CC BY
93
УДК 004.415.2
МЕТОДИКА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Д.В. Бутенко, к.т.н.; А.С. Ананьев; К.В. Попов
(Волгоградский государственный технический университет, gindenburg@mail.ru, ananievandr@yandex.ru, popov_konstantin@lenta.ru)
Представлена методика проектирования новых информационных систем, позволяющая создавать нетривиальные проекты. В общем виде эти технологии на основе имеющейся потребности позволяют сформулировать требования к функциональной структуре будущей системы, определить ее принципы действия и представить варианты технического и параметрического решений. Примером методики служит концептуальное проектирование автоматизированной системы, осуществляющей психосемантическую экспертизу аудиопродукции.
Ключевые слова: концептуальное проектирование, информационно-психологическая безопасность, психология, информационные технологии, цифровая обработка сигналов.
Под информационно-психологической безопасностью понимается состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства от воздействия вредной информации. Информационно-психологическая безопасность является составной частью информационной безопасности, и ее обеспечение должно занимать особое место в государственной политике. Потенциальными источниками угроз информационно-психологической безопасности могут быть специальные технические и программные средства для неосознаваемого деструктивного воздействия на психику человека, в том числе генераторы физических полей и излучений, программы для ЭВМ, источники информирования [1].
Ответственность за осознание этих угроз и предотвращение последствий от них возлагается на государство. На текущий момент контроль за распространением информации отсутствует либо осуществляется на основе результатов статистических исследований или при помощи экспертов, чье мнение нельзя считать объективным. Для обеспечения такого контроля и предотвращения распространения вредной информации был разработан и принят Федеральный закон «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию», который в сентябре 2012 г. вступает в действие.
Для решения проблемы объективной экспертизы аудиопродукции как наиболее широко распространенного вида информации в настоящее время проектируется и разрабатывается автоматизированная программная система, объединяющая в себе современные достижения психологии, когнитивных и современных информационных технологий. Базой проекта являются теоретические разработки [2], необходимые для анализа архетипов сознания и сопоставления им той или иной частотной характеристики звука вместе с цветовой детерминантой.
Такая программная система строится с использованием технологий концептуального проектирования систем, которые дают возможность соз-
давать нетривиальные проекты новых систем. В общем виде эти технологии на основе имеющейся потребности позволяют сформулировать требования к функциональной структуре будущей системы, определить ее принципы действия и представить варианты технического и параметрического решений. На примере концептуального проектирования системы, осуществляющей экспертизу аудиопродукции, представим общую методику создания проекта информационной системы. Этапы проектирования в общем виде содержат апробированную последовательность [3].
Сбор информации о предметной области и формулировка цели проектирования. В соответствии с Федеральным законом «О защите детей от информации...», направленным на защиту детей от разрушительного, травмирующего психику информационного воздействия общедоступных источников массовой информации, необходимо оградить ребенка от информации, способной вызвать в нем психические расстройства, сформировать искаженную картину мира и неправильные жизненные установки, для обеспечения его информационно-психологической безопасности в целом. Целью создания автоматизированной системы является разработка инструмента для проведения качественной объективной экспертизы аудиопродукции, которая будет выступать объектом исследования. Под деструктивной информацией будем понимать аудиоданные, имеющие отклонения в ритме мелодии или скрытые аудио-участки, вставки, которые могут быть причиной психических расстройств.
Моделирование объектов и процессов проектируемой системы. Базой проекта являются теоретические разработки [2], необходимые для анализа архетипов сознания и сопоставления им той или иной частотной характеристики звука вместе с цветовой детерминантой. В современной психологии выделяют 24 фазы сознания человека, каждая из которых соответствует определенной стадии развития сознания. Описаны фазы перинатального развития, обыденного сознания, духов-
ной реальности и совершенства сознания. Сознание здесь понимается как способ организации и управления развитием сущности человека. Наличие описания 24-позиционного реально-виртуального звукоряда, соответствующего фазам сознания человека, позволяет анализировать музыку так, что в ней можно обнаружить скрытый смысл, то есть смысловой контекст, заложенный в музыкальную композицию авторами.
Обзор существующих аналогов и прототипов системы с целью выявления основных функциональных характеристик и обобщенной функциональной структуры будущего проекта. Данный обзор и последующий анализ показали отсутствие прямых аналогов системы экспертизы аудиопродукции на предмет выявления деструктивной информации в аудиопотоке. Тогда в качестве основных прототипов разрабатываемой программной системы были взяты программные средства, направленные на воспроизведение музыкальных файлов и распознавание нот, такие, как Windows Media Player, Winamp, Aimp, Notation Player, Digital Music Mentor. Анализ приведенных программ позволил выявить их основные функции, которыми являются воспроизведение, визуализация и представление аудиокомпозиции в виде последовательности музыкальных нот, а также особенности функциональных структур и функционирования этих программных продуктов. Все представленные программы имеют схожую функциональную структуру, основанную на модели воспроизведения звука в ОС Windows. Данная модель включает в себя компоненты инициализации режимов воспроизведения, предобработки аудиоданных, отправки аудиоданных на устройство вывода, управления воспроизведением. На основе модели планируется создание функциональной структуры проектируемой программной системы, которая, помимо основных компонент, будет включать в себя компоненту психосемантической идентификации звука и компоненту формирования отчетов по экспертизе аудиопродукции.
