.; топография (topography) - изучает средства и методы геодезических измерений с целью отображения земной поверхности на топографических планах и картах; м орская геодезия (marine geodesy) - решает задачи Г. в пределах Мирового океана; прикладная, или инженерная геодезия (applied geodesy, engineering geodesy) - изучает методы геодезических измерений, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, монтаже оборудования, а также эксплуатации природных ресурсов; маркшейдерское дело (mining geodesy, mine-survey) - отрасль Г. в горной науке и технике, занимается пространственно-геометрическими измерениями в недрах Земли и их отображением на планах, картах и другой документации. Свои задачи Г. решает в тесном сотрудничестве с астрономией и гравиметрией (разделы этих наук, разрабатывающие вопросы соответствующих измерений в интересах Г., называют геодезическими), тесно связана с картографией, ГИС, фотограмметрией, дистанционным зондированием, науками о Земле, математикой, физикой и др.

Геодезическая линия (geodesic, geodetic lenght, geodetic line) - линия кратчайшего расстояния между двумя пунктами на поверхности, в том числе на эллипсоиде; на сфере дуга большого круга, на плоскости - прямая. Название принято в геодезии и в математике.

Геодезическая основа карты (control, geodetic control) – совокупность геодезических данных, необходимых для создания карты и определяющих положение объектов на карте по широте, долготе и абсолютной высоте. Г.о.к. включает принятый для построения карты эллипсоид и геодезическую сеть .

Геодезическая сеть (control net, geodetic control, geodetic net, network, frame, framework) - сеть пунктов (geodetic points), закрепленных на земной поверхности, положение которых определено в общей для них системе координат. Г.с. подразделяют на: нивелирные, или высотные геодезические сети (level control, levelling network, elevation control, vertical control, vertical net), построенные нивелированием при помощи нивелиров и др. геодезических приборов, каждый нивелирный пункт - репер (benchmark) хранит высоту; плановые, или опорные геодезические сети (plane control, horizontal control, horizontal net), созданные способами триангуляции (triangulation network) - измерением углов и некоторых сторон треугольников, полигонометрии (polygonal network, traverse network) - построением ходов, все стороны и углы поворота которых подлежат измерению, трилатерации (trilateration network) - измерением длин сторон треугольников и других геометрических фигур, комплексированием линейно-угловых построений (combined linear-angular network) и применением систем спутникового позиционирования, каждый пункт плановой сети (centre, control point, station mark, survey mark) хранит геодезические широты и долготы и (или) плоские прямоугольные координаты; пространственные геодезические сети (spatial control, three dimensional net, 3D network) - Г.с., создаваемые методами космической геодезии; каждый пункт хранит три координаты, определяющие его положение в земном пространстве. Г.с. различают по назначению, территориальному охвату, по точности и густоте построения. Г.с. бывают мировыми, континентальными, государственными, локальными (world, continental, national, local net). Г.с., на части пунктов которых определены астрономические координаты и азимуты, называют астрономо-геодезическими геодезическими сетями (astrogeodetic network). Г.с., создаваемые в развитие сетей более высокого порядка точности, называют геодезическими сетями сгущения (control extension). Г.с. сгущения, создаваемую для производства топографических съемок, называют съемочной геодезической сетью (survey control). Наиболее достоверные значения высот, плановых или пространственных координат находят уравниванием (аdjustment) - обработкой отягощенных погрешностями геодезических измерений по методу наименьших квадратов.

Геодезические референцные системы (geodetic reference system) - син. cистемы относимости - устанавливают параметры, определяющие фигуру, размеры и гравитационное поле Земли. Общеземные, или международные, межгосударственные геодезические референцные системы (World geodetic reference system) - используемые в масштабах всей планеты. Они также закрепляют геоцентрическую гринвичскую прямоугольную систему координат (Earth-cent ered Greenwich cartesian coordinate system) - ее начало в центре масс Земли, ось Z направлена к CIO - Международному условному началу (среднее положение Северного полюса Земли 1900-1905 гг.), ось X лежит в плоскости среднего гринвичского меридиана, оси X и Y - расположены в плоскости экватора. Важнейшими параметрами Земли являются: произведение гравитационной постоянной на массу, угловая скорость вращения, экваториальный радиус, сжатие, скорость света в вакууме и коэффициенты, характеризующие гравитационное поле Земли. Общеземными Г.р.с. являются IERS , ее европейская подсистема ETRS, GRS-80. GPS действует в Г.р.с WGS-84 . В России без интеграции с западными странами создана Г.р.с ПЗ-90 (Параметры Земли 1990г.). В ней работает ГЛОНАСС ( GLONASS ). В РФ с 1995 г. действует Г.р.с. СК-95. Cоставной частью Г.р.с. являются геодезические сети, фиксирующие положение координатной системы. В IERS установлены сети ITRF . Небесные сети ICRF закрепляют полярную ось Земли в Солнечной системе, приводя ее к положению на начало 2000 года. Поверхность и полюса Земли подвержены геодинамическим процессам и геоцентрические координаты со временем изменяются. Их каталоги обновляют и указывают к какой эпохе они относятся, например, ITRF-89, ITRF-94 и т.д. ETRS принадлежат опорные сети EUREF . В отдельных регионах или государствах, применяя референц-эллипсоиды, центры которых не совмещены с центром масс Земли, устанавливают квазигеоцентрические координаты. Например, система координат 1942 г. (СК-42) на референц-эллипсоиде Красовского, применялась в СССР, действует в РФ; центр эллипсоида смещен с центра масс Земли более полутора сотни метров.

Геоид (geoid) - фигура Земли, ограниченная поверхностью, к которой отвесные линии всюду перпендикулярны, и которая проходит через точку начала отсчета высот, закрепленную на высоте среднего уровня моря. Эта поверхность близка к уровням морей и океанов в состоянии покоя и равновесия. В России она проходит через нуль Кронштадтского футштока, совпадающий со средним уровнем Балтийского моря за период 1825-1840 гг. Поверхность Г. служит началом отсчета ортометрических высот. Нормальные высоты отсчитывают от поверхности квазигеоида (quasi-geoid) - однозначно определяемой по наземным измерениям, совпадающей с Г. на морях, океанах и близко подходящая к нему на суше - на равнинах отклонения от Г. составляют несколько см, в горах - не превосходят 2 м.

Геоизображение (geoimage, georepresentation) – любая пространственно-временная масштабная генерализованная модель земных (планетных) объектов или процессов, представленная в графической образной форме. Различают: двумерные плоские геоизображения (2D geoimages, flat geoimages) напр., карты, планы, электронные карты, aэро- и космические снимки ; трехмерные, или объемные геоизображения (3D geoimages, volumetric geoimages) , напр., стереомодели, анаглифы, блок - диаграммы, картографические голограммы; динамические геоизображения (dynamic geoimages), т. е. анимации, картографические фильмы, мультимедийные карты и атласы.

Геоиконика (geoiconics) – научная дисциплина, разрабатывающая общую теорию геоизображений, методы их анализа, преобразования и использования в научно-практической деятельности.

Геоинформатика (GIS technology, geo-informatics) - наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по прикладным аспектам, или приложениям ГИС (GIS application) для практических или геонаучных целей. Входит составной частью в геоматику (по одной из точек зрения) или предметно и методически пересекается с ней.

Геоинформационное картографирование (geoinformational mapping, geoinformatic mapping) – отрасль картографии, занимающаяся автоматизированным составлением и использованием карт на основе геоинформационных технологий и баз географических (геологических, экологических, социально-экономических и др.) знаний.

Геоинформационные технологии - (GIS technology) - син . ГИС-технологии - технологическая основа создания географических информационных систем, позволяющая реализовать функциональные возможности ГИС .

Геоинформационный анализ (GIS-based analysis) - анализ размещения, структуры, взаимосвязей объектов и явлений с использованием методов пространственного анализа и геомоделирования.

Геокодирование (geocoding) - метод и процесс позиционирования пространственных объектов относительно некоторой системы координат и их атрибутирования (примером может служить адресная привязка существующих позиционно неопределенных наборов данных (address matching), осуществляемая путем установления связей между непространственными базами данных и позиционной частью БД ГИС).

Геоматика (geomatics) - 1. совокупность применений информационных технологий, мультимедиа и средств телекоммуникации для обработки данных, анализа геосистем, автоматизированного картографирования; - 2. термин, употребляемый как синоним геоинформатики или геоинформационного картографирования.

Глобус (globe) – вращающаяся шарообразная модель Земли, др. планеты или небесной сферы с нанесенной на ее поверхность картографическим изображением. Г. имеет масштаб, систему меридианов и параллелей, условные обозначения, но не содержит искажений, присущих картографическим проекциям. По тематике Г. могут быть общегеографическими, геологическими, политическими и т.п., а по назначению – учебными, навигационными и др. Различают земные глобусы (terrestial globe), планетные глобусы (planetary globe) и небесные глобусы (celestial globe).

Горизонтальный угол (horizontal angle) - угол в горизонтальной плоскости, соответствующий двухгранному углу между двумя вертикальными плоскостями, проходящими через отвесную линию в вершине угла. Г.у. изменяются от 0 до 360 0.

Граница (border, boundary, edge) - линия, разделяющая разноименные полигоны.

Данные дистанционного зондирования, ДДЗ (remote sensing data, remotely sensed data, remote surveying data, aerospace data) -син.данные аэрокосмического зондирования - данные о поверхности Земли, объектах, расположенных на ней или в ее недрах, полученные в процессе съемок любыми неконтактными, т.е. дистанционными методами. По сложившейся традиции, к ДДЗ относят данные, полученные с помощью съемочной аппаратуры наземного, воздушного или космического базирования, позволяющей получать изображения в одном или нескольких участках электромагнитного спектра. Характеристики такого изображения зависят от многих природных условий и технических факторов. К природным условиям относятся сезон съемки, освещеность снимаемой поверхности, состояние атмосферы и т.д. К основным техническим факторам - тип платформы, несущей съемочную аппаратуру, тип сенсора; метод управления процессом съемки; ориентация оптической оси съемочного аппарата; метод получения изображения. Главные характеристики ДДЗ определяются числом и градациями спектральных диапазонов; геометрическими особенностями получаемого изображения (вид проекции, распределение искажений), его разрешением.

Дешифрирование (interpretation, photo interpretation, decoding) - син. интерпретация - процесс изучения по аэро- и космическим изображениям территорий, акваторий и атмосферы, основанный на зависимости между свойствами дешифрируемых объектов и характером их воспроизведения на снимках. Содержанием и задачей Д. является получение определенного объема качественной и количественной информации по ДДЗ о состоянии, составе, структуре, размерах, взаимосвязях и динамике процессов, явлений и объектов с помощью дешифровочных признаков. Различают визуальное Д. (visual image interpretation), инструментальное, или измерительноеД. (image measuring) и автоматическое Д. По содержанию Д. может быть общегеографическим (топографическим), тематическим (например, геологическим, геоботаническим, почвенным) и специальным (мелиоративным, лесоустроительным и т. п.).

Дешифровочные признаки (indication, signs) - характерные особенности природных и антропогенных объектов дешифрирования, проявленные в ДДЗ и позволяющие опознать, выделить и проинтерпретировать эти объекты. Д.п. принято подразделять на прямые Д.п. (direct signs), присущие изображению самих объектов дешифрирования (например, их геометрические и оптические характеристики), косвенные или индикационные Д.п. (indirect signs, indicators), характеризующие объект дешифрирования опосредованно, через какой либо другой природный компонент, и комплексные. К прямым д.п. помимо формы, размера, цвета объектов относятся тон изображения (brightness), его структура (structure, composition), которая связана с пространственной сменой и взаимным расположением его участков, различающихся по оптическим характеристикам, текстура (texture) изображения, обусловленная взаимным закономерным расположением тоновых неоднородностей изображения (например, тонкосетчатая, полосчатая, однородная, пятнистая и др. текстура), тень (shadow, shade) - по теневому силуэту можно определить форму объектов. Важной характеристикой изображения, влияющей на использование Д.п., является освещенность, пропорциональная яркости объектов. Изображение формируется благодаря различной яркости элементов ландшафта, вследствие чего между ними проявляются яркостные контрасты. Контраст (brightness contrast) объектов местности определяется величиной К=(B1-B2)/B1, где B1 и B2 - яркости двух объектов. Абсолютный контраст К=1 соответствует случаю, когда яркость одного из объектов пренебрежимо мала по сравнению с яркостью другого (например, черный хвойный лес на фоне свежевыпавшего снега). Контрастными, легко дешифрируемыми считаются объекты с контрастом более 0.5. Обычно в процессе дешифрирования используются наборы Д.п. исследуемых объектов. Эти комплексы сильно варьируют в зависимости от природных условий, сезона, времени суток, освещенности и др. причин.

Дирекционный угол (bearing, direction angle, grid azimuth, grid bearing, Y- azimuth) - угол на плоскости, отсчитываемый в данной точке от линии, параллельной северному направлению координатной оси или осевому меридиану, по часовой стрелке до заданного направления. Д.у. изменяются от 0 до 3600. Сближение меридианов (convergence of meridians, convergent angle, grid declination, declination of grid north, theta angle) - угол в данной точке между ее меридианом и линией, параллельной северному направлению координатной оси или осевому меридиану. На величину сближения меридианов различаются геодезический азимут и Д.у.

Дистанционное зондирование, ДЗ (remote sensing, remote surveying, RS) - син. дистанционные съемки, аэрокосмические съемки - процесс получения информации о поверхности Земли (и др. космических тел), объектах, расположенных на ней или в ее недрах, дистанционными методами. ДЗ проводят с поверхности суши или моря, с воздуха или из космоса в различных зонах электромагнитного спектра. Съемки могут быть пассивными, когда фиксируется собственное или отраженное солнечное излучение, и активными, когда снимаемые объекты облучаются, например, радиоволнами. В зависимости от фиксируемого диапазона электромагнитного излучения различают следующие виды дЗ : ультрафилолетовая (ultraviolet); в видимом (optical), ближнем (near infrared) , среднем (middle infrared) и дальнем (тепловом) инфракрасном (thermal infrared) диапазонах, в микроволновом радиодиапазoне (microwave, passive microwave). При одновременном использовании нескольких диапазонов говорят о многозональной, или многоспектральной (multi-channel, multi-spectral, multi-band) съемке, а при большом числе используемых диапазонов (20 и более) - о гиперспектральной (hyperspectral). По виду применяемой съемочной аппаратуры различают фотографические (photography), телевизионные (television, photovision), фототелевизионные (phototelevision), сканерные (scanner), радиолокационные (radar, radiolocation), гидролокационные (sounding), лазерные (laser, optical maser), лидарные (lidar) съемки . Отдельно выделяют аэроспектрометрирование (aerial spectrophotometry, aerial radiometry), представляющее собой регистрацию с помощью спектрографов спектральной яркости (spectral brightness, spectral radiance) какой - либо поверхности вдоль направления движения летательного аппарата.

Дистанционные методы (remote sensing methods, distant methods) - неконтактные методы изучения поверхности Земли, гидросферы, литосферы, атмосферы и космических тел (например, аэрокосмическое зондирование, аэрогеофизические методы, сонарные съемки дна акваторий). Термин получил распространение после запуска в 1957 г. первого в мире ИСЗ и съемки обратной стороны Луны в 1959 г. с автоматической межпланетной станции "Зонд-3".

Долгота (longitude) - координата, определяющая положение точки на Земле в направлении Запад-Восток. Существуют: астрономическая долгота. (astronomic(al) longitude) - двухгранный угол между плоскостями астрономических меридианов данной точки и начального; геодезическая долгота (geodetic longitude) - двухгранный угол между плоскостями геодезических меридианов данной точки и начального; геоцентрическая долгота (geocentric longitude) - двухгранный угол между плоскостями геоцентрических меридианов данной точки и начального. Счет Д. ведется от 0 до 360 0 с запада на восток или в обе стороны от 0 до 180 0 с припиской соответственно слова "восточная" или знака плюс, и "западная" или знака минус.

Запрос (query, request) - задание на поиск (retrieval) данных в базе данных, удовлетворяющих некоторым условиям. З. формулируется посредством языка общения пользователя с СУБД языка запросов(query language), З. по шаблону (query-by-example, QBE) или иным способом. В процессе выполнения З. могут производиться дополнительные действия (если это позволяет язык З.): сортировка, вычисления и пр. Стандартный язык З. реляционных СУБД - SQL. Поиск пространственных объектов по условиям, содержащим координаты, осуществляется по пространственному З. (spatial query) на поиск объектов в окне прямоугольной, круглой или произвольной формы.

