ИТ управления на базе распределенных систем, мобильных и облачных технологий

12. ИТ управления на базе распределенных систем, мобильных и облачных технологий

Глобализация и интернационализация экономики, всё ускоряющаяся динамика бизнеса, жесткая конкуренция и борьба за сырьевые ресурсы всё чаще стали приводить к ситуациям, когда в условиях дефицита времени необходимо принять единственно верное деловое решение. Для этого руководителю нужно в сжатые сроки в условиях большой неопределенности проанализировать ситуацию, сформировать варианты решений (Decision Tree), оценить риски и взять на себя ответственность за принятие и реализацию решения.

Сделать всё это с использованием только "ручных" средств или модулей поддержки принятия решения (Decision Support System), встроенных в стандартные ERP-системы, было достаточно сложно, и вследствие этого риск принять неверное решение, был велик. В связи с этим стали развиваться формализованные методы принятия решения в условиях неопределенности, описываемые нечеткой логикой, и создаваться специализированные информационные системы с использованием теории и методов искусственного интеллекта.

12.1. ИТ на базе концепции искусственного интеллекта

В чем различие, между "четкой" (Crisp Logic) и "нечеткой" (Fuzzy Logic) логикой"? В четкой логике ожидаемое следствие всегда однозначно следует заявленной посылке, если заданы четкие правила выполнения условия — например, "если А, то Б", или, "если А и Б, то В". Когда логика нечеткая, границы выполнения условия не определены или определены нечётко: "если А, то в промежутке времени [Т1, Т2] Б может быть много больше В, а может быть почти равно В" — всё зависит от начальных и текущих условий, которые могут быстро измениться даже внутри зафиксированного промежутка времени [Т1, Т2].

Алгоритмы для анализа таких ситуаций реализуют, как правило, сценарные варианты развития ситуации с оценкой риска каждого варианта. Соответственно, информационная система в таком случае, помимо стандартных функций сбора, хранения и передачи данных, должна содержать модули, реализующие обработку и многовариантный анализ информации. Поскольку развитие бизнес-ситуации может определяться несколькими параметрами, и модели, описывающие такие ситуации, редко бывают линейными, то реальная задача чаще всего сводится к задачам многофакторного оценивания и нелинейной оптимизации.

В связи с этим, аналитические модули информационных систем поддержки принятия решения (Decision Support System — DSS), экспертных систем (Expert Information System — EIS), систем поддержки исполнения решения (Executive Support System — ESS), диагностических систем (Diagnostic Information System — DIS), систем распознавания изображений (Image Recognition System — IRS), а также поисковых систем (Searching System) обычно строятся с использованием принципов, называемых "принципами искусственного интеллекта".

Искусственный интеллект (Artificial Intelligence) можно определить, как "совокупность теоретических методов и физических вычислительных устройств, задача которых состоит в воссоздание разумных рассуждений и действий, имеющих целью достижение ожидаемого или нового результата".

В настоящее время в области исследования искусственного интеллекта сложились два основных направления:

• семиотическое (символьное) — моделирование высокоуровневых процессов мышления человека, основанное на представлении знаковых систем и использовании знаний;
• нейрокибернетическое (нейросетевое) — моделировании отдельных низкоуровневых структур мозга (нейронов) и алгоритмов их работы.

Отсюда следует, что научный аспект проблемы искусственного интеллекта касается попыток объяснения его работы и исследует возможность построения общих алгоритмов его функционирования. Прикладной аспект ИИ включает компьютерное решение разнообразных задач, не имеющих явного алгоритмического решения, или многовариантных задач типа "А что если…", то есть задачи с нечеткими целями и нечеткой логикой. При этом используются "человеческие" способы решения таких задач, то есть имитирование ситуации, когда такую задачу решает человек.

В 50-х годах ХХ века появились работы Винера, Ньюэлла, Саймана и Шоу, исследовавших суть процессов решения различных задач. Результатами явились алгоритмы и компьютерные программы "Логик-теоретик", предназначенная для доказательства теорем в исчислении высказываний, и "Общий решатель задач". Эти работы положили начало первому этапу исследований в области искусственного интеллекта, связанному с разработкой алгоритмов и программ для решения задач на основе применения разнообразных эвристических методов. В отличие от алгоритмических методов, позволяющих проводить формальную верификацию правильности, эвристические методы решения задачи рассматриваются как свойственные человеческому мышлению вообще, для которого характерно возникновение интуитивных догадок о пути решения задачи.

Таким образом, общей задачей использования искусственного интеллекта является построение компьютерной интеллектуальной системы, которая обладала бы уровнем эффективности решений неформализованных задач, сравнимым с человеческим или превосходящим его. На рисунке 12.1 показана функциональная структура такой системы.

В качестве высокоуровневого критерия интеллектуальности систем, разрабатываемых на основе технологии искуственного интеллекта, предложен мысленный эксперимент, известный как "тест Тьюринга", предложенный Аланом Тьюрингом в 1950 г. в статье "Вычислительные машины и разум" для проверки, является ли компьютер "разумным" в человеческом смысле слова.

Области применения методов искусственного интеллекта чрезвычайно широки:

• доказательства неформальных теорем и решение задач с нечеткой логикой;
• теория игр, исследование игровых ситуаций и возможности синтеза решений (теория и практика компьютерных шахмат);
• распознавание образов (символов, текстов, речи, изображений и т. д.) с целью поиска, обработки и адаптации;
• адаптивное программирование;
• имитация творческой деятельности — сочинение литературных текстов, стихов, музыки;
• обработка и трансформация данных на естественных языках, машинный перевод;
• машинное зрение, построение виртуальной реальности;
• обучающие и обучающиеся системы на базе нейросетей;
• управляющие системы и робототехника (автомобилестроение, авиация, космонавтика, человекоподобные многофункциональные роботы и многое другое);
• построение специализированных информационных систем для поддержки принятия решений в бизнесе.

Рис. 12.1. Функциональная структура использования системы искусственного интеллекта

Класс технологий и систем, созданных на базе таких принципов и предназначенных для поддержки принятия делового решения в условиях развивающейся неопределенности, стал широко применяться в бизнесе и получил название "системы интеллектуального анализа данных" (Business Intelligence — BI).

Впервые термин "Business Intelligence" был введен в обращение аналитиками Gartner в конце 1980-х годов, как "пользователецентрический процесс, который включает доступ к информации и её исследование, анализ, выработку интуиции и понимания, которые ведут к улучшенному и неформальному принятию решений". Позже, в 1996 году появилось уточнение — это инструменты для анализа данных, построения отчетов и запросов, которые могут помочь бизнес-пользователям преодолеть сложности с обработкой, интерпретацией и представлением данных для того, чтобы синтезировать из них значимую информацию. Эти инструменты в совокупности попадают в категорию, называемую "инструменты бизнес-интеллекта" (Business Intelligence Toolware) .

Сегодня категории BI-продуктов включают: BI-инструменты и BI-приложения. BI-инструменты можно разделить на следующие виды:

• генераторы запросов и отчетов (Query/Report Generator — QRG);
• развитые BI-инструменты — прежде всего, инструменты оперативной аналитической обработки данных (Online Analytical Processing — OLAP);
• корпоративные BI-наборы (Enterprise BI Suites — EBIS) различной конфигурации, встраиваемые в ERP-системы;
• BI-платформы.

Многомерные OLAP-серверы, а также реляционные OLAP-механизмы являются BI-инструментами и инфраструктурой для BI-платформ, на базе которых разрабатываются разнообразные приложения с "заказными" пользовательскими интерфейсами. Указанные инструменты применяются для доступа к данным, их многомерного и многофакторного анализа и генерации отчетов по данным, которые чаще всего располагаются в различных витринах (оперативных складах), базах или хранилищах данных. В качестве примера BI-приложения можно указать информационную систему (подсистему) поддержки деятельности руководителя (Executive Support System — ESS).

BI-приложения обычно ориентированы на конкретные важные функции организации, такие как анализ тенденций рынка, анализ рисков, анализ и прогноз продаж, планирование бюджета и т.п. Они могут применяться и более широко — для построения систем сбалансированных показателей (Balanced Scorecard System) или для управления эффективностью предприятия в целом (Enterprise Perfomance Management). На рисунке 12.2 показан пример общей корпоративной архитектуры BI-архитектуры.

Рис. 12.2. Пример общей корпоративной BI-архитектуры

Методы и системы интеллектуального анализа данных, построенные на базе нейронных самообучающихся сетей, находят разнообразное применение при создании современных информационных систем. Это большой класс систем, архитектура которых имеет некоторую аналогию с построением нервной ткани из нейронов. В одной из наиболее распространенных архитектур — многослойном персептроне с обратным распространением ошибки — имитируется работа нейронов в составе иерархической сети, где каждый нейрон более высокого уровня соединен своими входами с выходами нейронов нижележащего слоя.

На нейроны самого нижнего слоя подаются значения входных параметров, на основе которых нужно принимать какие-то решения, прогнозировать развитие ситуации и т. д. Эти значения рассматриваются как сигналы, передающиеся в следующий слой, ослабляясь или усиливаясь в зависимости от числовых значений (весов), приписываемых межнейронным связям. В результате на выходе нейрона самого верхнего слоя вырабатывается некоторое значение, которое рассматривается как ответ — реакция всей сети на введенные значения входных параметров.

Для того чтобы сеть можно было применять в дальнейшем, ее прежде надо "натренировать" на полученных ранее данных, для которых известны и значения входных параметров, и правильные ответы на них. "Тренировка" состоит в подборе весов межнейронных связей, обеспечивающих наибольшую близость ответов сети к известным правильным ответам. На рисунке 12.3 приведена схема "интеллектуальной самообучающейся подсистемы", которая может быть использована в составе экспертной, диагностической, поисковой и прочих подобных систем.

Программа работы "запускает" набор начальных данных, граничных условий и приблизительное условие выхода из итерационной цепи. Эти параметры связаны с наборами известных ситуаций и известными решениями. Нейронная сеть анализирует данные, выявляет корреляции, а затем выбирает наборы наиболее вероятных решений. Этот набор образует начальную модель. Далее параметры варьируются и добавляются новые данные и правила, генерируемые с помощью бока эвристики. Когда перебор вероятных значений не приводит к улучшению модели, срабатывает условие выдачи окончательного прогноза.

В последнее время активно развиваются эволюционные алгоритмы, которые предполагают создание некоторые популяции программ, их обучение, мутации, скрещивание (обмен частями программ) и тестирование на выполнении целевой задачи. Программы, работающие лучше всего, выживают — и после множества поколений получается наиболее эффективная программа. Весьма эффективны методы создания интеллектуальных поисковых и информационных систем с использованием технологий активных агентов (Multi Agent System), которые действуют в информационном пространстве, интерпретируя поставленную задачу в зависимости от условий и результатов поиска. Под агентом понимается программная или программо-аппаратная сущность, способная действовать в интересах достижения целей, поставленных перед ним пользователем.

Рис. 12.3. Схема интеллектуальной самообучающейся подсистемы

Уровень интеллектуальности агента можно оценить как его способность использовать "старые" и строить "новые" знания для выполнения поставленной задачи в заранее неизвестных ему ситуациях и проблемных областях, где оцениваемый агент применяется как активный решатель задач. На рисунке 12.4 представлена схема система интеллектуальной поддержки принятия решения на основе технологии мультиагентных систем.

увеличить изображение
Рис. 12.4. Схема интеллектуальной системы поддержки принятия решения (DSS) на основе технологии мультиагентных систем (начало)

увеличить изображение
Рис. 12.5. Схема интеллектуальной системы поддержки принятия решения (DSS) на основе технологии мультиагентных систем (продолжение)

Первые проекты по моделированию на компьютере реалий человеческого мозга отчетливо показали перспективы этого направления. Так, амбициозная цель проекта "IBM Blue Brain" — научиться к 2012 году модельно симулировать работу той части мозга, которая отвечает за восприятие, моторные функции, пространственное воображение, язык и сознание. По количеству элементов и скорости вычислений человеческий мозг пока ещё впереди, но если и дальше будет действовать закон Мура, то недолго осталось до того времени, когда способности искусственного интеллекта сравняются с возможностями человеческого мозга (подробнее про теорию и технологии мультиагентых систем будет рассказано в следующей главе).