Формулировка задачи проектирования новой системы. Задача была сформулирована на основании выводов по обзору аналогов и прототипов. Новая система должна воспроизводить, интерактивно распознавать в симультанном аудиопотоке реальные (слышимые) и виртуальные (неслышимые) дискреты звука; проводить экспертизу сочетаний выявленных дискретов на предмет деструктивного воздействия на сознание человека в соответствии с теорией психосемантического анализа звука
А.А. Бухтоярова; обнаруживать наличие или отсутствие скрытых вставок в аудиопотоке; составлять отчет по экспертизе аудиопродукции, включающий текст психосемантического анализа аудиоданных, когнитивную карту воздействия звука на архетипы сознания человека и вывод о наличии или отсутствии скрытых вставок; визуализировать музыкальные композиции как совокупность непрерывно меняющихся цветовых образов различной формы по выбору пользователя.
Разработка концептуальной схемы будущей системы. Концептуальная схема представляет собой обобщенные компоненты проекта и принципы их взаимодействия между собой, с пользователем и внешней средой. По результатам вышеописанной работы была спроектирована концептуальная схема новой системы психосемантического анализа звука, которая представлена на рисунке 1, где показаны две концептуальные части - компонента обработки аудиоданных, поступивших в систему, и компонента анализа идентифицированных психологических характеристик [4]. Качество идентификации данных повышается за счет использования компоненты математической обработки аудиоданных, принцип действия которой основан на алгоритме прямого быстрого преобразования Фурье и оконной функции Хэм-минга, повышающей точность распознавания характеристик аудиосигнала.
На этом этапе проектирования делаются предварительные выводы о компонентном составе проектируемой программной системы, которая будет состоять из трех компонент:
— предобработки аудиоданных и воспроизведения мелодий;
— психосемантического анализа - уникальной авторской разработки, включающей в себя компоненту визуализации результатов анализа;
— формирования отчетов и экспертизы анализируемой аудиопродукции.
Звуковой файл^Предобработка аудиосигнала
Устройство аудиовывода
Характеристики музыкальной композиции
Рис. 1. Концептуальная схема разрабатываемой программной системы
Построение обобщенной функциональной структуры и определение требований к функциям проектируемой системы. В связи с отсутствием прямых аналогов и опыта применения инновационных психологических методик данный проект представляет собой инновационную разработку с высокой степенью неопределенности в части функциональной структуры и перечня функций. Однако декомпозиция целей проектирования, выводы по анализу прототипов и характеристики концептуальной схемы позволяют выявить набор основных функций проектируемой системы:
- воспроизведение мелодий и управление аудиопотоком;
- представление аудиопотока в виде последовательности музыкальных нот;
- интерактивное распознавание в аудиопотоке реальных (слышимых) и виртуальных (неслышимых) дискретов звука;
- проведение экспертизы звукового ряда по характеру влияния на сознание человека - конструктивному или деструктивному;
- обнаружение скрытых вставок в аудиопотоке;
- формирование отчетов по экспертизе аудиопродукции;
- визуализация музыкальных композиций в виде совокупности непрерывно меняющихся цветовых образов различной формы по выбору пользователя;
- селекция аудиопродукции по распознанным психологическим характеристикам;
- формирование списков воспроизведения аудиопродукции для целенаправленной активации архетипов сознания человека.
На основании приведенных функций, которые должна выполнять проектируемая система, была построена обобщенная функциональная структура, позволяющая определить состав входящих в нее подсистем и связь между ними (рис. 2).
Определение требований к входной и выходной информации. Входной информацией для системы служат аудиофайлы форматов тр3, wma и wav. Возможна загрузка как одного аудиофайла, так и массива файлов. Для удобства пользователя реализована поддержка файла списка воспроизведения формата т3и, который наиболее часто используется для хранения списка прослушиваемых данных и поддерживается практически всеми современными музыкальными проигрывателями.
Выходной информацией системы является отчет об экспертизе аудиопродукции, включающий в себя текст психосемантического анализа аудиоданных, когнитивную карту воздействия звука на архетипы сознания человека. Кроме того, в отчет включается вывод о наличии или отсутствии скрытых вставок. В качестве визуального резуль-
Подсистема графической визуализации
Подсистема Подсистема
- психосемантической -3» формирования идентификации звука отчетов
Примечание: 1, 2 - дискреты аудиосигнала, 3 -психологическая характеристика аудиокомпозиции, 4 -музыкальные ноты, 5 - графическая информация, 6 - когнитивная карта аудиокомпозиции, 7 - текстовая и графическая информация.