Засечка (intersection) - син. геодезическая засечка - способ определения координат точки измерением параметров на ней или на исходных пунктах с известными координатами. Чаще всего измеряют направления (азимуты, дирекционные углы), углы, расстояния, разности расстояний от определяемого пункта до двух исходных и др. В двухмерном пространстве этим параметрам соответствуют линии положения - прямые, окружности, гиперболы, в трехмерном пространстве им соответствуют поверхности положения - плоскости, сферы, гиперболоиды (см. GELOP, LOP ). Пересекаясь линии и поверхности определяют положения (координаты) точек. В системах спутникового позиционирования первого поколения на основе эффекта Доплера измеряли разности расстояний от приемника до двух положений спутника на орбите; координаты пункта определяли по пересечению гиперболоидов вращения. В современных системах измеряют дальности до спутников и скорости изменений этих дальностей вследствие перемещений спутника и приемника; координаты пункта находят соответственно по пересечению сфер и конусов. Геометрический фактор (geometric dilution of precision - GDOP ) - характеристика качества засечки, определяющая потери точности из-за геометрии взаимного расположения исходных пунктов (спутников). Чем геометрический фактор больше, тем засечка хуже (см. PDOP, HDOP, HTDOP, VDOP, TDOP ).

Земельная информационная система, ЗИС (land information system) - географическая информационная система земельно-ресурсной и земельно-кадастровой специализации.

Калибровка данных (data calibration) - при дистанционном зондировании оценка (определение) и корректировка радиометрических и геометрических искажений изображения, полученных в процессе съемки.

Карта (map, chart) – математически определенное, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показывающее расположенные или спроецированные на них объекты в принятой системе условных знаков. К. рассматривается как образно-знаковая модель, обладающая высокой информативностью, пространственно-временным подобием относительно оригинала, метричностью, особой обзорностью и наглядностью, что делает ее важнейшим средством познания в науках о Земле и социально-экономических науках. По масштабу различают крупномасштабные карты (large scale maps) [1 : 100 000 и крупнее ], среднемасштабные карты (medium scale maps) [1 : 200 000 – 1 : 1 000 000] и мелкомасштабные карты (small scale maps) [мельче 1 : 1 000 000]. В соответствии с содержанием различают следующие группы (виды) карт: общегеографические карты (general map) , тематические карты (thematic map), в т. ч. карты природы (natural map) , социально-экономические карты (social and economycal map) , карты взаимодействия природы и общества (maps of nature and society interaction), а также специальные карты (special, special-purpose maps). Все они могут быть аналитическими, комплексными или синтетическими картами. По практической специализации различают несколько типов К. : инвентаризационные карты (inventory maps), показывающие наличие и локализацию объектов; оценочные карты (evaluative maps), характеризующие объекты (напр., природные ресурсы) по их пригодности для каких-либо видов хозяйственной деятельности; рекомендательные карты (recommendative maps), показывающие размещение мероприятий, предлагаемых для охраны, улучшения природных условий и оптимального использования ресурсов; прогнозные карты (prognostic maps, forecast maps), содержащие научное предвидение явлений, не существующих или неизвестных в настоящее время.

Картограмма (choropleth map, cartogram, chorogram, chorisogram) - 1. карта, показывающая распределение относительных показателей (плотность, интенсивность какого-либо явления, удельные величины и т. п.) по определенным территориальным единицам, чаще всего – административным; - 2. один из способов картографического изображения, применяемый для показа относительных статистических данных путем заполнения контуров территориального деления (обычно, административных единиц) цветовыми заливками (solid) разного тона, штриховками (cross-hatch line pattern) разной плотности в соответствии с принятыми интервальными шкалами. Средства автоматизации позволяют строить К. в т. н. непрерывных, или безинтервальных шкалах (choropleth maps without class intervals, continuous-tone cartogram), когда плотность ставится в точное соответствие величине картографируемого показателя.

Картографирование (mapping, map (atlas) compilation) - син. картирование, составление карт , картосоставление – совокупность процессов, методов и технологий создания карт , атласов и др. картографических произведений. По масштабу различают крупномасштабное картографирование (large scale mapping), среднемасштабное картографирование (medium scale mapping) и мелкомасштабное картографирование (small scale mapping); по объекту – астрономическое, планетное и земное К.; по методу – наземное, аэрокосмическое, подводное К. Наиболее разнообразны виды (отрасли ) тематического картографирования (branches of thematic mapping), которые постоянно возникают в ответ на запросы практики (напр., туристское К., электоральное К.), либо развиваются на стыке картографии с др. науками (геологическое, историческое, экономическое К. и т. п. ).

Картографическая база данных (cartographic data base, cartographic database, CDB) - син. база картографических данных – совокупность взаимосвязанных картографических данных по какой-либо предметной (тематической) области, представленная в цифровой форме (в том числе в форме картографических баз данных) при соблюдении общих правил описания, хранения и манипулирования данными. К. б. д. доступна многим пользователям, не зависит от характера прикладных программ и управляется системой управления базами данных (СУБД).

Картографическая библиография (map bibliography) - син . картобиблиография - 1. списки, библиографические описания, указатели, каталоги, обзоры, содержащие необходимые и упорядоченные (по масштабам, тематике, территории и т. п.) сведения о картографических произведениях и (или) о картографической литературе. Существует международная, государственная и отраслевая (тематическая) К.б.; - 2. раздел картографии, задачей которого является учет и регистрация печатной, рукописной и электронной картографической продукции и информирование о ней пользователей.

Картографическая изученность (map coverage) – полнота и качество (кондиционость) покрытия какой-либо территории съемками и картографическими материалами. Для объективного представления о степени К.и. составляют специальные карты-схемы К.и. (map coverage diagrame). К.и., относящаяся только к топографическим картам, называется топографической изученностью территории (topographic(al) map coverage).

Картографическая информация (cartographic information) - 1. сведения о картографических произведениях. Систематический сбор, обработка, хранение и оперативная выдача потребителям сведений о картах (изданных и рукописных), атласах, аэрокосмических материалах и др. картографических источниках осуществляются специализированными службами и автоматизированными картографическими информационно-поисковыми системами (cartographic information retrieval system); син. картографическая информатика . См. также картографическая библиография, картографическая изученность; - 2. информация, представленная в виде картографических произведений; - 3. информация, которая используется для создания и обновления картографических произведений; - 4. результат восприятия человеком (или автоматическим распознающим устройством) сведений об объектах и процессах, изображенных на картах. К.и. передается с помощью способов картографического изображения и графических образов.

Картографическая коммуникация (cartographic co mmunication, communication in cartography) – передача картографической информации от создателя карты к пользователю, причем сама карта трактуется как своеобразный канал связи. Представление о К.к. положены в основу коммуникативной концепции (communicative conception, theory of cartographic communication) – одной из ведущих теоретических концепций картографии.

Картографическая семиотика (map semiotics) – раздел картографии, в котором разрабатываются общая теория систем картографических знаков и методы построения и использования способов картографического изображения. В рамках К.с. выделяются 3 раздела: картографическая синтактика (map syntactics), изучающая правила построения и пользования знаковыми системами, их структурные свойства; картографическая семантика (map semantics), исследующая соотношения условных знаков с отображаемыми явлениями; картографическая прагматика (map pragmatics), изучающая информационную ценность знаков как средства картографической коммуникации и их восприятие читателями карты. Иногда в составе К.с. выделяют картографическую стилистику (map styilistics), изучающую стили и факторы, определяющие выбор изобразительных средств в соответствии с функциями картографических произведений. См. также язык карты .

Картографическая сетка (graticu le, map graticule, cartographical grid) – одна из координатных сетей на карте, образованная линиями меридианов и параллелей .

Картографическая топонимика (cartographic toponymy) – раздел картографии, котором изучаются географические названия, или географические наименования, топонимы (geographic(al) names, place names), их происхождение, смысловое значение и правила передачи на картах. Выделяют также гидронимы (hydrographic(al) names) – названия гидрографических объектов и оронимы (orographic(al) names) – названия орографических объектов. В России правила написания объектов на картах (ortography of geographic(al) names) регламентируются Законами Российской Федерации и инструкциями Федеральной службы геодезии и картографии.

Картографическая трапеция (quadrangle, degree square) – четырехугольник (сфероидическая трапеция на эллипсоиде или сферическая трапеция на Земном шаре), образованный двумя меридианами и двумя параллелями .

Картографические источники (source map, source material) - син . картографические материалы – картографические произведения и др. графические, цифровые, текстовые документы, используемые для составления и обновления карт. Различают К.и. астрономо-геодезические, съемочно-картографические, аэрокосмические, кадастровые, экономико-статистические, цифровые, текстовые, данные натурных и лабораторных измерений, теоретические и эмпирические закономерности. Любое картографическое произведение может рассматриваться как К.и. для создания другого картографического произведения.

Картографические приборы – специальные устройства, аппараты, приспособления для выполнения работ по составлению и использованию карт. По принципу действия выделяют К.п. для ручной работы, механические и автоматические. При картосоставительских процессах применяют специальные прецезионные линейки, координатографы (co-ordinatograph), пантографы (pantographs), картографические проекторы (map projector), приборы для перечерчивания (copy drawing instruments) при чертежных и оформительских работах – картогр. чертежные устройства (drawing d evice) и гравировальные инструменты (scribing instruments, scribers, scribing cutters); при подготовке карт к изданию – фоторепродукционные камеры (photocopiers), копировальные рамы (back, printing frame, contact screen) и др. оборудование; при использовании карт – разного рода циркули-измерители (dividers), координатометры (romers), курвиметры (curvimeters, curvometers), планиметры (planimeters, integrating instruments), перспектографы (perspective drawing instruments) и т. п. В автоматиpованном картографировании используются периферийные устройства компьютеров, а также специализированные К.п., напр., электронные картометрические устройства.

Картографические проекции (map projection, projection) – математически определенный способ изображения поверхности Земного шара или эллипсоида (или др. планеты) на плоскости. Общее уравнение К.п. связывает геодезические широты (В) и долготы (L) c прямоугольными координатами x и y на плоскости: x = f1(B,L); y = f2(B,L), где f1 и f2 – независимые, однозначные и конечные функции. Все К.п. обладают теми или иными искажениями (distortions, alterations), возникающими при переходе от сферической поверхности к плоскости. По характеру искажений К.п. подразделяют на равноугольные проекции (conformal projections, orthomor phic projections), не имеющие искажений углов и направлений, равновеликие проекции (equivalent projections, equal-area projectins, authalic projections), не содержащие искажений площадей, равнопромежуточные проекции (equidistant projections), сохраняющие без искажений какое-либо одно направление (меридианы или параллели) и произвольные проекции (arbitraty projections, aphylactic projections, compromise map projections), в которых в той или иной степени содержатся искажения углов и площадей. Главный масштаб карты (principal scale, nominal scale) показывает степень уменьшения линейных размеров эллипсоида (шара) при его изображении на карте. Искажения масштаба проявляются в наличии частного масштаба карты (particular scale) в любой ее точке. Под этим понимается отношение длины бесконечно малого отрезка на карте к длине бесконечно малого отрезка на поверхности эллипсоида (шара). Мерой искажений в К.п. в каждой точке карты служит бесконечно малый эллипс искажений . Существуют специальные карты, иллюстрирующие распределение искажений разных видов посредством изокол (distortion isograms, lines of equal distortions) – изолиний равных искажений. В зависимости от положения сферических координат К.п. делят на нормальные проекции (normal projections, normal aspect (or case) of a map projection), в которых ось сферических координат совпадает с осью вращения Земли, поперечные проекции (transverse projection, transverse aspect (or case) of a map projection), в которых ось сферических координат лежит в плоскости экватора и косые проекции (oblique aspect (or case) of a map projection), когда ось сферических координат расположена под углом к земной оси. Различие требований к картам разного пространственного охвата, тематики и назначения, а также сами особенности конфигруации картографируемой территории и ее положение на Земном шаре привели к огромному многообразию К.п. По виду меридианов и параллелей нормальной сетки различают следующие К.п. : цилиндрические проекции (cylindrical projections), в которых меридианы изображены равноотстоящими параллельными прямыми, а параллели – прямыми, перпендикулярными к ним; конические проекции (conic(al) projections) с прямыми меридианами, исходящими из одной точки, и параллелями, представленными дугами концентрических окружностей; азимутальные проекции (azimutal projections, zenithal projections), в которых параллели изображаются концентрическими окружностями, а меридианы – радиусами, проведенными из общего центра этих окружностей; псевдоцилинидрические проекции (pseudo-cylindrical projections), где параллели представлены параллельными прямыми, а меридианы – в виде кривых, увеличивающих свою кривизну по мере удаления от прямого центрального меридиана; псевдоконические проекции (pseudo-conical projections), в которых параллели представлены дугами концентрических окружностей, средний меридиан – прямой, а остальные меридианы – кривые; поликонические проекции (polyconic projections), в которых параллели изображены эксцентрическими окружностями, центры которых лежат на прямом центральном меридиане, а все остальные – кривыми линиями, увеличивающими кривизну с удалением от центрального меридиана; условные проекции (conventional projections), в которых меридианы и параллели на карте могут иметь самую разную форму. Для карт, создаваемых в виде серий листов, используют многогранные проекции (polyhedric projections), параметры которых могут меняться от листа к листу или группе листов. Компьютерные технологии позволяют рассчитывать К.п. любого вида и с заранее заданным распределением искажений. Иногда К.п. ошибочно называют сетку меридианов и параллелей на карте (прим. авт. - А.Б).

Картографический банк данных, КБД, КБнД (cartographic data bank, cartographic databank, CDB) - син. банк картографических данных – комплекс технических, программных, информационных и организационных средств хранения, обработки и использования цифровых картографических данных. В состав КБнД входят картографические базы данных по одной или нескольким предметным (тематическим) областям, система управления базами данных, а также библиотеки запросов и прикладных программ. Различают единый центральный картографический банк данных (сentral (centralized) cartographic databank), который содержит весь фонд информации по данной теме, проблеме или территории, и распределенный картографический банк данных (distributed cartographic databank), представляющий собой территориально разобщенную систему региональных и/или локальных КБнД, объединенных в сеть под единым управлением.

Картографический дизайн (cartographic design) - син . художественное проектирование карт – формирование (конструирование) эстетического облика карты, атласа, любого др. картографического произведения в соответствии с его функциональным назначением, тематикой, современными художественными принципами и техн. возможностями.

Картографический метод исследования (cartographic method of research) – метод научного исследования, в котором карта выступает как модель изучаемого объекта и промежуточное звено между объектом и исследователем.. К.м.и. располагает большим числом приемов анализа карт, с помощью которых исследуют структуру и морфологию явлений с их количественной морфометрической и статистической оценкой; изучают динамику и развитие явлений; дают оценку природного, социально-экономического, экологического состояния; проводят инженерно-географические изыскания для определения возможностей хозяйственного, рекреационного и др. освоения территорий; выполняют индикационные и прогнозные исследования; намечают меры по предотвращению риска опасных явлений и улучшению экологических ситуаций и т. д. Исследования выполняют либо по отдельным картам, либо по атласам и сериям карт разной тематики и разновременным. Наиболее эффективно применение К.м.и. в комплексе с дистанционными методами, математическим моделированием, методами частных наук. Геоинформационные технологии в значительной мере опираются на К.м.и.

Картографический образ (cartographic pattern, cаrtographic image) – пространственная комбинация (композиция) картографических знаков воспринимаемая читателем карты или распознающим устройством. В создании К.о. участвуют все графические переменные, а также взаимное расположение знаков, их пересечение, упорядоченность, положение в пространстве и др. особенности, формирующие рисунок объектов на карте.

Картографический фонд (stok of maps, inventory of maps) – собрание картографических произведений в каком-либо учреждении. Различают универсальный К.ф., включающий разные по охвату, тематике, назначению карты, атласы и глобусы, и специализированный К.ф., в котором хранятся карты какой-либо одной тематики, назначения и т. п. (напр., геологический или учебный К.ф. ). См. также картохранилище.

Картографическое образование (cartographic education, cartographic training) – результат усвоения систематизированных знаний, умений и навыков, необходимых для создания и использования картографических произведений. В России высшее профессиональное К.о. дается на географических факультетах университетов (географическое направление) и в специальных технических университетах (инженерное направление), среднее К.о. – в техникумах и колледжах, а начальные картографические знания и умения постигаются при изучении географии в средней школе.

Картографическое черчение (drawing, cartographic(al) drawing) – точное графическое воспроизведение всех элементов на оригиналах карт и их оформление карандашом, чертежным пером, чертежными или гравировальными инструментами.

Картография (cartography, mapping science) – область науки, техники и производства, охватывающая создание, изучение и использование карт и др. картографических произведений. К. как наука имеет разные трактовки: наука об отображении и исследований явлений природы и общества посредством карт как моделей (модельно-познавательная концепция – modelling and cognitive conception, gnosiological conception); наука о картографической форме передачи информации (коммуникативная концепция – communicative conception, conception of cartographic communication); наука о языке карты (языковая концепция – language conception, linguistic coception); наука о системном информационно-картографическом моделировании и познании геосистем (геоинформационная концепция – geoinformational conception) и др. концепции. К. как наука подразделяется на разделы (дисциплины): общая теория К., математическая картография, проектирование и составление карт, картографическая семиотика, оформление карт , издание карт, экономика картографического производства, использование карт, история К., картографическое источниковедение, картографическая библиография , картографическая информатика , картографическая топонимика. Особо выделяется географическая картография (geograpic(al) cartography) – отрасль К., занимающаяся картографическим отображением и исследованием геосистем.

