Программные продукты и системы

Анализ процесса градостроительного проектирования и создания САПР городов и регионов позволяет дифференцировать системы автоматизации проектирования городских структур по следующим направлениям:

1)   разработка систем автоматизированного управления проектными работами;

2)   создание автоматизированных банков данных градостроительного проектирования;

3)   разработка систем технико-экономического обоснования, расчета показателей и выбора вариантов проектных решений на основе информационных графических систем;

4)   совершенствование электронно-графических технологий и систем.

Наибольший эффект, причем не только в сфере проектирования, но и в реализации, а также эксплуатации градостроительных объектов, можно ожидать от развития направлений 2 и 3, оказывающих наибольшее влияние на качество и эффективность конечных результатов проектирования.

Системы управления городскими структурами по своей сути являются интеллектуальными системами, так как обладают всеми признаками высокоорганизованной материи, выделяемыми в математической информатике для систем с интеллектуальными свойствами. В частности сбор, накопление и пополнение данных в таких системах однозначно привязаны к конкретным объектам городских структур, ибо характеризуются идентификацией данных об объектах предметной области. Отыскание некоторого объекта из определенного множества по имеющимся сведениям об этом объекте является действием интеллектуальной системы, которую можно назвать интеллектуальным исполнителем (например выбор конкретных позиций из банков данных физических лиц, юридических лиц, землевладельцев и т.д.).

Формирование банков и баз данных систем территориально-производственного и социально-экономического планирования, управления и градостроительного проектирования так же представляет собой действие интеллектуальной системы, называемое интеллектуальным накоплением данных. Функции накопителя состоят в пополнении данных об объекте (территориях, зданиях, сооружениях, коммуникациях, лицах и др.) от различных источников сведений, документов об объектах из опорного множества и выдачи таких сведений пользователям. После получения очередного сведения о каком-либо объекте интеллектуальный накопитель помещает эту информацию в базу данных вместе с другими сведениями о том же объекте, то есть накапливает информацию об объекте.

Кроме того, автоматизированные системы проектирования и управления городскими структурами способны осуществлять функции преобразования данных об объектах из одного множества в данные об объектах другого множества. Это свойство модификации также присуще только интеллектуальным системам. Особое значение этого свойства интеллектуальных систем состоит в подготовке необходимых данных для формирования конкретных действий и принятия решения. При этом возможен частный случай, когда интеллектуальный модификатор относит входные и выходные данные к одному и тому же объекту. Это свойство интеллектуальных систем, называемое сингулярностью, зачастую преобразует данные об а Î А в данные о том же а Î А, но содержащие лишь часть информации (наиболее важной) из имеющихся данных об объектах. Происходит обобщение информации. Например, перевод данных из ведомственных баз данных в общегородскую, когда лишь часть данных об объектах хранится и обрабатывается в центре, является признаком интеллектуального обобщения информационной системы городского масштаба. Возможен также случай уточнения данных об объектах для формирования правильного управляющего решения. Это классифицирует систему такого вида, как сингулярную, уточняющую систему.

Перечисленные виды интеллектуальных систем (идентификаторы, исполнители, накопители, модификаторы) являются базовыми элементами более сложных интеллектуальных систем (экспертных, систем автоматизации управления, в частности автоматизированных систем проектирования и управления городов и регионов), в которые входят все указанные базовые элементы. При этом системы становятся многоуровневыми, иерархическими, на нижнем уровне которых обязательно присутствуют интеллектуальные идентификаторы,

исполнители и накопители. В конкретной предметной области управления (планирования, проектирования) объект управления выделяется в системе идентификаторами и накопителями по принципу обратной связи.

Автоматизированные системы проектирования и управления городскими структурами, имея объектом управления очень сложные системы (городские инфраструктуры, областные и муниципальные органы власти, управления и т.д.), сами так же представляются очень сложными системами по целому ряду общепринятых признаков, таких как:

- наличие множества взаимосвязанных элементов;

-иерархичность построения и подчиненность целей функционирования;

- взаимодействие с внешней средой, воздействие случайных факторов;

-многообразие функций и задач, выполняемых в системе и подсистемах;

- наличие потоков информации между элементами сети, а также управляющих воздействий.

