CC BY
169
ш
В. Т. Матчин
Информационная модель в человеко-машинной системе
В статье описаны особенности формирования информационной модели в информационной системе и ее взаимодействие в человеко-машинной технологии обработки информации в информационной системе. Показаны особенности этой модели. В аппаратно-программном комплексе информационная модель трансформируется в цифровую и визуальную модели. Информационная модель в человеко-машинной системе является основой обработки. Однако она имеет существенные отличия от информационной модели в алгоритмических системах.
Приводятся основные функциональные принципы построения интерфейса пользователя: принцип минимального рабочего усилия, заключающийся в минимизации затрат ресурсов со стороны пользователя; принцип максимального взаимопонимания,где оператор информационной системы не должен заниматься дополнительной обработкой информации; принцип минимума информации в диалоге способствующий повышению оперативности решений и снижению субъективных ошибок.
Выделены и описаны типы согласованности информационной модели: системная, синтаксическая, семантическая и физическая согласованность.
Ключевые слова: философия информации, информация, информационные модели, информационные ситуации, информационное взаимодействие, модель мира
V. T. Matchin The information model in man-machine system
This article describes the features of the formation of the information model in IS and its interaction in man-machine information processing technology in the IS. The features of this model. In the hardware-software complex information model is transformed into a digital and visual models. Information model in the M-M-S is the basis of treatment. However,it has some major differences from the information model of algorithmic systems.
Shown the basic functional principles of user interface: the principle of minimum work effort, which consists in minimizing the cost of resources on the part of the user; the princi ple of maximum understanding where the operator of the information system shall not engage in additional processing information; the principle of minimum information in the dialogue contributing to increasing the effectiveness of the solutions and the reduction of subjective errors.
Identified and described the types of coherence information model: system, syntactic, semantic and physical consistency.
Keywords: philosophy of information, information information models information situation, communication, model of the world
Введение создаваемый в ИС как объект управления. Та-
Человеко-машинная система [man-machine ким образом, на стадии эвристической обработ-
system MMS] (или ЧМС) — система, включаю- ки информации можно рассматривать техно-
щая людей и технику, таким образом, что все логию создания проекта в ИС как технологию
е,е компоненты дополняют друг друга [1]. При управления. В свою очередь, человеко-машин-работе с информационной системой
(ИС) опе- ный комплекс представляет собой простейшую
ратор является звеном системы управления, т.е. модель сложной организационно технической
субъектом управления, а аппаратно-программ- системы (СОТС) [2], что дает основание при-
Ёйый комплекс (АПК) ИС является инструмен- менять методы управления СОТС в такой ситу-
Цом управления Можно рассматривать проект ации. Человеко-машинной системой может бытЦ
авТиматйзйроваяное рабочеещеЙТб (АРМ^р'Щза данных (БД), информационная система (ИС), ¡геоинформационная система (ГИС), система векторизации растровой информации, экономическая информационная система (ЭИС) и другие проблемно ориентированные системы [3].
Основная часть. Рациональная организация ¡Груда операторов ИС является одним из важнейших факторов, определяющих эффективное функционирование системы. В подавляющем большинстве случаев обработка информации в ИС в интерактивном режиме- опосредованная деятельность человека, поскольку он ведет исследование, «не видя» реального объекта. Между реальным объектом и человеком-оператором находится информационная модель объекта (рис.1). Поэтому возникает проблема информационного взаимодействия [4], в которой важное значение приобретает интерфейс пользователя ИС [5].
Структура человеко-машинной системы изображена на рис.1. На нем показан АПК и подсистемы взаимодействия. Аппаратно-программный комплекс ИС обеспечивает выполнение функций: хранение и обновление информационных моделей; преобразование данных, циркулирующих в ИС, в информационные модели
и цифровые модели, отображаемые на мониторах; обеспечение диалогового взаимодействия человека с ИС; преобразование воздействий, поступающих от человека-оператора, в данные, используемые ИС; физическая реализация протоколов взаимодействия (определение последовательности действий, согласование форматов данных, контроль ошибок и т.п.).