Картодиаграмма (diagram map, diagrammatic map) - 1. карта, отражающая распределение какого-либо явления посредством диаграмм: линейных, или столбчатых картограмм (bar chart), площадных картограмм (area chart) или объемных картограмм (3D bar chart), локализованных по единицам территориального деления, обычно – по административным; - 1. один из способов картографического изображения, используемый для показа абсолютных статистических данных.

Картометрия (cartometry) – измерения по картам. Различают измерения следующих картометрических показателей (сartometric indices, сartometric parametrs): длин и расстояний, площадей, объемов, углов и угловых величин. К. тесно связана с морфометрией (morphometry), суть которой составляет вычисление морфометрических показателей (morphometric indices, morpometric parametrs), т.е. показателей формы и структуры явлений (напр., извилистости, расчленения, плотности и мн. др.) на основе картометрических определений. Измерения и исчисления по тематическим картам иногда выделяют в особый раздел – тематическую картометрию и морфометрию (thematic cartometry and morphometry).

Картосхема (schematic map, sketch map) - син. карта-схема – карта с неточно выдержанными масштабом и проекцией, упрощенным и обобщенным изображением элементов содержания.

Картохранилище (map depot, map library) – специально приспособленное помещение в учреждении или библиотеке для хранения картографических фондов и материалов дистанционного зондирования.

Качество карт (map quality) – совокупность свойств, обеспечивающих способность карты удовлетворять определенным потребностям пользователей. Оценивается набором (комплексом) показателей, характеризующих отдельные свойства карты, напр., ее геометрическую точность, полноту и т.п. См. надежность карт, оценка карт и атласов.

Квадротомическое представление (quadtree, quad tree, Q-tree) - син. квадродерево, дерево квадратов, Q-дерево, 4-дерево - один из способов представления пространственных объектов в виде иерархической древовидной структуры, основанный на декомпозиции пространства на квадратные участки, или квадратные блоки, квадранты (quarters, quads), каждый из которых делится рекурсивно на 4 вложенных до достижения некоторого уровня - числа Мортона (Morton order), обеспечивающего требуемую детальность описания объектов, эквивалентную разрешению растра ; обычно используется как средство снижения времени доступа, повышения эффективности обработки и компактности хранимых данных по сравнению с растровыми представлениями, являясь, образно выражаясь, "интеллектуализированным" растром. Обычно используется схема пространственной нумерации (индексирования) элементов К.п., известная как матрица Мортона (Morton matrix), основанная на кривых Пиано (Peano curve) и числах Пиано (Peano keys). Аналогичные древовидные структуры типа трихотомических деревьев (tri tree) могут строиться также на множестве треугольных элементов модели TIN. Менее известны гексотомические деревья (hextree), основанные на разделении пространства на шестиугольники (гексагоны). Предложены и используются расширения К.п. на многомерные случаи, в том числе трехмерный случай в форме т.н. октотомического дерева, или октарного дерева (octatree).

Кодовый метод (code measurement, code method) - метод измерения дальностей в системах спутникового позиционирования. На спутнике и в приемнике позиционирования синхронно генерируют сигналы, представляющие собой коды из нулей и единиц, закономерное чередование которых воспринимается как случайный процесс. Эти сигналы называют псевдослучайными кодами, или псевдослучайным шумом, псевдослучайными последовательностями, ПСП (pseudo random code, PRN дальномерные коды. Приходящие со спутника коды запаздывают на время распространения сигнала от космического аппарата до наземной станции. Совмещая в приемнике местный и принятый коды до их совпадения, определяют это время и вычисляют дальность до спутника. Фактически, из-за несинхронности работы генераторов в приемнике и на спутнике, определяют искаженную дальность, которую называют псевдодальностью (pseudo-range). В GPS вырабатывают P и C/A- коды. В ГЛОНАСС (GLONASS) генерируют соответственно коды высокой (ВТ) и стандартной (СТ) точности.

Комплексная карта (complex map, aggregate map) – карта, показывающая совместно несколько разных взаимосвязанных явлений (или несколько свойств одного явления), но каждое в своей системе показателей.

Комплексное картографирование (complex mapping) – многостороннее, целостное картографическое отображение действительности. К.к. выполняется на системной основе, его результатом являются серии тематических карт или комплексные атласы (complex atlases), характеризующие природу, население, хозяйство и их взаимодействие. Карты, входящие в серию или атлас, отличаются согласованностью и взаимной дополняемостью, что обеспечивает удобство комплексного изучения территории.

Компоновка карты (map montage, map assembly) – размещение картографического изображения, названия карты, легенды, врезок и др. данных внутри рамок карты, на ее полях или в пределах листа.

Компьютерная карта (computer map) – карта, полученная с помощью средств автоматизированного картографирования или средств ГИС с помощью устройств графического вывода: графопостроителей, принтеров и др., на бумаге, пластике, фотопленке и иных материалах. Иногда к К. к. относят также карты, изготовленные на неспециализированных приборах, напр., на алфавитно-цифровых печатающих устройствах, т. н. ЭВМ-карты, или АЦПУ-карты (line printer map).

Координаты (сoordinates) - числа, заданием которых определяется положение точки на плоскости, поверхности или в пространстве. Прямоугольные, или декартовы координаты (grid сoordinates, rectangular сoordinates, right-angled сoordinates, Cartesian сoordinates) - прямоугольные координаты на плоскости (planimetric rectangular сoordinates, 2D сoordinates, two dimensional сoordinates) - снабженные знаками + или - расстояния х (абсцисса) и у (ордината) этой точки от двух взаимно перпендикулярных прямых Х и У, являющихся координатными осями (X-axis, Y-axis) и пересекающихся в некоторой точке - в начале К. (сoordinates origin) и прямоугольные координаты в пространстве (rectangular space coordinates, spatial coordinates, 3D сoordinates, three dimensional сoordinates) - три числа x, y и z (аппликата), определяющие положение точки относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей. Плоскости пересекаются в начале К. и по координатным осям Х, У и Z (Z-axis). Полярные координаты (polar сoordinates) - полярные координаты на плоскости (на поверхности) - два числа: полярное расстояние точки от фиксированного начала (polar distance) и полярный угол между выбранной полярной осью и направлением на точку (polar angle, polar bearing, position angle). В качестве полярной оси на плоскости часто принимают направление, параллельное оси абсцисс, а на эллипсоиде - северное направление меридиана. В первом случае полярным углом будет дирекционный угол, во втором - азимут. В пространстве в качестве полярных К. используют радиус-вектор (расстояние от начала координат до заданной точки), вертикальный угол и азимут . Сферические координаты (spherical сoordinates) - три числа: радиус-вектор, геоцентрические широта и долгота. Эллипсоидальные координаты (ellipsoidal сoordinates) - три числа: геодезические широта, долгота и высота; определяют положение точки земной поверхности относительного земного эллипсоида. Измерениями на физической поверхности определяют астрономические широты и долготы. Различия геодезических и астрономических координат обусловлены уклонениями отвесных линий, зависят от фигуры Земли, земного эллипсоида, от его расположения в теле Земли и являются особым предметом изучения геодезии. В мелкомасштабном картографировании различием геодезических и астрономических широт и долгот пренебрегают и их именуют географическими координатами (geographic(al) сoordinates) - названием, исторически сложившимся по отношению к шарообразной и однородной по строению Земле. Часто ошибочно геодезические К. называют географическими. К. с началом на земной поверхности или в околоземном пространстве называют топоцентрическими координатами (topocentric сoordinates), с началом в центре масс - геоцентрическими координатами (geocentric сoordinates), около центра масс Земли - квазигеоцентрическими координатами (quasi-geocentric сoordinates). Различают: координаты экваториальные (equatorial сoordinates) - одной из координатных плоскостей является плоскость экватора , координаты горизонтные (horizontal сoordinates) - координатной плоскостью служит плоскость горизонта. На эллипсоиде, шаре и на картах применяют криволинейные координаты (curvilinear сoordinates) - сетку меридианов и параллелей . Трансформирование координат (transformation сoordinates) - преобразования, осуществляющие сдвиг, вращение и масштабирование К. при пересчете из одной системы в другую.

Космическое картографирование (space mapping) – составление топографических и тематических карт непосредственно по данным съемок из космоса. К.к. высокоэкономичный способ картографирования, он особенно эффективен при составлении и обновлении карт слабо изученных территорий, пополнении их содержания, показе явлений, видимых лишь с больших высот (напр., глобальных разломов), картографировании динамики явлений или составлении карт на определенную дату.

Космокарты (space map) - син . космофотокарты – топографические или тематические карты, создаваемые по данным дистанционного зондировавния, основу которых составляет плановое фотоизображение или ортофотоснимок (ortophoto(graph), ortophotomap) с необходимыми дополнениями, условными знаками и надписями. Топографические К. обычно создаются в проекции и разграфке, принятых для карт данного масштабного ряда.

Ландсат (LANDSAT, Landsat) - общее наименование серии американских автоматических искусственных спутников Земли для съемки ее поверхности. Первоначальное название ERTS (Earth Resources Tehcnology Satellite). Первый спутник этой серии стартовал с территории США в июле 1972 г. Программа Л. предусматривает многозональные и периодически повторяемые долговременные съемки с помощью сканирующих устройств в природно-ресурсных, природоохранных, мониторинговых и картографических целях с передачей данных по радиоканалам. Коммерческим использованием данных съемок с 1984 г. занимается американская компания EOSAT . Основные характеристики ИСЗ серии Л., различающихся моделями бортовых сканирующих устройств MSS и TM: LANDSAT MSS - съемка в 4 зонах спектра (зеленая: 500-600 нм; красная: 600-700 нм и две ближних инфракрасных (ИК): 700-800 нм, 800-1100 нм. Пространственное разрешение около 80 м, радиометрическое разрешение - 6 бит (64 градации яркости в каждой зоне); LANDSAT TM - съемка в 7 зонах (синяя: 450-520 нм, зеленая: 520-600 нм, красная: 630-690 нм, ближняя ИК: 760-900 нм, средняя ИК: 1550-1740 нм, дальняя-тепловая, ИК: 10400-12500 нм, средняя ИК 2080-2350 нм). Во всех диапазонах, кроме дальней ИК, пространственное разрешение 30 м (дальняя ИК - 120 м). Радиометрическое разрешение 8 бит (256 градаций в каждой зоне). Площадь, охватываемая полным кадром LANDSAT (как T M, так и MSS) - 185х170 км (31450 кв. км) .

Легенда карты (legend, map legend, sheet memoir) – свод условных обозначений, использованных на карте, с текстовыми пояснениями к ним. Обычно, Л.к. создаются на основе классификаций изображаемых объектов и явлений, они становятся их графической моделью и часто служат для построения классификаторов. Большие и сложные Л.к. делятся на разделы и подразделы, причем графические средства и надписи подчеркивают их иерархическую соподчиненность.

Линия (line, line feature, linear feature) -1. син. линейный объект - одномерный объект, один из четырех основных типов пространственных объектов (наряду с точками, полигонами и поверхностями), образованный последовательностью не менее 2-х точек с известными плановыми координатами (линейных сегментов или дуг ); совокупность Л. образует линейный слой; 2. обобщенное наименование линейных графических и пространственных объектов и примитивов: линии в указанном выше смысле, сегментов и дуг, границ полигона (полное множество терминов, соответствующих линейным элементам векторно-топологического представления пространственных объектов с учетом геометрической и топологической составляющих этих объектов, закреплено, к примеру, в стандарте SDTS: line - одномерный объект; line segment - одномерный объект, представляющий собой прямую между двумя точками; link - одномерный объект, непосредственно соединяющей два узла (иначе - edge); directed link - "линк" со специфицированным направлением; string - последовательность линейных сегментов; chain - направленная последовательность непересекающихся линейных сегментов с узлами на их концах; факультативно могут быть указаны левый и правый идентификатор; arc - геометрическое место точек, образующих кривую, описанную некоторой математической функцией; ring - замкнутая последовательность непересекающихся chains, strings или arcs, образующая замкнутую границу, но без включения ее внутренней области (иначе - граница полигона).

Локсодромия (loxodrome, rhumb line) - линия, пересекающая все меридианы под одним и тем же азимутом. На морских навигационных картах Л. изображается прямой

Масштаб(scale, horizontal scale) – отношение длины бесконечно малого отрезка на геоизображении к длине соответствующего бесконечно малого отрезка на поверхности эллипсоида или шара. Масштаб карты (map scale) может указываться в З формах: численный масштаб (representative fraction, natural scale) – дробь, с числителем равным единице, и знаменателем, равным степени уменьшения (scale factor) длин на карте; именованный масштаб (explanatory scale) – надпись, указывающая длину линии на местности, которая соответствует 1 см на карте; графический, или линейный масштаб (graphic scale, linear scale, bar scale, scale bar) – шкала с делениями (обычно, 1 или 2 см), для которых подписаны соответствующие длины на местности (в м. или км.). На мелкомасштабных картах возникают искажения М. длин за счет картографических проекций, при этом различают главный и частные М. На планах, листах топографических карт, крупномасштабных картах и картах небольших территорий (протяженностью до 1000 км) различия М. практически не ощущаются. Различают также съемочный масштаб (scale of survey), в котором, производится съемка, масштаб составления (compilation scale), в котором выполняется составление карты и масштаб издания (reproduction scale), в котором карта издается, часто более мелкий, чем М. составления.

Математико-картографическое моделирование(mathematical and cartographical modelling) – построение и анализ математических моделей по данным, снятым с карты (карт), создание новых производных карт на основе математических моделей. Для М.-к. м. характерно системное сочетание математических и картографических моделей, при котором образуются цепочки и циклы: карта – математическая модель – новая карта – новая математическая модель и т.д.

Математическая картография (mathematical cartography) – раздел картографии, в котором изучается математическая основа карт. Основу М.к. составляет теория картографических проекций, т. е. учение о об их свойствах, методах изыскания и трансформирования, распределении искажений в них.

Математическая основа карт (mathematic(al) base) – система математических элементов карты, определяющих размещение на ней изображаемых объектов и геометрические свойства картографического изображения. М.о.к. включает геодезическую основу, картографические проекции и масштаб карты. Иногда к М.о.к. относят также и компоновку карты 

Международная карта(international map) – карта, создаваемая на основе международного сотрудничества. М.к. обобщают данные, накопленные в разных странах, сводят их в единую систему, позволяют унифицировать принципы картографирования в масштабе крупных регионов или всего земного шара.

Меридиан (meridian) - линия земной поверхности, все точки которой имеют одну и ту же долготу. М . указывает направление юг-север. Различают: астрономический меридиан (astronomic(al) meridian) - образуется сечением земной поверхности плоскостью, проходящей через отвесную линию в данной точке и параллельно оси вращения Земли; геодезический меридиан (g eodetic meridian) - определяется плоскостью, проходящей через нормаль к поверхности земного эллипсоида в данной точке и его малую ось; геоцентрический меридиан (geocentric meridian) - определяется плоскостью, проходящей через данную точку и ось вращения Земли; начальный меридиан (prime meridian, principal meridian, zero meridian) - М. Гринвича, являющийся началом отсчета долгот ; осевой меридиан (central meridian, reference meridian) - М., принятый за ось системы координат на плоскости (поверхности). Сетку М. и параллелей на земном эллипсоиде, шаре и глобусе называют географической сеткой (geographic(al) graticule), а ее изображение на карте - картографической сеткой (map graticule).

Метаданные(metadata) - данные о данных: каталоги, справочники, реестры, инвентории, базы матаданных (metadata base) и иные формы описания (метасопровождения) наборов цифровых и аналоговых данных, содержащие сведения об их составе, содержании, статусе (актуальности и обновляемости), происхождении (способах и условиях получения), местонахождении, качестве (полноте, непротиворечивости, достоверности), форматах и формах представления, условиях доступа, приобретения и использования, авторских, имущественных и смежных с ними правах на данные и об их иных датометрических характеристиках. Сверх того, пространственные М. (spatial metadata, geospatial metadata) могут атрибутироваться дополнительными обязательными или факультативными характеристиками, включая способы цифрования картографических источников, системы координат, пространственную точность представления, разрешение и уровень генерализации , масштаб , картографические проекции, легенды карт и иные специфические особенности представления, обработки и воспроизведения пространственных данных. Базы М., в том числе в составе картографических баз данных и ГИС, могут служить средством инвентаризации информационных ресурсов, в том числе региональных и национальных, входить составной частью в существующие информационные системы и базы данных, составляя одну из целей их администрирования, использоваться при поиске и оценке источников пространственных данных.

Метакартография(metacartography) - 1. изучение общих пространственных свойств карт, фотографий, предкарт, рисунков, диаграмм и др. (термин предложен Т.Хагерстрандом); - 1. одно из направлений в теории картографии, основу которого составляет философская трактовка предмета, метода, языка картографии как науки об отражении конкретного пространства объектов и явлений (по А.Ф.Асланикашвили).

Метка (label) - 1. дескриптивная информация, присвоенная пространственному объекту слоя и хранящаяся в базе данных в качестве его атрибута (в отличие от аннотации, относящейся к графическому объекту и не связанной с атрибутивной базой данных); - 2. внутренняя точка полигона (label point), служащая для его связи с атрибутами базы данных через идентификатор; - 3. в языках программирования: языковая конструкция, устанавливающая имя оператору и включающая идентификатор.

