基于建模技术构建运用大数据分析优化政务的环境

罗文劼，袁方，杨秀丹

(1.河北大学 计算机科学与技术学院，河北 保定 071002；2.河北大学 计算机教学部，河北 保定 071002；3.河北大学 管理学院,河北 保定 071002)



基于建模技术构建运用大数据分析优化政务的环境

罗文劼1，袁方2，杨秀丹3

(1.河北大学 计算机科学与技术学院，河北 保定 071002；2.河北大学 计算机教学部，河北 保定 071002；3.河北大学 管理学院,河北 保定 071002)

提出应用可视化建模技术，通过梳理构建组织模型、资源模型和过程模型，形成政务领域的业务模型，并通过对模型的完整性检查以及业务过程的模拟，确保业务流程描述的正确性，然后分别从业务模型中提取和整合信息资源，获得统一的业务框架，并根据模型对应的组织、资源、行为、协同和产品等方面的效能因素，进行大数据的采集，为优化政府业务提供定量分析，以指导政府业务优化策略的制定.此业务模型的构建也为建立大数据背景下政府信息资源开发利用的评价奠定基础.

可视化建模；政府业务模型；大数据；优化

大数据时代的到来，为政府职能的实施提出新的要求.针对大数据的多样性、海量性、快速性、灵活性和复杂性[1-2]， 政府职能面临着需要创新管理的挑战，包括：管理体制创新、管理方法创新和管理模式的创新，以克服当前社会管理组织体系普遍存在的以下问题：1)政府部门存在的“信息孤岛”和“碎片化管理”的现状无法满足多样化的大数据特征，导致多个业务部门监管重叠，跨部门合作和协同困难；2)对海量大数据开发利用不足，政府部门缺乏大数据意识，对数据的收集和积累工作不重视，导致决策多是定性决策而非定量决策；3)对应快速和灵活的大数据未形成动态管理的社会管理机制，影响了社会治理的公开、公正和透明，以及管理的精准性；4)对应高度复杂的大数据，在现有的政府管理中未形成一套完整的数据综合分析利用体系，缺乏精确分析和智慧支持，导致决策缺乏科学性[3].因此，如何利用大数据的应用特点，提高优化政府业务，已成为各国政府面临的大数据时代给政府职能创新的挑战.从2010年起，英国政府和美国政府先后投入大量资金用于大数据的研究，并已在行政办公中获得节约开支的成效[4].

近年来运用“Big Data”结合学科研究已成为很多学科研究的热点，国内外的一些研究者对大数据的研究从理论到实践都取得了一定的研究成果，主要有对大数据的概念和特点以及发展方向的研究；如何应用大数据技术创新方法的研究；大数据处理技术和技术应用的研究；大数据分析与管理等[5-6].对于政府部门，虽然也有关于如何建造城市生态系统、如何使用数据改进社会环境和公共服务的研究[7]，但关于如何针对大数据时代做出管理创新的研究还是十分匮乏而且运用数据改进政府服务的方法缺乏可操作性；对于政府职能的各个领域，如何应用大数据方法进行管理创新的具体做法，还需要进行深入的研究和实践.

鉴于以上的研究现状分析，本研究以政府职能的公共服务领域为研究对象，拟将自然科学中的过程建模的理论和方法以及大数据的采集、分析技术应用于社会治理中的公共服务管理的定量管理和能力的提升中.本文提出应用可视化的建模、模拟和优化技术，构建政务业务模型，包括组织模型、资源模型和过程模型，从组织、资源、行为、协同和产品等方面全方位地描述业务，并从中获取效能因素，作为大数据数据处理平台的构建依据，用于指引大数据的采集和定量分析，以得到业务优化策略.

1 政务模型结构及其关系

为了解决电子政务领域中业务刻画、信息提取、信息共享以及应用大数据技术优化业务的问题，参考国内外的电子政务实施方法和建模方法[8]， 提出以下3种模型结构.

1.1 组织模型

组织模型OM用于描述政府部门的组织结构，其构成可以用式(1)的四元组表示.

