以數(shù)據(jù)驅(qū)動地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 鑫, 高 珅, 張高娜

(湖北省國土測繪院,湖北 武漢 430010)

邁爾-舍恩伯格(2013)提出:世界的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)。自古至今,科技進(jìn)步都離不開數(shù)據(jù)這個(gè)本質(zhì),用數(shù)據(jù)“說話”、挖掘數(shù)據(jù)的有用信息一直是科學(xué)研究的核心。大數(shù)據(jù)時(shí)代的開啟,使得政府職能發(fā)生轉(zhuǎn)變,能夠提升政府治理能力,大數(shù)據(jù)新理念與新技術(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和挖掘,從而創(chuàng)造新的價(jià)值,并提高政府決策的科學(xué)性,在助力社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),為公眾提供更加便捷的政務(wù)服務(wù)品質(zhì)[1]。

對地質(zhì)行業(yè)而言,將大數(shù)據(jù)作為地質(zhì)行業(yè)新興增長點(diǎn)進(jìn)行培育和挖掘,用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工作和信息技術(shù)的深度融合,充分發(fā)現(xiàn)未知數(shù)據(jù),根據(jù)需求有效地提取信息、挖掘有用的知識并且應(yīng)用到政府決策、管理服務(wù)和科學(xué)研究中,才能擁有未來的信息財(cái)富,否則,即便是面對更為龐大的數(shù)據(jù),沒有明確需求的大數(shù)據(jù)挖掘?qū)⒈讳螞]在海量數(shù)據(jù)之中。在這種經(jīng)濟(jì)背景下,從數(shù)據(jù)中獲得有用的洞察力至關(guān)重要。滿足用戶需求除了收集數(shù)據(jù)且以正確的方式豐富數(shù)據(jù),還要進(jìn)一步使用行業(yè)及相關(guān)的多源數(shù)據(jù),最終并以與用戶目標(biāo)相一致的方式呈現(xiàn)結(jié)果信息[2]。

大數(shù)據(jù)的到來,給地學(xué)領(lǐng)域帶來的變革之一是服務(wù)觀念的改變,即根據(jù)實(shí)際需求,提供相關(guān)領(lǐng)域的服務(wù)。大數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用的發(fā)展,給地質(zhì)行業(yè)帶來的最大變革是使地質(zhì)行業(yè)以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)進(jìn)行地質(zhì)過程演化推理、應(yīng)用等,通過對大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷積累完善,需要什么服務(wù)就應(yīng)用相應(yīng)技術(shù),不再孤立地形成信息孤島,使地質(zhì)大數(shù)據(jù)各領(lǐng)域數(shù)據(jù)化水平提高,能夠進(jìn)一步進(jìn)行定量分析,將數(shù)字地球科學(xué)的研究向前推進(jìn)。

地質(zhì)大數(shù)據(jù)的研究目前尚處于起步階段,但它所具有的重大意義和發(fā)展前景是可以肯定的。①以新的視角看待“數(shù)據(jù)”,它包括熟悉的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)和不被知曉的各種數(shù)據(jù),甚至是再造發(fā)現(xiàn)的新數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)充滿著信息,數(shù)據(jù)承載著知識,數(shù)據(jù)創(chuàng)造新價(jià)值。②以新的思維方式應(yīng)用“數(shù)據(jù)”,所謂大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來就是要改變經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)思維方式“憑數(shù)據(jù)說話”和“從數(shù)據(jù)中找答案”則是政府決策、國家管理和科學(xué)研究的主旋律。③用數(shù)據(jù)描繪世界,用數(shù)據(jù)記錄科學(xué),用數(shù)據(jù)構(gòu)建整個(gè)人類社會,誰擁有了無與能比的“數(shù)據(jù)”,誰就擁有了未來。

傳統(tǒng)的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)設(shè)計(jì),有的側(cè)重于利用系統(tǒng)提供良好的人機(jī)界面,可以很好地管理和使用這些數(shù)據(jù)和成果[3];有的是為了把分散的地質(zhì)信息資源,由計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理,實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理[4];主要是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,運(yùn)用軟件工程和數(shù)據(jù)庫理論,給出地質(zhì)信息管理與小構(gòu)造處理的設(shè)計(jì)步驟和實(shí)現(xiàn)方法。突出的是查詢和描述性分析地質(zhì)信息的能力和各種報(bào)表輸入輸出功能以及相關(guān)圖形繪制[5]。顯然,以上設(shè)計(jì)沒有考慮到大數(shù)據(jù)的發(fā)展,也沒有滿足主動式管理的要求。