Метод наименьших квадратов (least-squares method) - метод вычисления искомых параметров и поправок в искаженные случайными погрешностями измерения, при котором минимизируется взвешенная сумма квадратов этих поправок ( WSSR ). Для неравноточных измерений должны быть определены веса, учитывающие точность измерений. Для равноточных веса принимают равными 1. Обязательным условием М.н.к. является наличие избыточных измерений.

Модель "спагетти" (spaghetti model) - син. векторное нетопологическое представление - разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов с описанием их геометрии (но не топологии) в виде неупорядоченного набора дуг или совокупности сегментов .

Надежность исследований по картам (reliability of map investigations) – комплексное качество результата исследований по картам, характеризующее его точность, достоверность, полноту, репрезентативность. Н.и.п.к. целиком зависит от надежности картографического метода исследования (reliability of cartographic method of research), т. е. его способности обеспечивать верное решение поставленных задач. Различают 4 вида Н.и.п.к. (по Б.Б.Серапинасу): организационная надежность (organizational reliability), зависящая от самой организации исследования; информационная надежность (informational reliability), определяемая составом, качеством и количеством информации, используемой для решения поставленной задачи; коммуникационная надежность (communicative reliability), характеризуемая правильностью передачи информации при восприятии карты; техническая надежность (technical reliability), зависящая от технических средств анализа карты.

Надежность карты (map reliability) – комплексное свойство карты, характеризующее ее способность отвечать поставленным задачам. Н.к. зависит от полноты, достоверности, современности, точности, принятых способов картографического изображения, качества оформления карты и ряда др. факторов. Н.к. реализуется только в системе "человек – карта" и носит вероятностно-статистический, прогнозный характер.

Надписи на карте (lettering, inscriptions) - все названия, термины, пояснения, буквенные и цифровые обозначения, помещаемые на карте. Различают 3 вида Н. н. к.: топонимы (toponyms), т.е. наименования географических объектов, включая гидронимы, оронимы, этнонимы, зоонимы и др.; термины (terms) – Н. н. к., обозначающие географические, геологические, океанологические, социально-экономические и др. понятия; и пояснительные надписи (explanatoty inscriptions), т.е. разного рода качественные, количественные, хронологические, геодезические и иные Н. н. к. Различие гарнитур шрифтов и кеглей Н. н. к. позволяет в ряде случаев использовать их как условные обозначения.Средства автоматизации позволяют решить задачу оптимального автоматизированного размещения надписей (automated name placement) применительно к аннотированию точечных объектов. Тем самым обеспечивается возможность интерактивного редактирования Н. н. к. для устранения их перекрытий и графических конфликтов с др. элементами картографического изображения.

Номенклатура карт (sheet numbering system, map numbering) – cистема обозначения листов в многолистных сериях карт. Для топографических и обзорно-топографических карт установлена единая государственная система Н. к., для тематических карт – она может совпадать с топографической или быть произвольной.

Обновление карты (map revision) – приведение карты в соответствие с современным состоянием картографируемого объекта, посредством исправления, дополнения новыми данными, коррекции и т.п. О.к. выполняется по результатам новых наблюдений, материалам аэрокосмической съемки, переписям и др. Для государственных топографических карт выполняется периодическое обновление (cyclic revision) через установленные промежутки времени. Непрерывный процесс обновления морских навигационных карт носит название корректуры карты (сhart correction).

Обработка снимков (image processing) - процесс выполнения операций над снимками, включающий их коррекцию, преобразование и улучшение, дешифрирование, визуализацию. Различают ручную, инструментальную и автоматизированную О.с. (automated image processing, digital image processing), выполняемую с помощью компьютерных технологий. Наиболее разнообразны операции автоматизированной О.с. Геометрическая коррекция (geometric correction, geometric rectification, image registration) - геометрическое трансформирование, проективное преобразование снимков, перевод их в заданную картографическую проекцию и географическая привязка к системам координат. Орторектификация, или ортотрансформирование (orthorectification, orthotransformation, orthofototransformation) - устранение на изображении геометрических искажений, вызванных рельефом. На радиолокационных снимках искажения, обусловленные рельефом, проявляются в изменении длин склонов в зависимости от угла визирования, что приводит к трудноустранимым эффектам перспективного сокращения - "дорожки" (layover) и радиотеней. Радиометрическая, или спектральная коррекция (radiometric correction, spectral correction) - исправление яркости изображения для обеспечения радиометрической сопоставимости данных многозональных и многовременных съемок. Улучшение изображения, или улучшение качества изображения (image enhancements) - процедура, имеющая целью повысить дешифрируемость снимка (например, усиление контрастов), подготовить его к использованию в качестве растровой подложки в ГИС. Часто компьютерная О.с. производится на подготовительном этапе путем определения отношений интенсивности различных спектральных каналов при делении значений измеренной яркости в двух каналах пиксел за пикселом (метод отношений). Синтезирование изображения (image composition) - совмещение, комбинирование изображений, полученных в нескольких каналах многозональной съемки, включая создание ложноцветных снимков (false colour composites). Фильтрация (filtering) - операция, которая приводит к изменению каждого пиксела изображения в зависимости от значений соседних пикселов в "скользящем окне" (kernel) заданного размера (часто, 3 на 3 пиксела), что позволяет усилить воспроизведение тех или иных объектов, подавить нежелательное вуалирование, устранить другие случайные помехи (шум). В качестве средства фильтрации используют различные сглаживающие преобразования (smoothing), осредняющие фильтры (median filters, average filters), контрастные фильтры (gradient filters, sharpening filters, Sobel filters), специализированные пользовательские фильтры (specialized filters, customized filters) и частотные фильтры, например, быстрые преобразования Фурье, БПФ (fast Fourier transforms, FFT). Выявление изменений (change detection) - выявление по разновременным снимкам изменений яркости и месторасположения объектов дешифрирования, например, при мониторинге загрязнений окружающей среды. Служебные операции О.с. включают также сшивку нескольких соседних снимков в один, вырезание, или отсечение, клиппирование (clipping) ненужной части снимка, прямое редактирование значений пикселов (raster editing), слияние изображений с различным пространственным разрешением и др.

Окно (window) - прямоугольная область на экране дисплея, которая визуализирует программное приложение или документ; часть экрана, с которой программа или пользователь работает, как с отдельным экраном; один из основных, ключевой элемент графического интерфейса пользователя. По функциям различают О. приложения (application window), то есть основное О. или О. основной программы; окна, полностью лежащие внутри области основного О., включая О. документа (document window), дочернее О. (child window) и MDI-О. (multiple document interface window); О. помощи (help window); О. диалога, или диалоговое О., диалоговоый бокс (dialog box). В одно и то же время может быть активным только одно, активное О. (active window), выбранное пользователем. Допускается разделение видеоэкрана на несколько О. (windowing), открытие О. (open window), закрытие О. (close window), и перемещение, или буксировка О. (window dragging), свертка О. в пиктограмму (minimized window), увеличение О. на весь экран (maximized window).

Оригинал карты (original map, basic design) – первичный экземпляр карты, полностью включающий ее содержание и составленный в установленных картографических знаках с заданной генерализацией и точностью. На разных этапах составления карт и издания карт используют различные О.к. : авторский оригинал карты (compilation manuscript) – рукописная карта, выполненная автором в принятой легенде, в масштабе издания (или близком к нему), с требуемой полнотой и детальностью; составительский оригинал карты (original plot, drawing original, compilation map, compilation sheet, base sheet) – точная и полная по содержанию карта, вычерченная согласно положениям редакционных документов в принятой легенде с выдержанным рисунком и размерами, точным размещением надписей, но без тщательной графической отделки; издательский оригинал карты (fair draught, fair drafting, fair drawing, final compilation) – чистовая копия составительского О. к., отличающаяся высоким графическим качеством, удовлетворяющим требованиям полиграфического воспроизведения. При подготовке карт к изданию или цифрованию изготовляют цветоделенные оригиналы карты (colour plate, color-separated copy, map separates, separation plate, individual image), с изображением элементов, показываемых одной краской; штриховой оригинал карты (detail plate, line original), содержащий лишь штриховые элементы; полутоновой оригинал карты (screen plate), содержащий только полутоновое (растровое изображение) с плавными переходами от ярких насыщенных тонов к слабым; оригинал надписей (names overlay, names plate). Иногда для цифрования отдельно готовят оригинал географической основы (topograpic base plate). Обычно О. к. изготавливают на недеформирующемся материале: картографическом пластике, бумаге, наклеенной на алюминиевый лист, т.е. О. к. на жесткой основе (metal-mounted board).

Ортодромия (orthodrome, orthodromic line) - название геодезической линии на сфере в картографии и в навигации; линия кратчайшего расстояния между двумя точками на поверхности земного шара, наименьший из отрезков дуги большого круга, проходящий через эти точки.

Оснащение карты (еquipment of map) – графические элементы и пояснения, помещаемые на карте для облегчения пользования ею. К О. к. относятся: координатные сетки; легенда карты; численный, графический и именованный масштабы карты; а также шкала заложений (slope diagram) – график, используемый для определения углов наклона склонов по горизонталям на топографических картах; схема магнитного склонения (magnetic declination diagram) и схема сближения меридианов (declination diagram); схемы расположения соседних листов карты (index adjoining sheets); различные шкалы и т.п. элементы. К О. к. относят также заголовок карты (map title), выходные данные (imprint), включающие сведения об издателе, дате и месте издания, тираже карты, и др. текстовые пояснения, помещенные за рамкой карты. Иногда все элементы О. к., находящиеся на полях карты, рассматривают как зарамочное оформление карты (marginal information, marginal representation).

Отмывка (shading, hill shading) – пластическое полутоновое изображение рельефа путем наложения теней, обычно, темно-серого, серо-синего, коричневого тонов. Чаще всего, применяют отмывку при боковом освещении (oblique shading), полагая, что источник света находится в левом верхнем углу карты (северо-западное освещение), либо при отвесном освещении (vertical shading), когда свет падает сверху, либо отмывку при комбинированном освещении (combined shading), когда местность как бы освещена с разных сторон. Автоматическая отмывка (analytical shading, digital shading) выполняется на основе цифровых моделей рельефа в виде растрового полутонового изображения.

Оформление карт (map design, overal design of map) – раздел картографии, предмет которого составляют способы графического представления карт, включая разработку условных обозначений и общее цветовое, штриховое, полутновое и шрифтовое оформление. Как научная дисциплина, О. к. тесно связано с картографическим дизайном и картографической семиотикой, цвтеоведением, художественной графикой, писхологией восприятия, технической эстетикой; - 2. (map design, map appearance, map delineation) – cовокупность примененных на карте изобразительных средств, определяющих ее информационные, художественные, эстетические качества.

Оценка карты и (или) атласа (map and/or atlas evaluation, map and/or atlas estimation) – заключение о качестве, надежности, пригодности картографического произведения для конкретного использования, сделанный на основе его изучения (анализа). О. к. и а. включает оценку всех элементов: правильности выбора картографической проекции, масштаба карты, компоновки карты, способов картографического изображения, качества оформления карт и др. Общая оценка складывается на основе изучения полноты содержания картографического произведения, степени его нагрузки графическими элементами, геометрической точности, достоверности и современности, а также анализа читаемости, общего эстетического впечатления и др. См. также надежность.

Пакетная обработка (batch processing) - син. пакетный режим - обработка данных или выполнение заранее подготовленных заданий без участия пользователя (в отличие от интерактивной обработки). Цель системы П.о. - максимальная загрузка центрального процессора (CPU). Классический пример системы OS MVT системы S/360 фирмы IBM. Задания вводились с различных устройств ввода и помещались в одну из очередей - в соответствии с классом и приоритетом, присвоенными им администратором системы. Извлеченному из очереди заданию планировались ресурсы компьютера; приоритет в выполнении также заранее присваивался администратором, но мог быть изменен оператором системы. Процессорное время выделялось задачам в соответствии с приоритетом. В более поздних версиях ОС оператору помогала в управлении потоком заданий экспертная система.

Палетка (measuring grid) – сетка параллельных или радиальных линий, квадратов, шестиугльников и др. геометрических ячеек, нанесенная на прозрачный материал и используемая для картометрических измерений по картам и планам. Существуют различные П. для определения длин прямых и извилистых линий, площадей, объемов, азимутов, уклонов и т. п.

Параллель (parallel) - линия земной поверхности, все точки которой имеют одну и туже широту. В зависимости от широты П. бывают астрономическими (astronomic(al) parallel), геодезическими (geodetic parallel), геоцентрическими (geocentric parallel). П. обозначает направление запад-восток. На земном эллипсоиде П. образуется сечением его поверхности плоскостью, перпендикулярной его оси вращения. Сетку меридианови П. на земном эллипсоиде, шаре и глобусе называют географической сеткой (geographic(al) graticule), а ее изображение на карте - картографической сеткой (map graticule).

Перекрытие (overlap, lap) - доля площади снимка, перекрываемая смежным снимком. Различают продольное П. (forward lap, end lap) - для снимков одного маршрута или виткa, и поперечное П. (lateral lap, side lap) - для снимков соседних маршрутов или витков. Для обеспечения стереоэффекта и стереообработки пары снимков - стереопары (stereopair) в одном маршруте продольное п. обычно задается равным 60%.

Пиксел (pixel, pel) - син. пэл, пиксель - сокращение от англ. "picture element" ("элемент изображения") - элемент изображения, наименьшая из его составляющих, получаемая в результате дискретизации изображения (разбиения на далее неделимые элементы - дикреты, ячейки или точки растра); характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения. Для представления тел или многослойных комбинаций изображений (цифровых трехмерных изображений) используется его трехмерный аналог - "кубическая" ячейка воксел (voxel, от англ. "volume element" или "volume pixel", OBEL). Маргинальный П., образованный смешением нескольких смежных с ним (соседних) П. с отличными от него значениями классов, а также П., не поддающийся отнесению ни к одному из классов заданного их набора, в технологии цифровой обработки изображений получил название миксел (mixel, от англ. "mixed element").

Пиктограмма (icon) - син. значок, "иконка", "икона", маркер - небольшое растровое изображение на видеоэкране для идентификации некоторого объекта (файла, программы и т.п.), выбор и активизация которого вызывает некоторое действие; один из элементов графического интерфейса пользователя. Может использоваться как условный знак и элемент картографического изображения и легенды карты при реализации способа значков (см. способы картографического изображения).

План (plan, plot, draft, plat, planimetry) – крупномасштабное (обычно в масштабе 1 : 500 – 1 : 2 000) знаковое изображение небольшого участка Земли или др. небесного тела, построенное без учета их кривизны и сохраняющее постоянный масштаб в любой точке и по всем направлениям. По содержанию и назначению различают топографический план (plane, topographic(al) plane), морскoй план (harbour chart, port plan), создаваемый для портов и гаваней, план города (city plan, town plan), кадастровый план (cadastral plan, plate) и т. п.

Планиметр (planimeter) – механическое или электронное устройство для измерения площадей объектов по планам и картам. Наиболее распространены механические П., основанные на обводе контура измеряемого участка. Электронный планиметр (electronic planimeter) - тип П. с расширенными, в отличие от механического, функциональными возможностями; Э.п. относятся к типу роликовых планиметров (roller planimeter) в отличие от механических полярных, снабжены клавиатурой и жидкокристаллическим дисплеем, имеют функции программируемого калькулятора, средства задания системы координат, могут иметь средства связи с компьютером, в том числе через съемную плату PCMCIA, комплектоваться мини-принтером, выполнять функции цифрователя.

Поверхность (surface, relief) -син. рельеф - 3-мерный объект (three-dimensional feature, 3-dimensional feature, 3-D, feature, volumetric feature), один из четырех основных типов пространственных объектов (наряду с точками, линиями и полигонами как плоскими, или планиметрическими объектами (planimetric feature)), определяемый не только плановыми координатами, но и аппликатой Z (Z-value), т.е. тройкой, триплетом (triplet) координат; оболочка тела (см. цифровая модель рельефа).