Рис. 2. Функциональная схема проектируемой системы
тата пользователю программы предоставляется цветовой портрет аудиокомпозиции.
Проектирование дизайна внешнего вида и пользовательского интерфейса программной системы. Данный этап не регламентирован и дает большие возможности для творчества. Для генерации эффективных решений здесь могут использоваться различные методики научно-технического творчества, например, метод фокальных объектов, относящийся к ассоциативным методам поиска решений. Фокусом для ассоциаций был взят образ цветка, который символизирует круг, разбитый на дискреты, в соответствии с аллюзией о целостном сознании человека с 24 фазами. Результатом применения этого метода в данном примере стало оформление внешнего вида программной системы: дизайн когнитивных карт анализа звукового потока показан на рисунке 3. Сравнение когнитивных карт различных мелодий в таком виде дает наглядное представление о разнообразии результатов экспертизы.
Рис. 3. Пример представления когнитивной карты проигрываемой мелодии
В целом проектирование автоматизированной системы было проведено по технологии концепту-
ального проектирования, разработанной на кафедре САПР и ПК ВолгГТУ и показавшей свою эффективность в создании прототипов ряда программных продуктов.
Таким образом, в статье представлена методика проектирования новых информационных систем, позволяющая создавать нетривиальные проекты. Показано, что на основе имеющейся потребности эти технологии позволяют сформулировать требования к функциональной структуре будущей системы, определить ее принципы действия и представить варианты технического и параметрического решений.
На основании изложенной технологии концептуального проектирования создается программный продукт в качестве инструмента для решения задачи проведения объективной психосемантической экспертизы аудиопродукции. Получен-
ный концептуальный проект информационной системы универсален и может использоваться как в онлайновых сервисах, так и в мобильных устройствах, например, в портативных медиаплеерах, смартфонах и прочих подобных устройствах для психосемантического анализа прошедшего разговора или проигранной мелодии.
Литература
1. Бачило И.Л., Лопатин В.Н., Федотов М.А. Информационное право. СПб: Юридический центр «Пресс», 2001. 789 с.
2. Бухтояров А.А., Степанов А.М. Третий Эон. Уфа: Информреклама, 2006. 348 с.
3. Концептуальное проектирование. Развитие и совершенствование методов: монография / В.А. Камаев [и др.]. М.: Машиностроение-1, 2005. 360 с.
4. Ананьев А.С., Попов К.В. Автоматизация способа психосемантической идентификации звука // «Новые информационные технологии»: тез. докл. XIX Междунар. студ. конф.-шк.-семинара. М.: МИЭМ, 2011. 316 с.
УДК 004.4'24:891.3
МОДЕЛИ ВЫВОДА В ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМАХ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
А.Е. Ермаков, к.т.н.
(Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург, alerma@rambler.ru)
Описаны различные модели прямого вывода диагностического заключения в классе экспертных систем психологической и физиологической диагностики, создаваемых в рамках проблемно-ориентированной автоматизированной технологии, а также особенности организации вычислений в этих экспертных системах при использовании рассматриваемых моделей вывода.
Ключевые слова: экспертная диагностическая система, автоматизированное создание экспертных систем, программное инструментальное средство, интерпретатор описаний экспертных систем, диагностическое заключение, модель вывода диагностического заключения, вычислительная процедура, диагностическая ценность правила, вычисляемый показатель, формирующий показатель.
Существует большое количество отечественных и зарубежных публикаций, посвященных созданию и практическому применению экспертных систем (ЭС) различного назначения, в том числе созданию ЭС с помощью разнообразных автоматизированных технологий, систем и оболочек, формированию баз знаний (БЗ) ЭС, моделям описания и способам извлечения знаний в различных предметных областях, реализации вывода и организации вычислений в ЭС [1-3]. При этом создание ЭС для психологической и физиологической диагностики (ПФД), а тем более технологии их автоматизированной разработки, требует от авторов формирования собственного подхода, соединяющего традиционные научные и прикладные результаты, специфику решаемых задач и индивидуальный взгляд на проблему.
В статье рассматриваются модели вывода диагностического заключения и организации вычислений в БЗ широкого класса ЭС ПФД, создавае-
мых при помощи авторской технологии (АТ) их автоматизированной разработки [1]. Некоторые из этих моделей вывода в течение ряда лет успешно используются в составе АТ, другие пока апробируются либо планируются к включению в АТ в перспективе. Включение в состав АТ дополнительных моделей вывода осуществляется по мере возникновения потребности в решении новых типов практических задач ПФД и апробации новых подходов к их решению.
Технология автоматизированного создания ЭС
Данная технология [4] предназначена для создания без программирования широкого класса ЭС ПФД и их практического использования психологами и врачами. АТ включает в себя:
- проблемно-ориентированное программное инструментальное средство, обеспечивающее