近期王小丹等[6]將地理信息系統(tǒng)、遙感、數(shù)據(jù)庫、評價(jià)模型建模及三維可視化等技術(shù)手段,嘗試構(gòu)建地質(zhì)管理信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理維護(hù)、數(shù)據(jù)分析評價(jià)和三維建模,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和應(yīng)用。該方法切合大數(shù)據(jù)的處理手段,但該方法需要大量的數(shù)據(jù)作支撐,耗資大周期長,對于數(shù)據(jù)處理能力不強(qiáng)的事業(yè)單位而言很難支持或者獲得好的投入產(chǎn)出比。

基于以上地質(zhì)大數(shù)據(jù)發(fā)展的分析和地質(zhì)事業(yè)單位管理信息系統(tǒng)的狀況,本論文不對數(shù)據(jù)框架和平臺做深入的研究,而是瞄準(zhǔn)地質(zhì)大數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用和管理,以此分階段組織數(shù)據(jù),以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例,用數(shù)據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)的集成應(yīng)用,以此來避免更多的投入來獲得豐富的應(yīng)用價(jià)值[7]。

1 數(shù)據(jù)驅(qū)動信息化建設(shè)流程

依據(jù)數(shù)據(jù)生命周期理論,數(shù)據(jù)驅(qū)動信息化建設(shè)流程包括如下五個(gè)階段:

(1) 第一階段:發(fā)現(xiàn)研究。學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)領(lǐng)域—評估可用資源—設(shè)定問題—采訪分析發(fā)起人—形成初始假設(shè)—明確潛在數(shù)據(jù)源。

(2) 第二階段:調(diào)查采訪和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。準(zhǔn)備分析沙箱—執(zhí)行ETL—研究數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)治理—調(diào)查和可視化。

(3) 第三階段:探索和模型規(guī)劃建立。數(shù)據(jù)探索和變量選擇—模型的選擇—模型設(shè)計(jì)階段的工具選擇。

創(chuàng)建用于訓(xùn)練、測試和生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)據(jù)集—模型是否在測試數(shù)據(jù)上有效且準(zhǔn)確？—模型的輸出和行為是否有意義？—模型的參數(shù)值在業(yè)務(wù)背景下是否有意義？—模型是否足夠精確？—模型是否避免了不可容忍的錯(cuò)誤？—是否需要更多輸入數(shù)據(jù)？—是否有輸入需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換或刪減？—所選擇的模型是否滿足運(yùn)行要求？—是否需要用模型的另一種形式來解決業(yè)務(wù)問題？—將建模的成果與之前建立的成功與失敗的衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

(4) 第四階段:溝通結(jié)果研討會。確定項(xiàng)目是否成功達(dá)到既定目標(biāo)—要確定結(jié)果是否有統(tǒng)計(jì)上的顯著意義和有效性—確定哪種或哪些模型可以最佳地解決分析挑戰(zhàn)—對項(xiàng)目的某些發(fā)現(xiàn)有所認(rèn)知—思考項(xiàng)目遇到的阻礙和可以改進(jìn)的方面—記錄從分析中得出的重要發(fā)現(xiàn)和主要見解—闡述結(jié)果、方法論和發(fā)現(xiàn)的商業(yè)價(jià)值。

(5) 第五階段:實(shí)施和建議。言傳項(xiàng)目的好處—建立一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目以可控的方式來部署項(xiàng)目成果—將成果應(yīng)用到整個(gè)企業(yè)或者用戶生態(tài)系統(tǒng)。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動信息系統(tǒng)應(yīng)用[8]

數(shù)據(jù)驅(qū)動信息系統(tǒng)應(yīng)用的目的是為了對過去發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行評估和分析,找尋事物存在的證據(jù),并在這個(gè)基礎(chǔ)上對未來事物的發(fā)生和發(fā)展做出結(jié)論并形成能夠指導(dǎo)未來行為的知識或者依據(jù)。如果沒有記錄,則企業(yè)的經(jīng)歷就不能積累和沉淀為“經(jīng)驗(yàn)”,企業(yè)就不可能真正積累“經(jīng)驗(yàn)”,當(dāng)人才流失后,企業(yè)“經(jīng)驗(yàn)”會隨著這些人才的流失而流失了。這還是比較不錯(cuò)的情況,更為可怕的是,這些“經(jīng)驗(yàn)”有可能會成為競爭對手的“經(jīng)驗(yàn)”。數(shù)據(jù)驅(qū)動信息系統(tǒng)應(yīng)用主要包括監(jiān)控、追溯、洞察和預(yù)測四個(gè)方面(見圖1)。