В аспекте интеллектуальности сложность системы определяется прежде всего возможностью ее разбиения на части, среди которых имеются интеллектуальные подсистемы, преобразующие данные об объектах из предметной области. Автоматизированные системы проектирования и управления городскими структурами отвечают этому положению. Указанные интеллектуальные системы имеют и свою информационную область, представляющуюся основной частью интеллектуальных систем. В информационной области происходит сбор, хранение и переработка информации об объектах из предметных областей. Формируется информационная сеть интеллектуальных накопителей и модификаторов. При этом идентификаторы и исполнители образуют терминальное поле интеллектуальных систем, посредством которого осуществляется связь между предметной и информационной сферами интеллектуальных систем.

В автоматизированных системах проектирования и управления городскими структурами центральное значение в аспекте интеллектуальности занимают семантические данные об объектах управления. Эти объекты различны по своим характеристикам, в связи с чем система управления должна адекватно реагировать на семантический указатель сведения. Вопросы построения математических моделей указанных систем и процессов, разработка методов их исследований при этом так же основаны на известных методологических принципах (информационном, структурном, принципах системности отражения), являющихся основополагающими в математической информатике.

В основу интегрированной системы территориального и муниципального управления должны быть положены математические модели интеллектуальных систем, одновременно моделирующие как предметные, так и информационные области региональных и городских структур управления, а также взаимодействие между ними, обеспечивая возможность: моделирования всего разнообразия систем и процессов территориального и муниципального управления, областных и городских инфраструктур; осуществления уточнений и перестройки моделей; включения новых ограничений и критериев; обеспечения анализа информационных слоев; использования математических методов. Для описания перечня допустимых свойств объектов могут вводиться шкалы понятий Ш для множества А. Поскольку всякое свойство объектов из А однозначно выделяет подмножество в А, то шкала понятий Ш определяется семейством подмножества из А. При этом допустимые свойства для конкретного накопителя - это свойства из созданной шкалы понятий, а также свойства, формируемые из элементов этой шкалы на основе логических операций конъюнкций, дизъюнкций и отрицания. В результате всякий интеллектуальный накопитель представляется локальной базой данных, определяемой своим опорным множеством объектов А и шкалой понятий Ш для этого А, оснащенной соответствующей СУБД.

Интеллектуальный модификатор выступает, с одной стороны, пользователем данных от части накопителей, а с другой - источником данных для иной части накопителей. Модификатор определяется рядом опорных множеств объектов со своими шкалами понятий. Таким образом, модификатор представляется локальной базой знаний, содержащей информацию об отношениях между объектами опорных множеств. Модификатор позволяет не только отвечать на запросы пользователей по имеющейся в его распоряжении информации, но и формировать новые данные на основе имеющихся знаний, то есть данные а Î А преобразовывать в сведения а' Î А'.

Теоретически автоматизированные системы проектирования и управления городскими структурами неизбежно объединяются в интегрированную систему коллективного пользования, с точки зрения интеллектуальности представляющую собой сеть интеллектуальных модификаторов, связанных между собой через накопители. По сути - это распределенные базы знаний и данных различных предметных областей (хозяйство, социальные сферы, экология и т.п.).

