Аналитическое и программно-технологическое обеспечение поддержки принятия управленческих решений в природопользовании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Аракчеев, Дмитрий Борисович

• Аракчеев, Дмитрий Борисович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аракчеев, Дмитрий Борисович

Введение.

Глава 1. Обзор и анализ программно-технологических средств и методик, применяемых при проектировании и разработке информационно-аналитических систем в области автоматизации управленческой деятельности.

1.1. Современное состояние и проблемы создания информационно-аналитических систем в области автоматизации управленческой деятельности.

1.2. Обзор подходов и программно-технологического инструментария для создания компьютерных систем.

1.2.1. Хранилища данных.

1.2.2. OLAP-средства.

1.2.3. Средства интеллектуальной добычи данных.

1.2.4. Инструменты для выполнения пользовательских запросов и построения отчетов.

1.2.5. Системы поддержки принятия решений на основе знаний и многокритериальных оценок.

1.3. Обзор и анализ существующего методического и технологического обеспечения создания и применения систем поддержки принятия решений на основе знаний и многокритериальных оценок.

1.3.1. Использование нечеткой логики для оценки возможных решений.

1.3.2. Методы многокритериальной оценки возможных решений.

1.4. Требования к разработке математического и программно-технологического обеспечения среды разработки

• информационно-аналитических систем поддержки принятия решений в природопользовании.

Глава 2. Разработка методического и математического обеспечения систем поддержки принятия решений в слабоструктурированных задачах планирования, прогнозирования и управления.

2.1. Общее описание метода анализа иерархий.

2.2. Исследование и модернизация алгоритмов МАИ.

2.2.1. Алгоритм расчета локальных приоритетов.

2.2.2. Иерархии и синтез обобщенных приоритетов.

2.2.3. Алгоритм расчета локальных приоритетов по абсолютным значениям.

2.3. Исследование и разработка методов оценки согласованности суждений.

2.2.1. Алгоритм вычисления отношения согласованности.

2.2.2. Алгоритм оценки согласованности «по тройкам».

Глава 3. Создание специализированной технологической среды для конструирования информационно-аналитических систем поддержки принятия решений.

3.1. Особенности реализации программной архитектуры.

3.2. Реализация многопользовательского доступа и унификация пользовательского интерфейса.

3.3. Особенности реализации инструментария для формирования элементов ИАС.

Глава 4. Апробация разработок при создании информационно-аналитических систем в области мониторинга и управления природопользованием.

4.1. Задача по проблеме строительства моста в районе г. Дубны

4.2. Решение задач оперативного управления недропользованием в Ситуационном центре МПР России.

4.3. Разработка первой очереди информационно-аналитической системы государственного мониторинга состояния недр РФ.

4.4. Разработка подсистемы "Подземные воды" Государственного банка информации о недрах и недропользовании Республики Казахстан.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аналитическое и программно-технологическое обеспечение поддержки принятия управленческих решений в природопользовании»

Целевым назначением информационно-аналитических систем (ИАС) в области управления природопользованием является оперативная информационная поддержка принятия решений в основных сферах управленческой деятельности. Несмотря на то, что направление разработки аналитического программного обеспечения активно развивается как в нашей стране, так и за рубежом, в области разработки и внедрения систем поддержки принятия решений в природопользовании остается множество проблем и сложностей. Принятие обоснованных управленческих решений в данной сфере требует эффективного хранения, оперативного доступа, а также полного и всестороннего анализа огромного объема разноплановой (ресурсной, экономической, социальной, экологической и т.п.) и разнородной (числовой, пространственно-привязанной) информации об обстановке, складывающейся в регионе [1, 13, 19, 26, 31, 34, 48, 51, 54]. Кроме того, для данной области характерны свойства слабой структурированности (наличия качественных факторов и невозможности использования количественных формальных моделей анализа), наличия неопределенностей (неопределенных или недостоверно известных факторов) а также быстрого изменения внешней среды. В связи с этим комплекс информационно-аналитических систем в области мониторинга и управления природными ресурсами должен содержать средства организации и управления базами данных (СУБД), средства представления данных, средства многофункционального анализа и моделирования, геоинформационные системы (ГИС), а также средства систем поддержки принятия решений (СППР) [3 - 10, 27, 41, 53].

