Система анкетирования на основе Web-технологий Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 519.237.8

А. Ю. Афонин, П. П. Макарычев СИСТЕМА АНКЕТИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ WEB-ТЕХНОЛОГИЙ

Аннотация. Обсуждается вузовская автоматизированная система электронного анкетирования службы потребительского мониторинга. Приводятся результаты математического моделирования системы и методика анализа данных с использованием метода анализа иерархий.

Ключевые слова: потребительский мониторинг, система анкетирования, анализ данных, метод анализа иерархий.

Abstract. The automated system of consumers monitoring for an institute of high education is discussed in the article. The article contains mathematical modeling results of the system and a methodic of data analyzing based on analytic hierarchy process.

Keywords: consumers monitoring, pooling system, data analyzing, analytic hierarchy process.

Введение

Анкетирование является одной из основных форм учета мнений респондентов в социологических, психологических, экономических, педагогических и других исследованиях. Независимо от вида исследования, процесс проведения анкетирования условно можно разделить на четыре этапа: подготовка анкет, проведение анкетирования (сбор данных), обработка собранных данных, формирование выводов о результатах анкетирования и принятие на их основе управляющих решений.

1. Определение требований к системе

Как известно, применение современных информационных технологий позволяет значительно повысить эффективность процесса анкетирования. Поэтому при создании системы мониторинга качества образовательных услуг, предоставляемых Пензенским государственным университетом, было принято решение об автоматизации процесса анкетирования средствами корпоративной компьютерной сети. При этом требования, предъявляемые к системе электронного анкетирования, были сформулированы в следующем виде. Информационные ресурсы системы электронного анкетирования должны быть доступны на всей территории университета, предоставлять возможность проведения электронного анкетирования и просмотра результатов в режиме удаленного доступа. Система должна обеспечивать динамическое управление доступом к ресурсам системы, множеством одновременно реализуемых процессов редактирования анкет, электронного анкетирования, оперативного и интеллектуального анализа данных. В системе анкетирования должно быть предусмотрено расширение ее функциональных возможностей при эксплуатации.

В число доминирующих входили такие требования, как фиксация результатов проведенных опросов в базе данных (БД), проведение оперативного анализа, сбор статистических данных на этапе прохождения анкетирования, построение отчетов по результатам анкетирования. В соответствии с на-

званными выше требованиями и территориальной удаленностью подразделений и факультетов вуза было принято решение реализовывать систему на основе Web-технологий. В качестве языка программирования выбран язык Java, который отличается открытостью, наличием большого числа свободно распространяемых библиотек и возможностью переноса кода системы на различные платформы.

Выбор между двух- и трехзвенными архитектурами построения системы производился на основе анализа производительности компьютеров и нагрузки на сеть передачи данных, а также предполагаемой нагрузки на систему в целом. В результате анализа выбрана технология «тонкого клиента», что позволило перенести вычислительную нагрузку на серверную часть системы и минимизировать требования, предъявляемые к компьютерам клиентов сети. Кроме того, применение трехзвенной архитектуры с выделением сервера приложений и сервера БД позволило варьировать нагрузку на функциональные части системы.

Анализ технологий проектирования Web-приложений на платформе Java позволил выделить технологию Struts как одну из наиболее развитых технологий разработки программного обеспечения, обеспечивающую сокращение объема написания кода и времени разработки системы, повышение безопасности и надежности кода, легкое масштабирование системы в случае необходимости. Архитектура выбранной трехзвенной структуры представлена на рис. 1. В соответствии с технологией Struts компонент Web-сервера «ActionServlet» транслирует запрос от клиента другим компонентам системы, которые и реализуют бизнес-логику приложения «Модель - Вид - Контроллер» - «Форма - JSP - Действие».

Рис. 1. Архитектура системы

Проектирование концептуальных моделей является стартовым этапом разработки системы электронного анкетирования. При разработке концептуальной модели пользователей системы выделены группы конечных пользователей и сформулированы требования к системе с учетом задач, решаемых пользователями (табл. 1). Модель пользователей представляет собой группо-

вую модель наделения всех пользователей системы определенными правами. В соответствии с разработанной моделью каждый пользователь, зарегистрированный в системе, может быть членом нескольких групп и получать доступ к системе в соответствии с назначенными правами. В целом построение концептуальных моделей поведения для каждого отдельного пользователя и групп пользователей системы позволило отследить логику работы приложения и выявить многие неоднозначности на ранних этапах проектирования.