Позиционирование (positioning, GPS measurement, GPS surveying) - измерения с помощью систем спутникового позиционирования с целью определения координат местонахождения объекта в трехмерном земном пространстве. В GPS и ГЛОНАСС (GLONASS) измеряют кодовым или фазовым методами псевдодальности от приемника позиционирования до 4 или большего числа спутников. Существует ряд способов П. Автономное позиционирование (autonomous positioning) - способ определения абсолютных (полных) координат местонахождения пространственной линейной засечкой по измерениям кодовым методом псевдодальностей только с определяемого пункта. Способ чувствителен ко всем источникам погрешностей. На точность влияют нестабильность частот, сдвиги шкал времени и др. аппаратурные погрешности на спутниках и в приемниках позиционирования, погрешности в координатах спутников, внешняя среда - ионосфера, тропосфера, многолучевость. Ионосферные погрешности (ionospheric errors) определяются концентрацией электронов, зависят от угла возвышения спутника, географического местонахождения, времени суток, года, активности Солнца, в средних широтах меняются от единиц до десятков метров; их исключают измерениями на двух частотах L1 и L2. В тропосфере, где скорость распространения радиоволн зависит только от метеоусловий, искажения учитывают по моделям стандартной атмосферы. При высотах спутников над горизонтом менее 10о наблюдений не производят, т.к. тропосферные задержки (tropospheric errors) превышают 10 м. К антенне приходят радиолучи непосредственно от спутника, а также отраженные от земной поверхности, зданий, других объектов, возникшие из-за дифракции, и дополнительно искажают дальности; это явление называют многолучевостью, или многопутностью (multipath). К понижению точности ведут режимы SA и AS. Точность координат зависит от геометрического фактора засечки (см. - GDOP, HDOP, HTDOP, PDOP, VDOP, TDOP). Точность определения координат около 10 - 100 м. Дифференциальное позиционирование (differential positioning, DGPS, DGLONASS) - псевдодальности измеряют кодовым методом одновременно с двух пунктов: базовой станции, или референц-станции (base station, reference station, DIRES), расположенной на пункте с известными координатами, и подвижной станции (rover station), стоящей над новой точкой; на базовой станции измеренные расстояния сравнивают с вычисленными по координатам и определяют их разности - дифференциальные поправки (differential corrections), которые передают на подвижную станцию в реальном времени или учитывают в ходе вычислений координат после измерений (постобработки - postprocessing). Точность координат около 1-5 м, при аппаратуре повышенной точности и специальном программном обеспечении - около 1-3 дм. Статическое позиционирование, или статика (statics) - способ относительных (relative, baselines) измерений, когда фазовым методом по продолжительным (около часа и дольше) наблюдениям определяют приращения координат между базовой и подвижной станциями, иначе - вектор между этими станциями. Чтобы ослабить влияния погрешностей, в ходе обработки из результатов фазовых измерений формируют разности: первые (простые) разности (single-difference, SD) - из измерений с базовой и с определяемой станций на один и тот же спутник, вторые (сдвоенные) разности (double-difference, DD) - из первых разностей измерений на разные спутники и третьи (строенные) разности (triple-difference, TD) - из вторых разностей разных эпох наблюдений. Вторые и третьи разности практически свободны от большинства погрешностей. Обработкой их по методу наименьших квадратов вычисляют вектор между станциями, а затем координаты подвижной станции. Комбинируя частоты L1 и L2, образуют волны: ионосферно-свободную (ionosphere-free), длина 5,4 см, из строгого соотношения этих частот; разностную (wide-lane), длина 86,2 см, из разности указанных частот; суммарную (narrow-lane), длина 10,7 см, из суммы частот. Измерения обрабатывают на всех волнах и отбирают оптимальный результат. Ускоренная статика (fast statics) - разновидность статики, в которой для разрешения неоднозначности применяют стратегии поиска, не требующие продолжительных наблюдений, продолжительность же измерений согласована с числом наблюдаемых спутников и уменьшается при его увеличении; способ хуже защищен от многолучевости. Псевдостатика (pseudostatics) - разновидность статики, когда непрерывность измерений сохраняется только на базовой станции; на подвижной станции измерения выполняют лишь в начале и в конце часового интервала. Точность положения в плане около (5-10) мм + (1-2) ppm от длины вектора; точность положения по высоте 2-3 раза ниже. Способы кинематики (kinematics) - разновидности относительных измерений, выполняемых обычно фазовым методом, позволяющие измерять вектор между базовой и подвижной станциями за короткое время. Предварительно определяют координаты базового и подвижного приемников статическим П., другими способами, или приемники позиционирования устанавливают на пунктах, координаты которых известны с точностью до нескольких см. На известном векторе выполняют измерения до 4 или большего числа спутников и образуют однозначные вторые фазовые разности. После этого, не прерывая измерений, приемник перемещают на следующий - определяемый пункт. Важно, чтобы измерения велись непрерывно по одним и тем же спутникам. По известным координатам базовой станции и непрерывным измерениям сначала вычисляют вектор до новой станции, а затем и ее координаты. Далее приемник перемещают на следующий пункт. Различают разновидности кинематики: непрерывная кинематика (continuous kinematics) - способ П., при котором не останавливаясь перемещаются с приемником по контуру и через заданные интервалы времени фиксируют его координаты, обработка после измерений; способ "стой и иди" ("stop and go") - способ П., предусматривающий возможность остановиться на точке, выполнить более длительные измерения, а затем продолжить движение, обработка после измерений; кинематика реального времени (real time kinematics, RTK) - способ П., когда при помощи дополнительного цифрового канала данные с базового приемника передают на подвижный и обработка ведется в ходе измерений. Точность кинематики 2-3 раза ниже точности статики.

Полигон (polygon, area, area feature, region, face) - син. многоугольник (в вычислительной геометрии и компьютерной графике), полигональный объект, контур, контурный объект, область - 2-мерный (площадной) объект, один из четырех основных типов пространственных объектов (наряду с точками, линиями и поверхностями), внутренняя область, образованная замкнутой последовательностью дуг в векторно-топологических представлениях или сегментов в модели "спагетти" и идентифицируемая внутренней точкой (меткой) и ассоциированными с нею значениями атрибутов; различают простой П. (simple polygon), не содержащий внутренних П. (inner polygon), и составной П. (complex polygon), содержащий внутренние П., называемые также "островами" (island) и анклавами (hole). Совокупность П. образует полигональный слой, который обязательно включает особо идентифицируемый П., внешний по отношению ко всем другим П. слоя, называемый, к примеру универсальным П. (universe face) в стандарте VPF, или внешней областью (outside) за границей представляемой территории (перечисленные в заголовке статьи англоязычные эквиваленты в конкретных системах, форматах и стандартах могут иметь различные толкования, не являясь синонимами; к примеру, стандарт VPF различает контурные объекты (area feature), описывающие регион (region), и "фасеты" (face) - внутренние области, ограниченные одной или несколькими дугами; последний тип объекта связан топологическими отношениями с соседями и ограничивающими дугами; подобная ситуация с полигональными и иными пространственными объектами характерна для стандарта SDTS - прим. автора - А.К.).

Представление пространственных данных (spatial data representation, (geo)spatial data model) - син. модель пространственных данных - способ цифрового описания пространственных объектов, тип структуры пространственных данных; наиболее универсальные и употребительные из них: векторное представление (векторно-топологическое представление и векторно-нетопологическое или модель "спагетти"), растровое представление, регулярно-ячеистое представление и квадродерево (квадротомическое представление). К менее распространенным или применяемым для представления пространственных объектов определенного типа относятся также гиперграфовая модель, модель типа TIN и ее многомерные расширения. Известны гибридые П.п.д. Машинные реализации П.п.д называют форматами пространственных данных. Существуют способы и технологии перехода от одних П.п.д. к другим (к примеру, растрово-векторное преобразование, векторно-растровое преобразование).

Преобразование карт (map transformation) – операция, в результате которой одно изображение или исходная карта (primary map) превращается в другое, в производную карту (derivative map). Цель П. к. – приведение картографического изображения в вид, более пригодный для изучения какого-либо конкретного объекта или явления с применением картографического метода исследования, математико-картографического моделирования, геоинформационных технологий. П. к. выполняется с помощью операторов преобразования (transformation operator, transformation statement) – специальных логических, графических, графоаналитических или математических процедур.

Приборы геодезические (geodetic instrument) - устройства, предназначеные для использования в геодезии: теодолит (theodolite) - для измерения горизонтальных и вертикальных углов; дальномер (distancemeter) - для измерения расстояний; нивелир (level) - для определения превышений горизонтальной линией визирования; тахеометр (tacheometer) - для измерения горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и превышений; др. Современные теодолиты, нивелиры, светодальномеры, тахеометры и др, П.г. автоматизированы, снабжены вычислительными устройствами, накопителями данных, сменными картами памяти.

Приборы для дистанционных съемок , син. камеры (camera, aerial camera), датчики, сенсоры (sensor) - приборы для регистрации собственного и (или) отраженного от объекта электромагнитного излучения с последующим преобразованием сигналов в аналоговую или цифровую форму. Различают фотокамеры, радары (радиолокаторы бокового обзора), сканирующие устройства (сканеры), в том числе и многоспектральные сканеры (МСС), тепловизоры и т.п.

Приемники позиционирования (GPS receivers, GLONASS receivers, GPS /GLONASS receivers) - электронные устройства, принимающие сигналы спутников с целью позиционирования. П.п. различают, от какого спутника принимается сигнал, разделяют эти сигналы, ведут слежение за ними, измеряют, переводят результаты в цифровую форму, предварительно их обрабатывают, хранят и пр. П.п. бывают последовательного слежения (1 - 2 канала) и многоканальные (multi-channel) параллельного слежения (6 - 12 и более каналов); применяющие кодовый метод измерений, одночастотные L1 и двухчастотные L1 и L2, измеряющие кодовым и фазовым методами, бескодовые, измеряющие разности фаз удвоенных частот L1, L2; миниатюрные, ручные, малогабаритные; рассчитанные на прием сигналов GPS, ГЛОНАСС (GLONASS) или обеих систем. По точности и стоимости выделяют: самые простые и дешевые, кодовые, большей частью одноканальные, с генераторами невысокого качества, низкой точности (сотня и более метров), способные определять лишь координаты дискретных точек; ручные, средней стоимости, кодовые, сравнительно малой точности (единицы и десятки метров), имеющие небольшой накопитель данных, допускающие запись атрибутов объектов; повышенной стоимости, многоканальные, кодовые, имеющие антенну и генератор высокого качества, приспособленные для измерений в дифференциальном режиме, обеспечивающие дециметрово-метровую точность; дорогие, многоканальные, кодово-фазовые одночастотные или двухчастотные, требующие сложного программного обеспечения, высокоточные, позволяющие измерять с точностями от нескольких миллиметров.

Приемы анализа карт (map techniques) – совокупность научно-технических средств, методов и методик получения по картам количественных и качественных характеристик, выявления зависимостей, тенденций развития изображенных на них объектов. П. а. к. – основной инструмент катографического метода исследования. Существует несколько групп П. а. к.: описания (descriptions, declarations) – способ качественной характеристики явлений, изображенных на карте; графические приемы (graphic(al) techniques) – построение по картам разного рода профилей, разрезов, графиков, диаграмм, блок-диаграмм, др. 2- и 3-мерных графических моделей; графонаналитические приемы (graphical and analytical techniques, graphical and analytical techniques methods), включающие картометрию и морфометрию, которые предназначены для измерения по картам координат, длин, углов, площадей, объемов, форм объектов и вычисления различных относительных показателей и коэффициентов, характеризующих пространственные свойства и особенности размещения объектов; приемы математико-картографического моделирования, включая приемы математической статистики, математического анализа, теории информации, теории графов и др., которые имеют целью построение и анализ математических моделей по данным, снятым с карт.

Программное обеспечение (software) - син. математическое обеспечение, программные средства - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых при эксплуатации этих программ; различают общее, в том числе системное П.о. (system software), и прикладное П.о. (application software). П.о. ГИС (GIS software) поддерживает тот или иной набор функциональных возможностей ГИС и включает специализированные программные средства: универсальные полнофункциональные ГИС, или инструментальные ГИС (GIS software tools), картографические визуализаторы (map viewer), картографические броузеры, или браузеры (map browser), средства настольного картографирования (desktop mapping), информационно-справочные системы, средства, обслуживающие отдельные этапы геоинформационных технологий и функциональные группы: конвертирование форматов, цифрование, векторизацию, создание и обработку цифровых моделей рельефа, взаимодействие с системами спутникового позиционирования и т.д. Комплект поставки П.о. ГИС может включать отдельные функциональные модули, приобретаемые и используемые в наборе, обеспечивающем решение задачи. Специализированное П.о. ГИС, разрабатываемое автономно или на основе адаптации или доработки существующих универсальных средств ГИС, предназначается для решения прикладных задач. В коплексе с П.о. ГИС используются иные типы П.о. - настольные издательские системы, пакеты статистического анализа, СУБД, САПР, электронные таблицы, средства цифровой обработки изображений и т.п. П.о. может поставляться в автономном и сетевом вариантах (версиях). Сравнительное исследование функциональных возможностей П.о. ГИС носит наименование тестирования (benchmarking).

Проектирование карт (атласов) (maps or atlases design, maps and atlases production) - 1. картогр. дисциплина, изучающая и разрабатывающая методы и технологии камерального создания карт (атласов); - 2. процесс изготовления карты или др. картографического произведения, включающий разработку программы карты (атласа) (map or atlas program(me)), т. е. документа, определяющего назначение, вид, тип, математическую основу, принципы картографической генерализации, содержание всего картографического произведения и технологию его создания, а также сами процедуры составления и редактирования карт и атласов.

Пространственные данные (spatial data, geographic(al) data, geospatial data, georeferenced data) - син. географические данные - цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. Обычно состоят из двух взаимосвязанных частей: позиционной (spatial, locational) и непозиционной (aspatial) составляющей данных, иначе описания пространственного положения (spatial location) и тематического содержания (thematic content) данных, тополого-геометрических и атрибутивных данных ("геометрии и семантики", "графики и семантики", жарг.). Полное описание П.д. складывается, таким образом, из взаимосвязанных описаний топологии, геометрии и атрибутики объектов. П.д. вместе с их семантическим окружением составляют основу информационного обеспечения ГИС (для обозначения позиционной и непозиционной части данных не рекомендуется использовать пары "графика-семантика", "графическая-атрибутивная (часть данных)", унаследованные от терминологии, принятой и допустимой в системах типа САПР - прим. авт. А.К.). Необходимость учета динамичности, изменчивости данных, их обновления требует, наряду с "пространственностью", учета временных аспектов данных (data temporality), расширяя понятие П.д. до пространственно-временных данных (spatio-temporal data, spatiotemporal data). Введение временной размерности данных (temporal dimension of data) - одно из проявлений многомерности П.д. и "многомерных", в частности, четырехмерных ГИС (4D GIS). Средством абстрактного описания тополого-геометрической части П.д. служат модели, или представления П.д. или структуры П.д. (spatial data structure). Реляционная модель представления атрибутов П.д. в базах данных, как наиболее распространенная, носит особое название геореляционной модели данных (georelational data model), объединяющей все их представления, основанные на поддержке атрибутивной части данных в СУБД реляционного типа. При вводе в машинную среду используются разнообразные источники пространственных данных. Качество П.д. (spatial data quality) определяется их точностью (безошибочностью), надежностью, достоверностью, полнотой, непротиворечивостью. На множестве П.д. определены различные операции ввода, экспорта, импорта, обмена, предобработки, обработки, анализа, вывода, визуализации и т.п., включаемых в состав функциональных возможностей ГИС.

Пространственный анализ (spatial analysis) - группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей и иных пространственных отношений пространственных объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства, анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, П.а. объектов в пределах буферных зон и др.

Пространственный объект (feature, spatial feature, geographic(al) feature, object) - цифровое представление объекта реальности (entity), иначе цифровая модель объекта местности, содержащая его местоуказание и набор свойств, характеристик, атрибутов (позиционных и непозиционных пространственных данных соответственно) или сам этот объект. Выделяют четыре основных типа П.о.: точечные (точки), линейные (линии), площадные или полигональные, контурные (полигоны) и поверхности (рельефы), 0-, 1-, 2- и трехмерные соответственно, а также тела. Точки, линии и полигоны объединяет понятие плоских, или планиметрических объектов (planimetric feature), поверхности (а также тела) относят к типу трехмерных объектов, или объемных объектов (volumetric feature). Совокупности простых П.о. (simple feature) могут объединяться в составной П.о. (complex feature). Полный набор однотипных объектов одного класса в пределах данной территории образует слой (перечисленные элементарные П.о. и/или образующие их элементы иногда называются примитивами (primitive), в том числе геометрическими примитивами (geometric primitive) и топологическими примитивами (topologic primitive) по аналогии с графическими примитивами в компьютерной (машинной) графике - прим. авт. - А.К.).

Сборный лист (key map, index sheet) – схема, показывающая всю территорию, покрываемую многолистной картой, расположение, разграфку и номенклатуру карт для отдельных листов.

Сводка (edgematching, edge matching, edgematch, edgejoin) - согласование линейных элементов (линейных объектов и границ полигонов) на двух смежных листах карты (слоя) по линии их стыка, сопровождающееся их соединением (графически, геометрически и/или топологически) и корректурой возможных рассогласований (например, удалением паразитных иглообразных полигонов (sliver polygon, slivers) и завершающееся их объединением (физически или логически) в одно целое (сшивкой соседних листов).

Сегмент (line segment, segment, chord) - 1. отрезок прямой линии, соединяющий две точки с известными координатами: промежуточные точки (vertex, pl. vertices) или узлы; - 2. элемент дуги в векторных представлениях пространственных объектов.

