ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.03.2021
Просмотров: 6633
Скачиваний: 50
546
вов» информатизации на систему образования.»
В докладе также подчеркивается, что важнейшим условием информатизации образования
является создание современной информационной среды, обеспечение доступа для системы обра-
зования России к современным информационным супермагистралям, к международным базам
данных в области образования.
Примером того, какой может быть региональная информационная система управления в
образовании при наличии достаточных ресурсов и развитой информационной среды, служит ад-
министративная компьютерная система образовательного округа Jefferson County Public School в
штате Кентукки, США. Указанный округ схож по количеству учащихся и территории (375 кв.
миль) с небольшим российским регионом. Система обслуживает учреждения общего образования
(школы, органы управления) и 7 региональных университетов, обеспечивает службу администра-
ции округа информационными ресурсами и непосредственно поддерживает образовательный про-
цесс. Ее основные функции:
• разгрузить учителей и администраторов от рутинной бумажной работы и освободить им
время для работы с учащимися;
• предсказывать будущие потребности в ресурсах, позволяя управлению образованием ок-
руга быть активным и принимать опережающие решения;
• обеспечивать абсолютно все ресурсы, данные по грантам, региональным и федеральным
программам, связанным с образованием, учащимися и школьным окружением.
Деятельность системы поддерживается региональной сетью, интегрирующей в себе боль-
шой центральный сервер на основе компьютера DPS8000 (класса main frame, с возможностью па-
раллельно реагировать в диалоговом режиме реального времени на сотни запросов), пять мини-
компьютеров BULL, поддерживающих коммуникации с центральным сервером, несколько тысяч
персональных компьютеров и терминалов в школах и районных органах образования. Сеть рабо-
тает под управлением ОС UNIX; она способна поддерживать передачу видео, звуковых, графиче-
ских и текстовых данных.
Архитектурно сеть представляет собой звездообразную конструкцию с 14 подузлами, к ко-
торым подключены абоненты (порядка 1800 терминалов и 4000 телефонов по данным на 1996 г.).
Абоненты подключены к подузлам низкоскоростными линиями связи на 9,6 кбайт/с, а подузлы
связаны с центральным узлом микроволновыми линиями (через радиомодемы) со скоростью пере-
дачи данных 56 кбайт/с (после 1996 г. указанные скорости, скорее всего, как это планировалось,
существенно увеличены).
Пользователи системы находятся более чем в 150 зданиях школ и административных цен-
тров. В число пользователей входят не только учебные заведения, но и родители, различные фир-
мы. На 1996 г. число пользователей равнялось примерно 3500 (учреждений и отдельных лиц). За
1995 г. система обслужила 250 000 транзакций.
Одна из основных функций системы - сбор данных обо всем, что связано с образованием
(прежде всего в округе, но не только). Процесс сбора данных децентрализован. Пользователи вво-
дят или актуализируют данные непосредственно с рабочих мест в школах или административных
офисах. Собранные данные становятся немедленно доступными сообществу пользователей с со-
блюдением разумных ограничений по конфиденциальности и уровню; ограничения регулируются
системой паролей пользователей при доступе к центральной базе данных.
Есть группа данных (и весьма обширных как по перечню, так и по объему), которые учеб-
ные заведения обязаны предоставлять в базу с установленной регулярностью (некоторые данные -
практически ежедневно). Для этого в школах округа есть специальные должностные лица. К этим
данным относятся
• демографическая информация по учащимся;
• результаты обучения;
• здоровье учащихся;
• школьный транспорт (в США доставка детей в школы и домой обязательна);
• квалификация учителей и другие.
В самом компьютерном центре функционирует служба централизованного сканирования
данных. Она вводит в систему представляющие интерес данные, пришедшие иным, не электрон-
ным, путем. Эта же служба готовит весьма объемистые общие отчеты для управления образовани-
ем округа (раз в 6 недель), готовит материалы для централизованного тестирования учащихся, вы-
547
деляет пароли новым пользователям и делает другую необходимую работу. Служба готова в лю-
бой момент предоставить пользователям упорядоченные данные по сотням стандартных форм
(скажем, по обучению взрослых - 107 форм, по посещаемости школ - 77 форм).