企業(yè)在記錄數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上會進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,形成一定的過程控制指標(biāo)和管理指標(biāo),最終形成績效評價(jià)指標(biāo)。這些指標(biāo)可以讓企業(yè)的各層級管理者能夠隨時(shí)查閱相關(guān)任務(wù)的執(zhí)行情況,從而對出現(xiàn)的問題和情況能夠第一時(shí)間知道并采取相應(yīng)的措施。數(shù)據(jù)指標(biāo)的建立可以讓各級管理者即時(shí)地觀測和掌控當(dāng)前業(yè)務(wù)運(yùn)營狀況,能夠隨時(shí)根據(jù)企業(yè)當(dāng)前的運(yùn)行狀況調(diào)整策略。監(jiān)控的目的是為了保證業(yè)務(wù)的發(fā)展能夠按照計(jì)劃的軌道行進(jìn)。監(jiān)控是為了控制整個(gè)公司的業(yè)務(wù)流程,按照既定的方向和目標(biāo)而執(zhí)行,而不是走偏了方向。

在數(shù)據(jù)對企業(yè)越來越重要,數(shù)據(jù)記錄越來越方便,形式越來越多樣的時(shí)代,數(shù)據(jù)記錄與否只是管理問題,而管理問題的根源在于管理者的思維,管理者只有認(rèn)識到數(shù)據(jù)的重要性才能讓數(shù)據(jù)記錄更加完善和健全,有了數(shù)據(jù)才會有數(shù)據(jù)分析,才會有對過去的追溯。如果覺得記錄數(shù)據(jù)是一個(gè)可有可無的程序,那么肯定不會有數(shù)據(jù)的積累,也就不會有對歷史行為的追溯,出現(xiàn)問題就不會有人負(fù)責(zé)。特別是當(dāng)執(zhí)行者不夠自信或者不敢擔(dān)當(dāng)責(zé)任的時(shí)候,更會讓這些執(zhí)行者拒絕記錄數(shù)據(jù),這也是在大多數(shù)情況下在企業(yè)中推進(jìn)數(shù)據(jù)記錄時(shí)遇到的阻力。

所謂的洞察,就是理解事物為什么會發(fā)生,找到事物發(fā)展的規(guī)律,并對未來事物的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測。商業(yè)洞察就是對商業(yè)邏輯的探尋,尋求商業(yè)現(xiàn)象背后的邏輯和因果關(guān)系,從而為商業(yè)決策提供依據(jù)。人類的洞察力來自于對外部世界的敏銳觀察,并將觀察到的信息經(jīng)過大腦加工形成對外部世界萬物的認(rèn)知,基于這些認(rèn)知做出更加正確的決策,從而能夠獲得更好的收益。

前面提到“數(shù)據(jù)”是數(shù)字化的證據(jù),而在日常管理上,數(shù)據(jù)的價(jià)值更加在于其是“數(shù)字化的依據(jù)”,是決策的依據(jù)。而如果要作為依據(jù),那么數(shù)據(jù)就必須對未來的狀況做出判斷,即要對未來做出預(yù)測。數(shù)據(jù)分析是為經(jīng)營和管理決策服務(wù)的,最終還是要指導(dǎo)未來的實(shí)踐,所以預(yù)測是數(shù)據(jù)價(jià)值最能發(fā)揮力量的地方。預(yù)測是我們認(rèn)識客觀世界的基本技能,也是自然科學(xué)研究的基本出發(fā)點(diǎn)。通過分析歷史數(shù)據(jù)能夠掌握事物的規(guī)律,從而就可以推導(dǎo)未來的事物變化,從而做出更好的應(yīng)對策略。

圖1 數(shù)據(jù)驅(qū)動信息系統(tǒng)應(yīng)用圖Fig.1 Application of data-driven information system

圖2 技術(shù)路線圖Fig.2 Technical route

3 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)技術(shù)路線

以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行當(dāng)中涉及到的主要環(huán)節(jié)包括計(jì)劃、實(shí)體、決策、主題和模型五個(gè)層次(見圖2)[9]。

地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)建立的計(jì)劃目標(biāo)是構(gòu)建覆蓋地質(zhì)全流程全生命周期的數(shù)據(jù)鏈,可以分解為幾個(gè)小的具體計(jì)劃目標(biāo)。

