ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА

Введение

Проблемами быстрого и эффективного построения информационных систем (в том числе, систем мониторинга) различного назначения НПЦ "Интелком" занимается достаточно давно.

НПЦ "Интелком" участвовал в создании Интегрированной диспетчерской системы навигации, реализованной Научно-исследовательским институтом космических систем (НИИ КС) ГКНПЦ им. М.В. Хруничева в обеспечение контроля ответственных грузоперевозок (совместный Российско-Белорусский проект), является одним из разработчиков Федеральной системы оперативного контроля (ФС ОК) состояния природных ресурсов и экономически важных и/или опасных объектов Российской Федерации, опытный проект которой выполняется в рамках ФЦП "Электронная Россия".

НПЦ "Интелком" работает с организациями Министерства обороны РФ, Российским авиационно-космическим агентством (теперь Федеральное космическое агентство России) и предприятиями космической отрасли, входит в состав учредителей Ассоциации "Национальный мониторинг".

В данном разделе сайта представлены материалы по нашим технологическим и информационно-программным разработкам - инструментальной платформе быстрого построения систем мониторинга различного назначения.

Их реализация осуществлялась при следующих исходных посылках.

Под мониторингом понимается процесс сбора информации о состоянии контролируемых объектов, состоянии окружающей их среды, а также анализа и обработки получаемой информации в интересах информационной поддержки различных управляющих систем и лиц, принимающих решения.

Система мониторинга (СМ) - это информационная система (ИС), ориентированная на реализацию процесса мониторинга - сбор, аналитическую обработку и представление информации в удобном для восприятия виде.

В зависимости от назначения и локализации системы мониторинга могут быть объектовыми, ведомственными или отраслевыми (ОСМ), региональными (РСМ). Функционально РСМ отличается от других типов систем мониторинга тем, что она создается с целью обеспечения интегрированного мониторинга всех типов объектов и ресурсов контролируемой территории (региона).

Архитектура СМ

В концептуальном плане система мониторинга рассматривается как иерархия сервисов, потребителями которых выступают как оконечные пользователи, так и сервисы более высокого уровня (рис. 1).

Рис.1

уровень сбора первичных данных мониторинга;

уровень доставки;

уровень аналитической обработки и представления информации.

Уровень аналитической обработки и представления информации в свою очередь подразделяется на следующие подуровни:

подуровень информационной поддержки, в которой концентрируются основные информационно-аналитические сервисы СМ;

ситуационный центр (в некоторых СМ может отсутствовать).

Такое разделение позволяет сбалансировано распределить сервисы СМ по уровням, выделить их наиболее существенные особенности и оптимизировать их реализацию в виде системно увязанных базовых программно-информационных компонент, предназначенных для быстрой сборки конкретных систем мониторинга.

Технологические разработки НПЦ "Интелком"

Объекты мониторинга классифицированы с точки зрения построения систем сбора первичных данных и условно объединены в следующие три основных группы:

класс 1 составляют объекты, сбор первичных данных о состоянии которых осуществляется непосредственным ручным вводом первичной информации на местах;

класс 2 - объекты, имеющие собственные (локальные) информационные системы (в том числе, различного рода датчиковые системы сбора данных), в базах данных которых уже введены (собраны) и содержатся первичные данные, требуемые для анализа их состояния,

класс 3 - мобильные объекты мониторинга, для которых использование средств фиксированной связи неприменимо либо затруднено.

В соответствии с представленной классификацией объектов мониторинга разработаны технологии и средства сбора первичных данных, покрывающие все эти классы и по возможности максимально полно соответствующие особенностям задач сбора данных для каждого из них:

для объектов, в которых сбор первичных данных осуществляется ручным вводом (объекты класса 1), разработана технология стандартизованных Excel-шаблонов, легко настраиваемая под особенности практически любого объекта мониторинга. В составе функциональных компонент, реализующих данную технологию, предусмотрены средства автоматической записи информации в базу данных, а также их обработки и получения типовых сводных отчетов. Кроме того, в качестве сервисов аналитической обработки и представления информации могут использоваться возможности системы "Eureka" 5.0,

