Разработка информационной системы по оплате водоснабжения

в работе разработана и проведена оценка базы данных по оплате водоснабжения. ...

Разработанная база данных «Оплата водоснабжения» предназначена для использования в учреждениях ЖКХ. Основной функцией является хранение данных и простота учета задолженностей потребителей.
Основные объекты:
1) потребители;
2) расход воды.


Прогнозируемый объем прибыли от оказания услуг по водоснабжению за год на основе метода наименьших квадратов

Метод наименьших квадратов (МНК) – широко известный в науке метод сглаживания наблюдаемых данных. Он заключается в том, что по n парам чисел (tk, xk), k= 1, 2, …, n, где tk – значения независимой переменной (тариф в месяц), xk – значения зависимой переменной (объем кубов в месяц), оценивают теоретическую зависимость между переменными за последний год. Рассмотрим простейший случай линейной зависимости
.
Во взвешенном методе наименьших квадратовкритерий близости теоретической функции к опытным данным имеет вид:
,
где положительные числа wk – некоторые веса невязок. Оценки неизвестных параметров a и b линейной зависимости находят из условия
.
Зачем нужны веса невязок? Естественно принять, что события, которые произошли совсем недавно, должны оказывать на прогноз гораздо большее влияние, чем “дела давно минувших дней”. Например, присвоим k-ой невязке вес k/n (в предположении, что tk возрастает с ростом k). Тогда последняя невязка будет иметь вес, в n раз больший, чем первая, и, как следствие, тренд будет проходить ближе к точкам, которые зафиксированы недавно.
Как и в классическом случае единичных весов, оценки параметров нетрудно найти, приравняв 0 частные производные f(a,b) по a и b. Введем обозначения:
Нетрудно показать, что минимум f(a,b) достигается при
Произведем расчет на конкретном примере.
Рис.13 средние значения объемов потребляемых кубов воды
Произведем статистические расчеты в SPSS Statistics
Рис. 14 Рассчитанные коэффициенты методом наименьших квадратов
Рис. 15 Анализ пригодности установленных тарифо
Данный анализ показывает,что тарифные ставки установлены в сооизмеримых размерах с заработными платами граждан.
Рис. 16 Расчитанныйспектральный анализ
Рис. 17 Расчитанные тарифы, с целью получения максимальной прибыли и минимизации собственных издержек.
Рис. 18 Анализ последовательости

В деловой и личной сфере часто приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Для координации всех этих данных необходимы определенные знания и организационные навыки.
В общем смысле термин база данных — это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области или разделе предметной области.
Увеличение объема и структурной сложности хранимых данных, расширение круга пользователей информационных систем выдвинуло требование создания удобных средств интеграции хранимых данных и управления ими.
Тема дипломной работы называется «Разработка информационной системы сбора и анализа данных по оплате услуг жилищно-коммунального хозяйства». Факт актуальности данной темы в том, что неотъемлемую часть в современной производственной жизни составляют оперативный учет реализованных услуг и товаров. Но все же стоит признать, что актуальность темы играет лишь второстепенную роль. Важнее всего было разработать приложение, удобное для работы пользователям.
Особое место здесь занимает работа с базой данных. Удобство ведения базы данных в свою очередь обеспечивается автоматизацией ключевых операций обработки данных и различных запросов.