12.2. Мультимедийные ИТ-системы

Современные информационные системы отличаются большим разнообразием форматов и аппаратных устройств для ввода, обработки, представления и хранения информации и данных. Это — текст, таблицы, диаграммы, звук, плоская и 3D-графика, анимация, видео. Развитие цифровых технологий представления и хранения данных обязано, прежде всего, тому, что во второй половине ХХ века информация стала массовым продуктом, товаром для продажи. А это означает необходимость тиражируемости этого продукта и доставки конечному потребителю.

Взаимодействие с информацией перестало быть пассивным — достижения в области компьютерных и коммуникационных технологий сделало этот процесс интерактивным. Технологии хранения и тиражирования данных на твердых (Hard Disk Drive — HDD, Compact Disk — CD, Digital Video Disk — DVD), электронных (Flash Memory) и виртуальных (Virtual Media) носителях, технологии записи, преобразования и считывания информации (Data Recording/Conversion/ Playback), обилие форматов, а также программные средства с удобными интерфейсами в совокупности образуют среду, которая позволяют непрофессиональному пользователю работать с именно информацией, а не с компьютерной техникой. Такая среда носит название мультимедийной, а технологиии программно-аппаратные средства для их интеграции и реализации — мультимедийными технологиями (рис. 12.6).

увеличить изображение
Рис. 12.6. Мультимедийная среда

Мультимедийный "документ" (MM File) не является простой суммой текстовых, звуковых графических, видео и анимационных фрагментов — это специально подготовленная сущность, воздействующая на пользователя как целостная система. При этом пользователь "погружается" в предметную среду, с которой он прямо взаимодействует, фактически являясь не только участником, но соавтором и режиссером взаимодействия. Следовательно, мультимедиа интегрирует в одном или нескольких программных приложениях и продуктах разнообразные виды традиционных и оригинальных видов представления и передачи информации.

К тому же работа мультимедийных приложений происходит, как правило, в реальном времени, и это позволяет выйти на новый уровень интерактивного общения "человек — приложение — компьютер — среда (реальная или виртуальная)".

Например, в основу мультимедиа-средств, создаваемых на базе Web-технологий (Hypermedia), положена общая объектно-ориентированная методология ассоциативных связей и концепция гипертекста. Широкая распространенность такого вида средств объясняется тем, что абсолютное большинство пользователей в настоящее время имеют доступ к сети и средствам создания элементов Web-приложений, а описания языков программирования, разметки текста, техническая документация и стандарты легко доступны на сайтах производителей .

Быстрое увеличение мощности вычислительных средств и объемов оперативной памяти, совершенствование технологий всячески стимулирует развитие мультимедиа и способствует появлению новых направлений и технических решений. Это, прежде всего, отражается в их интерактивности, создании средств виртуальной реальности (Virtual Reality — VR) и виртуальных миров, объёмного и интерактивного цифрового телевидения (Interactive Television — ITV), мультимедийных клиент-серверных сетей. К примеру, можно упомянуть такие новые решения, как IP/TV-сервер и IP/TV-клиент для Windows, созданные компанией Cisco на базе продуктов для Internet-телевидения.

Технологии мультимедиа поддерживаются специальными аппаратными и программными средствами, а также общими и специализированными форматами данных.

К аппаратным средствам можно отнести:

• основные средства: компьютер с высокопроизводительным процессором и памятью большого объема, манипуляторами (мышь, джойстик) и мультимедиа-монитором с встроенными стереодинамиками;
• специальные средства: CD и DVD приводы для воспроизведения и записи, TV-тюнеры и фрейм-грабберы (устройства, которые позволяют дискретизировать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в текущее или выделенное окно на мониторе компьютера), графические ускорители, звуковые и видео платы (адаптеры/контроллеры), поддержка акустических систем и др.

Распространенные программные средства, реализующие мультимедиа продукты или являющиеся их составной частью:

• звуковые (Adobe Audition), анимационные (Alias Maya) и графические редакторы (Adobe Photoshop, Corel Draw), средства компьютерной верстки документов (Page Maker, Venture), сканирования и распознавания текстов (Fine Reader), подготовки презентаций (Power Point);
• кодирующие и декодирующие пакеты — кодеки (Coding/ Decoding);
• пакеты для создания музыкальных дисков, просмотра цифровых фотографий, создания альбомов и галерей изображений с музыкальным сопровождением и т. д.

Ниже приводятся основные форматы для обработки и сжатия мультимедийных данных.

Текстовые — txt, doc, docx, rtf, pdf, html. Практически все мультимедийные устройства по умолчанию настроены на чтение этих распространенных текстовых форматов и на работу с ними.

Графические — JPEG, GIF, BMP, TIF (статические) и MJPEG, DVI, Wavelete (динамические, для создания анимаций). Сетевая графика представлена преимущественно двумя форматами — JPEG (Joint Photographics Experts Group) и GIF (Graphics Interchange Format). Оба этих формата являются компрессионными, то есть данные в них уже находятся в сжатом виде. Каждый из этих форматов, имеет ряд настраиваемых параметров (в том числе и параметр сжатия), позволяющих управлять соотношением "качество-размер файла".

За счет сознательного снижения качества изображения, практически не влияющего на восприятие, можно добиться уменьшения объема графического файла чуть ли не в 25 раз. GIF поддерживает 24-битный цвет, реализованный в виде палитры содержащей до 256 цветов, JPG — 24-битный цвет в палитре 16,8 миллионов цветов (True Color). Эти форматы широко используются в таких известных графических пакетах, как Adobe Photoshop, Adobe Illustrated, Paint Brash, Corel Draw и многих других.

Форматы сжатия звуковых данных — AIF, ASF, AU, AVI, BUN, MID, MP2, MP3, MPEG, SND, WAV, WRK. Наиболее известными форматами в настоящее время являются формат AU (Sun Microsystems) и WAVE (Microsoft). Наиболее приемлемым для передачи аудио данных через Internet является формат MP3. Он позволяет получать звуковые файлы с таким же качеством, как и качество Audio CD, но с уменьшением объёма от 4 до 20 раз.

Форматы сжатия видеоинформации — форматы, реализуемые семейством международных стандартов, созданных под эгидой подкомитета JTC1 — экспертной группы MPEG (Moving Picture Experts Group). Официальное название группы — ISO/IEC JTC1 SC29 WG11, её задача — разработка единых норм кодирования аудио и видеосигналов. Стандарты MPEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, кабельном и спутниковом ТВ, Интернет-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, коммуникациях по каналам ISDN и во многих других электронных информационных технологиях и системах.

Семейство стандартов быстро растет: в 2001 году появился стандарт MPEG-21 (Multimedia Framework), описывающий структуры мультимедиа, в 2006 году — группа исключительно важных стандартов: MPEG-A (Multimedia Application Format), MPEG-B (Multimedia System Technologies), MPEG-C (Multimedia Video Technologies), MPEG- D (Multimedia Audio Technologies), MPEG-E (Multimedia Midllware) и MPEG-U3D (Multimedia Universal 3D File Format).

На сегодняшний день непрофессиональным пользователям известны наиболее применяемые для массовых мультимедиа продуктов форматы MPEG-1.2,3,4. MPEG-1 был создан для кодирования и сжатия движущихся изображений и связанных с ними звуковых потоков со скоростью передачи данных до 1.5 Мбит/сек. MPEG-2 предназначен для обработки видеоизображений при пропускной способности в пределах от 3 до 15 Мбит/сек. На стандарт MPEG-2 переходят многие телеканалы — сигнал, сжатый в соответствии с этим стандартом, транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объёмов видеоматериала. MPEG-3 вначале предназначался для использования в системах телевидения высокой чёткости (High Defenition Television — HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/сек, но позже стал частью стандарта MPEG-2. MPEG-4 задает принципы работы с цифровым представлением медиаданных для трех областей: интерактивного мультимедиа, графических приложений и цифрового телевидения.

Рынок чрезвычайно быстро отреагировал на факт появления и популярности мультимедиа-систем — все крупнейшие производители компьютерной техники и программного обеспечения стали участниками мультимедиа-индустрии. В свое время с подачи американской компании Sun Microsystems появился термин "системы управления мультимедиа" (Digital Media Management — DMM). Системы DMM должны обладать следующими свойствами:

• доступность: мультимедиа-документы должны быть доступны любому пользователю, имеющему настольный компьютер, ноутбук или мобильное устройство (см. п. 5 настоящего параграфа), снабженные надлежащим клиентским ПО;
• извлекаемость: документ должен быть легко найден по его характеристикам или ссылкам и загружен для считывания;
• интеграция: все типы данных необходимо хранить в едином логическом пространстве, форматы данных должны быть описаны в библиотеке метаданных;
• автоматизация накопления: ручной труд по каталогизации и индексации сводится к минимуму
• совместимость со смежными технологиями: необходимо, чтобы клиентское ПО гладко стыковалось с популярными средствами обработки и создания содержания документов;
• многоцелевое использование: документы следует хранить в цифровом разрешении, максимально доступном на данном устройстве — чтобы их можно было легко преобразовать в различные форматы без потери качества;
• защита: единицы хранения должны быть открыты для преобразования только для лиц с надлежащими правами доступа, а там, где это необходимо, следует обеспечить защиту интеллектуальных прав собственности.

На рисунке 12.7 показана общая архитектура системы DMM, отвечающая приведенным требованиям и рассчитанная на тонкого клиента. Это трехуровневая архитектура "клиент-сервер". На первом уровне находятся средства хранения медиа-данных, на втором — интерфейс клиент-серверной системы (доставка данных, обработка запросов), на третий уровень вынесены клиентские средства загрузки и доступа к документам.

Рис. 12.7. Трехуровневая DDM-архитектура

В такой архитектуре система DMM содержит следующие компоненты:

• хранилище: сервер БД хранит документы и поддерживает различные способы хранения, доступа и обновления документов;
• загрузчик: реализует процессы автоматизирующие загрузку содержания в систему, включая запись, каталогизацию и индексацию;
• сервер доставки документов: доставляет документ пользователю в виде файлов либо в виде битового потока для последующей конвертации в нужный формат;
• браузер: по минимуму — это тонкий клиент, создающий среду для составления запросов, поиска и просмотра/проигрывания медиа-документов; расширения браузера для "толстых" клиентов реализуются через соответствующие сервисы;
• клиентские сервисы: являются средством расширения функциональных возможностей браузера;
• набор сервисов определяется требованиями пользователя и возможностями сервера.

Особое место в системе DMM занимает браузер. Браузер DMM представляет собой интерфейс пользователя для доступа и просмотра медиа-документов. Отделение браузера от уровня клиентских сервисов (рис. 14.2.2) подчеркивает тот факт, что он может быть реализован с помощью любого стандартного Web-браузера. Это дает ряд преимуществ — например, независимость программного решения браузера от используемой платформы. Наращивание функциональных возможностей может происходить далее путем добавления сервисов в рамках общей организации системы.

Браузер создает интерфейс с сервисом запросов, который должен обеспечивать следующие функции:

• навигацию по связям между документами;
• иерархический доступ "каталог/файл", аналогичный обычному менеджеру файлов;
• интерфейсы для поиска по атрибутам и по полному тексту (желательно, чтобы они составляли единое целое);
• просмотр списка ответа, в том числе включающего идентифицирующие миниатюры (иконки).

Второй главный компонент браузера — проигрыватель (Player) для документов. Желательно, чтобы медиа-документы были представлены в распространенных стандартных форматах, либо легко преобразовывались в них — однако, современные браузеры в DMM, способны получать документы в их "родных" форматах и активизировать соответствующие приложения обработки, чтобы пользователь мог, например, сам редактировать документы.

12.3. Технологии мобильных устройств

Продолжая тему предыдущего параграфа, скажем об ещё одном важнейшем аспекте применения информационных технологий в управлении бизнесом — это применение мобильных устройств различного вида и назначения. Те из них, которые непосредственно относятся к электронной коммерции, носят общее название технологий мобильной коммерции (mCommerce).

Технологии и технические устройства мобильной коммерции делают пользователя в большой степени независимым от стационарных вычислительных устройств, предоставляя все вышеперечисленные возможности при наличии мобильного телефона или карманного компьютера. Такая независимость чрезвычайно важна для делового человека: часто на принятие решения отпущено ограниченное время, и этому не должны препятствовать такие факторы, как невозможность быстрого оформления сделки или отсутствие доступа к информационным каналам.