объекты, относящиеся ко второму классу, характеризуются тем, что они имеют собственные хранилища данных (БД локальных ИС или датчиковых систем, файловая система - FS). Для этих объектов разработана и в рамках системы "Eureka" 5.0 реализована технология гетерогенного доступа и выборки данных,

мониторинг подвижных объектов заключается, как правило, в определении их местоположения, скорости и направления перемещения и состояния объекта и груза. В настоящее время существуют специализированные разработки, базирующиеся, в частности, на совокупном использовании возможностей космических средств связи и навигации посредством устанавливаемых на контролируемом объекте терминальной аппаратуры этих систем и различного рода датчиковых устройств. В качестве более простой и существенно более дешевой альтернативы этим решениям в НПЦ "Интелком" разработана и реализована технология сбора данных о состоянии этого класса объектов с помощью получивших практически повсеместное распространение сетей сотовой связи (сотовых телефонов).

При разработке сервисов уровня доставки (передачи) данных мониторинга на средства их концентрации и обработки упор сделан на протоколы TCP/IP, что позволяет использовать одни и те же функциональные компоненты СМ в любых сетях - Интернет, ведомственные телекоммуникационные сети или ЛВС, не разбираясь в тонкостях их технической реализации (рис. 2, уровень доставки данных).

Сервисы данного архитектурного уровня СМ реализованы, в частности, в составе системы "Eureka" 5.0 и обеспечивают:

непосредственную передачу данных между источником и получателем;

генерацию Web-страниц для получения данных Интернет-пользователями, работающими со стандартным Web-браузером, с возможностью разграничения прав доступа.

Уровень аналитической обработки и представления информации - это ключевое звено СМ, от функциональности сервисов этого уровня во многом зависит эффективность системы мониторинга.

При их разработке традиционные методы и средства обработки информации были дополнены механизмом баз знаний и нейросетевыми технологиями, что позволяет НПЦ "Интелком" строить аналитическую часть СМ с применением самых современных интеллектуальных механизмов анализа и обобщения данных.

База знаний позволяет сформировать знания о самых разных предметных областях и применять их для анализа данных о состоянии и изменениях контролируемых объектов, учитывая и используя при этом трудно формализуемые понятия такие как экспертные оценки, мнения и предпочтения лиц, принимающих решения и т.д., получать новые знания, явно не содержащиеся в исходной информации, выявлять скрытые тенденции и закономерности.

Аналитическая обработка данных мониторинга с использованием возможностей нейронных сетей позволяет быстро и с высокой достоверностью прогнозировать поведение (изменение состояния) объектов мониторинга, решать задачи классификации явлений и т.д.

Эти возможности особенно важны при создании Ситуационных центров, нацеленных на быструю оценку возникающих ситуаций, формирование вариантов возможных решений, прогнозирование их последствий.

Реализация сервисов и средства поддержки

Описанные выше средства построения систем мониторинга реализованы в виде отдельных функциональных компонент.

1. Программный комплекс "Eureka" 5.0 реализован в клиент-серверной архитектуре и включает в себя:

сервер "Eureka" 5.0;

клиентские приложения: приложение пользователя, планировщик заданий и Web-клиент в виде объекта ActiveX, встраиваемого в htm-страницу.

2. Комплекс "Eureka IT" предназначен для построения сложных информационных систем (в том числе систем, решающих задачи мониторинга), относится к классу Web-технологий и базируется на использовании современных Java-технологий.

Тесная интеграция с "Eureka" 5.0 позволяет строить высокоинтеллектуальную систему мониторинга с функциями моделирования и прогноза развития ситуаций, формирования вариантов управленческих решений с оценкой их последствий.

3. Технология формализованных Excel-шаблонов поставляется заказчику в виде адаптируемого программного комплекса, в рамках которого реализованы функции хранения данных в БД комплекса, их обобщения и формирования типовых аналитических отчетов.

Комплекс может быть использован как для построения автономной системы сбора и первичной обработки данных, так и в качестве функциональной компоненты в сложной системе мониторинга, создаваемой на основе "Eureka" 5.0 и "Eureka IT".

