基于建模技術構建運用大數據分析優化政務的環境

羅文劼，袁方，楊秀丹

(1.河北大學 計算機科學與技術學院，河北 保定 071002；2.河北大學 計算機教學部，河北 保定 071002；3.河北大學 管理學院,河北 保定 071002)

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基于建模技術構建運用大數據分析優化政務的環境

羅文劼1，袁方2，楊秀丹3

(1.河北大學 計算機科學與技術學院，河北 保定 071002；2.河北大學 計算機教學部，河北 保定 071002；3.河北大學 管理學院,河北 保定 071002)

提出應用可視化建模技術，通過梳理構建組織模型、資源模型和過程模型，形成政務領域的業務模型，并通過對模型的完整性檢查以及業務過程的模擬，確保業務流程描述的正確性，然后分別從業務模型中提取和整合信息資源，獲得統一的業務框架，并根據模型對應的組織、資源、行為、協同和產品等方面的效能因素，進行大數據的采集，為優化政府業務提供定量分析，以指導政府業務優化策略的制定.此業務模型的構建也為建立大數據背景下政府信息資源開發利用的評價奠定基礎.

可視化建模；政府業務模型；大數據；優化

大數據時代的到來，為政府職能的實施提出新的要求.針對大數據的多樣性、海量性、快速性、靈活性和復雜性[1-2]， 政府職能面臨著需要創新管理的挑戰，包括：管理體制創新、管理方法創新和管理模式的創新，以克服當前社會管理組織體系普遍存在的以下問題：1)政府部門存在的“信息孤島”和“碎片化管理”的現狀無法滿足多樣化的大數據特征，導致多個業務部門監管重疊，跨部門合作和協同困難；2)對海量大數據開發利用不足，政府部門缺乏大數據意識，對數據的收集和積累工作不重視，導致決策多是定性決策而非定量決策；3)對應快速和靈活的大數據未形成動態管理的社會管理機制，影響了社會治理的公開、公正和透明，以及管理的精準性；4)對應高度復雜的大數據，在現有的政府管理中未形成一套完整的數據綜合分析利用體系，缺乏精確分析和智慧支持，導致決策缺乏科學性[3].因此，如何利用大數據的應用特點，提高優化政府業務，已成為各國政府面臨的大數據時代給政府職能創新的挑戰.從2010年起，英國政府和美國政府先后投入大量資金用于大數據的研究，并已在行政辦公中獲得節約開支的成效[4].

近年來運用“Big Data”結合學科研究已成為很多學科研究的熱點，國內外的一些研究者對大數據的研究從理論到實踐都取得了一定的研究成果，主要有對大數據的概念和特點以及發展方向的研究；如何應用大數據技術創新方法的研究；大數據處理技術和技術應用的研究；大數據分析與管理等[5-6].對于政府部門，雖然也有關于如何建造城市生態系統、如何使用數據改進社會環境和公共服務的研究[7]，但關于如何針對大數據時代做出管理創新的研究還是十分匱乏而且運用數據改進政府服務的方法缺乏可操作性；對于政府職能的各個領域，如何應用大數據方法進行管理創新的具體做法，還需要進行深入的研究和實踐.

鑒于以上的研究現狀分析，本研究以政府職能的公共服務領域為研究對象，擬將自然科學中的過程建模的理論和方法以及大數據的采集、分析技術應用于社會治理中的公共服務管理的定量管理和能力的提升中.本文提出應用可視化的建模、模擬和優化技術，構建政務業務模型，包括組織模型、資源模型和過程模型，從組織、資源、行為、協同和產品等方面全方位地描述業務，并從中獲取效能因素，作為大數據數據處理平臺的構建依據，用于指引大數據的采集和定量分析，以得到業務優化策略.

1 政務模型結構及其關系

為了解決電子政務領域中業務刻畫、信息提取、信息共享以及應用大數據技術優化業務的問題，參考國內外的電子政務實施方法和建模方法[8]， 提出以下3種模型結構.

1.1 組織模型

組織模型OM用于描述政府部門的組織結構，其構成可以用式(1)的四元組表示.

OM=，

(1)

其中OO是組織對象的集合，包含有組織機構和角色2類組織對象.OR是組織對象連接關系的集合，包含有包含關系和關聯關系.

OGRules是組織模型構成應遵循的語法規則集合，規定了連接關系的連接準則，包含有：1)包含關系，用于連接組織機構，表示組織機構之間的直接從屬關系；2)關聯關系，用于連接角色和組織機構，表示角色直接從屬于組織機構的關系.