Современные СППР в области природопользования должны обеспечивать удобный пользовательский интерфейс, ориентированный на построение моделей развития ситуаций с учетом природных, техногенных, социально-экономических и других факторов, задание содержательных весов и градаций целевых функций, обеспечение динамического обмена данными для представления и анализа картографической информации в ГИС, проведение комплексного анализа накопленной информации. Другой важной функцией СППР является автоматический анализ экспертных суждений на результирующем этапе принятия управленческих решений при выборе из нескольких полученных системой альтернативных вариантов. Система должна помочь оценить возможные альтернативы решения с точки зрения цели задачи, ответить на вопросы: «а что будет, если», оценить чувствительность принимаемого решения к изменению объективных и субъективных составляющих.

Проблемы создания информационно-аналитических систем поддержки принятия решений связаны также с отсутствием специализированной программной среды разработки, т.е. средств, приспособленных для создания модифицируемых пользовательских интерфейсов, обработки и контроля детализированной информации, гибкой и эффективной настройки системы на конкретные информационно-справочные и аналитические функции.

Таким образом, для обеспечения информационно-аналитической поддержки рационального природопользования актуальным является разработка методов структурного анализа разнородной информации и специализированных программно-технологических средств, которые реализуют инструментальную основу построения ИАС и позволят осуществить эффективную поддержку принятия управленческих решений. Целью данной работы является разработка методов и программно-технологических средств создания прикладных информационно-аналитических систем для поддержки принятия управленческих решений в природопользовании.

Основными задачами работы явились:

1. Обзор и анализ программно-технологических средств и методик, применяемых при проектировании и разработке информационно-аналитических систем в области автоматизации управленческой деятельности.

2. Разработка математического и программно-технологического обеспечения поддержки принятия решений в слабоструктурированных задачах планирования, прогнозирования и управления.

3. Создание специализированной инструментальной среды разработки прикладных информационно-аналитических систем.

4. Апробация разработок при создании информационно-аналитических систем в области мониторинга недр и управления природопользованием.

К научной новизне можно отнести следующие результаты:

1. Предложен новый методико-технологический подход к построению информационно-аналитических систем в области управления природопользованием, основанный на сочетании возможностей современных СУБД, ГИС и СППР в единой среде.

2. Впервые разработаны алгоритмы расчета локальных приоритетов по абсолютным значениям, расчета отношения согласованности, оценки согласованности экспертных суждений «по тройкам».

3. Создана инструментальная программно-технологическая среда разработки информационно-аналитических систем поддержки принятия решений, обеспечивающая конструирование клиентских мест системы путем настройки специальных программных компонентов.

В работе защищаются следующие положения:

1. Разработанное математическое и программно-технологическое обеспечение СППР «Эксперт» обеспечивает задание иерархии критериев и факторов, задание экспертных предпочтений, оценку и исправление несогласованности, расчет локальных и обобщенных приоритетов, комплексный анализ принимаемого решения.

2. Предложенный методико-технологический подход, основанный на развитии современных информационных технологий, позволяет обосновать программную архитектуру и обеспечивает реализацию инструментальной среды конструирования ИАС, применяемых для поддержки принятия управленческих решений.

3. Созданная инструментальная среда разработки ИАС обеспечивает оперативное конструирование и эффективное функционирование системы за счет: конструирования клиентских мест системы без программирования, путем настройки специальных программных компонентов модифицируемости интерфейса на основе визуальных редакторов и мастеров гибкой и эффективной настройки на конкретные справочные и аналитические функции, функции формирования и представления результатов запросов и отчетов динамического обмена данными с ГИС

Практическая значимость проведенных исследований состоит в разработке программно-технологических средств, обеспечивающих эффективное создание прикладных информационно-аналитических систем, включающих блок поддержки принятия решений на этапе оценки ситуации, выявлении предпочтений, генерации вариантов решений и выборе лучшей альтернативы.