Информационная модель является отражением объекта, находящегося во внешней среде. Оператор, на основе полученного им задания, анализирует информационную модель и обрабатывает ее с помощью АПК. Эвристическая обработка состоит в формировании информационной ситуации, анализе информационной ситуации и принятии решений по изменению ситуации. Передача информации при информационном взаимодействии основана на применении протоколов.
Назначение протоколов передачи информации [6] состоит в том, чтобы обеспечить механизм достоверной и надежной передачи информации между человеком-оператором и ИС. Протокол — это правило, определяющее взаимодействие, набор процедур обмена информацией между параллельно выполняемыми процессами в реальном масштабе времени. Эти
Информационный продукт
Рис. 1. Человеко-машинная система
15 |55М 2307-2447
процессы характеризуются, во-первых, отсутствием фиксированных временных соотношений между наступлением событий и, во-вторых, отсутствием взаимозависимости между событиями и действиями при их наступлении.
Функции протокола связаны с обменом сообщениями между этими процессами. Формат, содержание этих сообщений образуют логические характеристики протокола. Правила же выполнения процедур определяют те действия, которые выполняют процессы, совместно участвующие в реализации протокола. Набор этих правил является процедурной характеристикой протокола. Используя эти понятия, мы можем теперь формально определить протокол как совокупность логических и процедурных характеристик механизма связи между процессами. Логическое определение составляет синтаксис, а процедурное — семантику протокола.
Информационная модель в АПК представляется в виде двух компонент: цифровой и визуальной. Цифровая модель представляет собой дискретную модель, которая служит основой обработки и представления. Визуальная модель имеет множество разновидностей. Это может быть визуальная модель объекта моделирования. Это может быть визуальная модель, интегрированная с интерфейсом пользователя. Это может быть визуальная модель отражающая процесс обработки и обмена информацией. Все эти разные по качеству визуальные модели, используются при эвристической обработке.
Генерирование визуальной модели с помощью ИС позволяет получать реализации информационных моделей не только в цифровом но и в графическом виде. В зависимости от вида работ выделяют требования по алфавиту составу информационных единиц [7] графических моделей, по способу формирования графических символов и по разновидности использования эжментов изображения. Используемый алфавит характеризует тип модели, ее изобразительные возможности. Он определяется классом решаемых задач, задается числом и типом знаков, количеством градаций яркости, ориентацией символов, частотой мерцания изображения и др.
Графический алфавит должен обеспечивать построение любых информационных моделей в пределах отображаемого класса или решаемых задач. В ИС это тесно связано с разработкой библиотек графических примитивов или информационных единиц. При этом стремятся к уменьшению избыточности алфавита, что приводит к формированию алфавита не в виде отдельных значков, а в виде их многократно повторяющихся элементов. Поэтому способы формирования графической единицы классифицируются в соответствии с используемыми элементами изображения и делятся на модели-|рующие, синтезирующие и генерирующие. По способу отображения как для векторных, так
и для растровых знаков в ИС применяют матричный формат. Это приводит к необходимости введения процедуры растеризации, то есть в преобразовании векторной модели в растровую для ее вывода на монитор.
Реализация информационной модели объекта исследований в визуальной форме может быть интерпретирована как визуальная модель объекта. Эта визуальная модель формируется на основе сходства с реальным объектом исследования. Отсюда вытекает важное требование изоморфизма [8], сходства визуальной модели и структуры отображаемых объектов и окружающей среды.
Воспроизведение изображения осуществляется на основе представления цифровой модели, которая также является реализацией информационной модели. В этом аспекте ЧМС выполняет когнитивные функции. Важным понятием когнитивной науки является репрезентация [9]. Репрезентация — это представление в человеческом мозге (а, шире — в любой системе, способной к мышлению) мира, частей мира и процессов в нем. Именно репрезентация позволяет создавать полную картину мира [10, 11] в научных исследованиях и моделировании. В ЧМС визуализация играет роль репрезентации. Основой визуализации является цифровая модель.
Цифровой моделью называют дискретную модель, получаемую на основе импульсно-кодо-вой модуляции [12]. Информационная модель, являясь для оператора основой, на которой он формирует образ реального объекта . Она, как правило, включает большое количество элементов. Учет семиотических особенностей [13] дает основание представить информационную модель О как совокупность взаимосвязанных элементов:
П =ра) Пп = и Еп
]-1
где Я. - множество элементов информационной модели у-й группы, п=1,...М; число групп к=1,...К. число элементов в группе.