Весьма существенна для пользователей реализованная в обсуждаемой системе концепция
интеграции данных. Данные доступны пользователю независимо от того, в какой форме и с помо-
щью какого программного обеспечения они готовились. Данные также интегрированы по отноше-
нию к разнородным компьютерам сети. Пользователю безразлично, с какой машины и в каком
формате к нему пришли запрашиваемые данные, они должны быть доступны ему по запросу без
дальнейших усилий по перекодированию и т.п. Система первоначально не обладала таким качест-
вом и это резко снижало ее практическую полезность. Все сказанное позволяет понять, почему
общая стоимость используемого системой программного обеспечения оценивается в 90 млн. дол-
ларов.
Система развивается в следующих направлениях:
• движение от main frame к распределенным серверам;
• поддержка транзакций с большим объемом передаваемых данных;
• опережающее развитие среднего звена системы, базирующегося на UNIX, поддержка на
этом уровне специальных транзакций (библиотечных, предпринимательских, служб социального
сервиса и т.д.).
3.3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Автоматизированные системы для научных исследовании (АСНИ) представляют собой
программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода
экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие
обнаружение новых эффектов и закономерностей, рис. 6.9.
Рис. 6.9.
Типовая структура АСНИ
Блок связи с измерительной аппаратурой преобразует к нужному виду информацию, посту-
пающую от измерительной аппаратуры. В базе данных хранится информация, поступившая из
блока связи с измерительной аппаратурой, а также заранее введенная с целью обеспечения рабо-
тоспособности системы. Расчетный блок, выполняя программы из пакета прикладных программ,
производит все математические расчеты, в которых может возникнуть потребность в ходе науч-
ных исследований Расчеты могут выполняться по требованию самого исследователя, или блока
имитационного моделирования. При этом на основе математических моделей воспроизводится
процесс, происходящий во внешней среде.
Экспертная система моделирует рассуждения специалистов данной предметной области. С
ее помощью исследователь может классифицировать наблюдаемые явления, диагностировать те-
чение исследуемых процессов.
АСНИ получили широкое распространение в молекулярной химии, минералогии, биохи-
мии, физике элементарных частиц и многих других науках.
548
3.4. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Близкими по своей структуре и функциям к системам автоматизации научных исследова-
ний оказываются системы автоматизированного проектирования (САПР), знакомство с которыми
было начато в главе 2. Здесь мы ограничимся взглядом на САПР как на сложную информацион-
ную систему.
Проектирование новых изделий - основная задача изобретателей и конструкторов - проте-
кает в несколько этапов, таких как формирование замысла, поиск физических принципов, обеспе-
чивающих реализацию замыслов и требуемые значения параметров конструкции, поиск конструк-
тивных решении, их расчет и обоснование, создание опытного образца, разработка технологии
промышленного изготовления. Если формирование замысла и поиск физических принципов пока
остаются чисто творческими, не поддающимися автоматизации этапами, то при конструировании
и
расчетах с успехом могут быть применены САПР, рис. 6.10.
Рис. 6.10.
Типовая схема САПР
База данных, блок имитационного моделирования, расчетный блок и экспертная система
выполняют функции, аналогичные функциям соответствующих блоков АСНИ. Вместо блока свя-
зи с измерительной аппаратурой в САПР имеется блок формирования заданий. Проектировщик
вводит в блок техническое задание на проектирование, в котором указаны цели, которые необхо-
димо достичь при проектировании, и все ограничения, которые нельзя нарушить. Блок подготовки
технической документации облегчает создание технической документации для последующего из-
готовления изделия.
В настоящее время САПР является неотъемлемым атрибутом крупных конструкторских
бюро и проектных организаций, работающих в различных предметных областях. Это важная сфе-
ра приложения идей и методов информатики.
3.5. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Когда о человеке говорят «он прочно стоит на земле», то имеют в виду не только прямой
смысл этих слов, но и нечто основательное в характере, положении, профессиональной квалифи-
кации. В информации, окружающей нас, тоже удивительно много «стоит на земле», хотя мы не
всегда об этом задумываемся. Огромное количество практически необходимых знаний просто
«подвисают», не будучи привязанными к тому участку земли, информацию о котором они несут.