• На базе разработанных автором подхода, математических и программно-технологических средств создана первая очередь информационно-аналитической системы государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации (ИАС ГМСН), реализована подсистема "Подземные воды" Государственного банка информации о недрах и недропользовании Республики Казахстан. Разработанная СППР применяется в Ситуационном центре МПР России. Основные результаты работы докладывались на XXIX - XXXI сессиях Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании и бизнесе» (Гурзуф, 2002 - 2004 гг.), Семинаре «Использование ГИС для управления территориями, городами, предприятиями" (Анапа, 2002 г), Международной конференции «Математическое

• моделирование природных экосистем» (Казахстан, Алмата, 2003 г.).

Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором в 2000 - 2004 гг.

Основные теоретические, методические и технологические результаты получены непосредственно автором. По результатам выполненных исследований опубликовано девять печатных работ.

Автором обоснованы основные методические и технологические решения, обеспечивающие проектирование и создание информационно-аналитических систем поддержки принятия решений в сфере управления природопользованием. Непосредственно автором разработано математическое и технологическое обеспечение СППР «Эксперт». Принципиальное значение играет вклад автора в создание инструментальной среды разработки информационно-аналитических систем и реализацию ряда прикладных систем и технологии на ее основе.

Работа содержит 117 стр., включает 34 рис., 4 таблицы и состоит из введения, четырех глав и заключения. Список использованной литературы содержит 71 наименование.

Диссертация выполнена под научным руководством д.т.н., профессора Е.Н. Черемисиной, которой автор выражает глубокую признательность, а также искренне благодарит к.т.н. JI.E. Чесалова, к.т.н. О.В. Митракову, к.т.н. А.В. Любимову, А.С. Попова, за консультации и помощь в работе.

Выполненные разработки были апробированы на материалах и совместно с казахстанскими специалистами Комитета геологии и недропользования Республики

• Казахстан. Автор выражает искреннюю благодарность Д.А. Касымбекову, В.А. Киктеву, Н.Г. Полонской и др. казахстанским специалистам.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Аракчеев, Дмитрий Борисович

Заключение

Основными направлениями проведенных исследований явились:

1. Обзор и анализ программно-технологических средств и методик, применяемых при проектировании и разработке информационно-аналитических систем в области автоматизации управленческой деятельности.

2. Разработка математического и программно-технологического обеспечения поддержки принятия решений в слабоструктурированных задачах планирования, прогнозирования и управления.

3. Создание специализированной инструментальной среды разработки прикладных информационно-аналитических систем.

4. Апробация разработок при создании информационно-аналитических систем в области мониторинга недр и управления природопользованием.

В результате исследований разработано аналитическое и программно-технологическое обеспечение создания прикладных информационно-аналитических систем поддержки принятия управленческих решений в природопользовании, при этом получены следующие результаты:

1. Предложен новый методико-технологический подход к построению прикладных информационно-аналитических систем в области управления природопользованием, основанный на сочетании возможностей современных СУБД, ГИС, СППР и применении инструментальной среды для разработки системы.

2. Реализована инструментальная среда для разработки информационно-аналитических систем поддержки принятия решений, обеспечивающая конструирование клиентских мест системы путем настройки специальных программных компонентов.

3. Разработано алгоритмическое обеспечение, являющееся развитием метода анализа иерархий в части обработки объективной и субъективной информации, оценки согласованности экспертных суждений.

4. Создано программное обеспечение СППР, реализующее задание иерархии факторов и экспертных предпочтений, комплексный анализ накопленной информации, расчет и оценку возможных альтернатив решений, анализ чувствительности принимаемого решения.

На базе разработанных автором подхода, математических и программно-технологических средств создана первая очередь информационно-аналитической системы государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации (ИАС ГМСН), реализована подсистема «Подземные воды» Государственного банка информации о недрах и недропользовании Республики Казахстан. Разработанная СППР применяется в Ситуационном центре МПР России.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аракчеев, Дмитрий Борисович, 2005 год

1. Антонов А.В. Системный анализ. М.: Высшая школа, 2004. - 454 с.

2. Аракчеев Д.Б. Компьютерная система поддержки принятия решений «Эксперт» //Геоинформатика, №2, 2001, с.33-37.

3. Аракчеев Д.Б. Использование СППР «Эксперт» совместно с ArcGIS для поддержки принятия управленческих решений //ArcReview, №4, 2002, с. 19.