Согласно определению Lehman Brothers, "мобильная коммерция — это использование мобильных портативных устройств для общения, получения и передачи информации, совершения транзакций через общественные и частные сети" [Макаревич Н., http://www.proms.ru/book-mobile_office. html].

Ниже перечислены наиболее распространенные в настоящее время мобильные устройства, позволяющие работать в пространстве мобильной коммерции.

Мобильный телефон с функциями WAP, GPRS или собственным микробраузером. Мобильный телефон (смартфон) стал знаковым явлением конца ХХ — начала ХХI века. Развитие технологий чипов и стандартов связи за пятнадцать лет понизило цену телефона в двадцать с лишним раз. При этом функциональность возросла во много раз — современный смартфон является мощным вычислительным устройством с гибкой операционной системой, большой памятью, СУБД, встроенным стандартом частоты и времени, мультимедийными функциями, возможностью коммуникации с другими электронными устройствами и выхода в Internet.

Мобильный доступ в Internet может осуществляться с помощью беспроводного модема, встроенного WAP-браузера или путем синхронизации устройства с другим, уже подключенным к Internet (WAP-телефоном, смартфоном, ноутбуком, персональным компьютером). Прикладной протокол беспроводного соединения (Wireless Application Protocol — WAP) является результатом совместной работы ассоциации WAP Forum, объединяющей производителей устройств и технологий мобильной связи (Nokia, Ericsson, Motorola, Samsung Electronics), телекоммуникационных операторов (Deutche Telecom, France Telecom, AT&T) и компании-производителей программного обеспечения и провайдеров услуг (Microsoft, IBM, RSA, Unwired Planet, Symbian). Ассоциация охватывает около 90 % рынка беспроводных устройств. Цель ассоциации — разработка единого открытого стандарта для обмена контентом между беспроводными устройствами и Web-сервером. В протокол WAP входят спецификации для транспортного и сеансового уровней (см. главу "Открытые системы"), а также для системы защиты данных.

Повышенное внимание к WAP обусловлено несколькими причинами. Одна из них: Internet и мобильные устройства сегодня — две очень перспективные и быстроразвивающимися отрасли, следовательно, разработка стандарта связи между ними является одним из самых востребованных решений. WAP состоит из набора следующих протоколов:

• протокол обеспечения обмена данными между клиентом и сервером (Wireless Session Protocol — WSP);
• протокол обеспечения проведения транзакций на основе транспортного механизма запросов и ответов (Wireless Transaction Protocol — WTP, Request and Reply);
• протокол беспроводной передачи дейтаграмм (Wireless Datagram Protocol — WDP);
• протокол для обеспечения безопасности (Wireless Transport Layer Security — WTLS).

Информация передается между WAP-клиентом и WAP-сервером. В качестве клиента может выступать обычный мобильный WAP-телефон. С помощью программы-микробраузера запрос направляется по сети беспроводного доступа, который принимается WAP-шлюзом. WAP-шлюз, в свою очередь, направляет URL-запрос, используя протокол HTTP, к запрашиваемому Web-узлу, при этом запрашиваемые Web-страницы должны быть написаны на языке WML (Wireless Markup Language). Web-узел формирует ответ в формате WML, передает его на WAP-шлюз, и уже оттуда, запрошенная информация передается на мобильный телефон в двоичном формате клиента. После этого информация дешифруется и представляется в удобной для клиента форме — звук, видео, текстовое сообщение.

Функция расширения возможностей системы связи (General Packet Radio Services — GPRS) инкапсулирует данные в компактные пакеты и пересылает их по сети со скоростями до 100 Мбит/сек. Отметим один из аспектов технологии GPRS, чрезвычайно важный для пользователей — все устройства GPRS находятся в постоянном виртуальном соединении с сетью. Канал связи резервируется только на то короткое время, когда нужно передать данные. Таким образом, при использовании функции GPRS абоненты оплачивают только объем передаваемой информации при работе с e-mail, Интернет или базами данных.

Портативный карманный компьютер (Personal Digital Assistant — PDA) В это семейство входят устройства с очень широким набором возможностей и сильно различающиеся между собой. Это могут быть и бесклавиатурные устройства типа Palm, умещающиеся в ладони; и более дорогие устройства со встроенной клавиатурой, имеющие размеры среднего органайзера; и, наконец, компьютерные устройства, близкие к миниатюрным ноутбукам. Основные операционные системы в таких устройствах Palm OS, Windows CE или EPOC. Связь с Internet осуществляется через беспроводной модем или посредством синхронизации с персональным компьютером, подключенным к Сети.

Смартфон (Smartphone, "умный телефон") — гибрид мобильного телефона и портативного карманного компьютера PDA, совмещающий голосовые возможности телефона с функциями обработки и передачи данных, таких как электронная почта, выход в Интернет, работа с файлами, базами данных и т.д. "Продвинутой" разновидностью смартфона является "мобильный менеджер" — мультимедийное устройство, сочетающее функциональность карманного ПК, работу с аудио и видео данными и возможности беспроводной связи.

В Европе очень широко распространены многофункциональные мобильные телефоны. Здесь, вне всякого сомнения, лидируют скандинавские страны — более 76 % населения пользуются такими телефонами (в Финляндии эта цифра достигает 82 %). В то же время в США средствами, с помощью которых возможно ведение мобильной коммерции, наиболее популярными являются портативные PDA — в силу того, что самый распространенный стандарт сотовой связи в США DAMPS не позволяет использовать сотовые телефоны в этом качестве.

Отдельного разговора заслуживает система IP-телефонии. Одно из существенных достоинств IP-телефонии (телефонной связи, реализующейся на базе Internet-протоколов) — значительно меньшая стоимость голосового трафика по сравнению со стоимостью услуг телефонной сети общего пользования. IP-телефония повышает эффективность повседневной деятельности компаний, привнося в телефонную связь всё то полезное, что уже стало привычным для пользователей компьютерных сетей, — возможность работы с сообщениями электронной почты, получения оперативных данных из производственных приложений ERP-систем, а также сводок, отчетов и новостей из Интернет/Интранет.

Благодаря появлению интегрированных систем с поддержкой голоса, графики, видео и работы с данными стало возможным создание принципиально новых современных пользовательских приложений, превращающих IP-телефон в полнофункциональное компьютерное офисное устройство. Такой телефон, реализующий широкий набор сервисов представляет собой небольшой компьютер со встроенным XML-браузером для выполнения различных XML-приложений.

IP-телефоны, кроме поддержки традиционных телефонных функций, обеспечивают доступ к корпоративной директории абонентов с возможностями поиска и дозвона. Встроенное сервисное меню позволяет пользователю IP-телефона получить доступ к текстовой или графической информации, расположенной на Web-серверах. Оперативный доступ ко всему объему корпоративных и других данных посредством IP-телефона обеспечивается, как правило, через корпоративный информационный портал (Enterprise Information Portal — EIP). IP-телефон в этом случае рассматривается как "сверхтонкий" клиент. С точки зрения пользователя — это уникальная возможность собрать на одном экране всю ту информацию, которая необходима ему в данный момент для исполнения служебных обязанностей.

Помимо этого, в настоящее время активно развиваются технологии, существенно расширяющие возможности мобильных устройств. К ним относятся, например, системы GPS (Global Positioning System) для точного координатного определение местонахождения пользователя (широта и долгота в земной системе координат или положение маркера на GIS-карте, загруженной на экран мобильного устройства). Такая система встраивается, например, в карманный навигатор (Pocket Navigatir). Система Bluetooth — радио-технология передачи данных на не очень большие расстояния (в настоящее время до 30 метров). Технология Bluetooth позволяет соединять между собой различные устройства — компьютеры, принтеры, сканеры, цифровую фото и видео технику, телефоны — не прибегая к помощи проводов. Допускаются соединения "один-к-одному" и "один-к-многим" — главное, чтобы все устройства имели встроенный микрочип Bluetooth и соответствующее программное обеспечение.

Рис. 12.8. Карманный "3G-офисфон"

Быстро развиваются технологии, системы и стандарты третьего поколения (3G Technologies), которые обеспечивают высококачественную передачу речи, изображений, мультимедиа-контента, доступ в Internet, а также обмен данными между мобильным телефоном и компьютером (скорость обмена достигает сотен Мбит/с). На рисунке 12.8 показан раскладной карманный "3G-офисфон", позволяющий выполнять в мобильном режиме функции современного офиса.

3G-технологии заметно улучшили качество сервиса сетей вторых поколений, добавляя им множество новых услуг. Ниже перечислены услуги третьего поколения, доступные современному пользователю:

• голосовые вызовы и видеотелефония;
• мобильная IP-телефония (Wireless Voice Internet Protocol — wVoIP);
• передачи и прием видео/аудио потоков: цветное телевидение, фото и видео съемка
• мобильный офис с Web-браузингом;
• услуги, основанные на местоположении абонента: ориентация в незнакомом месте, карты и путеводители;
• мобильная электронная коммерция: поиск и выбор товаров; оплата билетов, товаров и услуг; надёжное обеспечение безопасности информации.

Спецификации 3G в процессе развития к спецификациям 4G. Институт Европейских Стандартов Телекоммуникаций разрабатывает стандарт UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), который соответствует спецификации IMT-2010.

Весь ход развития технологии мобильных устройств говорит о том, что дальнейшее совершенствование этих устройств будет идти по пути интеграции методов, технологий, стандартов в целях расширения функциональности и повышения качества услуг, предоставляемых мобильной ИТ-техникой.

Мобильные устройства уже стали полноценными компактными компьютерами нескольких классов: карманные компьютеры, основной функцией которых будет организация времени пользователя, работа с документами и персональными базами данных (расширенные органайзеры); смартфоны с широкими функциями мобильной связи; мобильные "менеджеры" (офисфоны) — многофункциональные мультимедийные устройства, сочетающие габариты карманного ПК, работу с аудио и видео данными, возможности беспроводного доступа в Internret и использование больших преимуществ быстро развивающейся технологии Web 2.0.

12.4. Видеоконференции и системы коллективной работы

Трудно представить себе успешную компанию, не использующую те преимущества, которые дают современные информационные технологии. К таким технологиям, вне всякого сомнения, следует отнести те, без которых невозможна организация эффективной работы — технологии и системы коллективной (групповой) работы. Реалии сегодняшнего бизнеса таковы, что изменилась сама парадигма принятия решения — системы групповой и распределенной работы, когда менеджеры среднего звена управления способны получать и анализировать любую нужную им информацию на своем рабочем месте, где бы оно ни находилось, позволяют делегировать часть полномочий по принятию решений на средние уровни управления. Отсюда следует, что для реализации этой парадигмы необходимо на корпоративном уровне разрабатывать и внедрять соответствующие элементы информационной инфраструктуры.

Реальная практика компаний, показывает, что ИТ-инфраструктура предприятия, по своей природе относящаяся к обеспечивающим подсистемам, оказывает существенное— а в иных случаях, определяющее — влияние как на деятельность компании в целом, так и на отдельные бизнес-решения и операции. В частности, успешная или неудачная реализация деловых решений сильно зависит от того, насколько полно, качественно и своевременно они подкреплены адекватной информацией, являющейся результатом коллективной работы и менеджеров, ИТ-специалистов, аналитиков и работников знания.

Виды деятельности, которые должны быть обеспечены соответствующими элементами ИТ-инфраструктуры, достаточно разнообразны. В общем случае, это:

• управление деятельностью крупной, территориально распределенной или виртуальной компанией;
• управление комплексными проектами, часть работ из которых выполняются на аутсорсинге или субподряде;
• координация деятельности с поставщиками и партнерами;
• управление портфелем инвестиций в режиме On Line, участие в электронных биржевых торгах;
• управление знаниями и дистанционное обучение сотрудников компании;
• удаленный контроль и управление оборудованием и технологическими процессами;
• удаленное участие при проведении научных экспериментов, экологический мониторинг окружающей среды с участием представителей различных стран;
• формирование и оказание услуг с использованием сетевых технологий — проведение интерактивных интервью, конференций, телемостов и т.д.

