Проектирование информационной системы многоуровневого моделирования характеристик с учетом смены эпох

Содержание

Введение

Глава 1. Информационные системы прогнозирования производственно-экономических и климатических характеристик

1.1. 1.1. Изменчивость производственно-экономических характеристик сельского хозяйства

1.2. 1.2. Методы и модели прогнозирования

1.3. 1.3. Информационные системы моделирования и прогнозирования характеристик

Глава 2. Модели и алгоритмы информационной системы

2.1. Разработка многоуровневых моделей с учетом смены эпох

2.2. Построение алгоритмов моделирования характеристик

2.3. Информационное обеспечение системы многоуровневого моделирования

Глава 3. Проектирование информационной системы

3.1. Функциональная модель и ее декомпозиция

3.2. Модель данных

3.3. Интерфейс и работа информационной системы

Заключение

Список использованной литературы

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МНОГОУРОВНЕВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК С УЧЕТОМ СМЕНЫ ЭПОХ

ВВЕДЕНИЕ

Развитие отечественного агропромышленного комплекса в условиях цифровой трансформации экономики Российской Федерации требует принципиально новых подходов к анализу и прогнозированию производственно-экономических процессов. Сельское хозяйство, будучи одной из стратегически значимых отраслей национальной экономики, характеризуется высокой степенью зависимости от климатических факторов, волатильностью рыночных условий и сложностью структурных связей между производственными циклами. Традиционные методы планирования, основанные на линейных моделях и усредненных показателях, оказываются малоэффективными в ситуациях структурных сдвигов – так называемых «смен эпох», когда изменяются не только количественные параметры, но и качественные закономерности функционирования системы. Особую остроту проблема приобретает на фоне необходимости обеспечения продовольственной безопасности страны, импортозамещения в области информационных технологий и перехода к отечественным программным решениям в соответствии с Указом Президента РФ № 166 от 30.03.2022.

Существующие информационные системы прогнозирования преимущественно ориентированы на работу в стационарных условиях, когда статистические свойства временных рядов остаются неизменными. Однако практика последних лет – включая пандемию COVID-19, изменение климатических паттернов, геополитические трансформации и технологические прорывы – демонстрирует ограниченность подобных подходов. Возникает потребность в разработке многоуровневых моделей, способных автоматически распознавать структурные сдвиги, адаптировать параметры прогнозирования и обеспечивать информационную поддержку принятия решений в динамично меняющейся среде. При этом критически важным становится использование отечественных технологических решений – от языков программирования и СУБД до методологических подходов, разработанных российскими научными школами.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе характеризуется наличием фундаментальных работ по теории прогнозирования временных рядов (труды ученых ВМК МГУ, МФТИ), методам машинного обучения и интеллектуального анализа данных (исследования ИСП РАН, ИТМО), проектированию информационных систем для отраслевого применения (разработки НИУ ВШЭ, СПбПУ). Вместе с тем, задача создания комплексной системы многоуровневого моделирования с автоматическим обнаружением смены эпох применительно к агропромышленной сфере остается недостаточно исследованной. Существующие решения либо ограничиваются одноуровневыми моделями, либо не учитывают специфику сельскохозяйственного производства, либо построены на зарубежных программных платформах, что противоречит курсу на технологический суверенитет России.

Цель выпускной квалификационной работы заключается в проектировании информационной системы многоуровневого моделирования производственно-экономических и климатических характеристик сельского хозяйства с автоматическим учетом смены эпох на основе отечественных программных средств и методологических подходов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать специфику изменчивости производственно-экономических характеристик сельского хозяйства и выявить факторы, определяющие структурные сдвиги в динамике показателей;
• изучить существующие методы и модели прогнозирования временных рядов с учетом нестационарности и структурных изменений, оценить их применимость к задачам агропромышленного комплекса;
• исследовать архитектурные решения и функциональные возможности современных информационных систем моделирования и прогнозирования, включая отечественные разработки;
• разработать многоуровневые модели прогнозирования, интегрирующие алгоритмы обнаружения смены эпох и адаптивной настройки параметров;
• спроектировать алгоритмы и информационное обеспечение системы, определить структуру базы данных и механизмы обработки разнородной информации;
• создать функциональную модель информационной системы с декомпозицией процессов, разработать модель данных и пользовательский интерфейс, обеспечивающий взаимодействие с системой.

Объектом исследования выступает процесс информационно-аналитической поддержки прогнозирования производственно-экономических и климатических показателей в сельскохозяйственных организациях Российской Федерации в условиях структурной нестабильности внешней среды.

Предметом исследования являются модели, алгоритмы и архитектурные решения информационной системы многоуровневого моделирования характеристик с автоматическим учетом смены эпох.

Методологическая база работы включает теоретические основы системного анализа, методы эконометрического моделирования временных рядов (модели ARIMA, экспоненциального сглаживания, регрессионные модели), алгоритмы машинного обучения (в том числе методы ансамблевого обучения и нейронных сетей), подходы к обнаружению точек разладки и структурных сдвигов (тесты Чоу, CUSUM, байесовские методы). Инструментальную основу составляют отечественные языки программирования и платформы (Python с отечественной поддержкой, PostgreSQL, Postgres Pro), методологии проектирования информационных систем в соответствии с ГОСТ 34.601-90 и ГОСТ 34.602-89, стандарты жизненного цикла программных средств ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010. Нормативную базу исследования образуют Федеральный закон № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации», ГОСТ Р ИСО/МЭК 25010-2015 «Требования и оценка качества систем и программного обеспечения», методические рекомендации Минцифры России по цифровизации отраслей экономики.

Научная новизна работы состоит в разработке комплексного подхода к проектированию информационной системы, интегрирующей многоуровневые модели прогнозирования с механизмами автоматического обнаружения и учета смены эпох применительно к специфике агропромышленного производства, что позволяет повысить точность и адаптивно

…