Количество групп элементов информационной модели определяется требованиями точности, откуда вытекает требование детализации описания объекта исследования. Наряду с этим информационная модель связана с графическим изображением, то есть определяет визуальную модель. Элементы информационной модели здесь выступают как элементы изображения.
Визуальная модель состоит из некоторого набора графических примитивов, задающих графический элемент, соответствующий реальному объекту и обладающий геометрическими свойствами. При организации процесса обработки информации [14] в ИС используют следующие понятия:
Статическая информация — относительно стабильная по содержанию информация, используемая в качестве фона. Например, координатная сетка, план, изображение местности и ъд|||
РрДиняиЯчесКяя^нформЯция — информация, рёременная в определенном интервале времени по содержанию или положению на экране. Реально динамическая информация часто является функцией некоторых текущих параметров.
Такое деление считается условным. При создании человеко-машинной системы значительно возрастает роль человеческого фактора [2], а следовательно, эргономического обеспечения системы. Основной задачей эргономического обеспечения является оптимизация вз§имодействия между человеком и ИС. Это определяет требования при проектировании интерфейса пользователя. В частности, можно привести основные функциональные принципы построения интерфейса [15]:
Принцип минимального рабочего усилия, заключающийся в минимизации затрат ресурсов со стороны пользователя, т.е. оператор ИС должен выполнять только ту работу, которая необходима и не может быть выполнена системой, не должно быть повторений уже сделанной работы и т.д.
Принцип максимального взаимопонимания. Оператор ИС не должен заниматься дополнительной обработкой информации. Выдаваемая на экран информация не должна требовать перекодировки или дополнительной интерпретации пользователем.
Принцип минимума информации в диалоге. В процессе работы оператор ИС должен запоминать как можно меньшее количество информации, что повышает оперативность решений и снижает субъективные ошибки.
Как видно из рисунка информационная модель является ключевой на разных стадиях обработки. Это выдвигает к ней требования согласованности к другим моделям и к интерфейсу пользователя.
Информационная модель может быть согласована по разному. Следует выделить системную, синтаксическую, семантическую и физическую согласованности [15].
Синтаксическая согласованность определяет исключение противоречивости в протоколах и правилах обработки информации.
Семантическая согласованность заключается в требовании выполнения полноты информационной модели и отсутствие противоречивости в данных.
Физическая согласованность определяет необходимость учета реального АПК данной ИС. Объем ее базы данных, особенности оконного интерфейса, запросов и т.д.
Системная согласованность заключается в соблюдении баланса и исключении противоречивости между семантической, синтаксической, физической, согласованностями и требованием получить синергетический эффект.
Семантическую, синтаксическую и физиче-
'скую^%!орлаеЯван^0стъ в работе5 [16] называют информационным соответствием, что отражает суть обработки информации, но применимо только к информационным процессам.
Системная согласованность желательна, но возможна только при наличии четкой структуры модели и структуры процессов обработки [17, 18]. В тоже время структурная согласованность [19] является более мягким требованием, чем системная согласованность, поскольку касается логических и физических уровней, но не учитывает концептуальный уровень. В целом все виды согласованности важны для ЧМС в большей степени, чем для алгоритмических систем обработки информации.
В целом можно согласиться с мнением, приведенным в работе [20], о том, что «Воздействие информационных технологий заключается не в том, как представлена та или иная информация, а в том, насколько трансформируется при этом модель мира человека, и как сильно она станет отличаться от модели мира, адекватной среде проживания, т.к. человек во всех своих оценках и действиях исходит из собственной модели мира». В нашем случае речь идет о воздействии и взаимодействии информационных моделей.
Выводы
Информационная модель является основой обработки информации в человеко-машинных системах, также как и в алгоритмических системах, где минимально участие человека, а обработка осуществляется в соответствии с заранее определенным алгоритмом. В алгоритмических системах обработка является более «жесткой», а информационные модели более простыми, ориентированными только на обработку при помощи компьютера. Однако наличие ошибок или неопределенности исключает их исправление и результат использования таких моделей и систем при ошибочной информации непригоден для использования.