實(shí)體數(shù)據(jù)源包括:第一類來自企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),主要是企業(yè)信息系統(tǒng)累計(jì)的大量產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)數(shù)據(jù)、客戶信息數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物流供應(yīng)數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù);第二類設(shè)備物聯(lián)數(shù)據(jù),指生產(chǎn)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式下,傳感器實(shí)時(shí)收集的涵蓋設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、工況狀態(tài)參數(shù)、運(yùn)行環(huán)境參數(shù)等評估地質(zhì)考察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù);第三類外部數(shù)據(jù),指與地質(zhì)生產(chǎn)活動相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)上產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)外部互聯(lián)網(wǎng)來源數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)攝取主要實(shí)現(xiàn)工業(yè)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的收集與集成,打通現(xiàn)有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接。

決策就是數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理是地質(zhì)信息系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié),其關(guān)鍵目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)管理智能化以及服務(wù)智能化等的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理。通過數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果和服務(wù)場景的可視化,對數(shù)據(jù)質(zhì)量、能力成熟度、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)開放共享等進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

主題是數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景,主要是基于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理結(jié)果,可視化描述、控制、決策等不同應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化服務(wù)和個(gè)性化定制等典型的智能模式。

模型是將主題的計(jì)算及結(jié)果以規(guī)范化數(shù)據(jù)形式存儲下來,最終構(gòu)成從物聯(lián)設(shè)備層級到控制系統(tǒng)層級、生產(chǎn)管理層級、企業(yè)經(jīng)營層級、產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)協(xié)同運(yùn)營管理的持續(xù)優(yōu)化閉環(huán)。

4 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)解決方案

以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)解決方案包括八個(gè)步驟,具體見圖3。

圖3 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)解決方案圖[10]Fig.3 Solution of data-driven geological institution information system

5 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析模型

以數(shù)據(jù)驅(qū)動地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)的分析模型主要包括以下三個(gè)分析矩陣[10],見圖4。

圖4 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)事業(yè)單位信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析模型圖Fig.4 Data analysis model of geological institution information system based on data-driven

6 實(shí)例

6.1 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的某地質(zhì)測繪院綜合信息系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

某地質(zhì)測繪院綜合信息系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)見圖5。

圖5 某地質(zhì)測繪院綜合信息系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)圖Fig.5 Flow design of integrated information system for a geological surveying and mapping institute

6.2 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的某地質(zhì)測繪院綜合信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用

某地質(zhì)測繪院綜合信息系統(tǒng)的績效分析子系統(tǒng)在充分利用信息系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù),按照策略、關(guān)鍵實(shí)體、關(guān)鍵決策確定的步驟進(jìn)行(見圖6)。確定這些核心問題后,確定要分析的主題,給出分析計(jì)算模型和相應(yīng)的數(shù)據(jù)源[10](見圖7)。

圖6 績效策略、實(shí)體和決策圖Fig.6 Performance strategy,entity and decision-making

圖7 績效計(jì)算模型及數(shù)據(jù)源圖Fig.7 Performance calculation model and data source

圖8 辦公子系統(tǒng)圖Fig.8 Office subsystem

圖9 績效子系統(tǒng)圖Fig.9 Performance subsystem

6.3 以數(shù)據(jù)驅(qū)動的某地質(zhì)測繪院綜合信息系統(tǒng)可視化展示

某地質(zhì)測繪院綜合信息系統(tǒng)所有的流程和分析結(jié)果都要做到可視化展示[11],以便用戶更好的參與決策,主要包括三個(gè)模塊,分別是辦公子系統(tǒng)(見圖8)、績效子系統(tǒng)(見圖9)和興趣主題分析子系統(tǒng)(見圖10),其中數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)做到了靈活添加指標(biāo)和修改權(quán)重,并可以自由選擇線圖、柱形圖等多樣化的圖形進(jìn)行展示,為今后的產(chǎn)品升級和推廣打下了良好基礎(chǔ)。

7 結(jié)論

本論文探討了如何設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息系統(tǒng),方法是以數(shù)據(jù)驅(qū)動信息系統(tǒng)的集成應(yīng)用,通過分階段組織數(shù)據(jù)來避免更多的投入而獲得豐富的應(yīng)用價(jià)值;標(biāo)準(zhǔn)化是本設(shè)計(jì)工作的一個(gè)根本要求,如果不能做到從策略、實(shí)體到?jīng)Q策的標(biāo)準(zhǔn)化處理,后續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算模型就失去了應(yīng)用價(jià)值;靈活性也是本設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn),數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是未來的趨勢,只有做到靈活性才能把握這種方向;領(lǐng)導(dǎo)支持和全體員工參與是本系統(tǒng)的根本保障,也是本系統(tǒng)存在的實(shí)際價(jià)值和設(shè)計(jì)方向的驅(qū)動力。

圖10 主題分析子系統(tǒng)
Fig.10 Thematic analysis subsystem