Таблица 1

Группы пользователей системы

Название группы Роль Требования

Администратор системы Управление работой проекта Возможность регистрации пользователей, регистрация их в группах, создание нового анкетирования, назначение пользователей анкет

Администратор опроса Управление проведением анкетирования Запуск, остановка процесса анкетирования, формирование отчетов

Редактор анкет Редактирование анкет Создание и изменение информационного наполнения анкет

Анкетируемый Респондент Прохождение анкетирования

Наблюдатель Просмотр статистики Просмотр статистики, предварительных результатов, итоговых отчетов по результатам

2. Методика анализа данных анкетирования с применением метода анализа иерархий

Одной из основных решаемых задач проектирования системы является выбор и реализация методики анализа данных анкетирования. Проектирование БД выполнено с учетом требований к постоянству и атомарности доступа к информации (On-Line Transaction Processing, OLTP), проведению оперативной аналитической обработки данных (On-Line Analytical Processing, OLAP). Эти противоречивые требования были выполнены за счет введения в состав системы электронного анкетирования реляционной операционной БД и реляционного хранилища данных. Проектирование хранилища данных выполнено на основе измерений и фактов многомерной модели данных, регистрируемых в БД.

При проведении анкетирования системный аналитик, как правило, имеет дело с тремя типами шкал: номинальными, порядковыми и интервальными. Для оценки степени удовлетворенности потребителей качеством оказываемых услуг было принято, что в системе допустимы шкалы с дискретным количеством меток (значений). Количество меток для всех типов шкал непостоянно и может варьироваться в пределах одной анкеты, которую предлагается использовать как основную при проведении исследования. Для номинальных шкал допустимо использовать операции проверки на совпадение 5г- j [2]. Для порядковых шкал допустимо использовать операции проверки

на совпадение 5г- j и предпочтительности C(t). Предложенная в работе [2]

методика оценки потребительского мнения о качестве образовательных услуг

была пересмотрена. Для получения интегральных оценок по результатам анкетирования использован метод анализа иерархий (МАИ). При этом для каждой анкеты выполняется ранжирование критериев оценки (вопросов) по степени важности при оценке качества представляемых образовательных услуг. Использование МАИ позволяет на основе матриц парных сравнений, проводимых экспертами, сформировать вектор приоритетов и получать интегральную оценку качества образовательных услуг, даваемую группой анкетируемых [3]. Привлечение группы экспертов для определения весовых коэффициентов в процессе ранжирования вопросов анкеты позволяет снизить субъективную составляющую оценки качества.

В случае порядковой шкалы при нахождении интегральной оценки качества образовательной услуги по одному из критериев (вопросу анкеты) используется формула

где <Хд - веса лингвистических оценок; ег- д - число потребителей, выставивших оценку с номером д, для данного критерия; п - количество меток на порядковой шкале критерия.

Использование иерархической структуры для анализа информации позволяет разделять проблему на составные задачи и фокусироваться на интерпретации результатов каждой анализируемой в отдельности составляющей (рис. 2). Впоследствии, сформировав иерархическую структуру, аналитик получает более полное представление о проблеме. Полученная интегральная оценка позволяет с большей степенью адекватности сравнивать различные группы респондентов. При необходимости получения информации о мнениях респондентов определенной кафедры аналитик имеет возможность учитывать в разной степени вклад в оценку качества каждой из групп опрашиваемых, задавая коэффициенты уа для их анкет. После расчета оценок Ут на уровне кластеров вопросов аналитик может провести кластерный анализ собранной информации для анализа распределений мнений, к примеру, по кафедрам. При этом следует учитывать разнородность анкет групп опрашиваемых и проводить анализ внутри этих групп.

Анкета состоит из множества вопросов, связанных с основной задачей проводимого исследования. Часть вопросов анкеты может носить информационный характер и использоваться для разделения респондентов на группы. К таким вопросам относятся: пол, возраст, курс, на котором обучается студент, ученая степень преподавателя и т.д. Вопросы данного типа носят закрытый характер и могут быть использованы в качестве измерений при построении многомерной модели данных на основе анкеты. В качестве фактов могут быть использованы результаты ответов респондентов на вопросы, отражающие непосредственное отношение опрашиваемых к исследуемой проблеме.