Что же необходимо иметь для организации такой работы? Просто инструментов для сбора, обработки, анализа, структуризации, архивации информации и доставки её конечному пользователю — то есть, тех стандартных средств, которые имеются в составе любой средней корпоративной информационной системы, сегодня уже недостаточно. Необходимы специализированные технологии и устройства (Groupware) для формирования среды коллективной (групповой) работы (Integrated Collaborative Environments — ICE). Одним из эффективных видов коллективной работы являются телеконференции, организуемые по телевизионным каналам, или видеоконференции, осуществляемые на базе компьютерных и сетевых технологий.

Технологии и средства проведения видеоконференций

Видеоконференция — это вид одновременной связи между некоторым числом участников (абонентов), которые могут видеть и слышать друг друга, независимо от того, где они находятся, обеспеченной применением соответствующих телекоммуникаций. Для организации видеоконференций используется современная технология, называемая видеоконференцсвязью — ВКС (Videoconferen-cing). Общение в режиме видеоконференций называется сеансом ВКС (Videoconferencing Session)

Видеоконференция применяется, как одна из технологий для сокращения затрат на подготовку, согласование и принятие делового решения, уменьшения организационных, временных, транспортных и иных расходов в территориально распределенных организациях, а также как один из элементов технологий "телемедицина", "дистанцинное обучение" и "общение представителей власти с народом". Примером последней технологии могут служить проводимые в режиме On Line ежегодные телевизионные "встречи" президента России с жителями различных регионов страны. Опыт применения таких технологий показал их эффективность — согласно исследованиям психологов у собеседников повышается уровень восприятия информации и доверительности, если при общении собеседников добавляется невербальный язык (жесты, мимика, положение тела).

Рис. 12.9. Многоточечная ВКС в локальной сети

Видеоконференции и постоянно действующие видеосети для текущего наблюдения за критически важными процессами находят все большее применение в корпоративном управлении — независимо от профиля компаний и видов их деятельности. Такие технологии позволяют не только экономить время и средства для организации и проведения очных совещаний, но и предоставляют недоступные ранее возможности. Это — удаленное наблюдение за закрытыми ранее процессами, управление такими процессами, проведение дистанционного обучения непосредственно в ходе реальной работы без активного в нее вмешательства и т. д.

Видеоконференции проводятся обычно в специально подготовленных помещениях (Videoconference Room), оснащенных соответствующей компьютерной и мультимедиа аппаратурой, большими мониторами (плазменными панелями) с мультиэкранным выводом изображений, телевизионными или Web-камерами, электронной доской, телекоммуникационными устройствами. В этом случае используется специализированное программное обеспечение для сжатия и дешифровки информации, а также для обеспечения безопасности её передачи по открытым каналам связи или через Internet.

Рис. 12.10. Многоточечная ВКС в территориально распределенной IP-сети

Различные модификации видеоконференционных систем позволяют учесть эргономику рабочих мест персональных абонентов, создать оптимальное условия для "абонентов-аудиторий" с учетом освещения, акустической обстановки, удобства передачи и отображения видеоинформации. Для организации видеоконференции между тремя и более абонентами, используется технология многоточечной ВКС, которая может быть реализована на специализированном видеосервере (Multipoint Conference Unit — MCU) или на программно-аппаратных терминалах ВКС (рис.12.9—12.11) [http://www.stel.ru/videoconference/tech_vc/].

Рис. 12.11. Многоточечная ВКС в разнородных сетях

В ходе проведения видеоконференции её участники могут обмениваться факсимильными изображениями и электронными копиями документов, совместно просматривать презентации и видеоматериалы. Они могут пересылать файлы различных форматов, транслировать телеметрические данные (сеансы видеосвязи с космическими кораблями), сохранять статические и динамические фрагменты, а также запрашивать и получать информацию из удалённых баз данных и информационных систем.

Широкие возможности предоставляют профессиональные видеоконференции для обсуждения аналитических материалов, научных идей, при проведении политических дискуссий, при обсуждении различных направлений культуры и искусства, создаются возможности привлечения к дискуссиям такие аудитории, которые невозможно было привлечь ранее в силу удаленности их удаленности.

Для общения в режиме видеоконференции абонент должен иметь комплектный терминал ВКС, который обычно включает: микрофоны, видеокамеры, большой экран, устройства отображения информации и воспроизведения звука, а также кодек, обеспечивающий кодирование/декодирование потока.

В качестве кодека может использоваться компьютер с соответствующим программным обеспечением или программно-аппаратный комплекс, использование которых позволяет подстраивать системы ВКС под различные полосы пропускания каналов связи и качество передаваемого видеоизображения, а именно: использовать стандарты H.261/H.263, MJPEG, MPEG2, MPEG4. Специально отметим, что кодирование видеоинформации с помощью кодеков MPEG 2/4 позволяет достичь более высокой скорости передачи, а кодирование с помощью кодека MJPEG позволяет обеспечить более высокую устойчивость к помехам в канале связи. Для подключения ВКС к сети передачи данных используются один из Intrnet-протоколов (Internet Protocol — IP) или протокол цифровой сети с интеграцией служб (Integrated Services Digital Network — ISDN).

В ходе подготовки участия в проведении видеоконференции в системе ВКС обычно заранее формируется адресная книга, в которую заносятся контактные адреса возможных участников. После согласования со всеми участниками видеоконференции адресная книга утверждается и используется организатором (администратором) ВКС в качестве базового документа для идентификации участников и их подключения. Имеется возможность как персональных, так и групповых вызовов. После подтверждения приема вызова происходит автоматическое установление связи по голосу и по видео. По желанию абонента может быть вначале установлена связь только по голосу — с последующим подключением видео. Если ВКС проводится в режиме "точка-точка" (Point to Point Mode), то вызов передается непосредственно на рабочее место вызываемого абонента, если же общение должно происходить в многоточечном режиме (Multipoint Mode), то вызов сначала поступает на видеосервер, который затем вызывает (оповещает) остальных участников видеоконференции.

Процесс проведения видеоконференций состоит из следующих стадий:

• программно-аппаратная инициализация сеанса ВКС;
• установление связи, вызов абонента (абонентов) или видеосервера;
• идентификация абонентов, регистрация и согласование дополнительных участников;
• вызов или отключение дополнительных абонентов;
• дуплексное аудио-визуальное общение;
• вызов удаленных информационных ресурсов, обмен материалами, ведение протоколов, подготовка и принятие резолюций, проведение итогового голосования;
• завершение видеоконференции председателем или модератором, согласованное со всеми участниками, имеющими право решающего голоса;
• программно-аппаратное закрытие сеанса ВКС.

Каждый абонент видеоконференции имеет равные права и обязанности. В рамках корпоративной сети передачи данных при наличии достаточно мощного видеосервера могут проводиться одновременно несколько видеоконференций.

Необходимость полной видеозаписи ВКС обычно согласовывается заранее — за исключением случаев записи хода видеоконференции с последующим выборочным монтажом для средств массовой информации, или для архива значимых мероприятий. Любой из участников видеоконференции может заранее отказаться от участия или прекратить свое участие непосредственно в ее процессе. Эти действия определяются исключительно самим участником и общей ситуацией проведения ВКС.

Современные коммуникационные технологии, используемые в профессиональных системах ВКС (например, ВКС типа Digital Videoconferencing System — DVS), позволяют применять их практически с любыми каналами связи:

• аналоговыми и цифровыми проводными телефонными каналами;
• радио каналами;
• радио релейными линиями;
• оптоволоконными каналами;
• выделенными телефонными и VPN каналами;
• спутниковыми каналами;
• локальными и Internet сетями;
• сотовыми каналами связи GSM/CDMA/GPRS и т.д.

Основные коммуникационные параметры, при которых возможно использование профессиональных систем ВКС отражены в таблице 12.1.

Непосредственно в сеансе ВКС можно контролировать некоторые важные параметры: количество исходящих и приходящих кадров в секунду, реальную скорость выходящих и входящих IP-пакетов — всего и по каналам раздельно (данные, звук, видео), количество утраченных или искаженных в процессе IP-пакетов — всего и по каналам раздельно (данные, звук, видео). Можно также контролировать и изменять основные установочные параметры, как собственной системы, так и системы удаленного абонента: коммуникационные параметры, параметры настройки входных и выходных устройств, параметры оцифровки и сжатия видео звука и данных, параметры интерфейса пользователя.

Отметим, что ценовой диапазон на современные ВКС очень широк — от 500 до 2500 долларов за настольные ВКС (Desktop System) для работы в локальной сети, и от 5000 до 50000 долларов за стационарные ВКС (Videoconference Room System), работающие как в локальных, так и во внешних сетях. Выбор конкретной ВКС определяется бизнес-задачами и возможностями компании.

Интенсивное развитие компьютерных и коммуникационных технологий открывает принципиально новые возможности построения и развития информационных систем для решения управленческих задач в организациях в крупных, территориально-распределенных и виртуальных организациях. Вектор развития смещается в сторону создания информационных мультимедиа сетей (Informational Multimedia Networks — IMN).

Необходимым условием построения такой сети является единая технология решения всех приложений, реализуемых в данной сети, и использование открытых стандартов и спецификаций — то есть, необходимо всемерно использовать технологии открытых систем.

Для ВКС это, прежде всего, стандарты аудио и видео компрессии H.120, H.261, H.263, мультипротокольные стандарты H.320, H.323, H.324, работающие и в IP и в ISDN сетях, а также широко используемый сегодня стандарт сжатия видеопотока H.264. Рабочими группами ITU-T и ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) был создан MJPEG — стандарт сжатия отдельного графического изображения, затем — MPEG-1 и MPEG-2. Эти стандарты ориентировались на широкополосные каналы и применялись, в основном, в цифровом телевещании и для интерактивных видеоприложений, не пересекаясь с видеоконференцсвязью. Но с началом работ над MPEG-4 рабочие группы объединили свои усилия. В результате стандарт H.264, известный также как MPEG-4 Part 10 или AVC (Advanced Video Coding), в настоящее время используется большинством компаний — производителей оборудования для систем ВКС [Гургенидзе А. —http://www.connect.ru/article.asp?id=7268].

Системы коллективной работы

Системы коллективной (групповой) работы (Groupware) — общий термин для информационных систем (подсистем), которые дают группе людей возможность осуществлять совместную деятельность (Joint Actoins). Например, подготавливать и принимать решения, производить экспертную оценку новых идей, управлять подразделениями компаний, процессами, проектами и персоналом, создавать программное обеспечение для компьютеров, писать отчеты по реализации проектов, взаимодействовать с внешней средой (органами власти, социальными организациями, поставщиками, партнерами, клиентами, конкурентами). Значительная часть средств Groupware возникло в результате развития средств обмена сообщениями (первым таким средством был продукт под названием PLATO Group Notes, появившийся в 1976 году).

Такие системы, реализующиеся, как правило, в локальных или распределенных сетях, образуют интегрированную среду (Integrated Collaborative Environments — ICE) и предназначаются не только для совместной работы, но и для получения и формирования знаний. В таком случае их определяют термином "компьютерные средства коллективной работы в сети" (Computer Aided Network Groupware). Их также можно рассматривать как развивающуюся дисциплину, изучающую влияние компьютерных и коммуникационных технологий на поведение и производительность группы, а также на процессы реализации жизненного цикла сложных программных и информационных систем. Эта дисциплина основана на информатике, когнитивистике, психологии, социологии, организационном и личностном поведении и информационных системах управления.

С развитием этой дисциплины появилась много синонимов термина "компьютерные средства коллективной работы в сети". В литературе часто используется фразы "совместная работа на базе компьютеров", "программное обеспечение коллективного пользования", "программное обеспечение работы команды", "технологическая поддержка деятельности рабочей группы", "коллективные системы поддержки принятия решений", "коллективная автоматизированная работа", "совместная автоматизированная работа", "коммуникации с помощью компьютера", "гибкие интерактивные технологии для осуществления коллективных задач" и даже "расширенная мастерская знаний" .

В принципе всё это означает наличие программно-аппаратных средств, реализующих электронное пространство, в котором осуществляется:

• сбор и обработка информации, необходимой для подготовки принятия решений;
• управление командами и производство работ по реализации проектов;
• формирование и воспроизводство знания — от поиска необходимых источников до обсуждения результатов и публикации работ.