Те информационные системы, которые хранят эти знания, позволяют их актуализировать, сопос-
тавлять, использовать для решения прикладных задач, называются географическими информаци-
онными системами, короче-геоинформационными системами (ГИС).
Как и многие виды информационных систем, ГИС уходят корнями в 60-е годы нашего века.
Однако, их истинный расцвет состоялся лишь тогда, когда появились адекватные технические
средства - огромные по емкости и скорости доступа носители информации и высококачественные
графические визуальные устройства отображения информации - ведь в ГИС почти все разыгрыва-
ется на фоне географической карты. В нашей стране ГИС еще только «становятся на ноги»; спе-
циалисты предрекают им большое будущее.
549
Приведем пример возможной ГИС. Муниципальная ГИС большого города (прообразы та-
ковых имеются и в России) обслуживает всех тех, для кого информация привязана к месту ее на-
хождения в городе: городские власти, архитектурное управление, транспортников, предприятия по
обслуживанию городских коммунальных сетей, энергетиков, связистов, работников торговли (ма-
газинов, торговых баз), милицию, медицинские службы (особенно скорой помощи), налоговые
службы, строительные организации, санитарно-эпидемиологические службы, органы социальной
защиты и т.д. - всех трудно перечислить, ибо современный город является сложным социальным,
экономическим и техническим образованием, и количество служб и учреждений, поддерживаю-
щих его жизнедеятельность, велико. Почти всегда нужная им информация привязана к карге горо-
да - как проехать скорой помощи, где произошел выброс вредных веществ и куда они распростра-
няются, где перекрыгь трубопровод при аварии, в каком состоянии транспортные магистрали и
как проехать, если некоторые из них временно перекрыты, и прочее, и прочее. Потенциальный
клиент такой ГИС - как любая городская служба, так и рядовые граждане, которые используют ее
как информационно-справочную систему.
Для развертывания такой ГИС необходимо решить рад сложных и дорогостоящих органи-
зационных задач, в том числе
• создания и ведения регулярно обновляемой цифровой ^компьютерной) топографической
основы;
• организации согласованного обновления пространственной информации, собираемой раз-
личными ведомствами;
• создания общегородских классификаторов основных структурных единиц города (улиц,
микрорайонов и т.д.);
• создания единого координационного центра для ведения муниципальной ГИС.
По-видимому, муниципальный уровень является самым низким, на котором возможно соз-
дание многоцелевой ГИС того типа, который описан выше. На уровне региона или государства в
целом информация столь велика по объему и столь тематически многообразна, что целесообразно
создание тематических ГИС. Одной из важнейших задач, для решения которых такие региональ-
ные и общегосударственные ГИС должны быть вскоре разработаны, является создание государст-
венного земельного кадастра, производимое на основе постановления правительства по федераль-
ной целевой программе, принятой в августе 1996 г. Слово «кадастр» означает реестр, содержащий
сведения об объекте. Цель разработки земельного кадастра - способствовать проведению единой
политики в области земельных отношений, обеспечению интересов государства и населения стра-
ны, создание цивилизованного рынка земли, защиты прав ее владельцев, арендаторов и т.д. Ин-
формация эта колоссальна по объему и требует постоянной актуализации, фиксирующей все из-
менения в сфере землепользования.
Создание ГИС может быть и объектом международного сотрудничества. Так, в период 1993
- 96 гг. усилиями шести стран создана ГИС «Черное море». Будучи жизненно важным для не-
скольких стран, море претерпевает катастрофические изменения, приводящие к сокращению и ги-
бели целых экосистем. ГИС «Черное море» включает огромный объем картографической инфор-
мации (более 2000 карт), базы данных по геологии, метеорологии, физической океанографии, за-
грязнениям, биоресурсам, рыбным ресурсам. Таким образом, государственные органы прибреж-
ных стран, научные работники, да и просто все заинтересованные в судьбе моря получили воз-
можность доступа к комплексу информации о нем.