OM=，

(1)

其中OO是组织对象的集合，包含有组织机构和角色2类组织对象.OR是组织对象连接关系的集合，包含有包含关系和关联关系.

OGRules是组织模型构成应遵循的语法规则集合，规定了连接关系的连接准则，包含有：1)包含关系，用于连接组织机构，表示组织机构之间的直接从属关系；2)关联关系，用于连接角色和组织机构，表示角色直接从属于组织机构的关系.

OSRules是组织模型构成应遵循的语义规则集合，规定了在对模型进行完整性检查时依据的准则，包含有：1)仅存在一个没有父结点的组织机构结点；2)组织机构树不能存在任何回路；3)组织机构树的同一个父节点下不允许有相同名称的角色；4)组织机构树中不允许有相同的组织机构名称.

1.2 资源模型

资源模型RM用于描述政府部门拥有的资源结构，其构成可以用式(2)的四元组表示.

RM=,

(2)

其中RO资源对象的集合，包含简单资源和资源类2种资源对象.其中，简单资源指的是具体的机器、场所和设备，资源类指的是抽象的机器、场所和设备.RR表示资源对象连接关系的集合，包含有资源对象的2种链接关系：包含关系和关联关系.

RGRules是资源模型构成应遵循的语法规则集合，规定了连接关系的连接准则，包含有：1)包含关系用于连接资源类，用于表示资源类之间的直接从属关系；2)关联关系用于连接简单资源和资源类，用于表示简单资源直接从属于某个资源类的关系.

RSRules是组织模型构成应遵循的语义规则集合，规定了在对模型进行完整性检查时依据的准则，包含有：1)一个简单资源仅能关联一个资源类；2)一个资源类可以关联多个简单资源，也可包含多个资源类；3)资源结构树的同一个父亲结点下不允许有相同名称资源类；4)资源结构树中允许有同名的简单资源.

1.3 过程模型 Process Model

过程模型PM用于描述政府部门的业务活动，其构成可以用式(3)和式(4)的表示.

PM=,

(3)

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

(4)

其中，PO是过程对象的集合，包含5类过程对象，分别用A、P、O、R和L表示.其中，A表示活动，分为原子活动和组合活动2类活动；P表示产品，是活动的输入输出，有消息、文档和组合产品等产品形式；O表示组织和角色，代表参与活动执行的组织或岗位人员；R表示资源，是完成活动的支持实体，包括机器、场所和工具等；L是逻辑对象，有输入与、输入或、输出与和输出或4种，用于表示活动的输入输出产品的逻辑关系.PR是过程对象连接关系的集合，有数据流关系、引用流关系和关联流关系3种过程对象链接关系.

PGRules是过程模型构成应遵循的语法规则集合，规定了过程对象连接关系的连接准则，包含有：1)数据流关系用于产品和活动之间、从产品到输入与和输入或、从输入与和输入或到活动、从活动到输出与和输出或、从输出与和输出或到产品以及逻辑对象之间的连接；2)引用流用于产品和活动之间的连接；3)关联流用于组织、角色、设备资源和场所资源与活动之间的连接，以及工具资源与产品的连接.

RSRules是过程模型构成应遵循的语义规则集合，规定了在对模型进行完整性检查时依据的准则，包含有：1)基本活动必须至少与1个角色关联；2)组合活动必须至少与1个组织或角色关联；3)过程模型对象不能孤立存在；4)进入组合活动后其需要的输入连接和产生的输出连接应与组合活动的外部输入输出连接保持一致.

BM是行为模型，行为模型含有模拟行为和实际行为，表示的是过程中活动的行为.

1.4 模型之间的关联规则

用于描述政务的3种基本模型组织模型、资源模型和过程模型存在一定的关联，并不是孤立存在的，它们之间遵循的关联规则定义如下.

1)组织模型和过程模型的对应关系是多对多的关系，即1个组织模型可以与多个过程模型相关联，1个过程模型也可以与多个组织模型相关联.

2)过程模型与组织模型的关联性可以继承，即过程模型中上一层关联的组织机构在其下面层次中同样有效，不必重新设置.

3)资源模型与组织模型的关系是多对一的关联关系，即1个组织模型可以与多个资源模型相关联，表示组织所拥有的资源关系.