Программное обеспечение коллективного пользования позволяет группе сотрудников (Group/Team) осуществлять совместные действия с целью достижения поставленных задач, использования общих данных и информации и усовершенствования деятельности по принятию решений на базе корпоративных коммуникаций. Программное обеспечение классифицируются в зависимости от выполняемых функций:

• для поддержки принятия решений;
• для обеспечения процесса пользования общей информацией и формирования знаний;
• для управления процессами совместной работы;
• для управления коммуникациями.

Один из тех, кто стоял у истоков создания теории и методов коллективной работы — Дуг Энгельбарт (Doug Engelbart) — в 60-е годы ХХ века предсказывал, что в близком будущем компьютеры смогут расширить границы человеческого интеллекта "благодаря усложнению программных систем и сотрудничеству на основе и с помощью новых технологий". Его лаборатория по созданию расширенной мастерской знаний (Augmented Knowledge Workshop) работала над некоторыми фундаментальными вопросами, которые оказались весьма существенными для понимания осуществления компьютерных систем поддержки совместной работы.

Они включают в себя технику организации диалога при мозговом штурме и его запись (Dialog Mapping Ware), телеконференций, совместное создание электронной документации, перспективное планирование, базы данных коллективного пользования, организацию контактов менеджеров и исполнителей с применением средств мультимедиа. Не без влияния его идей в 1970-х годах появилось два наиболее широко используемых компонента программного обеспечения коллективного пользования — электронная почта и телеконференции.

В 80-х годах появились и вошли в постоянное использование основные термины и идеи в сфере совместной работы на базе компьютеров: программное обеспечение коллективного пользования, коллективные системы поддержки принятия решений, совместная работа на базе компьютеров, телеконференции. В настоящее время системы поддержки работы групп и электронные системы организации совещаний считаются наиболее важными составляющими систем поддержки принятия решений и управления деятельностью предприятий.

Электронная почта. Исторически сложилось так, что система обмена электронными сообщениями (e-mail) стал одна из первых массовых технологий групповой работы. Те компании, которые первыми ввели у себя такую форму общения, получили на некоторое время заметное конкурентное преимущество. В настоящее время электронная почта является самой распространенной и пользующейся наибольшим успехом формой коммуникационного обеспечения коллективного пользования. Каждый, у кого есть электронный адрес, может посылать электронные сообщения любому другому человеку, у которого тоже есть адрес электронной почты — на любой соединенный с сетью компьютер и любой точке земного шара.

С помощью программного обеспечения для работы с электронной почтой можно создавать электронные сообщения и делать вложения в них. Функция вложения используется для отправки по почте документов любого типа, например текстовых документов, электронных таблиц, мультимедиа файлов, файлов баз данных и т. д. разработанное позже программное обеспечение для фильтрации текста расширило возможности электронной почты, чтобы помочь пользователю в структурировании, направлении и фильтрации сообщений. Потребность в этих услугах обусловлена тем, что постоянно растет количество почты, которая почти или совсем не нужна пользователю (Spam). Программное обеспечение для фильтрации может обеспечивать доставку пользователям только персональных сообщений, содержащих важные для них новости, а также помогает находить информацию, необходимую пользователям в процессе принятия решений.

Компьютерные форумы и чаты (Forum/Chat) — разновидность электронной почты, когда сообщения систематизируются по темам, а диалоги зачастую организуются модератором. Такая форма общения, известная как асинхронная система неформального обмена мнений на заданную тему, может применяться в случаях, когда личные встречи необязательны или неосуществимы.

Системы проведения конференций на основе компьютеров. Такие системы проведения конференций (интерактивные телеконференции) дают возможность группе совместно работающих, но территориально разделенных людей обмениваться в режиме On Line мнениями, идеями или информацией при обсуждении какого-либо вопроса, преодолев временные и пространственные барьеры. В настоящее время существует масса разновидностей систем проведения конференций, включая компьютерные конференции (совещания, проводимые с помощью электронной почты), селекторные совещания с возможностью подключения мобильных абонентов, конференции с использованием настольных персональных компьютеров, средств мультимедиа, теле и видеоконференции и конференции.

Коллективное оформление текстовой документации и графических материалов. Групповая разработка документации — это создание комплекта документации одновременно группой сотрудников, часть из которых могут совместно работать над одним документом (выявление и формирование требований, отработка спецификаций, составление плана, отчета, инструкции, подготовка текста брошюры или статьи). Использование системы для коллективного оформления документации позволяет каждому члену рабочей группы создавать и редактировать свои собственные разделы документов, в которые могут входить текст, графика, электронные таблицы и т.п. Аппаратное обеспечение для этой системы включает в себя файловый сервер с БД, который является одним из узлов локальной сети и с которым соединены персональные компьютеры рабочей группы. На нем сосредоточена вся документация группы, текстовые редакторы и графические пакеты (если взаимодействие построено по схеме "клиент-сервер").

Чтобы группа могла совместно создавать документы, используется специализированное программное обеспечение, позволяющее определять местоположение документов, находить их, отслеживать пути перемещения, обеспечивать сохранность и адекватность, а также осуществлять конфигурационный и версионный контроль сложных многостраничных документов, содержащих текст, таблицы и графику.

Системы автоматизации делопроизводства и документооборота (Office Automation Systems). Прикладные программы автоматизации управления делопроизводством и документооборотом охватывают все виды вопросов, связанных с деятельностью в офисе, которые должны быть изучены и приняты к исполнению, а также требуют утверждения со стороны иерархии менеджеров. Современные системы управления документационным обеспечением имеют развитые средства создания и рассылки документов в автоматизированном режиме, позволяя отслеживать маршруты и правильность заполнения документа на всех этапах его создания или обработки.

На российском рынке представлены десятки доступных программных продуктов российских и зарубежных фирм в широком ценовом диапазоне, в Internet можно скачать различные варианты Open Source продуктов для управления офисной деятельностью.

Планирование деятельности рабочих групп (Group Activity Planning). Системы планирования для рабочих групп (составление повестки дня рабочих групп) упрощают процесс планирования их ежедневной, еженедельной и долгосрочной деятельности. Работая с базой данных коллективного пользования и программами-планировщиками, организация может свести к минимуму накладки в расписании членов группы. Такие модули типа Outlook в настоящее время встраиваются практически во все офисные программы, а для быстрого планирования и надежного контроля исполнения используются программные пакета типа MS Project и Primavera.

Системы текстовых баз данных для открытых рабочих групп. Использование таких БД является достаточно эффективным способом доступа к неструктурированным текстовым данным, хранящим разнообразные материалы организации — совокупность текстовых данных, полученных из электронных сообщений, электронных досок объявлений и коллективных ресурсов свободного доступа. Это важный корпоративный ресурс, который может использоваться при решении внутренних задач, в работе с клиентами и во многих других случаях.

При хранении текстовых данных эффективным способом систематизации больших объемов информации является применение технологии ссылок и гипертекста. Использование гипертекста обеспечивает пользователям быстрый и удобный доступ к информации, содержащейся в больших документах. Коллективное использование гипертекста позволяет людям проводить сеанс распределенной работы в режиме реального времени, например, одновременно просматривать и редактировать различные участки текста. Действия пользователя немедленно отображаются на дисплеях всех участников, выбравших для работы режим взаимодействия с сильной связью. Если пользователь выбирает режим взаимодействия со слабой связью, он может предпринимать какие-либо действия, которые не будут сразу видны остальным, однако система отслеживания версий документа (Source Safe System) обязательно зафиксирует и сохранит все сделанные изменения.

Отметим, что в 80-е и 90-е годы XX века лидером среди недорогих программных продуктов, реализующих коллективную работу с открытыми БД в локальной сети организации, долгое время был продукт Lotus Notes/Domino компании Lotus. Этот продукт имеет массу важных особенностей. Базы данных Lotus Notes хранят документы, которые содержат графические данные, электронные таблицы, текстовую информацию, и т. д. в форме одной записи. Более того, это программное обеспечение совместимо со многими популярными текстовыми редакторами, программами для работы с электронными таблицами и графическими пакетами для персонального компьютера. Lotus Notes может работать из-под различных операционных систем и с различным аппаратным обеспечением. Оно может быть использовано при работе на любых компьютерах с операционными системами Windows или Unix, а также некоторыми популярными сетевыми операционными системами, включая Novell, Banyan и IBM. Такая совместимость упрощает процесс пользования общей информацией и совместную работу пользова телей в крупных распределенных системах.

Системы управления базами данных для рабочих групп. Размещение, хранение, обеспечение безопасности и выдача информации по запросам являются фундаментальными функциями автоматизированных информационных систем. Хранение данных осуществляется на вторичных устройствах хранения информации (Data Storage), при этом используется иерархических система уровней данных: бит, байт, поле, запись, файл и база данных. Каждая запись в БД содержит определенные поля заданной длины, совокупность записей представляет собой файл.

Система управления базой данных (Data Base Management System — DBMS) предоставляет пользователю запрашиваемые данные, скрывая технологии их размещения, хранения и обслуживания. СУБД для рабочих групп — это программное обеспечение для управления (ввода, обновления, систематизации, осуществления запросов, создания отчетов и т. д.) базами данных. Такие популярные СУБД, как Microsoft Access, Progress, MySQL могут использоваться как одним человеком, так и группой исполнителей. Различие между СУБД для рабочих групп и индивидуальных СУБД состоит в том, что СУБД для рабочих групп контролируют доступ и совместное использование данных и обеспечивают их целостность при коллективной работе.

Современные СУБД, реализуемые, например, технологиями и инструментальными средствами Microsoft и Oracle, предоставляют множество гибких функций для осуществления коллективной работы с комплексными и распределенными базами данных. Отметим, что сейчас доступно достаточно много свободно распространяемых продуктов, таких как Web-серверы Apache, баз данных MySQL или PostreSQL.

Системы поддержки подготовки и принятия решения (Decision Support Systems). С середины 1980-х годов, когда фокус применения информационных систем стал смещаться от подготовки отчетов к использованию ИС для поддержки реализации бизнеса, стали развиваться и всё шире использоваться системы, позволяющее группам специалистов эффективно заниматься подготовкой принятия деловых решений. Такая система для коллективной работы является "интерактивной автоматизированной системой, которая способствует облегчению принятия решений по неструктурированным вопросам лицами, работающими сообща и представляющими собой группу.

В начале 1990-х годов сложилась обобщенная система требований на технологическое сопровождение работы таких групп и необходимые коммуникации. Каждый из членов такой группы имеет персональный компьютер или рабочую станцию, которая соединена в локальной или Internet сети с компьютерами других членов группы, а также с одним или несколькими большими экранами или электронными досками общего пользования для того, чтобы каждый из участников группы мог видеть информацию, вводимую другими.

Программное обеспечение для групповых систем обеспечения принятия решений должно поддерживать специализированные функции, такие как анонимный ввод идей и комментарии пользователя, составление перечня информации, вводимой пользователями, голосование, ранжирование альтернативных решений и их вывод на экран (Dialog Mapping System). Человеческая составляющая включает в себя одного или несколько экспертов, аналитиков, представителей заинтересованных проектных команд и модератора, который проводит сессию и является посредником между группой и компьютерной системой. Задачи группы включают в себя налаживание личностных коммуникаций, обсуждение и системный анализ проблем, решение возникающих вопросов, переговоры, разрешение конфликтов, проектирование вариантов решения, подготовка документов и совместное их использование.

Основанное на применении информационных технологий программно-аппаратное окружение (Integrated Collaborative Environments — ICE), включающее аудио и видеотехнику, процедуры, методики, вспомогательные средства и данные, необходимые для работы, обеспечивает поддержку групповых совещаний, которые могут быть распределены как по времени, так и в пространстве. Программные продукты коллективного пользования объединяют в себе все большее количество Internet-протоколов. К таким продуктам относятся, например, Domino от Iotus Development или Microsoft Exchange от Microsoft.

В настоящее время речь уже не идет об обеспечении отдельных сфер деятельности коллективной работы. На рынке имеется много продуктов от ведущих зарубежных производителей программного обеспечения Microsoft, IBM, Intel, Sun Microsystems, Borland, Novell, некоторых российских компаний, которые реализуют полнофункциональную среду (ИТ-инфраструктуру) управления деятельностью компании и эффективного ИТ-сопровождения этой деятельности для решения основных бизнес-задач.