В эвристических человеко-машинных системах информационная модель более разнообразна и позволяет вносить исправления или изменения в процессе обработки. В какой-то степени это снижает быстродействие, но повышает надежность результата, поскольку допускает возможность устранения обнаруженных ошибок. Но главное, информационная модель в ЧМС позволяет проводить информационное моделирование, накапливать опыт и модифицировать результаты исследований.
Таким образом, информационная модель в ЧМС отличается от информационной модели в алгоритмических ИС, но также служит основой обработки информации. Она более сложная по структуре. Но создает больше возможностей и повышает надежность ре-¡зул&татов обМботй!
17 ISSN 2307-2447
ЛИТЕРАТУРА
1. рСтотний А.А. и др. Человеко-машинная система решения задач обработки данных //Алгоритмы и организация реШёЬиИЯ
экономических задач. 1980. №. 14. С. 172-195.
2. Соловьёв И.В. Проблемы исследования сложной организационно-технической системы // Вестник МГТУ МИРЭА. 2013. № 1 (1). С. 20-40.
3. Цветков В.Я. Разработка проблемно ориентированных систем управления. М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1991. 113 с.
4. Tsvetkov V. Ya. Information Interaction as a Mechanism of Semantic Gap Elimination // European Researcher, 2013, Vol.(45), № 4-1, p.782-786.
5. Анохин А.Н., Ивкин А.С. Человеко-машинный интерфейс для поддержки когнитивной деятельности операторов АС;// Ядерные измерительно-информационные технологии. 2012. №. 1. С. 41.
6. Таненбаум Э.С., Таненбаум Э.С. Компьютерные сети: [Пер. с англ.]. СПб.: Издательский дом "Питер", 2012.
7. Цветков В.Я., Чехарин Е.Е. Окружение информационных единиц // Вестник МГТУ МИРЭА. 2014. № 2 (3). С. 36-42.
8. Ullmann J.R. An algorithm for subgraph isomorphism //Journal of the ACM (JACM). 1976. V. 23. №. 1. р.31-42.
9. Сухарев М.В. Распределенные когнитивные модели и социальное партнерство // Петрозаводск - 300: Карелия в процессе перемен. Петрозаводск, КарНЦ РАН, 2004 г. С. 341-347.
10. Цветков В.Я. Информационные единицы как средство построения картины мира // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. (Часть 4). № 8. С. 36-40.
11. Тупик Н.В. Модель мира человека и информационные технологии // Успехи современного естествознания. 2009. № 4. С. 49-50.
12. Цветков В.Я. Клод Элвуд Шеннон, как основоположник цифрового моделирования // Перспективы науки и образования. 2014. № 1. С. 44-50.
13. Цветков В.Я. Семиотический подход к построению моделей данных в автоматизированных информационных системах // Геодезия и аэрофотосъемка. 2000. № 5. С. 142-145.
14. Garner W.R. The processing of information and structure. Psychology Press, 2014.
15. Цветков В.Я. Информационная модель как основа обработки информации в ГИС // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2005. № 2. С. 118-122.
16. Иванников А.Д., Тихонов А.Н., Соловьев И.В., Цветков В.Я. Инфосфера и инфология. М: Торус Пресс, 2013. 176 c.
17. Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. СПб.: Невский Диалект, 2001.
18. Елсуков П.Ю. Формирование структурной модели при управлении энергосбережением // Вестник МГТУ МИРЭА «MSTU MIREA HERALD». 2014. № 3 (4). С. 135-145.
19. Дулин С.К., Киселев И.А. Управление структурной согласованностью в базе знаний // Известия АН СССР. Техн. Кибернетика. 1991. №. 5. С. 29-39.
20. Тупик Н. В. Использование «модели мира» в познании и обучении // Теоретические и прикладные проблемы психологии / Материалы II Всероссийской научной конференции. Ставрополь: Ставрополь сервисшкола, 2001. С. 137-143.