Поэтому совершенствование информационной системы учёта водоснабжения путем внедрения новых информационных технологий является актуальной задачей.Существует много веских причин перевода существующей информации на компьютерную основу. Базы данных позволяют хранить, структурировать информацию и извлекать оптимальным для пользователя образом.[20] Использование файл/серверных и клиент/серверных технологий позволяют сберечь значительные средства, а главное и время для получения необходимой информации, а также упрощают доступ и ведение, поскольку они основываются на комплексной обработке данных и централизации их хранения. Кроме того ЭВМ позволяет хранить любые форматы данных в одно месте, таких как текст, чертежи, данные в рукописной форме, фотографии, записи голоса и т.д.Инфологическая модельотображает реальный мир в некоторые понятные человеку концепции, полностью независимые от параметров среды хранения данных. Существует множество подходов к построению таких моделей: графовые модели, семантические сети, модель «сущность-связь» и т.д. Наиболее популярной из них оказалась модель «сущность-связь».Сначала стали использовать иерархические даталогические модели. Простота организации, наличие заранее заданных связей между сущностями, сходство с физическими моделями данных позволяли добиваться приемлемой производительности иерархических СУБД на медленных ЭВМ с весьма ограниченными объемами памяти. Но, если данные не имели древовидной структуры, то возникала масса сложностей при построении иерархической модели и желании добиться нужной производительности.Сетевые модели также создавались для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из «наборов» – поименованных двухуровневых деревьев. «Наборы» соединяются с помощью «записей-связок», образуя цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было выдумано множество «маленьких хитростей», позволяющих увеличить производительность СУБД.[23] Но существенно усложнивших последние. Прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. Сложность практического использования иерархических и сетевых СУБД заставляла искать иные способы представления данных. В конце 60-х годов появились СУБД на основе инвертированных файлов, отличающиеся простотой организации и наличием весьма удобных языков манипулирования данными. Однако такие СУБД обладают рядом ограничений на количество файлов для хранения данных, количество связей между ними, длину записи и количество ее полей.Физическая организация данных оказывает основное влияние на эксплуатационные характеристики БД. Разработчики СУБД пытаются создать наиболее производительные физические модели данных, предлагая пользователям тот или иной инструментарий дляподнастройки модели под конкретную БД. Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.Модель данных — совокупность структур данных и операций их обработки.Рассмотрим три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево).К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа.[14] Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи. В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.Понятие реляционный (англ. relation — отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:каждый элемент таблицы — один элемент данных;все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;каждый столбец имеет уникальное имя;одинаковые строки в таблице отсутствуют;порядок следования строк и столбцов может быть произвольнымОтношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы — атрибутам отношений, доменам, полям.Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.[16] Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей); в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ — ключ второй таблицы.Проектирование базы данныхПредметная область - часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и, в конечном счете, автоматизации. Предметная область представляется множеством фрагментов, например, предприятие - цехами, дирекцией, бухгалтерией и т.д. Каждый фрагмент такой области характеризуется множеством объектов и процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей, характеризуемых различными взглядами на предметную область. В теории проектирования информационных систем предметную область (или, если угодно, весь реальный мир в целом) принято рассматривать в виде трех представлений: представление предметной области в том виде, как она реально существует как ее воспринимает человек (имеется в виду проектировщик базы данных) как она может быть описана с помощью символов , т.е. говорят, что мы имеем дело с реальностью, описанием (представлением) реальности и с данными, которые отражают это представление. Внешнее представление (внешняя схема) данных является совокупностью требований к данным со стороны некоторой конкретной функции, выполняемой пользователем. Концептуальная схема является полной совокупностью всех требований к данным, полученной из пользовательских представлений о реальном мире. Внутренняя схема - это сама база данных.[17]Отсюда вытекают основные этапы, на которые разбивается процесс проектирования базы данных информационной системы: Концептуальное проектирование - сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия: обследование предметной области, изучение ее информационной структуры выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами моделирование и интеграция всех представлений По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели «сущность-связь». Логическое проектирование - преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД – ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей. Физическое проектирование - определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д. Представление данных с помощью модели «сущность-связь»Прежде, чем приступать к созданию системы автоматизированной обработки информации, разработчик должен сформировать понятия о предметах, фактах и событиях, которыми будет оперировать данная система. Для того, чтобы привести эти понятия к той или иной модели данных, необходимо заменить их информационными представлениями.