OSRules是組織模型構成應遵循的語義規則集合，規定了在對模型進行完整性檢查時依據的準則，包含有：1)僅存在一個沒有父結點的組織機構結點；2)組織機構樹不能存在任何回路；3)組織機構樹的同一個父節點下不允許有相同名稱的角色；4)組織機構樹中不允許有相同的組織機構名稱.

1.2 資源模型

資源模型RM用于描述政府部門擁有的資源結構，其構成可以用式(2)的四元組表示.

RM=,

(2)

其中RO資源對象的集合，包含簡單資源和資源類2種資源對象.其中，簡單資源指的是具體的機器、場所和設備，資源類指的是抽象的機器、場所和設備.RR表示資源對象連接關系的集合，包含有資源對象的2種鏈接關系：包含關系和關聯關系.

RGRules是資源模型構成應遵循的語法規則集合，規定了連接關系的連接準則，包含有：1)包含關系用于連接資源類，用于表示資源類之間的直接從屬關系；2)關聯關系用于連接簡單資源和資源類，用于表示簡單資源直接從屬于某個資源類的關系.

RSRules是組織模型構成應遵循的語義規則集合，規定了在對模型進行完整性檢查時依據的準則，包含有：1)一個簡單資源僅能關聯一個資源類；2)一個資源類可以關聯多個簡單資源，也可包含多個資源類；3)資源結構樹的同一個父親結點下不允許有相同名稱資源類；4)資源結構樹中允許有同名的簡單資源.

1.3 過程模型 Process Model

過程模型PM用于描述政府部門的業務活動，其構成可以用式(3)和式(4)的表示.

PM=,

(3)

PO={A,P,O,R,L},

(4)

其中，PO是過程對象的集合，包含5類過程對象，分別用A、P、O、R和L表示.其中，A表示活動，分為原子活動和組合活動2類活動；P表示產品，是活動的輸入輸出，有消息、文檔和組合產品等產品形式；O表示組織和角色，代表參與活動執行的組織或崗位人員；R表示資源，是完成活動的支持實體，包括機器、場所和工具等；L是邏輯對象，有輸入與、輸入或、輸出與和輸出或4種，用于表示活動的輸入輸出產品的邏輯關系.PR是過程對象連接關系的集合，有數據流關系、引用流關系和關聯流關系3種過程對象鏈接關系.

PGRules是過程模型構成應遵循的語法規則集合，規定了過程對象連接關系的連接準則，包含有：1)數據流關系用于產品和活動之間、從產品到輸入與和輸入或、從輸入與和輸入或到活動、從活動到輸出與和輸出或、從輸出與和輸出或到產品以及邏輯對象之間的連接；2)引用流用于產品和活動之間的連接；3)關聯流用于組織、角色、設備資源和場所資源與活動之間的連接，以及工具資源與產品的連接.

RSRules是過程模型構成應遵循的語義規則集合，規定了在對模型進行完整性檢查時依據的準則，包含有：1)基本活動必須至少與1個角色關聯；2)組合活動必須至少與1個組織或角色關聯；3)過程模型對象不能孤立存在；4)進入組合活動后其需要的輸入連接和產生的輸出連接應與組合活動的外部輸入輸出連接保持一致.

BM是行為模型，行為模型含有模擬行為和實際行為，表示的是過程中活動的行為.

1.4 模型之間的關聯規則

用于描述政務的3種基本模型組織模型、資源模型和過程模型存在一定的關聯，并不是孤立存在的，它們之間遵循的關聯規則定義如下.

1)組織模型和過程模型的對應關系是多對多的關系，即1個組織模型可以與多個過程模型相關聯，1個過程模型也可以與多個組織模型相關聯.

2)過程模型與組織模型的關聯性可以繼承，即過程模型中上一層關聯的組織機構在其下面層次中同樣有效，不必重新設置.

3)資源模型與組織模型的關系是多對一的關聯關系，即1個組織模型可以與多個資源模型相關聯，表示組織所擁有的資源關系.

4)資源模型在建立的同時要指明其關聯的組織機構.

5)資源模型和過程模型的對應關系是多對多的關系，即1個資源模型可以與多個過程模型相關聯，1個過程模型也可以與多個資源模型相關聯.

6)過程模型與資源模型的關聯性可以繼承，即過程模型中上一層關聯的資源在其下面層次中同樣有效，不必重新設置.

7)只有通過完整性檢查的組織模型和資源模型才能夠與過程模型相關聯.