Анализ номенклатуры работ на этапах градостроительного проектирования показывает, что выполняемые на различных этапах

проектные процедуры и операции базируются на единых теоретических положениях, закономерностях, нормативах и методиках расчета технико-экономических показателей, одинаковых по существу алгоритмах выработки вариантных обоснований, одной и той же исходной информации и отличаются главным образом лишь степенью детализации и проработки проектных решений. Автоматизация и использование математических методов для расчета технико-экономических показателей и оценки вариантов проектных решений, а также для получения исходной информации могут дать возможность уже на этапах разработки генерального плана или проекта размещения строительства сформировать с помощью ЭВМ требуемые материалы для выполнения последующих стадий проектирования, существенно упростив и ускорив процесс разработки градостроительной документации. Применяемые на практике традиционные методы проектирования апробировались в течение многих десятилетий. Они основаны на интуиции и мастерстве проектировщика, приспособлены для ручного процесса разработки и анализа вариантов. Поэтому при автоматизации необходимо не только качественно улучшить этот процесс путем ускорения поиска, обработки информации и применения математических методов, оптимизирующих проектные решения и позволяющих достичь увеличения экономической эффективности разработок, но и не нарушить основные принципы выбора наилучших вариантов. САПР должны при необходимости, особенно в условиях дефицита информации, функционировать как экспертные системы, формализующие и автоматизирующие процессы подготовки принятия решений в многофакторных и многокритериальных задачах, реализуя совокупность правил, которыми пользуется опытный эксперт-проектировщик в сложных ситуациях.

Управление развитием городов и районов включает одновременное решение обширного круга теоретически связанных между собой экономических задач в сфере промышленности, сельского хозяйства, социального развития, органично переплетенных с задачами градостроительного проектирования. Концепция комплексного социального и экономического развития находится по сути в стадии становления и требует дополнительного совершенствования. К сожалению, до настоящего времени не разработаны оптимизационные, динамические модели, обеспечивающие системное, методологически целостное планирование и проектирование населенных мест, которые позволили бы на единой информационной базе коллективного пользования решать все вопросы, связанные с их развитием.

Уже само создание такой единой информационной базы, откуда пользователи могли бы получать достоверные и качественные сведения о территориях городов и районов и размещаемых на них зданиях, сооружениях и коммуникациях, в значительной степени должно способствовать упорядочению, структуризации информации и создавать предпосылки для исключения из практики случаев принятия ошибочных плановых и проектных решений из-за неполноты исходных данных.

Важно создать не просто набор разрозненных задач, решаемых на единой базе данных, а именно систему взаимосвязанных моделей, образующих в совокупности общую модель объекта, способную прогнозировать его развитие на перспективный период в соответствии с глобальными народнохозяйственными критериями, выделять и детализировать проблему при переходе к частным, локальным критериям для отдельных разделов, подсистем, стадий и этапов. При определении объемов работ, задач, процедур и операций, подлежащих автоматизации, требуют пристального внимания и своевременного решения технические, технологические, организационные и правовые вопросы, возникающие при использовании вычислительной техники. Особое значение приобретают мероприятия по техническому оснащению организаций средствами автоматизации и вычислительной техники; по подготовке специалистов, эксплуатирующих эти средства; по координации разработок всех видов обеспечения интегрированной информационной системы; по совершенствованию технологии разработки, повышению ее интеллектуальности, эффективности, способности формировать наборы данных для обоснованных планово-экономических и проектно-планировочных решений; по определению юридического статуса документов, формируемых в автоматизированном режиме.

Проектирование и управление городов и регионов, автоматизацию которых бессмысленно осуществлять вне рамок системного анализа, следует рассматривать как сложный процесс. Города и регионы, являясь частью огромного организма России, обладают способностью проявлять свойства, не присущие ни одному элементу системы. Агломерации, города, районы и их структуры представляют собой очень сложные, динамические, стохастические системы, характеризуемые большим разнообразием. Управление и развитие таких систем - это сложные процессы, состоящие из регулирования и собственно управления. Собственно управление определяет динамику параметров системы на протяжении длительного промежутка времени, а регулирование поддерживает параметры системы по заданной программе. Другими словами, собственно управление - это планирование и проектирование развития городов и регионов, а регулирование -оперативное управление функционированием городских структур. Взаимосвязь этих процессов определяет целесообразность комплексного подхода к исследованию и развитию систем автоматизации проектирования и управления городов и регионов на основе перспективного принципа.