REFERENCES
Stognii A. A. i dr. Human-machine system solving problems of data processing. Algoritmy i organizatsiia resheniia ekonomicheskikh zadach - Algorithms and organization solutions to economic problems, 1980, no. 14, pp. 172-195 (in Russian). Solov'ev I.V. Problems of the study of complex organizational and technical systems. Vestnik MGTU MIREA - MSTU MIREA HERALD, 2013, no. 1 (1), pp. 20-40 (in Russian).
Tsvetkov V. Ia. Razrabotka problemno orientirovannykh sistem upravleniia [Development of problem-oriented management systems]. Moscow, GKNT, VNTITsentr Publ., 1991. 113 p.
Tsvetkov V. Ya. Information Interaction as a Mechanism of Semantic Gap Elimination. European Researcher, 2013, Vol.(45), no. 4-1, pp. 782-786.
Anokhin A. N., Ivkin A. S. Man-machine interface to support cognitive activity operators AS. Iadernye izmeritel'no-informatsionnye tekhnologii - Nuclear measurement and information technology, 2012, no. 1, p. 41 (in Russian). Tanenbaum E. S., Tanenbaum E. S. Komp'iuternye seti: (Per. s angl.) [Computer networks: (TRANS. from English.)]. Saint-Petersburg, Piter Publ., 2012.
Tsvetkov V. Ia., Chekharin E. E. Environment information items. Vestnik MGTU MIREA - MSTU MIREA HERALD, 2014, no. 2 (3), pp. 36-42 (in Russian).
8. Ullmann J. R. An algorithm for subgraph isomorphism. Journal of the ACM (JACM), 1976, V. 23, no. 1, pp.31-42.
9. Sukharev M.V. Distributed cognitive models and social partnership. Petrozavodsk, KarNTs RAN, 2004, pp. 341-347.
10. Tsvetkov V. Ia. Information items as a means of constructing a picture of the world. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii - International journal of applied and fundamental research, 2014, P. 4, no. 8, pp. 36-40.
11. Tupik N. V. Century model of the world of man and information technology. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniia - Successes of modern natural science, 2009, no. 4, pp. 49-50 (in Russian).
12. Tsvetkov V. Ia. Claude Elwood Shannon, as the founder of digital modeling. Perspektivy nauki i obrazovaniia - Perspectives of science and education, 2014, no. 1, pp. 44-50 (in Russian).
13. Tsvetkov V Ia. A semiotic approach to building data models in computer information systems. Geodeziia i aerofotos"emka -Geodesy and aerial photography, 2000, no. 5, pp. 142-145 (in Russian).
14. Garner W. R. The processing of information and structure. Psychology Press, 2014.
15. Tsvetkov V. Ia. The information model as a basis for information processing in GIS. Geodeziia i aerofotos"emka - Geodesy and aerial photography, 2005, no. 2, pp. 118-122 (in Russian).
16. Ivannikov A. D., Tikhonov A. N., Solov'ev I. V., Tsvetkov V. Ia. InfoSphere and infology. Moscow, Torus Press Publ., 2013. 176 p.
17. Olsson G., Piani D. Tsifrovye sistemy avtomatizatsii i upravleniia [Digital automation systems and control]. Saint-Petersburg, Nevskii Dialekt Publ., 2001.
18. Elsukov P.Iu. Formation of the structural model with the energy-saving management. Vestnik MGTU MIREA - MSTU MIREAM HERALD, 2014, no. 3 (4), pp. 135-145 (in Russian).
19. Dulin S. K., Kiselev I. A. Management of structural consistency in the knowledge base. Izvestiya an SSSR. Technology. Cybernetics, 1991, no. 5, pp. 29-39 (in Russian).
20. Tupik N. V. Use "world model" in cognition and learning: Theoretical and applied problems of psychology / Proceedings of the II all-Russian scientific conference. 2001, pp.137-143.
Информация об авторе Information about the author
Матчин Василий Тимофеевич Matchin Vasilii Timofeevich
(Россия, Москва) (Russia, Moscow)
Преподаватель Lecturer Московский государственный технический университет Moscow State Technical University of Radioengineering,
радиотехники, электроники и автоматики Electronics and Automation
йжё-mail: matchin.v@gmail.com E-mail: matchin.v@gmail.com