2 政務業務的可視化表示

2.1 可視化建模語言VPML

上述定義的政務模型構成中的組織模型、資源模型和過程模型是以可視化過程建模語言VPML(visual process modeling language)為基礎，運用建模技術進行構建的，VPML語言描述了元模型的構成，其由如下元素組成[9].

ModelVPML={Graphicpart,Textpart}，

(5)

Graphicpart={Iconi,Relation},i=1,…，m;j=1,…，n，

(6)

Textpart={Attributek},k=1,…，p，

(7)

其中，ModelVPML定義了采用VPML語言描述模型的組成，每一個VPML元模型可由圖形Graphicpart和正文Textpart2部分構成.圖形部分由圖符Iconi和表示各個圖符之間關系的Relationj構成；正文部分的Attributek表示語義屬性.

采用VPML建立的政務模型具有正確性和完備性，因為基于VPML建立的過程模型都可以被轉換成Petri網的描述形式，而在理論上已經證明Petri網與圖靈機等價[10].

2.2 政務業務的模型表示

文獻[12]詳細給出了建模系統與政務資源編碼信息系統中業務記錄的對應關系，其主要目的是為了提取業務資源以便整合資源，達到資源共享.本文研究在此基礎上，豐富模型的表達，使之能夠表達反映業務過程效能的一些因素，為大數據的采集提供規劃的方向.

組織模型中組織對象的組織機構對應政府部門的局、處、科等層級機構，可用組織機構的Textpart語義屬性記錄組織機構的名稱、職責、類型、負責人和編碼等信息；組織對象的角色對應組織機構中提供的崗位，可用角色的Textpart語義屬性記錄崗位的名稱、職責、總數、已用數、可用數、工作量和成本等.

資源模型中資源對象的資源類對象用于表示政府組織機構內部的資源分類，其Textpart語義屬性用于記錄各個資源分類的名稱和描述；資源對象的簡單資源對象用于表示具體的資源，簡單資源的Textpart語義屬性記錄該項資源的名稱、描述、單價、效率、使用時長、有效期限和編碼等信息.

過程模型可用于表示政府業務的辦理過程.政府業務的各個辦事環節可由過程模型中過程對象的活動對象表示，其中可以再細化的業務由組合活動對象表示，不可再細化的業務，也稱原子業務，由原子活動表示；業務辦理的所需材料和產生材料由產品對象表示，這些業務相關材料的名稱、說明、所含內容、責任人、聯系方式、制作時長和有效日期等信息可在產品對象的Textpart語義屬性說明；業務發生的場所和占用的設備可用資源對象表示，其中對資源的占用情況，包括資源總數、已用資源和可用資源，可通過資源對象的Textpart語義屬性說明，它們是業務模擬的重要參數；辦理業務各個環節的崗位人員可通過角色對象表示.

業務各個環節的所需材料、業務辦理依據的文檔和產生材料與業務的關聯是通過活動對象與產品對象之間的關聯關系表示，其中引用的輸入流符號可用于表示業務的辦理依據，過程的輸入流表示所需的，過程的輸出流表示產生的；各項業務環節在執行時參與的崗位人員、所占用的場所和所需要使用的設備可由活動對象與資源對象之間的關聯關系表示.

政務業務的名稱、簡述、過程描述、主管單位、實施單位以及用于業務模擬的業務開始時間和業務總時限的設置可通過行為模型中的Textpart語義屬性表示.

組織模型和過程模型是多對多的關系，用于表示一個組織可以擁有多項業務，以及一項業務可以涉及多個組織機構，也就是跨部門業務；資源模型與過程模型也是多對多的關系，表示一類資源可以供多項業務使用，且一項業務也可以使用多項資源.組織模型和資源模型是一對多的關系，表示一個具體的資源或一類資源只能屬于一個組織機構.

3 運用大數據分析優化政府業務的環境構成及其應用

由模型驅動獲取信息的系統組成如圖1所示，它包括3部分：業務建模系統(BMS)、政務資源編目系統(GRCS)、政府業務優化策略生成系統(GBOSGS).BMS由模型構建環境(MBE)和模型模擬環境(MSE)2部分構成，用于建造政務業務的組織模型、資源模型和過程模型，這些模型通過完整性檢查使之內部聯系正確，并通過可視化的建模展現給用戶，便于用戶確認政務業務過程描述的正確性.然后通過對業務過程模型進行模擬和分析，從組織、資源、行為、協同和產品5個方面獲取用于大數據采集的效能因素，如組織機構參與業務過程執行需要協同的業務部門數和崗位數、協同中等待的時間、進行業務辦理的時間、業務辦理需要的資源數、獲取資源的等待時間以及產生資源的數目和效率等，為優化和重組業務過程做準備.