4)资源模型在建立的同时要指明其关联的组织机构.

5)资源模型和过程模型的对应关系是多对多的关系，即1个资源模型可以与多个过程模型相关联，1个过程模型也可以与多个资源模型相关联.

6)过程模型与资源模型的关联性可以继承，即过程模型中上一层关联的资源在其下面层次中同样有效，不必重新设置.

7)只有通过完整性检查的组织模型和资源模型才能够与过程模型相关联.

2 政务业务的可视化表示

2.1 可视化建模语言VPML

上述定义的政务模型构成中的组织模型、资源模型和过程模型是以可视化过程建模语言VPML(visual process modeling language)为基础，运用建模技术进行构建的，VPML语言描述了元模型的构成，其由如下元素组成[9].

ModelVPML={Graphicpart,Textpart}，

(5)

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

(6)

Textpart={Attributek},k=1,…，p，

(7)

其中，ModelVPML定义了采用VPML语言描述模型的组成，每一个VPML元模型可由图形Graphicpart和正文Textpart2部分构成.图形部分由图符Iconi和表示各个图符之间关系的Relationj构成；正文部分的Attributek表示语义属性.

采用VPML建立的政务模型具有正确性和完备性，因为基于VPML建立的过程模型都可以被转换成Petri网的描述形式，而在理论上已经证明Petri网与图灵机等价[10].

2.2 政务业务的模型表示

文献[12]详细给出了建模系统与政务资源编码信息系统中业务记录的对应关系，其主要目的是为了提取业务资源以便整合资源，达到资源共享.本文研究在此基础上，丰富模型的表达，使之能够表达反映业务过程效能的一些因素，为大数据的采集提供规划的方向.

组织模型中组织对象的组织机构对应政府部门的局、处、科等层级机构，可用组织机构的Textpart语义属性记录组织机构的名称、职责、类型、负责人和编码等信息；组织对象的角色对应组织机构中提供的岗位，可用角色的Textpart语义属性记录岗位的名称、职责、总数、已用数、可用数、工作量和成本等.

资源模型中资源对象的资源类对象用于表示政府组织机构内部的资源分类，其Textpart语义属性用于记录各个资源分类的名称和描述；资源对象的简单资源对象用于表示具体的资源，简单资源的Textpart语义属性记录该项资源的名称、描述、单价、效率、使用时长、有效期限和编码等信息.

过程模型可用于表示政府业务的办理过程.政府业务的各个办事环节可由过程模型中过程对象的活动对象表示，其中可以再细化的业务由组合活动对象表示，不可再细化的业务，也称原子业务，由原子活动表示；业务办理的所需材料和产生材料由产品对象表示，这些业务相关材料的名称、说明、所含内容、责任人、联系方式、制作时长和有效日期等信息可在产品对象的Textpart语义属性说明；业务发生的场所和占用的设备可用资源对象表示，其中对资源的占用情况，包括资源总数、已用资源和可用资源，可通过资源对象的Textpart语义属性说明，它们是业务模拟的重要参数；办理业务各个环节的岗位人员可通过角色对象表示.

业务各个环节的所需材料、业务办理依据的文档和产生材料与业务的关联是通过活动对象与产品对象之间的关联关系表示，其中引用的输入流符号可用于表示业务的办理依据，过程的输入流表示所需的，过程的输出流表示产生的；各项业务环节在执行时参与的岗位人员、所占用的场所和所需要使用的设备可由活动对象与资源对象之间的关联关系表示.

政务业务的名称、简述、过程描述、主管单位、实施单位以及用于业务模拟的业务开始时间和业务总时限的设置可通过行为模型中的Textpart语义属性表示.

组织模型和过程模型是多对多的关系，用于表示一个组织可以拥有多项业务，以及一项业务可以涉及多个组织机构，也就是跨部门业务；资源模型与过程模型也是多对多的关系，表示一类资源可以供多项业务使用，且一项业务也可以使用多项资源.组织模型和资源模型是一对多的关系，表示一个具体的资源或一类资源只能属于一个组织机构.