Использование многомерного хранилища данных позволяет применять ОЬЛР-анализ к собранной информации, агрегировать и сравнивать результаты анкетирования, при этом необходимо учитывать свойства используемых порядковых шкал.

Рис. 2. Иерархическая структура анализа данных

Использование иерархических измерений позволяет при проведении OLAP-анализа получать различные срезы данных. Примером иерархического измерения может служить дата проведения анкетирования. При проведении опроса с определенной периодичностью и использованием иерархического измерения аналитик получает возможность отслеживания динамики мнений респондентов по изучаемой проблеме.

3. Математическая модель Web-сервера

Для распределения вычислительной нагрузки между функциональными частями систем разработана математическая модель системы электронного анкетирования. Как известно, реализовать некоторый функционал системы можно как на стороне клиента и сервера приложений, так и средствами сервера БД. Использование моделирования позволило оценить загрузку модулей системы при различных параметрах нагрузки и времени обработки действий пользователей. В качестве модели системы в данном случае было предложено использовать представление в виде системы массового обслуживания. Сложность предварительной оценки таких параметров системы, как временные показатели обработки транзакций, делает необходимой возможность корректировки модели на этапе опытной эксплуатации. При разработке модели системы на основе Web-сервера Resin в виде СМО приняты следующие упрощающие предположения:

- поток требований в системе является случайным и стационарным;

- по количеству поступающих требований - поток ординарный;

- по связи между требованиями - поток без последствий;

- по характеру поведения требования в системе - с отказами;

- по способу выбора требований - обслуживание без приоритетов;

- время обслуживания требований в системе случайное;

- по числу каналов обслуживания система является многоканальной;

- поток требований в системе однородный;

- система обслуживания является разомкнутой.

Разработанная имитационная модель сервера Resin, представленная на рис. 3 в виде сети Петри, обеспечила предварительную оценку загруженности сервера.

t3 P4

t5 І?!

h t2 ?

P6 |?2

t4 t6

Рис. 3. Модель Web-сервера в виде сети Петри

По умолчанию Web-сервер настроен для работы с 15 одновременными соединениями, принимаем n = 15. Исходя из статистики работы сервера, при проведении опроса среднее число заявок за 1 с принято равным 10. Среднее время обработки одной заявки равно 0,4 с. Интенсивность обслуживания заявок | = 2,5. Интенсивность поступления на обслуживание заявок Х = 10.

При проведении моделирования коэффициенты выбирались исходя из анализа статистики работы Web-сервера Resin. Система уравнений Колмогорова для рассматриваемой системы массового обслуживания типа M/M/m имеет вид

где п - число каналов обслуживания; Р■ - вероятность обработки запроса 1 -м каналом обслуживания (1 = 0,1, 2,..., п).

Для решения системы дифференциальных уравнений, описывающих систему средствами МаШСАБ, разработана моделирующая программа. Вектор вероятностей использования каналов в установившемся режиме имеет следующий вид:

При этом вероятность простоя системы Ро^ ^го) = 0,018 обслуживания совпадает с рассчитанным по формуле значением

dPo (t) I dt = ~XPo (t) +11 (t);

dP1 (t)/dt = XP0 (t) - (A +1) P1 (t) + 2X|oP2 (t);

dPi (t)jdt = XPj - 1(t) - (X + i|)Pj (t) + (i + 1)^|/i + 1(t);

P = (0,018; 0,073; 0,147; 0,195; 0,195; 0,156; 0,104; 0,059;

0,03; 0,013;5,275e-3; 1,917e-3; 6,387e-4; 1,964e-4; 5,609e-5).

Результаты моделирования СМО в среде Mat:hCAD (рис. 4) позволили сделать предварительные выводы о возможной загрузке системы. При заданных характеристиках системы каналы с 9 по 15 остаются незагруженными. Опытная эксплуатация показала устойчивость функционирования модулей системы. Было проведено нагрузочное тестирование системы, в результате которого была собрана необходимая информация для проведения корректировки распределения нагрузки между модулями системы в целях повышения скорости обработки запросов и отказоустойчивости системы.