圖1 運用大數據分析優化政務環境的構成

在BMS中用到的元模型是采用VPML描述的，與BMS連接的政務資源編目系統GRCS，將模型中的業務數據由XML格式數據轉換為信息系統中的SQL數據，以便進行查詢、統計和信息資源的整合，并對信息資源進行編目，GRCS還負責采集業務辦理的實時使用數據及效能數據，如業務被執行的頻度，每次執行業務辦理時各個效能因素的實際數據.

GBOSGS對從政府業務的5個方面：組織、資源、行為、協同和產品抽取的效能因素的大數據采集進行分析，為政府提供優化策略.組織效能分析以提供多個崗位、工作量、職責和其他方面的優化策略；資源效能分析以提供對設備類型、數量和使用等的優化策略；行為效能分析以提供對業務活動的執行時間、執行順序、開始條件和結束條件的優化策略；協調效能分析以根據協作部門的等待時間、協同任務完成時間和協同業務用戶的反饋，提出優化政府業務協作關系的策略；產品效能分析以根據對業務過程中各種活動的輸入和輸出的產品數量和滿足需求的程度，調整產品輸入和輸出的策略.

在上述系統的應用中，由于在業務過程模型中提供設置組合活動的索引編碼，在模型數據轉換時就是依據索引編碼進行業務顆粒度的靈活劃分；此外對于跨部門的業務，可以根據行為模型中記錄的業務的主管單位和實施單位，將業務提取到信息系統相應的組織機構下面，并記錄協同部門的信息，構成跨部門業務的共享資源目錄.因此，構成運用大數據分析進行業務優化環境的3個子系統之間的連接是無縫的.

圖2所示的是運用上述構造的政府業務優化環境對開辦文化類新公司的業務進行優化前后的展示.

根據統計數據和過程模擬對上述開辦文化類新公司業務流程的優化，得到如下的效果:1)部分活動由串行改為并行，同一時間激活活動數增加了，提高了審批效率，審批活動由最長33 d縮減為21 d；2)減少了企業和個人往返政府的次數，由5次減少到2次.

a.優化前；b.優化后.

4 結論

基于可視化建模技術構建運用大數據分析優化政府業務的環境方法的提出，既解決了政府業務流程的梳理、業務中涉及到的信息資源的整合及統一業務流程和進行業務調整等問題，同時也將大數據的應用引入到政府業務的優化中，明確了在政府業務過程中需要采集的與組織效能、資源效能、行為效能、協同效能和產品效能5方面相關的具體效能因素，使得利用大數據方法優化政府業務具有了可操作性和系統性，為政務優化策略的提出給出了一套可行的方法和支持環境，也為應用大數據獲取和分析評價政務信息資源開發利用的水平提供了有效的數據支持，能夠為提升政務信息資源開發利用的成熟度提供定性和定量的政務業務過程改進建議.

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(責任編輯：孟素蘭)

Building platform for optimizing E-government business using big data analysis based on modeling technique

LUO Wenjie1,YUAN Fang2,YANG Xiudan3

(1.School of Computer Science and Technology,Hebei University,Baoding 071002,China; 2.Department of Computer Teaching,Hebei University,Baoding 071002,China; 3.College of Management,Hebei University,Baoding 071002,China)

The paper discusses the method that applies visualization modeling technique,builds business model including organization model,resource model and process model.According to the connection rules in or among models,the paper also advances the methods to check integrity of models and simulate the business process to ensure the correctness,and to resolve the problem of normalization and accuracy.Then the extraction and integration of information resources from the business model,we obtain a unified framework for business,and according to the factor model corresponding organization,resource,behavior,collaborative and product performance,we perform a large collection of data,and provide a quantitative analysis for the optimization of government business to guide the government business optimization strategy.The construction of this business model also lays the foundation for the development and utilization of government information resources under the background of big data.

visualization modeling;government business model;big data;optimize

10.3969/j.issn.1000-1565.2017.01.015

2016-06-01

河北省科技計劃項目(15450102D)；河北省軟科學項目(13455317D)；河北省委講師團課題(2016015)

羅文劼 (1969—)，女，廣東興寧人，河北大學教授，博士，主要從事電子政務、大數據處理、過程建模和過程改進等方面研究. E-mail：wjluo2015@163.com

TP311.5

A

1000-1565(2017)01-0101-07