12.5. Геоинформационные системы

Глобализация и интернационализация экономики, уничтожение торговых барьеров между большим числом государств в Европе и Азии, широкое применение информационных технологий и информационных систем в деятельности государственных и коммерческих структур, появление и быстрое развитие глобальной сети Internet привело в середине 80-х годов ХХ века к появлению информационных систем, которые позволяли организовать в режиме On Line работу транснациональных корпораций, находящихся на разных континентах. Расстояния перестали быть препятствием для эффективной работы распределенных компаний – развивающиеся ИКТ обеспечивали практически мгновенную связь и доставку информации для анализа и принятия делового решения, реализуя известный принцип "7 х 24" ("7 дней в неделю, 24 часа в сутки"). Значительную часть этой информации практически в любой сфере деятельности мы получаем в виде рисунков и карт, планов, схем и пояснительных текстов.

Это могут быть схемы магистрального газового или нефтяного трубопровода из Сибири в Западную Европу, движения подводных лодок и самолетов боевого патрулирования вдоль границ России, схемы железнодорожных путей в масштабе страны или метро в городе, план здания или схема взаимосвязей между офисами компании, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов и т. д.

Выбор места для филиала компании за рубежом, проведение маркетинга и набор персонала в другой стране, координатная "привязка" производства к той местности, где это наиболее выгодно с точки зрения наиболее эффективного использования ресурсов в большинстве случаев перестали быть трудно разрешимой задачей. Появилась насущная необходимость представлять географическую и сопутствующую информацию в удобном графическом виде, совмещая на экране монитора несколько листов сканированного изображения карты.

Быстрое развитие специализированных систем и технологий, получивших название географических информационных систем — ГИС (Geographical Information Systems — GIS), позволило к концу ХХ века успешно решать такие задачи (рис. 12.12) [Основы геоинформатики и ГИС-технологий, http://cnit.pgu.serpukhov.su/koi/kyk.htm].

Рис. 12.12. Пример содержания базы данных ГИС

ГИС-технологии получили широкое распространение и применение в науке, технике, бизнесе. Координатно-временная привязка объектов используется в геодезии, картографии, геологии, мореходном деле. Обработка и сведение в единую систему фотографических снимков из космоса в научных и военных целях, обработка данных геофизики и геодинамики, использование в народном хозяйстве (составление городских, региональных и федеральных земельных кадастров) и многое другое производятся с применением ГИС-технологий. Многочисленные определения понятия "геоинформационная система" и "геоинформационная технология" отражают многоплановость понятий (рис. 12.14).

Рис. 12.13. Трехмерная (рельефная) карта ГИС

Рис. 12.14. Многоплановость областей применения ГИС

Это видно и из таблицы 12.5.1, где приведены различные определения этих понятий. Из этой обширной интересной таблицы видно, как складывалось понимание сути технологий ГИС — самое раннее относится к 1966 году, последнее – к 1991 году. Всё это говорит о том, что к началу 90-х годов определение ГИС, в основном, сложилось.

Анализируя эти определения и убирая повторяющиеся фразы, можно выделить основные ключевые слова, относящихся к современному понятию ГИС-технологий. Это — "информационная система", "географическая информация", "программно-аппаратные средства", "интерактивные системы", "математические статические и динамические модели", "пространственно-координированные данные", "управление, анализ, манипулирование данными", "образное отображение (визуализация) данных в виде карт или таблиц", "тематические карты-слои", "картографические базы данных".

увеличить изображение
Рис. 12.15. Общая структура GIS-платформы

И, наконец, приведём определение 1997-го года, взятое из ГОСТа, которое в большой степени объединяет приведенные выше определения и использует практически все выделенные выше ключевые слова: "Географическая информационная система (ГИС) —это совокупность технических, программных, коммуникационных и информационных средств, обеспечивающих ввод, обработку, хранение, математико-картографическое моделирование и образное интегрированное представление (визуализацию) пространственных и соотнесённых с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления (ОСТ ВШ 02.001-97).

Таким образом, ГИС-технологии — это, прежде всего, компьютерные технологии и системы, позволяющие эффективно работать с динамическими данными о пространственно-распределенных объектах, дополняя их наглядностью представления и возможностью строить модели и решать задачи пространственно-временного анализа. ГИС, как и любая информационная система, снабженная средствами сбора и обработки данных, дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить и обрабатывать нужные географические сведения и отображать их в удобном для пользователя виде (рис. 12.15) .

Применение ГИС-технологий позволяет резко увеличить оперативность и качество работы с пространственно-распределенной информацией по сравнению с традиционными "бумажными" картографическими методами.

Географические пространственно-распределенные данные означают информацию, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на земле, над и под землей, на воде, над и под водой, в космическом пространстве. Эта информация может быть получена с помощью дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок, включая съёмки из космоса.

Данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение и пространственные отношения объектов, время, на которое зафиксированы эти компоненты, и скорость изменения указанных параметров. Иными словами, географические данные описывают:

• географическое пространственное положение физических или смоделированных объектов представляется 2-мерными (координаты X,Y на плоскости), 3-х мерными (широта, долгота, высота над уровнем геоида) и 4-х мерными координатами (широта, долгота, высота над уровнем геоида, время в секундах, средних сутках, среднем солнечном годе) в системе координат, отнесенной к среднему полюсу Земли и положению среднего экватора;
• свойства объектов или моделей могут содержать информацию, которая не указывает явно на пространственную ориентацию и является описательной — тем не менее, такая информация является важной и она также включается в географические данные;
• пространственные отношения определяют взаимное расположение объектов или моделей — например, положение объекта А по отношению к объекту В на плоскости, в пространстве или во времени, движение А относительно В, вложенность А в В и т.д.;
• временные параметры могут характеризовать как взаимное отношение объектов (моделей) так и жизненный цикл географических данных.

Области применения ГИС сегодня крайне разнообразны: землеустройство, контроль ресурсов, экология, муниципальное управление, транспорт, экономика, социальные задачи и многое другое. Первые работы по ГИС-технологиям начали проводиться более 25 лет назад в Канаде и США, где первоначально использовались в основном для целей землеустройства южный и западных районов США и картографирования канадских районов Арктики с помощью компьютерной обработки спутниковых фотографий.

Сейчас все шире начинают внедряться ГИС массового пользования — для генеральных электронных планов городов, планов разработки месторождений полезных ископаемых и морской разведки нефтяных пластов, схем инженерных коммуникаций, схем движения транспорта и т.п. По некоторым оценкам до 80-90% всей информации, с которой мы обычно имеем дело, может быть представлено в виде ГИС различного назначения.

Для поддержки критически важных областей деятельности — атомная энергетика, добыча и транспортировка нефти и газа, ликвидация последствий природных и техногенных катастроф, деятельность в оборонной сфере — в настоящее время всё шире разрабатываются и применяются специализированные Web-ресурсы для реализации распределенных ГИС и ГИС-порталов. Разработка таких порталов производится сегодня на базе международных стандартов, созданных известными международными организациями по стандартизации — ISO (International Organization for Standardization) и OGC (Open Geospatial Consortium). Это такие стандарты, как ISO 19115 MetaData, ISO 19139 MetaData — XML Schema Implementation, Catalog Interfaces, Geography Markup Language и Web Map Service.

В настоящее время создание ГИС является одним из наиболее бурно растущих сегментов рынка высоких компьютерных технологий, на котором работает большое количество крупных фирм за рубежом и в России. Среди них можно отметить Intergraph (http://www.intergraph.com/gis), ESRI (http://www.esri.com), MapInfo (http://www. mapinfo.com), Autodesk (http://www.autodesk.com), CalComp, Space Imaging (http://www.geoeye.com), Центр геоинформационных исследований Института географии РАН (сайт "Мир карт", http://www.mirkart.ru, завоевавший в 2003 году "Интел-Интернет-премию" России) и многие другие. Для непрофессиональных пользователей существуют великолепные Web-ресурсы GoogleMap (http://maps.google.com) и Geography NetWork (http://www.geographynetwork.com).

Классификация ГИС, функциональность и средства поддержки

Многообразие существующих ГИС-решений укладывается в различные виды классификаций.

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования — городские или муниципальные (Urban GIS — UGIS), природоохранные (Environmental GIS), производственные (Manufacturing Facilities GIS — MFGIS) и т.д. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней научными и прикладными задачами — инвентаризация ресурсов (кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений.

Интегрированные ГИС (Integrated GIS — IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Масштабно-независимые ГИС (Multiscale GIS — MSGIS) основаны на множественных, представлениях пространственных объектов (Multiscale Representation), обеспечивая графическое или картографическое вопроизведение данных на любом уровне масштабирования на основе того набора данных, который обеспечивает наибольшее пространственное разрешение. Пространственно-временные ГИС (Spatio-temporal GIS — STGIS) оперируют пространственно-временными данными.

Реализация геоинформационных проектов (GIS Project), включает обычные этапы жизненного цикла:

• предпроектных исследований (Feasibility Study), в том числе изучение требований пользователя (User Requirements) и функциональных возможностей (Functional Facilities) используемых программных средств ГИС;
• технико-экономическое обоснование разработки ГИС;
• оценку соотношения "затраты/прибыль" (Costs/Benefits);
• системное проектирование ГИС (GIS Designing), включая стадию пилотного проекта (GIS Pilot Project);
• разработку (GIS Development);
• тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (Test Area);
• прототипирование или создание опытного образца (Prototyping);
• внедрение (GIS Implementation);
• введение в эксплуатацию и использование (Setting into Operation).

Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС являются предметом изучения быстро развивающейся ветви информатики — геоинформатики.

В истории развития ГИС геоинформатика выделяет четыре основных периода:

• 60-е — середина 70-х годов: исследование принципиальных возможностей использовать большие ЭВМ того времени для накопления, обработки, анализа и построения банков и баз географических данных; теоретические работы в области обработки таких данных, накопление опыта;
• середина 70-х — середина 80-х годов: появление автоматизированных систем управления (АСУ), в том числе и первых специализированных ГИС, разработка крупных государственных ГИС-проектов в области контроля атомной энергии и гидроэнергетики, обороны и т.д;
• середина 80-х — конец 90-х годов: становление понятия ГИС, появление рынка программных средств, реализующих различные ГИС на базе персональных компьютеров, мощных серверов и сетевых коммуникациях; расширение области применения ГИС на основе интегрированных БД и мощных СУБД, включающих инструменты для обработки и требуемой визуализации географических и описательных данных; появление прикладных ГИС для непрофессиональных пользователей, а также специализированных распределенных ГИС, поддерживающих государственные и корпоративные базы таких данных;
• начало ХХ века — сегодняшний момент: возросшая потребность в географических данных в связи с глобализацией многих сфер экономики, сильная конкуренция на рынке ГИС, появление многочисленных групп пользователей, заинтересованных в конкретных прикладных программных ГИС-средствах, использование принципов искусственного интеллекта и интеллектуальных сетей при проектировании ГИС, применение технологии программных мобильных агентов для сбора специализированной информации в экспертных ГИС, формирование мировой ГИС-инфраструктуры.

Указанные этапы развития предъявляли всё новые требования к функциональности различных ГИС, однако эти требования сложились в общих чертах на третьем этапе в 80-х ¬ 90-х годах. Отметим сразу, что ГИС — это не просто географическая карта, перенесенная на компьютер. Геоинформационные системы хранят информацию в виде наборов тематических электронных слоев, которые можно объединять по любому требуемому признаку. Поэтому технологии ГИС интегрируют в себе операции для работы со слоями, базами данных, средствами анализа и визуализации слоев, содержащих требуемые данные в нужных сочетаниях.

Рис. 12.16. Тематические слои ГИС

Рис. 12.17. Трансформация слоев и конвертирование данных из одного формата в другой

Например, строительство крупного супермаркета в мегаполисе требует совместного анализа данных, указанных на рисунке 12.16. Трансформация (объединение, расщепление, масштабирование и т.д.) слоев и конвертирование данных из одного формата в другой производится методами математической картографии и управления данными в базе данных ГИС (рис. 12.17).