4. Аракчеев Д.Б. Разработка СППР-технологий для аналитической поддержки принятия управленческих решений в природопользовании //Геоинформатика, №2, 2003, с.24-28.

5. Аракчеев Д.Б. Использование ГИС «Интегро» и СППР «Эксперт» для аналитической поддержки принятия управленческих решений //Информация и космос, №1-2, 2003, с. 23-28.

6. Аракчеев Д.Б. Средства компьютерной поддержки принятия управленческих решений в задачах экологического анализа. Международная конференция «Математическое моделирование природных экосистем». Труды конференции. Казахстан, Алматы, 2003, с.154.

7. П.Аракчеев Д.Б. Программно-инструментальные средства для разработки информационно-аналитических систем

8. Геоинформатика № 2, 2004, с. 37-45.

9. Артемьев В. Что такое BUSINESS INTELLIGENCE? //Открытые системы. №04, 2003

10. Веселое В.В. Гидрогеологическое районирование и региональная оценка ресуров подземных вод Казахстана. -Алматы, НИЦ Гылым, 2002. -438 с.

11. Воробьев С.Н., Уткин В.Б., Балдин К.В. Управленческие решения.-М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. 317 с.

12. Гарсия М.Ф, Рединг Дж. Microsoft SQL Server 2000. Справочник администратора. М.: СП ЭКОМ, 2004.-976 с.

13. Гончаров В.В. Руководство для высшего управленческого персонала в двух томах. Том 1. -М.: МНИИПУ, 1997.-768 с.

14. Грабер М. SQL: Справочное руководство. М.: Лори, 1997.-291 с.

15. Гусева А.И. Технология межсетевых взаимодействий. М.: Диалог-МИФИ, 1997.

16. Даукеев С.Ж., Ужкенов Б.С. и др. Концепция управления и регулирования недропользования и охраны недр в Республике Казахстан, Издательство журнала "Минеральные ресурсы Казахстана", Алматы, 1994

17. Дэвидсон JI. Проектирование баз данных на SQL Server 2000. -М.: БИНОМ, 2003.-680 с.

18. Дюк В., Самойленко A. Data Mining: учебный курс.-СПб.: Питер, 2001.

19. Елманова Н., Трепалин С., Тенцер A. Delphi и технология СОМ. -СпБ.: Питер, 2002.

20. Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций. Материалы 1-й международной конференции в трех томах. Том 1 / Сост. В.И. Максимов. М.: ИПУ РАН, 2001.-196 с.

21. Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций. Труды 3-й международной конференции в двух томах. Том 1 /Под. Ред. В,И. Максимова. -М.: ИПУ РАН, 2003.- 178 с.

22. Краевский С.В. Классификация аналитических информационных систем.//Финансовая газета, №20, 2003.

23. Кузнецов O.JI., Никитин А.А. Геоинформатика М.: Недра, 1992

24. Кузнецов O.JI, Черемисина Е.Н., Финкелыитейн М.Я., Митракова О.В., Чесалов J1.E. и др Основы интегрированного системного анализа, компьютерные технологии в природопользовании, применение ГИС INTEGRO при изучении недр //Геоинформатика. № 3, 1999.

25. Ларичев О.И. Объективные модели и субъективные решения. М.: Наука, 1987.

26. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. М.: Наука. Физматлит, 1996.

27. Литвак Б.Г. Разработка управленческого решения. —М.: Дело, 2000. -392 с.

28. Любимова А.В. Компьютерная технология комплексной оценки геоэкологического состояния территории. // Геоинформатика №2, 2003.

29. Макроум Б. Макетирование моделированием.// PC Magazine, Russian Edition, №9, 1996

30. Непомнящий Е.Г. Экономика и управление предприятием. -Таганрог, ТРТУ, 1997. -374 с.

31. Пал М.Х. Энерия и защита окружающей среды.- Падеборн, FIT-Verlag, 1996.-449 с.

32. Поспелов Д.А., Пушкин В.М. Мышление и автоматы. М.: Советское радио, 1972.

33. Поспелов Г.С., Ириков В.А. Программно-целевое планирование и управление. М.: Сов. радио, 1976. - 440 с.