Сетки (на карте) (grid, map grid) – система линий на карте, служащая для определения координат объектов, их нанесения и поиска по координатам, ориентирования, прокладки направлений, маршрутов. В картографии используются разные виды С.: географическая сетка (geographica(al) grid, graticule) – сеть меридианов и параллелей на земном шаре, эллипсоиде; картографическая сетка (graticule, cartographic(al) grid) – изображение сети меридианов и параллелей на карте или плане, построенное в той или иной картографической проекции; прямоугольная сетка (grid) – сетка плоских прямоугольных координат в данной картографической проекции; километровая сетка (square grid, standard grid) – стандартная квадратная координатная сетка на топографической карте, линии которой проведены параллельно экватору и осевому меридиану через интервалы, соответствующие определенному числу километров, частный случай прямоугольной сетки; указательная сетка, или сетка-указательница (locating grid) – любая сетка на карте, предназначенная для указания местоположения и поиска объектов, изображенных на карте по указателю географических названий, или газеттиру (gazetteer).

Сеть (ЭВМ) (network, computer network) - син. вычислительная сеть, информационная сеть - сеть передачи данных, в узлах которой расположены ЭВМ. По площади, на которой размещены узлы, сети делятся на локальные (вычислительные) С., ЛВС (LAN), находящиеся в частном ведении пользователя и соединяющие компьютеры в пределах одного помещения, учреждения, здания, группы зданий; городские (вычислительные) С., а также региональные, или зональные (вычислительные) С. (MAN) с более широким, по сравнению с ЛВС, территориальным охватом, и глобальные, или территориальные (вычислительные) С., ГВС (WAN), объединяющие компьютеры, удаленные на значительные расстояния (в пределах регионов, стран, групп стран). С., построенная на базе совместимых ЭВМ, называется гомогенной; чаще С. (особенно территориальные) строятся из разнотипных ЭВМ и называются гетерогенными. Соглашения, устанавливающие процедуры и формат обмена информацией между устройствами или процессами, называются протоколами (protocol). Основой для построения С. служит принятый МОС (ISO) стандарт 7498, определяющий базовую эталонную модель (Basic Reference Model) взаимодействия открытых систем (ВОС, Open Systems Interconnection, OSI). В этой модели установлены семь уровней спецификаций. По различным причинам реально действующие сети создавались на основе других спецификаций: протоколов TCP/IP, сетевой системной архитектуры (System Network Architecture, SNA) фирмы IBM и др., однако модель МОС служит средством выявления особенностей и сопоставления различных сетевых решений. Применение ЛВС обеспечивает разделение файлов, прикладных программ, принтеров. Все компьютеры соединяются с помощью сетевых адаптеров и кабелей. Рабочие станции ЛВС предназначены для работы пользователей; файл-серверы обеспечивают разделение ресурсов. Существуют и одноранговые сети, где все компьютеры равноправны. Сетью управляет сетевая операционная система (network operating system, NOS). Для защиты данных применяется система паролей. ЛВС можно объединить в глобальную сеть (ГВС) с помощью межсетевых шлюзов (gateway), мостов (bridge) и маршрутизаторов (router). Для этого необходимы линии связи - выделенные или коммутируемые телефонные линии, спутниковые и радиоканалы. Для связи по аналоговым линиям необходимо использовать модемы. Если установленная на компьютере ОС поддерживает протоколы TCP/IP, то с него можно выйти в глобальную сеть Интернет. Программные средства ГИС могут иметь сетевые версии для обеспечения их использования в локальных С.

Синтетическая карта (synthetic map) – карта, дающее интегральное изображение объекта или явления в единых синтетических показателях. Чаще всего, С. к. отражают типологическое районирование территории по комплексу показателей (напр., ландшафтное, климатическое районирование, деление территории по условиям жизни населения и т. п.).

Синтетическое картографирование (synthetic mapping) – одно из направлений тематического картографирования, в котором разрабатываются теория и методы создания синтетических карт на основе интеграции множества частных показателей и (или) серий аналитических и комплексных карт. С. к. широко опирается на методы факторного анализа, дискриминантного анализа, выделение главных компонент, кластеризацию и др. методы математико-картографического моделирования, позволяющие получать интегральные характеристики картографируемых объектов.

Системное картографирование (system mapping) – одно из научно-технических направлений картографии, включающее системное создание и использование картографических произведений как моделей геосистем. С. к. предполагает моделирование геосистем, их компонентов, взаимосвязей, иерархии, динамики и функционирования в системе карт. Принципы С. к. находят наиболее полное выражение в комплексных научно-справочных атласах и сериях тематических карт.

Слой (layer, theme, coverage, overlay) - жарг. покрытие - совокупность однотипных (одной мерности) пространственных объектов, относящихся к одной теме (классу объектов) в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев. По типу объектов различают точечные, линейные и полигональные С., а также С. с трехмерными объектами (поверхностями). Послойное, или "слоистое" (layered), или многослойное (multi-layered) представление является наиболее распространенным способом организации пространственных данных в послойно-организованных ГИС (layer-based GIS). Для удобства хранения и обработки крупных наборов данных каждый из С. может быть разбит на фрагменты (tile) в результате операции фрагментирования (tiling), обратной сшивке. Обычно нарезка на фрагменты наследует принятую схему разграфки карт. Логическая неразрывность полученного фрагментированного слоя обеспечивается средствами, поддерживающими бесшовные базы данных (logically continuous database, seamless database).

Совместимость геоизображений (compatibility of geoimages) – взаимная непротиворечивость графических образов на разных геоизображениях, проявляющаяся в единстве изображаемого объекта, информационной взаимодополняемости, возможности совместного анализа, обработки и получения синтетических графических образов. C. г. особенно важно учитывать при совместном использовании в ГИС различных источников пространственной данных.

Согласование карт (map adjustment, map reconciliation) – увязка пространственно взаимосвязанных и генетически взаимно обусловленных элементов содержания в процессе составления и редактирования карт и атласов. Согласованию подлежат взаимосвязанные элементы географической основы, географическая основа и тематическое содержание, разные тематические карты между собой. Условиями С. к. являются единая математическая основа карт, единые принципы составления и генерализации карт, одинаковая детальность легенд карт, общие подходы к оформлению карт. Взаимная согласованность – важнейшее условие получения надежных результатов при совместном анализе карт с применением ГИС.

Составление карты (compilation, map compilation) – процесс изготовления составительского оригинала карты, включающий последовательно построение ее математической основы, нанесение содержания по источникам, генерализацию, цветовое, штриховое и шрифтовое оформление карт.

Специальная карта (special-purpose map) - син. карта специального назначения – карта, предназначенная для решения специальных задач или для определенного круга потребителей (напр., дорожная, навигационная, инженерная). В соответствии с назначением на С. к. могут быть выделены те или иные элементы или дополнительно нанесено специальное содержание.

Способ картографического изображения (manner of cartographic representation, mode of cartographic representation) – выбор и применение картографических условных обозначений в соответствии с учетом сущности картографируемого явления и характера его размещения. На тематических картах используют следующие С. к. и.: способ ареалов (method of area, method of area symbols) – выделение на карте области распространения какого-либо явления с помощью окраски, штриховки, границы, значков, надписей (напр., ареалы распространения животных, растений); способ знаков движения (method of motion symbols, method of vectors) – показ пространственных перемещений (напр., перевозки по железным дорогам, перелет птиц) с помощью стрелок (векторов), линий, полос разной формы и цвета; способ значков (method of (cartographic) symbols) – показ объектов, локализованных в пунктах, с помощью геометрических, буквенных, наглядных внемасштабных знаков разного размера, цвета, структуры, ориентировки (напр., промышленные объекты, гидроэлектростанции, населенные пункты); способ изолиний (method of isolines, isogram method, isopleth method) – изображением явлений сплошного распространения, представленных в виде плавных, непрерывных полей или поверхностей (напр., поле температур, поле силы тяжести, поверхность рельефа) с помощью семейства кривых линий, соединяющих точки с равными значениями (показателями) данного поля или поверхности; способ качественного фона (method of qualitative background) – показ качественных различий какого-либо явления сплошного распространения с помощью цветового фона (color background) или штрихового фона (hatched background) по выделенным районам, областям или др. единицам районирования (напр., районы сельскохозяйственной специализации, ландшафты, типы почвенного покрова); способ количественного фона (method of quantitative background) – показ количественных различий какого-либо явления сплошного распространения с помощью окраски или штриховки в соответствии с принятой шкалой по выделенным единицам районирования (напр., запасы гидроресурсов по речным бассейнам, содержание загрязняющих веществ в почвах); способ линейных знаков (method of line symbols) – изображение объектов, локализованных на линиях (напр., административных границ, дорог, тектонических разломов), с помощью линий разного цвета, ширины, рисунка; способ локализованных диаграмм (diagram map) – изображение явлений, имеющих сплошное или полосное распространение, с помощью графиков и диаграмм, помещенных в пунктах наблюдения (измерения) этих явлений (напр., графики изменения среднемесячных температур и осадков, локализованные по метеостанциям, диаграммы загрязнения речных вод, приуроченные к гидропостам); точечный способ (dot method, absolut method) – изображение явлений массового распространения с помощью множества точек, каждая из которых имеет определенный "вес", т.е. обозначает некоторое число единиц данного явления (напр., показ размещения животноводства с помощью точек, каждая из которых означает 1000 голов скота, или распределения обрабатываемых земель, когда каждая точка соответствует 200 га); способ картодиаграммы (diagram map) – изображение абсолютных статистических показателей по единицам административного деления, применяемое при построении картодиаграмм; способ картограмм (diagrammatic map) – изображение относительных статистических показателей по единицам административного деления, используемое при создании картограмм. Особую группу составляют С. к. и. рельефа поверхности Земли и др. планет. На современных картах чаще всего рельеф изображают гипсометрическим способом (hypsometric method) с помощью горизонталей, или изогипс (contours, isohypses, hypsographic(al) curves) – изолиний равных высот; для показа рельефа морского дна применяют изобаты (isobaths, depth contours, hydroisohypses, submarine contours, below-sea-level contours, bottom contours) – изолинии равных глубин. Для повышения наглядности промежутки между горизонталями и изобатами, т. е. высотные ступени окрашивают по определенной шкале гипсометрической окраски (hypsometric tint scale, layer box, elevation tint box). Дополнительную наглядность и пластичность изображению рельефа придают отмывка и теневая штриховка (hachures), при которой склоны оттеняются штрихами. В отдельных случаях для передачи теневой пластики на гипсометрическое изображение накладывают фоторельеф.

СПОТ (SPOT - Satellite Probatoire pour l'Observation de la Terre, Systeme pour l'Observation de la Terre, Spot), Спот - французский автоматический искусственный спутник Земли для съемки ее поверхности. Функционирует с 1986 г. Ведет цифровую съемку санирующей аппаратурой HRV, работающей в черно-белом панхроматическом диапазоне (510-730 нм) с разрешением 10 м или в трех диапазонах (510-590 нм, 610-680 нм, 790-890 нм, последний ближний ИК) с разрешеним 20 м. Уникальной характеристикой СПОТа является возможность вести съемку с отклонением от вертикали до 27 градусов в ту или иную сторону от траектории полета, обеспечивая съемку в полосе шириной до 475 км в обе стороны. Ширина полосы захвата меняется от 60 км до 80 км. Можно осуществлять стереоскопическую съемку избранного участка. Стереоскопическое перекрытие реализуется подбором ненадирных снимков с соседних витков (участок снимается с разных витков при отклонении луча зрения в разные стороны). Если при установке аппарата в надир один и тот же участок местности может быть снова снят через 26 суток, то изменение угла съемки позволяет уменьшить время повторных съемок до 4 суток для территорий вблизи экватора и до 2-3 суток - для территорий близ широты 45 градусов. Как и в других цифровых спутниковых системах, кадр СПОТа формируется "нарезкой" на фрагменты, соответствующие площади 60х60 км в натуре.

Спутниковые системы позиционирования, ССП (Global Positioning System, GPS, GPS-system, SGS) - син. спутниковые, космические, навигационные, радионавигационные, среднеорбитальные радионавигационные, геодезические, навигационно-геодезического назначения, навигационно-геодезические, глобального позиционирования системы, СНС, КНС, СРНС, ССРНС, СГС, КСНГН, СНГС, ГПС - технологические комплексы, предназначенные для позиционирования объектов. Известны С.с.п. первого поколения, основными из которых являются: NNSS (TRANSIT) - США и ЦИКАДА - СССР. К первому поколению принадлежит также международная система обнаружения терпящих бедствие COSPAS-SARSAT и некоторые другие. К второму, современному, поколению относятся системы GPS (NAVSTAR) - США и ГЛОНАСС (GLONASS) - РФ. Их разработки велись в 70-90 годах. GPS полностью развернута в 1993 г. ГЛОНАСС официально принята в эксплуатацию в сентябре 1993 г., в марте 1995 г. открыта для гражданского применения, в 1996 г. развернута полностью. Выделяют три подсистемы (сегменты): подсистема наземного контроля и управления (control-segment), сеть наземных станций которого обеспечивает спутники точными координатами (эфемеридами) и другой информацией; подсистема созвездия спутников (space-segment) - состоит из 24 космических аппаратов, оснащенных несколькими атомными цезиевыми стандартами частоты-времени и постоянно передающих на частотах L1 и L2 сигналы для измерений псевдодальностей кодывым и фазовым методами, метки времени и другие сообщения, необходимые для позиционирования. Длины несущих волн на всех спутниках GPS соответственно равны 19,0 и 24,4 см, а частоты находятся в строгом отношении 77/60. В ГЛОНАСС (GLONASS) у каждого спутника свои несущие частоты, находящиеся в соотношении 9/7, длины волн близки к 18,7 и 24,1 см; подсистема аппаратуры пользователей (user-segment) - включает приемники позиционирования с антеннами, накопителями результатов измерений, прочим оснащением и программным обеспечением обработки данных. Достоинством С.с.п. является их глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность, эффективность. Используют в геодезии, картографии, географии, землеустройстве, земельном кадастре, сельском хозяйстве, авто-, авиа-, морской навигации, в иных сферах. Выпускают приемники позиционирования, специально ориентированные на сбор данных для ГИС.

Старение карты (map agеing) – утрата соответствия с современностью (несовременность, неполнота, недостоверность) всего картографического изображения или отдельных его элементов. С. к. более всего сказывается на быстро меняющихся объектах и явлениях, таких как растительный покров, населенные пункты, дорожная сеть. Менее подвержены изменениям геологическое строение территории, ее рельеф, речная сеть. Существуют методы расчета С. к., на основе которых устанавливаются желательные сроки обновления карты в целом или по элементам.

Стереомодель (stereomodel) - пространственная модель объекта дистанционной съемки полученная по стереопаре (stereopair), то есть по двум перекрывающимся изображениям. С. служит основой для создания цифровых моделей рельефа методами фотограмметрии.

Структура картографии – строение картографии как отрасли знания, подразделение ее на составляющие дисциплины и направления. В С. к. выделяются следующие дисциплины: теория картографии, математическая картография, проектирование и составление карт, картографическая семиотика и оформление карт, издание карт, экономика картографического производства, использование карт, история картографии, картографическое источниковедение, картографическая библиография, картографическая топонимика. Отрасли картографии подразделяют также по объекту: земное (terrestrial mapping), планетное (planetary mapping) и астрономическое картографирование (astronomic(al) mapping). По масштабам выделяют крупно-, средне- и мелкомасштабное картографирование. По тематике различают общегеографическое, специальное картографирование и тематическое картографирование, включая многочисленные отрасли картографирования природы, общества и их взаимодействия. По уровню научного синтеза выделяют виды картографирования: аналитическое, комплексное, синтетическое и системное картографирование.

Сфероид (spheroid) - фигура, которую приняла бы Земля, находясь в состоянии гидростатического равновесия и под влиянием только сил взаимного тяготения ее частиц и центробежной силы ее вращения около неизменной оси.

Сцена (scene) - 1. в компьютерной графике: визуализируемое трехмерное пространство с расположенными в нем объектами; 2. в дистанционном зондировании: часть территории, попавшая в поле зрения съемочной аппаратуры и регистрируемая ею в виде аналогового или цифрового изображения.

Сшивка (mapjoin, mosaicking) - автоматическое объединение векторных цифровых записей двух отдельных смежных (листов) цифровых карт или слоев ГИС (mapjoin), а также монтаж отдельных цифровых снимков или иных цифровых изображений в растровом формате (mosaicking) в единую карту, изображение, слой; в этот процесс входит (или предшествует ему) операция сводки. Операция, обратная С., носит название фрагментирования (tiling).

Тематическая карта (thematic map)- син. отраслевая карта – карта, отражающая какой-нибудь один сюжет (тему, объект, явление, отрасль) или сочетание сюжетов. Различают Т.к. природных, общественных явлений и их взаимодействия (напр., карты геологические, этнографические, социально-экономические, экологические и т.п.). По степени обобщения изображаемых явлений выделяют аналитические, комплексные и синтетические карты.

Тематическое картографирование (thematic mapping) – комплекс мероприятий и процессов по созданию тематических карт и атласов. В качестве разделов Т. к. выделяют картографирование природы (геологическое, климатическое, почвенное, геоботаническое и др.) общества (населения, хозяйства, историческое и т.п.) и их взаимодействия (инженерно-геологическое, экологическое, природоохранное и др.). По практической специализации Т. к. может быть инвентаризационным, оценочным, прогнозным, рекомендательным, а по уровню обобщения – аналитическим, комплексным и синтетическим. Наибольшая синтетичность и разносторонность присуща системному картографированию.