Функциональные возможности ГИС

В ГИС в целом выполняется пять основных функциональных процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод данных. Географические данные (числа, текст, изображения) для использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо предварительно оцифровываются с помощью диджитайзера или сканера. Каждый элемент или объект изображения имеет координатную привязку. Тем самым, любые свойства и характеристики реальных объектов (моделей) или их элементов "привязаны" к местоположению объекта в координатной сетке. При этом всегда следует иметь в виду, что технологии оцифровки или занесения данных в конкретный тематический слой, а также наложение и сведение слоев могут сопровождаться значительными ошибками, которые в дальнейшем приведут к заметным искажениям картографических данных и визуализации результата (рис. 12.18).

Средства манипулирования представляют собой различные способы выделения, группировку и преобразования данных, например, приведение всей геоинформации к единому масштабу и проекции на определенный тематический слой для удобства совместной обработки. Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще всего используются реляционные базы данных с элементами OLAP-технологий (On Line Analytical Processing) и технологий создания отчетов (Report Creation).

Запрос и анализ можно выполнять на разных уровнях сложности — от самых простых вопросов: где находится объект и каковы его описательные свойства — до поисков и компиляции данных по сложным шаблонам и сценариям вида "А что если...". В современных ГИС имеются развитые средства анализа взаимной близости и наложения объектов, принадлежащим разным тематическим слоям.

Первый инструмент связан с выделением буферных зон вокруг заданных объектов по комбинации различных параметров (например: "Выделить населенные пункты, расположенные не далее двух километров от конкретного аэропорта" или "Рассчитать зоны поражения при аварии на АЭС и выделить населенные пункты, попадающие в эти зоны"). Второй позволяет рассчитывать пересечение, объединение, исключение и другие сочетания двух и более распределенных объектов (оверлейные операции) при сведении слоёв (рис. 12.17).

Рис. 12.18. Влияние ошибок оцифровывания и сведения слоев

Визуализация. Результаты различных операций можно просто отображать на экране или же создавать (рисовать) новые объекты с любыми наборами атрибутивных характеристик. Развитые средства и способы визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки, анализа и отображения пространственных географических данных является карта, которая дополняется отчетными документами, рельефными цветными изображениями реальных и смоделированных объектов, фотографиями, таблицами, диаграммами, видео клипами развития ситуации и другими мультимедийными средствами.

Кроме указанных базовых операций, современные ГИС имеют достаточно много специальных групп функций, реализующих пользовательские задачи: прокладку оптимального маршрута, поиск кратчайших расстояний, расчетные задачи пространственной статистики, создание моделей геологических структур, морских и воздушных течений и т. д.

Модели географических данных. Для графического представления географических данных, описывающих реальные объекты и их модели в ГИС, используются электронные карты и тематические описания. Параметры местоположения объектов и их отношений есть пространственные (метрические) данные, параметры временных и тематических свойств — атрибутивная (описательная) информация.

В основе моделей данных в ГИС лежит классификатор объектов карты. Он определяет состав и содержание метрических, семантических, тематических, динамических свойств объекта и их изобразительных средств. Система условных обозначений формируется с использованием палитры красок, текстуры линий и заливок, шаблонов знаков и шрифтов. В современных ГИС реализована технология послойного графического представления информации, она соответствует представлению координатных моделей в топологической форме (представление объектов и их связей в виде графа). Атрибутивная информация отображается на слое электронной карты числами, символами и их совокупностями — надписями. Связь координатных и атрибутивных данных устанавливается в БД через соответствующие идентификаторы (по умолчанию или через пользовательский интерфейс). Для представления географических объектов применяются растровые и векторные модели.

Растровая модель — отображение участков поверхности суши и океанов в виде дискретного набора элементов, составляющих нужную картину. Такие элементы называются пикселами (Picture Element), они образуют отображение тематического слоя электронной карты на экране монитора. Каждый пиксел занимает некоторую малую площадь в виде прямоугольника, имеет координаты центра (X,Y) в плоскости слоя карты, связанные с координатами точек географического объекта, и описание его свойств (яркость, цвет и плотность тона), соответствующих аналогичным свойствам объекта.

Растровые цифровые изображения могут быть получены непосредственно при цифровом фотографировании земной поверхности со спутников, либо при обработке аэрокосмических фотографий методами цифрового сканирования с использованием диджитайзеров. Такие изображения хороши для зрительного восприятия и удобны для многоаспектной обработки. Однако они занимают много места в памяти вычислительных устройств и плохо масштабируются — при многократном и многоразовом изменении масштаба, сжатии и дешифровке четкость изображений сильно ухудшается. Поэтому в тех случаях, где заранее оговаривается необходимость масштабирования изображений без потери четкости, применяется технология векторной графики.

Векторная модель — это структурно заданное графическое изображение пространственного объекта. Положение точек объекта задается координатами конца вектора (x,y,z) и описанием свойств этой точки. Отображение объекта задается совокупностью векторов. Так как конец вектора (точка) не имеет площади, то при многократном увеличении или уменьшении изображения объекта (масштабировании) искажения не происходит (рис. 12.19). Векторная графика оперирует точечными, линейными (дуги и контуры) и площадными (полигонными) моделями пространственных объектов.

Рис. 12.19. Растровая и векторная модели графического изображения пространственного объекта

Допустимы следующие формы векторной модели данных:

• цельнополигональная структура (топологическая структура типа "спагетти");
• линейно-узловая (графовая структура);
• реляционная (структура отношений);
• нерегулярная триангуляционная сеть.

Формирование топологии заключается в определении положения точек и узлов в выбранной системе координат на плоскости или в пространстве (для рельефных изображений) и цифровое кодирование взаимосвязей между точечными, линейными и площадными географическими объектами. В настоящее время применяются объектно-ориентированные модели баз географических данных (например, ArcGIS компании ESRI), формирующие классы объектов, классы отношений, геометрические сети и послойную топологию.

Инструменты реализации и поддержки ГИС

По своему назначению ГИС можно разделить на четыре широкие функциональные категории: простые инструменты составления карт и диаграмм; настольные компьютерные и встроенные ГИС-пакеты широкого применения; полнофункциональные системы; ГИС уровня всего предприятия (корпоративные системы).

Инструменты составления диаграмм данных 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 доступны любому пользователю электронных таблиц MS Excel и Lotus Notes и дают возможность легко использовать функции тематического картирования — отображения на карте географической информации из своей базы данных. Любой менеджер за десять минут научится изготовлять карты, нужные для подготовки принятия делового решения.

Другой простой инструмент, но достаточно функциональный инструмент — Business Map. Он предназначен для пользователей, которым нужно больше, чем просто тематическое картирование. Business Map 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 координат, почтовых индексов и адресов реальных объектов. К этой же категории относятся и средства просмотра цифровых карт (Viewer Facilities). Для примера, можно привести Geomedia Viewer от Intergraph или бесплатный (Free) ArcExplorer, позволяющий просматривать и запрашивать данные ArcInfo, ArcView и SDE, в том числе и через Internet.

Существенным фактором, ограничивающим широкое использование более сложных ГИС в деловых задачах, является относительная трудность изучения программного обеспечения. Для устранения этого препятствие разработаны развитые пользовательские интерфейсы, дающие обычному пользователю мощные и понятные средства географического анализа.

Настольные компьютерные системы и встроенные ГИС-пакеты. В первой половине 1990-х годов рост продаж ГИС был в немалой степени обусловлен спросом именно на настольные и встроенные ГИС. И если первые системы настольного картографирования (Desktop Mapping) имели ограниченные возможности работы с географическими данными, то современные ГИС, "поставленные" на персональный компьютер или встроенные в состав другого программного средства, предлагает полный набор средств для анализа и управления данными.

К таким продуктам относятся: ArcView, Maplnfo, GeoMedia, GeoGraph/GeoDraw, которые имеют функциональные возможности современных СУБД и предоставляют средства для анализа, интеграции и отображения географических данных. Программный пакет типа ArcView можно, например, использовать для привязки пространственных данных (с помощью спутниковой системы позиционирования GPS или ГЛОНАСС), импортировать данные из других источников (картографические данные и информацию из государственных или корпоративных баз данных), выполнять комплексные статистические и модельные исследования, строить варианты сценариев развития ситуаций, производить в режиме On Line обработку полевых данных, полученных при геодезических съемках местности с лазерными теодолитами.

Рассмотрим кратко две наиболее типичные ГИС этого класса — ArcView и MapInfo.

ArcView имеет средства для выбора, просмотра и редактирования разнообразных географических данных, создания макетов и шаблонов карт с легендами, графиками и диаграммами, оцифровки карт с помощью сканера, связывания объектов карты с атрибутивной информацией в режиме Hot Link (с архивами изображений, полученных мультимедиа-средствами), адресного кодирования, распечатки картографических материалов.

ArcView напрямую работает со многими форматами данных, обеспечивает доступ к стандартным СУБД (Ingres, Sybase, Oracle, 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. Имеется также ряд стандартных приложений ArcView для инженерных изысканий, взаимодействия с GPS, SAP R3, представления данных в Internet.

Программный продукт MapInfo Professional (http://www.esti-map.ru) в настоящее время является одним из реальных лидеров ГИС в области цифрового картографирования. В дополнение к традиционным функциям для СУБД такого типа MapInfo позволяет собирать, хранить, отображать, редактировать и обрабатывать картографические данные с учетом пространственных и временных отношений объектов. В одном сеансе работы одновременно могут использоваться данные разных форматов. Источники данных могут быть:

• таблицы собственных баз данных MapInfo;
• данные в обменных векторных форматах САПР (для встроенных ГИС-приложений) и различных геоинформационных систем: AutoCAD (DXF, DWG), Intergraph/MicroStation Design, ESRI Shape, ARC/INFO Export,
• растровые карты в форматах GIF, JPEG, TIFF, PCX, BMP, PSD, ECW, BIL и GRID (GRA, GRD);
• данные, полученные с помощью GPS, ГЛОНАСС, электронных геодезических приборов (лазерные теодолиты и дальномеры);
• файлы Excel, Access, xBASE, Lotus 1-2-3 и текстовые файлы, в которых кроме атрибутивной (описательной) информации могут храниться географические координаты точечных объектов.

ГИС MapInfo может выступать в роли "картографического клиента" при работе с такими распространенными СУБД, как Oracle и DB2, так как поддерживает эффективный механизм взаимодействия с ними через протокол ODBC. Более того, доступ к данным из СУБД Oracle возможен и через внутренний интерфейс (OCI) этой базы данных.

В MapInfo есть "географическое" расширение встроенного языка запросов SQL, которое позволяет организовывать выборки с учетом пространственных отношений объектов — распределенность, вложенность, перекрытия, пересечения площадей объектов. Запросы к БД можно сохранять в виде шаблонов для дальнейшего использования. В MapInfo есть также возможность поиска и нанесения объектов на карту по координатам, адресу или системе различных установленных индексов.

Взаимодействие между Windows-приложениями позволяет интегрировать окно "Карты" MapInfo в программы, написанные на языках Delphi, Visual Basic, C++. Совместное использование MapInfo и среды разработки MapBasic дает возможность каждому пользователю создавать специфические приложения для решения конкретных прикладных задач.

Полнофункциональные системы. Полнофункциональные программные продукты берут начало из крупных государственных проектов 60-х и 70-х годов, которые реализовывались на крупных ЭВМ (Mainframe). Они использовались, в основном, аналитиками и специалистами по зарождающейся геоинформатике и были инструментом поддержки уникальных и специализированных исследований. Такими ГИС могли пользоваться лишь квалифицированные специалисты, понимающие и в программном обеспечении, и в принципах географии, и в проблемах конкретной прикладной области.

Сегодня положение изменилось — современные ГИС-инструменты реализуют методы геоинформатики, используя мощные программно-аппаратные средства: географические Web-серверы открытого доступа, инструменты сложного многофакторного пространственного анализа, устройства для формирования точнейших электронных и подготовки высококачественных бумажных карт.

Полнофункциональные ГИС содержат 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 под управлением Windows NT, так и RISC-Unix. В дополнение к базовому набору ArcInfo имеется ряд модулей, расширяющих возможности обработки геоданных в различных областях применения.