34. Саати Т., Керне К. Аналитическое планирование . Организация систем: М: Радио и связь , 1991. -224 с.

35. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М. Радио и связь, 1993.

36. Смирнов Э.А. Управленческие решения. -М.: ИНФРА-М, 2001. -264 с.

37. Струченков В.И. Методы оптимизации. М.: Экзамен, 2005. -256 с.

38. Суханов М.Г., Чесалов JI.E., Шумихин А.С. Технология доступа и обработки данных в распределенной ГИС-системе. //Геоинформатика. 1999, № 3.

39. Таунсенд К., Фохт Д. Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1990.

40. Трахтенгерц Э.А. Принятие решений на основе компьютерного анализа. М.: Институт проблем управления РАН, 1996.

41. Трахтенгерц Э.А. Компьютерный анализ в динамике принятия решений. //Приборы и системы управления. №1, 1997.

42. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М: СИНТЕГ, 1998.-376 с.

43. Тэрано Т., Асаи К., Сугэно М. Прикладные нечеткие системы. М.: Мир, 1993.

44. Уилкинсон Дж. Алгебраическая проблема собственных значений. -М.: Наука, 1979.

45. Ужкенов Б. С. Методические основы создания банка геологической, геофизической и геохимической информации о недрах и недропользовании на примере республики Казахстан // Автореферат диссертации. — М., ВНИИгеосистем, 1997

46. Уткин В.Б, Балдин К.В. Современные ифнормационные системы в технологии и экономике. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.

47. Фаулер М., Скотт К. UML. Применение стандартного языка объектного моделирования.-М.: Мир, 1999. 191 с.

48. Черемисина Е.Н., Чесалов JI.E. Ситуационный центр МПР России: поддержка принятия управленческих решений в природопользовании. // Геоинформатика. 2004, №3.

49. Шевчук А.В. Экономика природопользования (теория и практика).-М.: НИА-Природа, 1999. -308 с.

50. Шлеер С, Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: проектирование мира в состояниях. К.: Диалектика, 1993.

51. Шнайдер P. Microsoft SQL Server. Проектирование высокопроизводительных баз данных. -М.: Лори, 1998. -361 с.

52. Шумаков П.В. Delphi и создание приложений баз данных. М.: Нолидж, 1998.-704 с.

53. Цхай А.А. и др. Экологический менеджмент, основанный на понятии риска -Барнаул: Азбука, 2001.- 243 с.

54. Юкаева В. С. Управленческие решения: Учебное пособие. М.: ОПС, 1998.

55. Bana е Cortsa С.A., Vansnick J.C. MACBETH an interactive path towards the construction of cardinal value functions //International Transactions in Operational Research. : V. 1. №4, 1994.

56. Debevoise T. The Data Warehouse Method. Prentice Hall PTR, 1999.

57. Eom S.B. Decision support systems research: reference disciplines and a cumulative tradition. // The International Journal of Management Science, 23, 5, October 1995.

58. Genest C, Rivest L-P. A Statistical Look at Saaty's Method of Estimating Pairwise Preferences Expressed on a Ratio Scale.// Journal Of Mathematical Psychology, №38,1994.

59. Ginzberg M.J., Stohr E.A. A decision support: Issues and Perspectives. // Processes and Tools for Decision Support. Amsterdam, North-Holland Publ. Co, 1983.

60. Immon B. Entreprise Meta Data. //DM Direct, July 2000.

61. Lootsma F.A. Scale sensitivity in the multiplicative AHP and SMART //J. Multi-Criteria Decision Analysis. 1993. V.2.

62. Moncla B. Bisiness Meta Data Integration. //DM Review, September 1999.

63. Sadcheva S. Meta Data Architecture for Data Warehousing. //DM Review, April 1998.

64. Simon H.A. The new science of management decision. Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall Inc., 1975

65. Simonovic A., Slobodan P. Decision support for sustainable water resources development in water resources planning in a changing world.

66. Proceeding of International UNESCO symposium, Karlsruhe, Germany, p.III.3-13, 1994,

67. Slovic P., Fichhoff В., Lichtenstein S., Behavioral decision theory. // Annu. Phychol. Rev. vol. 28, 1997.