Не следует думать, что каждая ГИС является столь огромной. Достаточно широкое распро-
странение получили, так называемые, настольные ГИС. Они также хранят картографическую ин-
формацию и базы данных, привязанные к ней, но в гораздо более локальных вариантах. Скажем,
для автовладельца большой интерес может представить ГИС, содержащая сведения о дорогах в
районе, их покрытиях (асфальтовые, грунтовые и т.д.).
Рис. 6.11.
Типовая структура ГИС
Для создания ГИС используют специализированные инструментальные программные сред-
ства, различные для разных классов ГИС. «Тяжелые» профессиональные системы типа Intergraph
550
не предназначены для персональных компьютеров (хотя и существуют их усеченные версии). Для
создания локальных ГИС на ПК существуют специальные программные средства, работающие в
среде MS Windows. Так, отечественные программы GeoDraw и GeoGraph 1.5 позволяют создать
ГИС на основе многослойной топологической модели географических данных. Такая модель по-
зволяет описать не только координаты объектов, но и их качественные характеристики (например,
взаимное расположение), что важно при преобразованиях изображений. К каждому слою изобра-
жения может быть подключено несколько таблиц баз данных; наоборот, каждая таблица может
быть подключена к нескольким слоям. Пользователь этой инструментальной системы может на-
полнить ее конкретным содержанием, рис. 6,11.
Особой проблемой в ГИС является ввод графической (особенно картографической) инфор-
мации и выбор ее форматов. Если ввод карты может быть осуществлен сканированием, то, в отли-
чие от многих других задач хранения, обработки и вывода изображений, растровый формат изо-
бражения, создаваемый при сканировании, в ГИС менее удобен, чем векторный. Дело в том, что
графическая информация в ГИС часто подвергается манипуляциям типа «растянуть», «сжать» и
более сложным геометрическим преобразованиям. Поэтому первоначальное растровое изображе-
ние в ГИС-системах обычно подвергается векторизации, т.е. установлению геометрических и
формульных соотношений между линиями и точками, образующими изображение.
Контрольные вопросы
1. Каково назначение и основные структурные элементы АСУ?
2. В чем состоят недостатки концепции АСУ 70-х годов?
3. В чем состоят основные положения современной концепции информационной системы
управления?
4. Каковы перспективы развития информационно-управляющих
систем в образовании?
5. Каково назначение и основные структурные элементы АСНИ?
6. Каково назначение и основные структурные элементы САПР?
7. Каково назначение и основные структурные элементы ГИС?
§4. ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ
Систему искусственного интеллекта, построенную на основе высококачественных специ-
альных знании о некоторой предметной области (полученных от экспертов - специалистов этой
области), называют экспертной системой. Экспертные системы - один из немногих видов систем
искусственного интеллекта (см. гл. 1) -получили широкое распространение и нашли практическое
применение. Существуют экспертные системы по военному делу, геологии, инженерному делу,
информатике, космической технике, математике, медицине, метеорологии, промышленности,
сельскому хозяйству, управлению, физике, химии, электронике, юриспруденции и т.д. И только
то, что экспертные системы остаются весьма сложными, дорогими, а главное, узкоспециализиро-
ванными программами, сдерживает их еще более широкое распространение.
От других программ экспертные системы отличаются по следующим признакам:
1) компетентность - в конкретной предметной области экспертная система должна дости-
гать того же уровня, что и эксперты - люди, при этом она должна пользоваться теми же эвристиче-
скими приемами, также глубоко и широко отражать предметную область;
2) символьные рассуждения - знания, на которых основана экспертная система, представ-
ляют в символьном виде понятия реального мира, рассуждения также происходят в виде преобра-
зований символьных наборов;
3) глубина - экспертиза должна решать глубокие, нетривиальные задачи, отличающиеся
сложностью либо в плане сложности знаний, которые экспертная система использует, либо в пла-
не их обилия, это не позволяет использовать полный перебор вариантов как метод решения задачи
и заставляет прибегать к эвристическим, творческим, неформальным методам;
4) самосознание - экспертная система должна включать в себя механизм объяснения того,
каким образом она приходит к решению задачи.
Экспертные системы (рис. 6.12) создаются для решения разного рода проблем, но основные
типы их деятельности можно сгруппировать в категории, приведенные в табл. 6.6.
Экспертные системы, выполняющие интерпретацию, как правило, используют информа-