[20] Одним из наиболее удобных инструментов унифицированного представления данных, независимого от реализующего его программного обеспечения, является модель «сущность-связь» (entity-relationshipmodel, ER-model). Модель «сущность-связь» основывается на некой важной семантической информации о реальном мире и предназначена для логического представления данных. Она определяет значения данных в контексте их взаимосвязи с другими данными. Важным является тот факт, что из модели «сущность-связь» могут быть порождены все существующие модели данных (иерархическая, сетевая, реляционная, объектная), поэтому она является наиболее общей. Отметим, что модель «сущность-связь» не является моделью данных в строгом смысле, поскольку не определяет операций над данными и ограничивается описанием только их логической структуры. Модель «сущность-связь» была предложена в 1976 г. Питером Пин-ШэнЧеном.При проектировании РБД должны быть решены две основные проблемы:из каких отношений должна состоять БД икакие атрибуты должны быть у этих отношенийКроме того, между таблицами должны существовать отношения подчиненности, которые определяют, что для каждой записи главной таблицы может существовать одна или несколько записей в подчиненной таблице.Для решения задачи используется база данных «Учёт водоснабжения». Таблицы в базе данных связаны между собой по ключевому полю. Таблица «Физические лица» является основной. Связь осуществляется:с таблицей «Учёт физических лиц» по полю номер лицевого счёта, так как в базе данных лицевой номер клиента должен быть уникальный. Связь между главной таблицей и таблицей «Учёт физических лиц» - один к одному.с таблицей «Тарифы» по полю код тарифа, так как в базе данных каждый код должен быть уникальный. Связь между главной таблицей и таблицей «Тарифы» - один к одному. с таблицей «Обслуживание счетчиков измерения водоснабжения» по полю код услуги, так как в базе данных каждый код должен быть уникальный. Связь между главной таблицей и таблицей «Обслуживание счетчиков измерения водоснабжения» - один к одному. SPSS Statistics – оригинальные методы статистических расчетов и анализа данныхSPSS Statistics (аббревиатура англ. «Statistical Package for the Social Sciences» — «статистический пакет для социальных наук») — компьютерная программа для статистической обработки данных, один из лидеров рынка в области коммерческих статистических продуктов, предназначенных для проведения прикладных исследований в социальных науках. Между 2009 и 2010 название программного обеспечения SPSS было изменено на PASW (Predictive Analytics SoftWare) Statistics, 28 июля 2009 компания объявила, что она была приобретена компанией IBM за 1,2 млрд долл. США[2]. По состоянию на январь 2010 года компания стала называться «SPSS: An IBM Company».По мнению некоторых авторов, SPSS «занимает ведущее положение среди программ, предназначенных для статистической обработки информации».Норман Най, Хедли Халл и Дейл Бент разработали первую версию системы в 1968 году, затем этот пакет развивался в рамках Чикагского университета. Первое пользовательское руководство вышло в 1970 году в издательстве McGraw-Hill, а с 1975 года проект выделился в отдельную компанию SPSS Inc. Первая версия пакета под Microsoft Windows вышла в 1992 году. На данный момент также существуют версии под MacOs X и Linux.В 2009 году компания SPSS произвела ребрендинг своего статистического пакета, который теперь стал называться PASW Statistics (Predictive Analytics SoftWare). 29 июля 2009 года компания SPSS объявила о том, что она приобретается фирмой IBM.Возможности: Ввод и хранение данных.Возможность использования переменных разных типов.Частотность признаков, таблицы, графики, таблицы сопряжённости, диаграммы.Первичная описательная статистика.Маркетинговые исследованияАнализ данных маркетинговых исследований.Язык SQL, используемый в работе с СУБД.Современные СУБД в основном являются приложениями Windows, так как данная среда позволяет более полно использовать возможности персональной ЭВМ. Снижение стоимости высокопроизводительных ПК обусловил не только широкий переход к среде Windows, где разработчик программного обеспечения может в меньше степени заботиться о распределении ресурсов, но также сделал программное обеспечение ПК в целом и СУБД в частности менее критичными к аппаратным ресурсам ЭВМ.Среди наиболее ярких представителей систем управления базами данных можно отметить: LotusApproach, MicrosoftAccess, BorlanddBase, BorlandParadox, MicrosoftVisualFoxPro, MicrosoftVisualBasic, а также баз данных MicrosoftSQLServer и Oracle, используемые в приложениях, построенных по технологии «клиент-сервер».[11]На сегодняшний день СУБД MicrosoftAccess является одной из самых известных, надежных и быстрых из всего семейства существующих СУБД. Одной из причин являются правила ее распространения — за нее не надо платить деньги и распространяется она вместе со своими исходными текстами, другая причина – это то, что MicrosoftAccess относительно быстрая СУБД. MicrosoftAccess написан под десятки видов операционных систем. Это и FreeBSD, OpenBSD, MacOS, OS/2, SunOS, Win9x/00/NT и Linux. Access входит в состав самого популярного пакета Microsoft Office. Основные преимущества: знаком многим конечным пользователям и обладает высокой устойчивостью данных, прост в освоении, может использоваться непрофессиональным программистом, позволяет готовить отчеты из баз данных различных форматов. Предназначен для создания отчетов произвольной формы на основании различных данных и разработки некоммерческих приложений. Минимальные ресурсы ПК: процессор 468DX, Windows 3.1, 95, NT, объем оперативной памяти 12 (16) Мб, занимаемый объем на ЖМД 10-40 Мб.