Корпоративные системы. Корпоративная ГИС — это, как правило, распределенная ИС с рабочими местами, выполненными по технологии "клиент-сервер". ГИС в рамках предприятия может быть реализована с использованием серверов пространственных данных Spatial Database Engine (SDE), работающих с клиентскими приложениями типа настольных приложений ArcView и ArcInfo. Такие ГИС позволяют оперировать огромными объемами географических и атрибутивных данных и поставлять эти данные любому пользователю 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 и встроенные в КИС могут использоваться, чтобы:

• строить быстродействующие ГИС-приложения;
• включать сложные функции обработки географических данных в прикладные программы;
• поставлять прикладные программы на целом ряде платформ программного обеспечения и оборудования;
• увеличивать доступность географических и атрибутивных данных и возможность их обработки и интерпретации для принятия деловых решений;
• интегрировать управление географическими данными в существующие корпоративные системы управления базами данных.

Такие приложения наиболее важны для компаний, которые управляют большими инфраструктурами или инженерными коммуникациями (например, сетями энергоснабжения), работают в сфере транспорта и перевозок или занимаются разработкой природных ресурсов — ведущие нефтяные и газовые компании повсеместно используют ГИС, чтобы управлять изысканиями, производством и распределением ресурсов.

ГИС корпоративного типа тесно связана с рядом других типов информационных систем — с системами автоматического проектирования (Computer Aided Design — CAD), модулями систем управления деятельностью предприятия (Enterprise Resource Planning — ERP), системами управления перевозками и поставками (Logistic and Supply Chain Management — LSCM). Ее основное отличие заключается в способности, собирать, обрабатывать, манипулировать пространственными данными и проводить квалифицированный анализ.

Широкую известность в кругах специалистов в области геоинформатики, приобрела свободно распространяемая под лицензией GNU Public License геоинформационная система GRASS — Geographic Resources Analysis Support System разработка, модернизация и техническое сопровождение которой, ведется международной командой разработчиков. В текущей версии GRASS представляет собой модульную многофункциональную геоинформационную систему универсального применения [http://grass.itc.it/].

На интерфейс системы накладывает определенный отпечаток изначальная ориентация GRASS на Unix-системы, охарактеризовать примененное решение можно как сочетание командного и оконного интерфейсов. Причем общая концепция интерфейса угадывается в версиях под различные платформы. Помимо стандартного графического интерфейса пользователя возможно применение различных оболочек GUI, например, широко известная оболочка QGIS для ядра GRASS. Существует также Java-версия системы GRASS — JAVAGRASS, которая обеспечивает уникальную межплатформенность. Всё это обеспечило успех и широкую применимость этой геоинформационной системы.

12.6. Связанные технологии: GIS, GPS и ГЛОНАСС

Системы управления базами данных ГИС предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая географические (пространственные) данные. Эти данные получены чаще всего методами пространственного дистанционного зондирования — проведения измерений координат объектов на земной поверхности с использованием лазерных дальномеров на земных пунктах наблюдения и отражателей, расположенных борту искусственных спутников Земли (ИСЗ). Используются также приемники системы глобального позиционирования и другие радиометрические устройства, работающие на измерении эффекта Доплера. Эти устройства собирают данные в виде наборов координат или изображений (преимущественно цифровых) и обеспечивают широкие возможности обработки, анализа и визуализации полученных данных.

Разработки концепции NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) начались в 1973 году по инициативе Министерства обороны США. Самые современные на тот момент радионавигационные системы — наземные Loran-C и Omega и спутниковая Transit — перестали удовлетворять требованиям в отношении точности, всепогодности, круглосуточной работы и зоны охвата. В феврале 1978 года был запущен первый экспериментальный спутник GPS. К середине 1993 года на орбитах находились уже 24 спутника, что было достаточно для обеспечения непрерывной навигации в любой точке Земли. Об окончательном вводе системы в эксплуатацию объявили только в июле 1995 года

Система GPS состоит из трех частей: космической, наземной и пользовательского оборудования.

Космическая часть — это 24 спутника, движущихся по шести орбитам. Наклон орбит к земному экватору — 55 градусов, угол между плоскостями орбит — 60 градусов. Высота орбит 20180 км, период обращения — 12 ч. Мощность спутникового передатчика 50 Вт. Если один из них вышел из строя, то остальные способны, передвигаясь на орбитах, заполнять бреши в системе. Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом, которые задают бортовую шкалу времени. Эти шкалы постоянно синхронизируются с наземными высокоточными стандартами времени. Каждый спутник идентифицируется номером (Pseudo Random Number — PRN), который отображается на приемнике GPS.

Наземная часть состоит из 4 станций слежения, расположенных на тропических островах. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на Главную станцию управления и контроля на авиабазе в Колорадо-Спрингс для обработки на сложных программных моделях орбит, которые называются эфемеридами. Через наземные станции данные передаются обратно на спутники, а затем спутник передает их пользовательским приемникам GPS.

Пользовательская часть включает в себя приемник сигналов со спутника, дешифратор и программный модуль для вычисления координат объекта, на котором находится приемник. Точностьопределения координат зависит от многих факторов — точности передающих и принимающих устройств, бортовых и наземных шкал времени, состояния ионосферы и тропосферы, солнечной активности, влажности и давления в атмосфере, но, прежде всего, от геометрии расположения спутников в поле зрения приёмной антенны (рис. 12.20). Измеряя расстояния (псевдодальности) r1 и r2 дальнометрическими или радиометрическими способами для нескольких спутников и уравнивая их методами спутниковой геодезии, можно получить координаты наземных пунктов слежения и поправки к элементам орбит спутников.

Рис. 12.20. Геометрия расположения спутников в поле зрения приемной антенны

Спутниковая геометрия измеряется фактором PDP (Position Dilution of Precision) Идеальному расположению спутников соответствует PDP=1, большие значения говорят о плохой спутниковой геометрии. Значение PDP используется как множитель для других ошибок при уравнивании наблюдений. Каждая измеренная приемником псевдодальность имеет свою погрешность, зависящую от атмосферных помех, ошибок в эфемеридах, отраженного сигнала и т.д. Так, если предполагаемые значения этих ошибок в сумме составляют около 50 метров и PDOP =1.5, то ожидаемая ошибка определения места будет 75 метров. Если приемник "поймал" четыре спутника, и все они находятся близко к зениту места наблюдения, то такая спутниковая геометрия "плохая" и ошибка результата составит 90-150 метров. С теми же 4-мя спутниками точность намного возрастает, если они расположены равномерно по сторонам горизонта на высоте от 20 до 50 градусов дуги. В этом случае точность достигает 30 метров, что составляет примерно 1 секунду дуги — а это уже неплохая точность.

Современные стационарные GPS обеспечивают при обработке пространственных данных в ГИС точность положений до нескольких долей секунды и точность определения расстояний — до нескольких миллиметров. Понятно, что такая точность нужна для научных и оборонных прикладных задач. Авиационные и морские GPS, устанавливаемые на самолетах и судах, обеспечивают точность до 1 метра, для непрофессионального использования в настоящее время вполне хватает точности в несколько метров. Такие GPS- устройства монтируются в мобильные телефоны, в системы автомобильной навигации и т.д. Окончательная погрешность работы системы {GPS — GIS — электронная карта} будет зависеть от точности каждого элемента системы. Нелишне будет упомянуть, что координатные системы карт — такие как, например, Map Datum — связаны с разными моделями земного эллипсоида, используемыми при построении карт в различных странах. Разница между ними может достигать 500 м. При работе с GPS и электронной картой пользователь должен учитывать это и делать соответству ющие поправки.

В России в настоящее время развертывается глобальная навигационная спутниковой система (ГЛОНАСС), аналогичная американской GPS и работающая на тех же принципах. Разница состоит в системах кодирования и дешифровки сигналов и в алгоритмах обработки пространственных данных.

12.7. Возможности "облачных" технологий

Классический подход к автоматизации бизнес-процессов, сложивший в период 2000-2010 годов, означает, что организация должна обладать пулом серверного оборудования для предоставления сервисов для информационного обеспечения и надежной защиты её основных процессов. Очевидно, что для такой инфраструктуры необходимы дорогостоящие серверы и сетевое оборудование, включающее маршрутизаторы и файерволлы для обеспечения безопасности, а также клиентские станции для пользователей услуг и соответствующее программное обеспечение. Очевидно также, что многие организации, особенно в сфере малого и среднего бизнеса, не могут позволить себе такой подход к организации информационной инфраструктуры.

Тенденция последних пяти лет, ознаменовавшихся повсеместным распространением облачных сервисов и облачных способов хранения и обработки данных, открывает новые возможности для автоматизации и сопровождения бизнес-процессов.

Облачные вычисления (Cloud Computing) — это модель обеспечения сетевого доступа по требованию к пулу конфигурируемых вычислительных и информационных ресурсов, например, сетям передачи данных, серверам, устройствам хранения данных, приложениям и сервисам.

Такой подход предоставляет массу удобств пользователям, сокращает время ожидания и доступа к ресурсу, делает пользователя независимым в выборе ресурсов. Однако появляется и ряд новых проблем. Не все требуемые сервисы удастся в ближайшие годы перенести в облака. Есть ряд ограничений, которые пока не удаётся обойти. Требование к ширине канала передачи данных, к защите и шифрованию данных, отсутствие возможности работы в виртуальной среде и среде гипервизора — список можно продолжать.

Именно поэтому в настоящее время активно развивается новый подход к организации данных и работе с ними, на основе которого проектируются гибридные системы для информационного обеспечения процессов организации. В частности, предлагается постепенно, в ходе модернизации, перестраивать существующую информационную инфраструктуру, в инфраструктуру, построенную по принципу частного облака.

Это позволяет получить результат в виде быстрой миграции между публичным и частным облаком. Например, сегодня очень востребованы технологии совместной, распределённой работы. Одним из инструментов, позволяющим организовать такую работу, является корпоративный или образовательный портал. Портал MS SharePoint позволяет организовать распределённую работу. Если инфраструктура будет построена по принципу частного облака, то для этого потребуется всего лишь копирование виртуальных машин в публичное облако. В случае классического подхода к формированию информационной инфраструктуры, проект миграции включал бы в себя развёртывание новой инфраструктуры и перенос старых данных в новую среду, что является достаточно трудоёмким проектом.

Такое решение может быть эффективно интегрировано с существующей сетью организации. Оно может быть реализовано в среде гипервизора, что позволяет эффективно управлять кластером виртуальных машин, при потребности переносить их в облако, например на платформу Windows Azure.

Рис. 12.21. Гибридный подход к проектированию ИТ-инфраструктуры

Таким образом, уже сегодня возможно построение гибридного решения — портала на корпративном сервере и рабочих приложений и массивов данных в частном облаке, с возможностью масштабирования в публичное облако, используя предложенную нами методику.

Гибридный подход к формированию информационной инфраструктуры — подход, при котором часть ресурсов, для которых это целесообразно, выносится в публичное облако, а часть наиболее критических, бизнес-значимых сервисов остаются в пределах информационной инфраструктуры компании (рис. 12.21).

Такая информационная инфраструктура должна строиться по принципам частного облака, используя технологии виртуализации, для обеспечения возможности миграции сервисов, при необходимости, в оба направления. При использовании такого подхода, сервисы следует проектировать на основе одинаковых принципов, для организации единых подходов к обеспечению информационной безопасности.

Для обеспечения безопасной работы при формировании гибридной инфраструктуры следует придерживаться следующих основных правил:

• контроль строгого соблюдения политик информационной безопасности в распределенных частях организации;
• допуск к настройке сервисов в облаке или гибридном решении только профессионалов;
• согласование локальных политик и гарантий безопасности на уровне пользователей, сетевых провайдеров и владельцев сервисов;
• дополнительное сохранение данных локально, там, где это возможно;
• учёт значимости конкретного информационного ресурса предприятия для бизнеса в целом;
• учёт новых угроз при переносе любого контента во внешние сервисы.

Подход частного облака для организации инфраструктуры внутри компании, позволит обеспечить высокую доступность и отказоустойчивость таких сервисов, используя технологии виртуализации. С одной стороны, решение остаётся безопасным, с другой стороны, становится эффективным и масштабируемым. Проектируемая инфраструктура становится распределённой, что при грамотной её организации, снижает риски для предприятий в случае возникновения каких-либо чрезвычайных ситуаций.