4. Средства сбора данных о состоянии подвижных объектов посредством применения услуг сетей сотовой связи также тесно интегрированы с технологиями "Eureka" 5.0 и "Eureka IT".

При этом, в рамках этого комплекса разработана технология сканирования кодов Data Matrix (2-мерные штрих-коды) с помощью цифровой камеры мобильного телефона. После сканирования декодированный текст может быть передан в центр контроля перевозок в виде SMS-сообщения, где сообщение регистрируется в базе данных и, при необходимости, абоненту высылается ответ, например, маршрут дальнейшего следования груза, подтверждение полномочий и фотография сопровождающего лица или водителя и т.п.

Таким образом, используя мобильные устройства чтения штрих-кодов, например, мобильные телефоны, можно оперативно отслеживать отгрузку, маршрут следования и приемку грузов. При этом обеспечивается возможность контроля как самих грузов (считывая штрих-коды с поверхности изделий, транспортных средств или тары), так и лиц, сопровождающих грузы (за счет считывания и декодирования меток, нанесенных на сопроводительные документы, удостоверения и т.д.).

Заключение

Осуществление своих информационных проектов НПЦ "Интелком" базирует на представленных технологических разработках. Высокая эффективность их применения проявилась, в частности, в системе сбора данных социально-гигиенического мониторинга (СГМ) в Федеральный информационный фонд Минздрава РФ.

Так, внедрение средств формализованного сбора данных на основе шаблонов позволило впервые за все время ее существования собрать полную информацию по СГМ со всей территории России, чему способствовали:

простой (интуитивно понятный) инструмент формализованного ввода первичных данных мониторинга в систему с контролем корректности вводимой информации,

сквозная автоматизации процессов сбора информации и их доставки на уровень аналитической обработки, исключение необходимости повторного ручного ввода в систему (минимизация человеческого фактора как одного из главных источников ошибок),

жесткая формализация всех видов документов, участвующих в процессах сбора и обработки данных СГМ, их единовременное автоматическое распространение из центра во все низовые ЦГСЭН и другие объекты - источники первичных данных СГМ,

жесткая регламентация процессов сбора данных СГМ, автоматизация учета данных и контроля исполнения.

Система оказалась востребованной и в других сферах. В частности, в настоящее время она внедряется в структурах Госкомспорта РФ для сбора данных о физическом состоянии детей и молодежи.

Программный комплекс "Eureka" 5.0 используется в корпоративном информационном портале отделения Пенсионного фонда РФ по Москве и Московской области, в составе системы автоматизации надзорной деятельности центров Госсанэпиднадзора "САНИТАС", в других информационных системах. На базе этого комплекса реализована информационная система руководителя для Федерального центра Госсанэпиднадзора РФ.

Применение технологий и средств аналитической обработки информации и формирования выходных отчетных форм в СГМ привело к тому, что если раньше обработка данных (документов) и выпуск итоговых отчетов занимал 3 - 4 и более месяцев при задействовании большого числа сотрудников, то теперь результирующая информация получается в автоматическом режиме. Реакция системы на отображение типовых итоговых отчетов составляет несколько секунд, т.к. собственно их формирование осуществляется в фоновом режиме и автоматически актуализируется при поступлении новых данных или их поправок (коррекции).

Имеющиеся наработки позволяют НПЦ "Интелком" строить системы сбора, обработки и представления данных мониторинга за достаточно короткое время. При этом, основной объем работ заключается в изучении предметной области (объектов мониторинга) и согласовании с Заказчиком состава и структуры данных, методик и алгоритмов их аналитической обработки, форм выходной отчетности и т.д.

Таким образом, программно-технологическая платформа построения систем мониторинга в НПЦ "Интелком" обеспечивает:

платформонезависимость компонент систем мониторинга, возможность их применения в гетерогенной информационно-вычислительной среде других информационных систем, функционирующих в смешанной среде UNIX;

мощность и гибкость аппарата аналитической обработки данных, форм представления выходной информации.