Время

Рис. 4. Результаты проведения приближенного моделирования сервера

4. Описание разработанной системы

Разработанная система обеспечивает: конструирование анкет (возможно использование предопределенных видов ответов, формирование новых); создание учетных записей групп пользователей и назначение им определенных прав на анкеты; администрирование процесса анкетирования; регистрацию и хранение данных об удовлетворенности потребителей качеством образовательных услуг; формирование статистики прохождения анкетирования и представление результатов анкетирования в виде гистограмм и в табличном представлении; формирование отчетов по результатам проводимого опроса.

К основным достоинствам системы мониторинга удовлетворенности потребителей качеством образовательного процесса на основе Web-технологий следует отнести:

- исключение этапов распечатки анкет, последующего ручного ввода информации для проведения анализа;

- оперативность при подведении итогов и их опубликовании;

- расширение территориального охвата потребителей при проведении удаленного анкетирования;

- возможность контроля процесса прохождения анкетирования;

- возможность оперативного редактирования текстов анкет (например, исправление орфографических ошибок).

Система рассчитана на эксплуатацию в сетях с поддержкой протокола НТТР. На стороне клиента необходимо иметь Web-браузер, поддерживаю-

щий JavaScript 1.0. Это позволяет проходить анкетирование на любом современном компьютере вне зависимости от установленной операционной системы. Серверная часть системы рассчитана на работу под управление Web-сервера Resin версии не ниже 3.0.14. В качестве сервера базы данных могут быть использованы MS SQL Server 2000/2005/2008, MySQL и Firebird. К аппаратной части системы предъявляются требования в зависимости от максимально возможной планируемой загрузки. Использование версии Resin под Linux\Unix либо под Windows позволяет разворачивать систему на серверах, функционирующих под управлением этих операционных систем.

В 2007-2010 гг. с использованием данной системы в Пензенском государственном университете проводился потребительский мониторинг качества образовательных услуг среди преподавателей, студентов, аспирантов и выпускников университета (рис. 5).

6. Интересно ли Вам учиться?

6. Интересно ли Вам учиться?

_________________________ Ответ Число ответивших % отношение

40 -

1

Варианты ответов ■ Полностью ■ Частично ■ Скорее да, чем нет Скорее нет, чем да ■ Не удовлетворен

Рис. 5. Пример оперативного представления данных

На рассматриваемую систему получено свидетельство об отраслевой регистрации разработки за № 9506 в Отраслевом фонде алгоритмов программ.

Заключение

Разработана информационная система анкетирования, поддерживающая создание и редактирование анкет, процессы одновременного опроса различных групп респондентов в режиме удаленного доступа, сбор, обработку и хранение результатов. Предложена методика предварительной обработки и анализа данных информационной системы с использованием метода анализа иерархий. Описанная методика оценки характеристик системы с применением методов математического и имитационного моделирования позволяет осуществлять предварительный анализ нагрузки.

Список литературы

1. Барсегян, А. А. Технологии анализа данных: Data Mining, Visual Mining, Text Mining, OLAP / А. А. Барсегян, М. С. Куприянов, В. В. Степаненко, И. И. Холод. -2-е изд., перераб. и доп. - СПб. : БХВ-Петербург, 2008. - 384 с.

Полностью 7» 30.71

Частично 101 39.76

Скорее до. чем нет 45 17.72

Скорее нет. чем Д.1 2© 10.24

Не удовлетворен 4 1.57

2. Макарычев, П. П. Анализ информации в системе управления качеством образования : моногр. / П. П. Макарычев, Е. Н. Прошкина. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. - 140 с.

3. Саати, Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. - М. : Радио и связь, 1993. - 278 с.

4. Охорзин, В. А. Компьютерное моделирование в системе MathСad / В. А. Охорзин. - М. : Финансы и статистика, 2006. - 144 с.

Афонин Александр Юрьевич аспирант, Пензенский государственный университет

E-mail: testing08@list.ru

Макарычев Петр Петрович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой математического обеспечения и применения ЭВМ, Пензенский государственный университет

E-mail: mpp@pnzgu.ru

Afonin Alexander Yuryevich Postgraduate student,

Penza State University

Makarychev Petr Petrovich Doctor of engineering sciences, professor, head of sub-department of computer application and software,

Penza State University

УДК 519.237. 8 Афонин, А. Ю.

Система анкетирования на основе Web-технологий / А. Ю. Афонин, П. П. Макарычев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2010. - № 3 (15). - С. 49-57.