Стратегия такого подхода должна быть направлена на автоматизацию территориально-производственного и социально-экономического планирования, управления и градостроительного проектирования развития городов и регионов на качественно новом уровне, обеспечивающем формирование и поддержку информационных ресурсов региональных и городских инфраструктур на единых банках данных и системе взаимосвязанных моделей и программ.

Решение перечисленных задач требует в том числе выполнения большой работы по созданию интегрированной территориальной информационной системы коллективного пользования, основой которой должна стать региональная компьютерная сеть федеральных, областных и муниципальных органов управления.

Такая система должна выполнять не только функции сбора, обработки, хранения, накопления и передачи данных о социально-экономических процессах лицам, принимающим управленческие решения, но и представлять собой интеллектуальную хозяйственную систему, формирующую в качестве продукта-товара информационный ресурс.

Возникает новая методология создания интегрированной системы организационных, программно-технологических и информационных средств, обеспечивающих информационную основу управленческих решений на всех уровнях территориального и муниципального планирования, управления и градостроительного проектирования.

По сути в этой системе будут сосредоточены ресурсные характеристики производственных и непроизводственных субъектов, возникающих в процессе их хозяйственной и иной деятельности, на основе которых могут быть получены новые обобщающие показатели, созданные в самой системе посредством специальных алгоритмов и программ, в результате чего появляется возможность получить специфические информационные возможности, формирующие решения - воздействия на производственные системы, а также на саму систему управления в целом.

Системы такого типа должны удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать информационный сервис для всех звеньев территориальных и муниципальных органов управления, проектных и плановых организаций, всех слоев и групп общества;

-  состав показателей системы должен соответствовать составу пользовательских интересов, а обновление информационных потоков -периодичности принятия управленческих решений;

-  технические средства и информационные технологии должны обеспечивать ответы на все запросы пользователей по информации, хранящейся в системе;

-  информационная система, как и системы проектирования, управления, принятия решений, должна быть настраиваемой на гибкую структуру хозяйственных связей и рыночный механизм, то есть обладать адаптивностью к изменениям структур и форм управления экономикой;

-  информационное и программное обеспечение системы должны позволять производить как агрегированное на любом уровне, так и специфицированное получение информации, базироваться и на локальных, и на общероссийских, и международных каталогах и нормативных банках данных.

Условиями успешного осуществления этих проектов следует считать:

-  соответствие структур и методов автоматизации требованиям экономического и социального развития;

-  экономическую эффективность автоматизированных систем проектирования и управления городов, районов, муниципальных предприятий и др.;

-  интеграцию информационных ресурсов, обеспечение условий секретности и простоты доступа к информационным ресурсам многопользовательской системы;

-  самосовершенствование систем автоматизации и дальнейшей интеграции информационных ресурсов.

Создание интеллектуальной многопользовательской интегрированной информационно-вычислительной системы проектирования, планирования и управления городскими структурами будет происходить путем развития и объединения локальных информационно-вычислительных сетей, обеспечения доступа информационным, вычислительным центрам и иным пользователям к централизованным и распределенным банкам и базам данных и знаний в системе коллективного пользования с развитием телекоммуникаций и абонентских пунктов, обеспечения информационной поддержки процессов принятия решений на раз-личных уровнях и направлениях деятельности, а также с использованием таких средств массовой информации и мультимедиа, как телевидение и радио, видео и телекс, факс, электронная почта и др.

Формализация оценки эффективности автоматизированных систем проектирования и

управления городскими структурами как интеллектуальных систем на основе топологического анализа в многомерных пространствах открывает возможности сравнительного определения уровня интеллектуализации и эффективности любых автоматизированных систем по мощности базиса топологии, самой топологии, а также по функции сходства с эталоном интеллектуальных систем данного класса в пространстве обобщенных критериев с учетом характеристики каждого компонента интеллектуальности.