Теория картографии (theory of cartography) – раздел, в котором изучаются общие проблемы, предмет и метод картографии как науки, а также язык карты, методология математико-картографического моделирования, создания и использования карт. Основные разработки по Т. к. выполняются в рамках картоведения (cartology) – общего учения о картах.

Топографическая карта (topographic map) – общегеографическая карта универсального назначения, подробно изображающая местность. Т. к. подразделяют на крупномасштабные (1 : 50 000 и крупнее), среднемасштабные (1 :1 00 000 – 1 : 500 000) и мелкомасштабные или обзорно-топографические (мельче 1 : 500 000). В каждой стране существует официально принятая государственная система картографических проекций, масштабов, разграфки и номенклатуры карт и условных знаков для Т. к. Крупномасштабные Т. к. создаются по материалам полевых топографических съемок (см. топография), а все остальные – составляются камерально по более крупномасштабным картам. В содержание Т. к. входят следующие элементы: опорные пункты, хозяйственные и культурные объекты, дороги, объекты связи, гидрография, рельеф, растительность, грунты, границы и ограждения. Т. к. обычно служат основой для составления тематических карт, цифровых моделей рельефа, цифровых моделей местности и цифровых карт-основ для ГИС.

Топография (topography) – отрасль науки и практики на стыке геодезии и картографии, изучающая местность в геометрическом и географическом отношениях посредством создания топографических карт и планов на основе полевых топографических съемок (topographic(al) survey, field mapping, topographic(al) plotting, land survey). Основными видами съемок являются стереотопографическая съемка (photogrammetric survey), осуществляемая путем стереоскопического дешифрирования стереопар снимков, и комбинированная топографическая съемка, сочетающая дешифрирование снимков с наземной съемкой. Из наземных методов Т. преобладают мензульная съемка (plane-table topographic survey) и фототеодолитная съемка (photo-theodolite survey).

Топологизация (topologization) - автоматическая или интерактивная процедура построения топологии (2) при преобразовании векторных нетопологических представлений (моделей) в векторные топологические; может входить в состав операций векторизации.

Точность измерений (measuring accuracy) - качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Характеристикой Т.и. является погрешность (error) - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. На практике истинное значение неизвестно, погрешности оценивают по повторным измерениям одной и той же величины. Различают: грубую погрешность (blunder, rough error) - значительно превышающую ожидаемую при данных условиях погрешность; систематическую погрешность (systematic error) - составляющую погрешности измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях; случайную погрешность (accidental error, casual error, erratic error, irregular error, random error) - составляющую погрешности измерения, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях. Грубые и систематические погрешности должны быть исключены из измерений. Случайные погрешности неизбежны. Их влияние можно лишь ослабить, повышая качество, количество измерений, а также применяя надлежащие методы математической обработки измерений. Вероятности случайных погрешностей подчиненны статистическим законам распределения, основными параметрами которых являются: среднее значение (average value, mean value) - среднее из результатов повторных измерений одной и той же величины; СКП (RMSE) - средняя квадратическая погрешность, вычисляется по уклонениям результатов повторных измерений от их среднего значения, является основным критерием Т.и. Точность вычисления этих параметров увеличивается при увеличении числа повторных измерений. Погрешности часто подчинены нормальному распределению (normal distribution, Gaussian distribution), при котором малые величины погрешностей встречаются чаще больших, положительные и отрицательные равновероятны и при большом числе их среднее значение стремится к 0, по абсолютному значению погрешности не превышают СКП, 2СКП, 2,5СКП и 3СКП соответственно в 68,3; 95,4; 98,6 и 99,7% случаев. При математической обработке измерений разной точности качество отдельного измерения учитывают введением веса (weight) - величины, равной квадрату отношения, в числителе которого СКП, вес которого принимается за 1, ее называют средней квадратической погрешностью единицы веса (standard error of unit weight, RMSE of unit weight), в знаменателе - СКП текущего измерения. Вес равноточных измерений равен 1.

Точность карты (map accuracy) - син. геометрическая точность карты – соответствие действительности изображенных на карте объектов и явлений, т.е. истинность местоположения, размеров, плановых очертаний и высотного положения объектов. Оценивается величинами абсолютных и относительных позиционных погрешностей (positional error) соответствующих показателей, определенных на карте, относительно истинных значений. Т. к. – один из основных элементов, характеризующих надежность карты.

Точность измерений по картам (map measuring accuracy) – показатель, характеризующий истинность результатов количественных определений по картам (см. картографический метод исследования). Т. и. п. к. характеризуют два показателя: картографическая точность (map accuracy), определяющая точность измерений по карте, выполненных идеальным инструментом в идеальных условиях, и техническая точность (technical accuracy of measuring), т.е. точность технических приемов анализа карт, инструментов, методик исследования, алгоритмов и т.п. Т. и. п. к. – одна из важных составляющих, используемых при оценке надежности исследований по картам.

Точность масштаба (карты) (scale accuracy) – расстояние на местности, соответствующее наименьшему делению линейного масштаба карты. Расстояние на местности, соответствующее 0,1 мм в масштабе карты, называется предельной точностью масштаба (scale accuracy limit) карты.

Трансформация проекций (projection change, projection transformation, projection conversion) - операция преобразования условных плановых прямоугольных координат пространственных объектов при переходе от одной картографической проекции к другой. Может осуществляться непосредственно или через географические координаты, используя уравнения исходной и производной проекций, а также путем эластичного преобразования (rubber-sheeting) на основе аппроксимации по сети контрольных точек.

Триангуляция Делоне (Delaunay triangulation) - 1. треугольная полигональная сеть, образуемая на множестве точечных объектов путем их соединения непересекающимися отрезками и используемая, в частности, в модели TIN при создании цифровой модели рельефа; - 2 - в вычислительной геометрии и компьютерной графике: граф, двойственный диаграмме Вороного (полигону Тиссена).

Угол наклона (slope, gradient, slope gradient, slope angle, angle of inclination) - син. крутизна ската, крутизна склона - одна из морфометрических (см. картометрия) характеристик пространственной ориентации элементарного склона, вычисляемая в процессе обработки цифровой модели рельефа вместе с его экспозицией и формами; угол, образуемый направлением ската с горизонтальной плоскостью; выражается в градусах или в безразмерных величинах уклонов, равных тангенсам углов наклона, а также в процентах или промилле (термины "угол наклона" и "крутизна склона" ("крутизна ската") чаще всего используются как синонимы; иногда в качестве синонимов употребляются термины "крутизна" и "уклон" склона; в англоязычной терминологии термину "gradient" обычно соответствует "уклон" или направление наибольшего ската - прим. авт.- А.К.).

Уклонение отвесной линии (deflection of plumb line, deviation of plumb line, deflection of vertical, plumb-line deflection, plumb-line deviation) - угол между отвесной линией и нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке.

Условные обозначения (conventional sign, (cartograpnic) symbols, map symbols) - син. картографические условные знаки – графические символы, применяемые на картах для показа (обозначения) различных объектов и явлений. У. з. могут характеризовать пространственное положение реальных или абстрактных объектов, их вид, форму и размеры, качественные и количественные особенности, внутреннюю структуру, положение в иерархии однородных объектов. Совокупности У. з. на картах формируют картографические образы изображенных объектов или явлений. Различают внемасштабные условные знаки (point symbols), всегда применяемые для объектов, локализованных в пунктах, линейные условные знаки (line symbols), используемые для линейных объектов и площадные условные знаки (area pattern, area symbols), которые применяют для заполнения площадей. Свод У. з. дается в легенде карты. Вся система У. з. образует язык карты.

Фазовый метод (phase measurement, phase method) - применяется для измерения дальностей, основан на том, что изменения фазы электромагнитных колебаний пропорциональны расстоянию, пройденному этими колебаниями. В геодезических приборах (светодальномерах) измеряют разность фаз излучаемых и принимаемых, прошедших дистанцию в прямом и обратном направлениях, колебаний. Эта разность фаз пропорциональна пройденному колебаниями расстоянию и состоит из неизвестного целого числа периодов (циклов) и измеряемой их части. В системах спутникового позиционирования электромагнитные колебания генерируют синхронно на спутнике и в приемнике наземной станции. В приемнике определяют разность фаз местных и принятых колебаний. Эта разность фаз пропорциональна расстоянию от спутника до наземной станции и определяется неизвестным целым количеством N волн и их дробным остатком. Определение неизвестного числа N называют разрешением неоднозначности (resolving of ambiguity). Фактически, как и кодовым методом, из-за несинхронности работы генераторов в приемнике и на спутнике определяют псевдодальности.

Формат картографического произведения (сartographic work format) – размеры, выраженные в сантиметрах. Для карт указывают размеры листа, для рельефных карт – добавляют наибольшую высоту по вертикали, для атласов – размер обложки, а для глобусов – длину диаметра. Атласы делятся по формату на большие (настольные), книжного формата, малые (карманные) и миниатюрные.

Фотограмметрия (photogrammetry) - научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и пространственного положения объектов по результатам измерения их изображений. Раздел Ф., посвященный измерению объектов по стереопарам называется стереофотограмметрией (stereophotogrammetry). В ней применяются аналитические (с использованием компьютеров) и аналоговые (с использованием стереофотограмметрических приборов) и цифровые методы обработки изображений, в том числе методами цифровой фотограмметрии (digital photogrammetry, softcopy photogrammetry) на фотограмметрических рабочих станциях.

Фотокарта (photomap, photographic map) – полиграфически изданный фотоплан, в заданной картографической проекции и разграфке с нанесенной на него картографической нагрузкой (координатные сетки, горизонтали, названия населенных пунктов, водных объектов и др., a также различное тематическое содержание). Ф., созданные на основе космических снимков, называют космофотокартами, или космокартами (space maps). Для обширных районов со значительными перепадами высот составляют ортофотокарты (ortophotomaps), выполняя предварительное трансформирование снимков, переводя их из центральной проекции в ортогональную и исключая искажения за рельеф и кривизну земной поверхности. Благодаря совмещению детального фотоизображения и точной картографической основы Ф. особенно удобны для ориентирования на местности, ведения проектных работ и как основа для составления тематических фотокарт (thematic photomaps) и тематических космофотокарт (thematic space maps).

Фоторельеф (photographic hill shading) – способ теневой пластики, полутоновое изображение рельефа на карте, полученное путем фотографирования предварительно изготовленной рельефной (объемной) модели местности при искусственном косом освещении. Изображение Ф. впечатывается на тематические карты полиграфическим способом, обеспечивая хорошее пластическое изображение рельефа.

Функциональные возможности ГИС (GIS functionality, GIS functions) - набор функций географических информационных систем и соответствующих им программных средств ГИС. Ф.в. ГИС включают операции геоинформационных технологий и группы операций, отдельные функции и функциональные группы; в их числе: ввод данных в машинную среду (data input) путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников; преобразование, или трансформация данных (data transformation), включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат; хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных; картометрические операции (см. картометрия), включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов; операции обработки данных геодезических измерений (COGO); операции оверлея; операции "картографической алгебры" (map algebra) для логико-арифметической обработки растрового слоя как единого целого; пространственный анализ (spatial analysis) - группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства, анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.; пространственное моделирование, или геомоделирование (spatial model(l)ing, geo-model(l)ing), включая операции, аналогичные используемым в математико-картографическом моделировании и картографическом методе исследования; визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание (генерацию) картографических изображений; вывод данных (data output), графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование, документирование, или генерацию отчетов в целом (reporting); обслуживание процесса принятия решений (decision making). Кроме того, в число функций ГИС (точнее, программного обеспечения ГИС) может входить цифровая обработка изображений (данных дистанционного зондирования), средства экспертных систем, средства настройки на требования пользователя (customization), средства расширения Ф.в. ГИС: встроенные макроязыки, или макросы, инструментарии разработчика (developer's toolkit). Часть Ф.в. ГИС может дублировать функции автоматизированных картографических систем и систем обработки цифровых изображений, а также более широкого программного окружения геоинформационных технологий.

Цветоделение (colour separation) – процесс получения с многокрасочного оригинала карты отдельных изображений для каждой краски. Ц. выполняется либо с помощью ручной ретуши негативов, полученных с оригинала, когда на каждом негативе оставляются лишь элементы, печатаемые одной краской, либо фотомеханическим путем, при котором оригинал многократно фотографируется через специальные светофильтры, либо посредством автоматического разделения цветов при сканировании оригинала (электронное Ц.).

Центроид (centroid, seed) - 1. точка, являющаяся центром тяжести (геометрическим центром) фигуры; - 2. внутренняя точка полигона со значениями координат, полученными, например, осреднением координат всех точек, образующих полигон; служит для его идентификации (см. метка); в случае невыпуклого полигона или составного полигона, включающего внутренние полигоны - "острова", анклавы, ее положение может не совпадать с центром тяжести полигона (Ц. в первом значении).

Цифрование (digitizing, digitising, digitalization) - син. оцифровка, дигитализация, отцифровка, жарг. сколка, скалывание - 1. процесс аналого-цифрового преобразования данных, то есть перевод аналоговых данных в цифровую форму, доступную для существования в цифровой машинной среде (computer-readable form, machine-readable form) или хранения на машино-читаемых средствах (computer-readable media) с помощью цифрователей (дигитайзеров) различного типа. - 2. в геоинформатике, компьютерной графике и картографии: преобразование аналоговых графических и картографических документов (оригиналов) в форму цифровых записей, соответствующих векторным представлениям пространственных объектов. По методу Ц. различают: 1) Ц. с помощью дигитайзера с ручным обводом (tablet-based digitizing); 2) Ц. c использованием сканирующих устройств (сканеров) с последующей векторизацией растровых копий оригиналов (automatic vectorization of raster files); 3) ручное Ц. манипулятором типа "мышь" по растровой картографической подложке (map background) или полуавтоматическое видеоэкранное Ц. (on-screen digitizing), а также гибридные методы. По степени автоматизации различают ручное (manual), полуавтоматическое (semi-automated) и автоматическое (automatic) цифрование. Ц. линий может выполняться в различных режимах: с поточечным вводом (point mode) или потоковым вводом (stream mode, dynamic mode), когда генерируется поток кооординатных пар через равные промежутки времени (time mode) или интервалы пространства (distance mode). (Под термином "цифрование" чаще всего понимается именно Ц. при помощи дигитайзера (цифрователя) с ручным обводом (tablet digitizing) в отличие от Ц., основанного на сканерном вводе оригиналов, "цифрования сканированием" (scan digitizing) - прим. авт. А.К.). Процесс Ц. обслуживается программными средствами, называемыми графическими векторными редакторами, в функции которых обычно входит назначение режима Ц., добавление, перемещение и удаление оцифрованных объектов, их аннотирование, атрибутирование и маркировка, замыкание линий в узлах, контроль качества Ц. (поиск, индикация и коррекция тополого-геометрических ошибок и дефектов Ц., в том числе незамкнутости полигонов, псевдоузлов, висячих линий или сегментов, неузлового их пересечения, складок, нарушающих планарность, удаление дубликатов и т.д.).

Цифровая карта (digital map) – цифровая модель карты, созданная путем цифрования картографических источников, фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации данных полевых съемок или иным способом; "цифровая модель земной поверхности, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот" (ГОСТ 28441-90. Картография цифровая. Термины и определения. 1990; с. 1). Ц. к. служит основой для изготовления обычных бумажных, компьютерных, электронных карт, она входит в состав картографических баз данных, составляет один из важнейших элементов информационного обеспечения ГИС и может быть результатом функционирования ГИС.

Цифровая картография (digital cartography) – раздел картографии, охватывающий теорию и методы создания и практического применения цифровых карт др. цифровых пространственно-временных картографических моделей.