3 运用大数据分析优化政府业务的环境构成及其应用

由模型驱动获取信息的系统组成如图1所示，它包括3部分：业务建模系统(BMS)、政务资源编目系统(GRCS)、政府业务优化策略生成系统(GBOSGS).BMS由模型构建环境(MBE)和模型模拟环境(MSE)2部分构成，用于建造政务业务的组织模型、资源模型和过程模型，这些模型通过完整性检查使之内部联系正确，并通过可视化的建模展现给用户，便于用户确认政务业务过程描述的正确性.然后通过对业务过程模型进行模拟和分析，从组织、资源、行为、协同和产品5个方面获取用于大数据采集的效能因素，如组织机构参与业务过程执行需要协同的业务部门数和岗位数、协同中等待的时间、进行业务办理的时间、业务办理需要的资源数、获取资源的等待时间以及产生资源的数目和效率等，为优化和重组业务过程做准备.

图1 运用大数据分析优化政务环境的构成

在BMS中用到的元模型是采用VPML描述的，与BMS连接的政务资源编目系统GRCS，将模型中的业务数据由XML格式数据转换为信息系统中的SQL数据，以便进行查询、统计和信息资源的整合，并对信息资源进行编目，GRCS还负责采集业务办理的实时使用数据及效能数据，如业务被执行的频度，每次执行业务办理时各个效能因素的实际数据.

GBOSGS对从政府业务的5个方面：组织、资源、行为、协同和产品抽取的效能因素的大数据采集进行分析，为政府提供优化策略.组织效能分析以提供多个岗位、工作量、职责和其他方面的优化策略；资源效能分析以提供对设备类型、数量和使用等的优化策略；行为效能分析以提供对业务活动的执行时间、执行顺序、开始条件和结束条件的优化策略；协调效能分析以根据协作部门的等待时间、协同任务完成时间和协同业务用户的反馈，提出优化政府业务协作关系的策略；产品效能分析以根据对业务过程中各种活动的输入和输出的产品数量和满足需求的程度，调整产品输入和输出的策略.

在上述系统的应用中，由于在业务过程模型中提供设置组合活动的索引编码，在模型数据转换时就是依据索引编码进行业务颗粒度的灵活划分；此外对于跨部门的业务，可以根据行为模型中记录的业务的主管单位和实施单位，将业务提取到信息系统相应的组织机构下面，并记录协同部门的信息，构成跨部门业务的共享资源目录.因此，构成运用大数据分析进行业务优化环境的3个子系统之间的连接是无缝的.

图2所示的是运用上述构造的政府业务优化环境对开办文化类新公司的业务进行优化前后的展示.

根据统计数据和过程模拟对上述开办文化类新公司业务流程的优化，得到如下的效果:1)部分活动由串行改为并行，同一时间激活活动数增加了，提高了审批效率，审批活动由最长33 d缩减为21 d；2)减少了企业和个人往返政府的次数，由5次减少到2次.

a.优化前；b.优化后.

4 结论

基于可视化建模技术构建运用大数据分析优化政府业务的环境方法的提出，既解决了政府业务流程的梳理、业务中涉及到的信息资源的整合及统一业务流程和进行业务调整等问题，同时也将大数据的应用引入到政府业务的优化中，明确了在政府业务过程中需要采集的与组织效能、资源效能、行为效能、协同效能和产品效能5方面相关的具体效能因素，使得利用大数据方法优化政府业务具有了可操作性和系统性，为政务优化策略的提出给出了一套可行的方法和支持环境，也为应用大数据获取和分析评价政务信息资源开发利用的水平提供了有效的数据支持，能够为提升政务信息资源开发利用的成熟度提供定性和定量的政务业务过程改进建议.

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(责任编辑：孟素兰)

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

河北省科技计划项目(15450102D)；河北省软科学项目(13455317D)；河北省委讲师团课题(2016015)

罗文劼 (1969—)，女，广东兴宁人，河北大学教授，博士，主要从事电子政务、大数据处理、过程建模和过程改进等方面研究. E-mail：wjluo2015@163.com

TP311.5

A

1000-1565(2017)01-0101-07