[1]Принцип работы СУБД MicrosoftAccess аналогичен принципу работы любой СУБД, использующей SQL (StructuredQueryLanguage, язык структурированных запросов) в качестве командного языка для создания/удаления баз данных, таблиц, для пополнения таблиц данными, для осуществления выборки данных.Стремительный рост популярности SQL является одной из самых важных тенденций в современной компьютерной промышленности. На сегодняшний день SQL поддерживают свыше ста СУБД, работающих как на персональных компьютерах, так и на больших ЭВМ. Был принят, а затем дополнен официальный международный стандарт на SQL. Язык SQL является важным звеном в архитектуре систем управления базами данных, выпускаемых всеми ведущими поставщиками программных продуктов, и служит стратегическим направлением разработок компании Microsoft в области баз данных. Зародившись в результате выполнения второстепенного исследовательского проекта компании IBM, SQL сегодня широко известен и в качестве мощного рыночного фактора.[6]Компьютерная программа, которая управляет базой данных, называется системой управления базой данных, или СУБД.Если пользователю необходимо прочитать данные из базы данных, он запрашивает их у СУБД с помощью SQL. СУБД обрабатывает запрос, находит требуемые данные и посылает их пользователю. Процесс запрашивания данных и получения результата называется запросом к базе данных: отсюда и название — структурированный язык запросов.Сегодня SQL представляет собой нечто гораздо большее, чем простой инструмент создания запросов, хотя именно для этого он и был первоначально предназначен. Несмотря на то, что чтение данных по-прежнему остается одной из наиболее важных функций SQL, сейчас этот язык используется для реализации всех функциональных возможностей, которые СУБД предоставляет пользователю, а именно:Организация данных. SQL дает пользователю возможность изменять структуру представления данных, а также устанавливать отношения между элементами базы данных.[4]Чтение данных.SQL дает пользователю или приложению возможность читать из базы данных содержащиеся в ней данные и пользоваться ими.Обработка данных. SQL дает пользователю или приложению возможность изменять базу данных, т.е. добавлять в нее новые данные, а также удалять или обновлять уже имеющиеся в ней данные.Управление доступом. С помощью SQL можно ограничить возможности пользователя по чтению и изменению данных и защитить их от несанкционированного доступа.Совместное использование данных.SQL координирует совместное использование данных пользователями и работающими параллельно, чтобы они не мешали друг другу.Целостность данных.SQL позволяет обеспечить целостность базы данных, защищая ее от разрушения из-за несогласованных изменений или отказа системы.Таким образом, SQL является достаточно мощным языком для взаимодействия с СУБД.SQL на сегодняшний день является единственным стандартным языком для работы с реляционными базами данных. SQL — это достаточно мощный и в то же время относительно легкий для изучения язык.Достоинства SQL.Успех языку SQL принесли следующие его особенности:независимость от конкретных СУБД;переносимость с одной вычислительной системы на другую;наличие стандартов;одобрение компанией IBM (СУБД DB2);поддержка со стороны компании Microsoft (протокол ODBC);реляционная основа;высокоуровневая структура, напоминающая английский язык;возможность выполнения специальных интерактивных запросов:обеспечение программного доступа к базам данных;возможность различного представления данных;полноценность как языка, предназначенного для работы с базами данных;возможность динамического определения данных;поддержка архитектуры клиент/сервер.Все перечисленные выше факторы явились причиной того, что SQL стал стандартным инструментом для управления данными на персональных компьютерах, мини-компьютерах и больших ЭВМ.SQL является языком реляционных баз данных, поэтому он стал популярным тогда, когда популярной стала реляционная модель представления данных. Табличная структура реляционной базы данных интуитивно понятна пользователям, поэтому язык SQL является простым и легким для изучения. Реляционная модель имеет солидный теоретический фундамент, на котором были основаны эволюция и реализация реляционных баз данных. На волне популярности, вызванной успехом реляционной модели, SQL стал единственным языком для реляционных баз данных.SQL является языком интерактивных запросов, который обеспечивает пользователям немедленный доступ к данным. С помощью SQL пользователь может в интерактивном режиме получить ответы на самые сложные запросы в считанные минуты или секунды, тогда как программисту потребовались бы дни или недели, чтобы написать для пользователя соответствующую программу.[16] Из-за того, что SQL допускает немедленные запросы, данные становятся более доступными и могут помочь в принятии решений, делая их более обоснованными.Программисты пользуются языком SQL, чтобы писать приложения, в которых содержатся обращения к базам данных. Одни и те же операторы SQL используются как для интерактивного, так и для программного доступа, поэтому части программ, содержащие обращения к базе данных, можно вначале тестировать в интерактивном режиме, а затем встраивать в программу. В традиционных базах данных для программного доступа используются одни программные средства, а для выполнения немедленных запросов — другие, без какой либо связи между этими двумя режимами доступа.С помощью SQL создатель базы может сделать так, что различные пользователи базы данных будут видеть различные представления её структуры и содержимого. Например, базу данных можно спроектировать таким образом, что каждый пользователь будет видеть только данные, относящиеся к его подразделению или торговому региону.