Цифровая модель рельефа, ЦМР (digital terrain model, DTM; digital elevation model, DEM; Digital Terrain Elevation Data, DTED) - средство цифрового представления 3-мерных пространственных объектов (поверхностей, рельефов) в виде трехмерных данных (three-dimensional data, 3-dimensional data, 3-D data, volumetric data) как совокупности высотных отметок (heights, spotheights) или отметок глубин (depths, spotdepths) и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот (altitude matrix), нерегулярной треугольной сети (TIN) или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний (contours, contour lines, isolines, isarithms, isarithmic lines). Наиболее распространенными способами цифрового представления рельефа является растровое представление и особая модель пространственных данных, основанная на сети TIN и аппроксимирующая рельеф многогранной поверхностью с высотными отметками (отметками глубин) в узлах треугольной сети. Процесс цифрового моделирования рельефа включает создание ЦМР, их обработку и использование. Источниками исходных данных для создания ЦМР суши служат топографические карты, аэрофотоснимки, космические снимки и другие ДДЗ, данные альтиметрической съемки, систем спутникового позиционирования, нивелирования и других методов геодезии; подводного рельефа акваторий (батиметрии) - морские навигационные карты, данные промерных работ, эхолотирования, в том числе с использованием гидролокатора бокового обзора; рельефа поверхности и ложа ледников - аэросъемка, материалы фототеодолитной и радиолокационной съемки. Обработка ЦМР служит для получения производных морфометрических или иных данных, включая вычисление углов наклона и экспозиции склонов; анализ видимости/невидимости; построение трехмерных изображений (см. визуализация), в том числе блок-диаграмм; профилей поперечного сечения (cross-section, profile); оценку формы склонов через кривизну (curvature) их поперечного и продольного сечения, измеряемую радиусом кривизны главного нормального сечения или ее знаком, т.е. выпуклостью/вогнутостью (convexity/concavity); вычисление положительных и отрицательных объемов (cut/fill analysis); генерацию линий сети тальвегов (ravines, ravine-lines) и водоразделов (ridges, ridge-lines, watersheds), образующих каркасную сеть рельефа, его структурных линий, или сепаратрисс (drainage network, drainage lines) и иных особых точек и линий рельефа (surface specific points and lines): локальных минимумов, или впадин (pits) и локальных максимумов, или вершин (peacks), седловин (passes), бровок, линий обрывов и иных нарушений "гладкости" поверхности (breaks, break lines), плоских поверхностей с нулевой крутизной (flats); интерполяцию высот; построение изолиний по множеству значений высот (line fitting, surface fitting); автоматизацию аналитической отмывки рельефа (hill shading) путем расчета относительных освещенностей склонов при вертикальном, боковом или комбинированном освещении (reflectance) от одного или более источников; цифровое ортотрансформирование при цифровой обработке изображений и другие вычислительные операции и графо-аналитические построения. Методы и алгоритмы создания и обработки ЦМР применимы к иным физическим или статистическим рельефам и полям: погребенному рельефу, барическому рельефу и т.п. (ряд исследователей и направлений различают цифровые модели высот (DEM (1)) и производные от них цифровые модели рельефа (DTM); в этом случае под последними понимается совокупность производных морфометрических показателей; необходимость различения связана отчасти с наименованием и содержанием американского стандарта на ЦМР (DEM (2)); многозначность слова "terrain" является также основанием для его истолкования и использования в сочетании "digital terrain model" как цифровых моделей местности, закрепленном в "ГОСТ 22268-76. Геодезия. Термины и определения"; развитие методов создания ЦМР путем обработки изображений на цифровых фотограмметрических станциях привело к появлению термина "цифровая модель поверхности" (DSM) как ее первичного продукта, нуждающегося в "рафинировании" - прим. автора - А.К.).

Цифровая модель местности, ЦММ (digital terrain model, DTM) - син. математическая модель местности, МММ - цифровое представление пространственных объектов, соответствующих объектовому составу топографических карт и планов, используемое для производства цифровых топографических карт; "множество, элементами которого являются топографо-геодезическая информация о местности и правила обращения с ней" (ГОСТ 22268-76. Геодезия. Термины и определения.- с. 13).

Цифровое изображение (digital image) - изображение, представленное в цифровом виде как растровые файлы, получаемое либо непосредственно по радиоканалам с воздушных или космических (летательных) аппаратов для дистанционных съемок, либо путем цифрования аналоговых изображений с помощью сканера, теле- или видеокамеры. В зависимости от типа источника данных и программных средств автоматического дешифрирования, для представления Ц.и. используются различные форматы графических данных, специальные форматы "плоского" растра, специализированные форматы с использованием "пирамидных слоев" (pyramid layers, reduced resolution datasets). Ц.и. являются одним из основных источников пространственных данных для ГИС, применяются для составления и обновления карт как картографические источники.

Цифровое картографирование (digital mapping) – комплекс методов, технологий и процессов по созданию цифровых карт, атласов и др. цифровых пространственно-временных картографических моделей.

Чтение карты (map reading, map interpretation) – восприятие карты (зрительное, тактильное или автоматическое), связанное с распознаванием картографических образов, истолкованием и пониманием ее содержания. Эффективность Ч. к. зависит от читаемости карты (map readability), т.е. от легкости и быстроты восприятия отдельных обозначений, картографических образов и всего изображения в целом. В свою очередь, читаемость определяется наглядностью условных знаков, качеством оформления карты, общей нагруженностью карты, различимостью деталей изображения.

Широта (latitude) - одна из координат, определяющая положение точки на Земле в направлении Юг-Север. Различаются: астрономическая широта (astronomic(al) latitude) - угол, образованный отвесной линией в данной точке и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения Земли; геодезическая широта (geodetic latitude) - угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора; геоцентрическая широта (geocentric latitude) - угол, образованный радиусом, проведенным с центра масс Земли, и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения Земли. Ш. изменяются от 0 на экваторе до 900 на полюсах, и для точек северного полушария называются "северными" и положительными, а для точек южного полушария - "южными" и отрицательными. На глобусах и картах Ш. показывают с помощью параллелей.

Шкалы (на картах) (scale, graduation) – графическое изображение последовательности изменения цвета, насыщенности, количественных характеристик условных знаков. Цветовая шкала (colour wedge, colour scale) определяет цвет и оттенки красок, используемых на карте для послойной окраски изолиний, способов количественного фона и картограмм. Для передачи нарастающих количественных признаков применяют Ш. возрастающей насыщенности цвета. При изображении рельефа для окраски ступеней высот используют гиспометрические шкалы (hypsometric tint scale, elevation tints box, layer box). Для выбора цветов при оформлении карт используют шкалы цветового охвата (colour chart) – специальные вспомогательные таблицы, показывающие цвета, которые могут быть получены при печати данными тремя красками путем их перекрытия. На картах со значками, локализованными диаграммами и на картодиаграммах используют абсолютные и относительные шкалы значков (graduated point symbols), устанавливающие их размеры в соответствии с величинами изображаемых объектов (показателей).

Экватор (equator) - 1. плоскость, проходящая через центр масс Земли перпендикулярно оси ее вращения; - 2. линия на глобусе или карте, все точки которой имеют широту, равную 0.

Экономика картографического производства (economics of cartographic production) – раздел картографии на стыке с экономикой, в котором изучаются проблемы оптимальной организации и планирования картографического производства, использования картографического оборудования, материалов, трудовых ресурсов, повышения производительности труда, а также маркетинга.

Экспозиция (склона) (aspect, compass aspect, exposure, direction of steepest slope) - одна из морфометрических (см. картометрия) характеристик пространственной ориентации элементарного склона (вместе с углом наклона), вычисляемая путем обработки цифровой модели рельефа, численно равная азимуту проекции нормали склона на горизонтальную плоскость и выражаемая в градусах, либо по 4, 8, 16 или 32 румбам (3); Э. плоского склона (с нулевой крутизной) не определена.

Электронная карта (electronic map) - 1. картографическое изображение, визуализированное на дисплее (видеоэкране) компьютера на основе данных цифровых карт или баз данных ГИС в отличие от компьютерных карт, визуализируемых невидеоэкранными средствами графического вывода; - 2. картографическое произведение в электронной (безбумажной) форме, представляющее собой цифровые данные (в т.ч. цифровые карты или слои данных ГИС), как правило, в записях на диске CD-ROM, вместе с программными средствами их визуализации, обычно картографическим визуализатором или картографическим браузером (map browser), предназначенное для генерации Э.к. (1); - 3. картографическое изображение, генерируемое компьютером на дисплее и иных устройствах графического вывода (в т.ч. на бумаге); - 4. "векторная или растровая карта, сформированная на машинном носителе (например, на оптическом диске) с использованием программных и технических средств в принятой проекции, системе координат, условных знаках, предназначенная для отображения, анализа и моделирования, а также решения информационных и расчетных задач по данным о местности и обстановке" [ГОСТ Р 50828-95. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования. 1996; с.3].

Электронный атлас (electronic atlas) – система визуализации в форме электронных карт (1), электронное картографическое произведение, функционально подобное электронной карте (2). Классификация Э.а. может строиться на традиционных принципах классификации атласов - по их содержанию, назначению и территориальному охвату, а также в соответствии с их функциональными возможностями: формами визуализации, невозможностью или возможностью оперирования атрибутивной частью данных, ввода новых пространственных объектов, встраивания некартографических элементов содержания Э.а. (поддержки многосредности), генерации нефиксированного (произвольного) набора карт по множеству исходных данных с использованием развитых средств их графического оформления, использования операций пространственного анализа. Поддерживаются программным обеспечением типа картографических броузеров (map browser), обеспечивающих покадровый просмотр растровых изображений карт, картографических визуализаторов, систем настольного картографирования (desktop mapping). Помимо картографического изображения обычно включают обширные текстовые коммментарии, табличные данные, организованные в атрибутивных таблицах, а в мультимедийных Э.а. - анимацию, видеоряды и звуковое сопровождение. Как правило, создаются для справочно-информационных и общеобразовательных целей средствами автоматических картографических систем или ГИС. Большинство Э.а. распространяется в записях на компакт-дисках типа CD-ROM.

Элементы карты (component elements of map, map features) - 1. составные части карты, элементы, из которых состоит картографическое изображение и зарамочное оформление карты. Различают следующие Э. к. : математическая основа; картографическое изображение, включающее географическую основу и тематическое содержание (для тематических карт); легенда карты. На топографических картах Э.к. являются рельеф, воды, почвы и грунты, растительный покров, населенные пункты, социально-экономические и культурные объекты, дороги, линии связи, границы и ограждения и некоторые др. К Э. к. относят также вспомогательное оснащение, помещаемое обычно на полях карты, и дополнительные данные (напр., карты-врезки); - 2. фоновые (заливки, окраски) и штриховые (точки, линии, штриховки) элементы картографического изображения, а также надписи (шрифтовые Э. к.).

Эллипс искажений (ellipse of distortion, Tissot's indicatrix) – син. индикатрисса Тиссо - в картографических проекциях бесконечно малый эллипс в любой точке карты, являющийся отображением бесконечно малой окружности в соответствующей точке на поверхности земного эллипсоида или шара. Э. и. – индикатриса, большая ось которой отражает направление наибольшего масштаба длин в данной точке, малая ось – направление наименьшего масштаба длин, а сжатие – искажение форм.

Эллипсоид (ellipsoid) - поверхность, которой аппроксимируют фигуру Земли или другого небесного объекта. Земной эллипсоид (Earth ellipsoid) - эллипсоид вращения (revolution ellipsoid), характеризует фигуру и размеры Земли, служит для вычислений длин, площадей, геодезических широт, долгот, азимутов, расчетов картографических проекций и решения других задач. При мелкомасштабном картографировании и ряде других случаев практики земной Э. заменяют земной сферой (Earth's sphere, terrestrial globe). Общеземной эллипсоид (World ellipsoid) - аппроксимирует Землю в целом. Референц- эллипсоид (reference ellipsoid) - Э., принятый для обработки измерений и установления системы геодезических координат. Уровенный эллипсоид (level ellipsoid) - Э., поверхность которого представляет собой фигуру физической модели Земли, включающей все ее массы, имеющей ту же угловую скорость вращения, генерирующей силу тяжести, направленную по нормали к поверхности Э. При аппроксимации спутников некоторых планет, комет и других небесных тел применяют также трехосные эллипсоиды (triaxial ellipsoid).

Язык карты (map language) – знаковая система, включающая условные обозначения, способы картографического изображения, правила их построения, употребления и чтения, т. е. грамматику языка карты (map language grammar) для целей создания и использования карт. Я. к. формируется в процессе общественно-исторической практики человечества, обеспечивая хранение и передачу картографической информации и в ряде случаев (напр., в науках о Земле) выполняет роль языка науки. Исследование и разработка Я. к. ведутся в рамках картографической семиотики.

Ячейка (cell, grid cell, tile)- син. регулярная ячейка - двухмерный пространственный объект, элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети, то есть регулярно-ячеистого представления пространственных объектов, в отличие от пиксела (как элемента растрового представления), образуемого разбиением линиями растра изображения (а не земной поверхности); это различие не общепризнанно, хотя закреплено, к примеру, в стандарте SDTS; Я. характеризуется правильной геометрической формой (треугольник, четырехугольник, шестиугольник (гексагон), сферическая или сфероидическая трапеция при построении сети на сфере или эллипсоиде соответственно), абсолютными размерами в линейной или градусной мере, определяющими пространственное разрешение образующей регулярной сети, относительными размерами (равновеликие, неравновеликие, квазиравновеликие Я.).


Источники

  1.  Архив выпусков журнала «Компьютерра», http://www.computerra.ru
  2.  Берлянт А.М. "Геоиконика", М.,1996.
  3.  "Введение в GeoMedia. Руководство пользователя" Intergraph Corp.,1999.
  4.  "ГИС-обозрение", периодическое издание.
  5.  "Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации", периодическое издание
  6.  Капралов Е.Г., Н.В.Коновалова "Введение в ГИС", Петрозаводск, 1995.
  7.  Кошкарев А.В.,Тикунов В.С. "Геоинформатика", М.,1991.
  8.  Подборка материалов по ГИС на информационном сайте: http://www.dataplus.ru
  9.  Симонов А.В. "Агроэкологическая картография", Кишинев,1991.
  10.  Тикунов В.С. "Классификации в географии", Москва-Смоленск.,1997.
  11.  Халугин Е.И., Жалковский Е.А, Жданов Н.Д "Цифровые карты", М.,1992.
  12.  Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. - М, 1998.


Содержание

[0.0.1] Моделирование данных

[0.0.1.1] Базовые понятия ERD

[0.0.1.2] Метод IDEFI

[0.0.2] Отображение модели данных в инструментальном средстве ERwin

[0.0.2.1] Документирование модели

[0.0.2.2] Масштабирование

[0.0.3] Создание логической модели данных

[0.0.3.1] Уровни логической модели

[0.0.3.2] Сущности и атрибуты

[0.0.3.3] Связи

[0.0.3.4] Типы сущностей и иерархия наследования

[0.0.3.5] Ключи

[0.0.3.6] Нормализация данных

[0.0.3.7] Домены

[0.0.3.8] Создание физической модели данных

[0.0.3.9] Правила валидации и значения по умолчанию

[0.0.3.10] Индексы

[0.0.3.11] Триггеры и хранимые процедуры

[0.0.4] Проектирование хранилищ данных

[0.0.4.1] Вычисление размера БД

[0.0.4.2] Прямое и обратное проектирование

[0.0.5] Генерация кода клиентской части с помощью ERwin

[0.0.5.1] Расширенные атрибуты

[0.0.5.2] Генерация кода в Visual Basic

[0.0.5.3] Создание отчетов

[0.0.5.4] Генерация словарей

[0.0.6] Синтаксис и семантика основных объектов UML

[0.0.6.1] Классы

[0.0.6.2] Диаграммы классов

[0.0.6.3] Диаграммы использования

[0.0.6.4] Диаграммы последовательностей

[0.0.6.5] Кооперативные диаграммы

[0.0.6.6] Диаграммы состояний

[0.0.6.7] Диаграммы деятельности

[0.0.6.8] Диаграммы компонентов

[0.0.6.9] Пакеты UML

[0.0.7] Разработка модели бизнес-прецедентов

[0.0.8] Разработка модели бизнес-объектов

[0.0.9] Разработка концептуальной модели данных

[0.0.10] Разработка требований к системе

[0.0.10.1] Анализ требований и предварительное проектирование системы.

[0.0.11] Разработка моделей базы данных и приложений

[0.0.12] Проектирование физической реализации системы

[1] Лекция_13.

[2] Тема 1. Общие представления о ГИС

[3]
Тема 2. Пространственные данные

[4]
Тема 3. Базы пространственных данных (геоданных)

[5] Тема 4. Операции с пространственными данными

[6] Тема 5. Источники и качество пространственных данных

[7] Тема 6. Концепция и методология пространственного мышления

[8] Тема 7. Компьютерные методы картографирования, их место и роль в ГИС

[9] Тема 8. Компьютерные методы представления, анализа интерпретации цифровых тематических карт

[10]
Источники




1. 2. Регулятивные УУД - Развивать способность к анализу и обобщению находчивость сообразительность; развива
2.  Значение и задачи ремонтного хозяйства
3. Тема- Разработчи
4. Поэтика русской литературы К 70-летию профессора Юрия Владимировича Манна Сборник статей
5. Тематика.html
6. 14 300 м 33
7. ЛУКОЙЛПЕРМНЕФТЬ Заключение Список литературы Введение Современные концепции управление пе
8. Cознание с точки зрения археоавангардиста
9. Контрольная работа- Стратегии управления хозяйственными рисками
10. Реферат- Проектирование технологического процесса изготовления детали - крышка подшипниковая
11. Межотраслевые межрегиональные модели
12.  Введение 2 Внутренние функции
13. Часто бывает что выбор оказывается ошибочным и тогда человек пожинает плоды своего неправильного решения
14. Доклад- Герман Мелвилл
15. 36 тижнів. При огляді- блідість шкіри холодний піт на обличчі АТ 95-70 мм
16. однополярность существовавшая практически с начала распада Советского Союза до конца ХХ века и характери
17. мы ведь не дети и отлично понимаем что сила современной философии не в силлогизмах а в авиационной подд
18. Тема 1 Місце туристичного підприємства на ринку та основи формування програми його діяльності
19. червоні та чорні
20. на тему- rdquo;Обробка даних за допомогою системи управління базами даних CCESSrdquo; Заняття 2 ldquo;Формування з

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе