Исследование методов представления информации в геоинформационных справочных системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.14, кандидат технических наук Сидоренко, Михаил Пантелеевич

• Сидоренко, Михаил Пантелеевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сидоренко, Михаил Пантелеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1.ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИС СПРАВОЧНОГО ХАРАКТЕРА.

1.1. Классификации геоинформационных систем. Анализ функциональных возможностей ГИС.

1.2. Определение геоинформационных справочных систем и их основных характеристик. Оценка сложности ГИСС.

1.3. Построение обобщенной функциональной структуры ГИСС.

1.4. Проектирование ГИСС. Постановка задачи исследования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование методов представления информации в геоинформационных справочных системах»

В наше перегруженное информацией время пространственная географическая информация является особо ценным товаром. Она предоставляет преимущества при разумном ее использовании, обеспечивает корректность и своевременность при принятии политических, экономических и экологических решений, при реализации долгосрочных проектов и программ.

Пространственная информация распределена на множестве различных по происхождению источников, среди которых выделяются карты, аэро - и космические снимки, кадастровые регистры, данные гидрометрических наблюдений, экологического мониторинга, материалы статистической .отчетности и пр. Для того, чтобы объединить и обрабатывать все эти данные в цифровой компьютерной форме, создаются особые географические информационные системы - ГИС. Геоинформационные системы - это программно-аппаратные комплексы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и отображения пространственно-распределенной информации [6, 25, 31].

ГИС получили сегодня в мире самое широкое применение. С их помощью инвентаризируют природные и трудовые ресурсы, планируют сети здравоохранения и обслуживания населения, развитие городов, проектируют трассы нефтепроводов и транспортные магистрали, разрабатывают экологические мероприятия и анализируют результаты выборов, решают многие другие научные и практические задачи. Именно в этом и состоит главное назначение ГИС - предоставлять пользователям достоверную и обработанную информацию для решения управленческих и аналитических задач или, как выражаются специалисты по геоинформатике - "обеспечивать компьютерную поддержку принятия решений". Чаще всего, для этого изготавливаются оперативные карты, так как они более всего привычны для людей благодаря своей наглядности и обзорности.

В настоящее время выделяются следующие направления развития ГИС

1) общие вопросы методологии, методики, структуры и функционирования ГИС, создания для них различных баз данных, решение математических задач, возникающих при реализации географических информационных систем на ЭВМ, и использование экспертных систем (информационно-поисковые системы);

2) разработка ГИС для решения прикладных задач - экология, управление, планирование, прогнозирование и т.п.;

3) картографическое обеспечение ГИС, которые питают картографическую систему всеми необходимыми сведениями. В этой связи вводится понятие автоматизированной картографической системы - подсистемы ГИС - методы математико-картографического моделирования и анализа - для построения карт изображения.

Актуальность теоретических и практических разработок в области ГИС подтверждается тем вниманием, которое уделяется развитию ГИС на государственном уровне во всех экономически развитых странах мира. В ряде стран Европы и Северной Америки образованы особые национальные и региональные учреждения, в задачи которых входит развитие ГИС и оперативного автоматизированного картографирования, координация программ получения, обработки и распределения геоинформации, создание сетей ГИС, исследование юридических норм функционирования геоинформации и многое другое. В России создание и ведение ГИС возложено на Федеральную Службу геодезии и картографии (Роскартографию), которая руководит всеми топографо-геодезическими и картографическими работами в стране. Значительную часть работы ведут российские университеты, где на факультетах и кафедрах, в учебно-методических центрах и научных лабораториях сосредоточен основной творческий потенциал, обеспечивающий прогресс научной геоинформатики.

Опыт создания систем управления ряда предприятий Ростовской и Волгоградской областей, таких как Ростовская ТЭЦ-2, Новочеркасский завод синтетических продуктов, Красный Котельщик (г. Таганрог), Волжская ТЭЦ

3, Волжский трубный завод, показывают, что их ядро составляют геоинформационные справочные системы (ГИСС). В основу функционирования ГИСС заложены общие принципы организации пространственно-распределенной информации, диалога с пользователем, построения запросов и отображения результатов работы пользователя с геоинформационной системой, а основная задача справочных систем состоит в отображении (визуализации) пространственно-распределенной информации.

Сложность картографической основы существенно влияет на эксплуатационные характеристики ГИСС. В связи с этим существует ряд проблем, связанных с оперативной передачей и отображением больших объемов геоинформации для обеспечения динамического диалога пользователя с системой.

Как показывает анализ, представление информации в ГИС решающим образом сказывается на быстродействии системы в целом. Для эффективной поддержки диалогового режима работы пользователя с системой требуется проведение исследований методов представления информации в геоинформационных справочных системах поскольку:

1) эксплуатационные характеристики реальных систем не позволяют использовать ГИСС в качестве инструментария для принятия оперативных управленческих решений;

2) вопросы, связанные с оперативным использованием ГИСС, недостаточно широко освещены в литературе;

3) решение проблем повышения производительности ГИСС тесно связано с реализацией системы в рамках современных информационных технологий.

В связи с вышеизложенным, тема диссертационной работы, посвященной исследованию методов представления информации в геоинформационных справочных системах, является актуальной.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов представления информации в ГИСС, позволяющих сократить объемы передаваемой геоинформации и увеличить скорость реакции системы на запрос пользователя.

Основными задачами диссертационной работы являются:

1) исследование принципов структурной организации ГИСС и выявление факторов, существенно влияющих на эксплуатационные характеристики системы;

2) разработка и исследование модели диалогового процесса взаимодействия пользователя и ГИСС;

3) разработка метода декомпозиции электронной карты, минимизирующего среднее время реакции системы на запрос пользователя;

4) разработка и исследование алгоритмов декомпозиции электронной карты;

5) разработка структуры организации взаимоотношений между объектами, позволяющей сократить время отображения пространственного окружения объектов поиска;

6) разработка алгоритма автоматизированного построения объектов и системы, отражающей структуру взаимоотношений между ними;

7) разработка метода формирования рабочих областей с минимальной информационной избыточностью.

Методы исследования основываются на использовании теории вероятности, теории множеств, аналитического и статистического моделирования, теории баз данных.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выделен класс геоинформационных справочных систем, характеризующийся следующими свойствами: наличие преобладающей по объему картографической информации в векторном формате; объем картографической информации таков, что позволяет отнести ГИСС к категории сложных систем; кроме картографической, ГИСС содержит разнородные базы данных текстового, растрового графического, мультимедийного и прочего справочного характера; преимущественно диалоговый характер взаимодействия с пользователем; сетевая реализация.

- получено соотношение, позволяющее определить размеры элементов электронной карты, оптимальные с точки зрения сокращения времени реакции системы на запросы пользователей;

- разработаны алгоритмы декомпозиции и даны рекомендации по их использованию;

- на основании иерархической системы навигационного поиска предложена система, отражающая структуру взаимоотношений между объектами и позволяющая сократить время отображения пространственного окружения объектов поиска;

- сформулированы и обоснованы подходы к компоновке рабочих областей.

Практическая ценность работы заключается в:

1) аналитической модели, описывающей процесс обращения пользователя к ГИСС;

2) разработанных алгоритмах декомпозиции электронной карты в ГИСС;

3) разработанном алгоритме автоматизированного построения объектов и системы взаимоотношений между ними;

4) разработанных алгоритмах формирования рабочей области.

Реализация результатов работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в системы управления ряда крупных предприятий, таких как Ростовская ТЭЦ-2, Волжский трубный завод, Волжская ТЭЦ-3, в виде программного обеспечения ГИСС-приложений, базирующемся на модели и алгоритме декомпозиции электронной карты.

Акты внедрения и использования научных результатов приведены в приложении диссертационной работы.

Апробация темы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Ш-й и 1У-й Всероссийских научных конференциях студентов и аспирантов (Таганрог: ТРТУ, 1996, 1998гг.), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов (Таганрог: ТРТУ, 1997г.), Всероссийской молодежной научно-технической конференции "Информационные и кибернетические системы управления и их элементы" (Уфа: УГАТУ, 1997г.), 43-й научной конференции студентов и аспирантов (Таганрог: ТРТУ, 1997г.), 44-й научной конференции студентов и аспирантов (Таганрог: ТРТУ, 1998г.), 1-й Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Н.Новгород: НГТУ, 1999г.).

По теме диссертации опубликовано 4 статьи, 5 тезисов докладов и 2 отчета о научно исследовательской работе.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 164 стр., основного текста 141 стр., включая 38 рис., 20 табл., списка литературы из 80 наименований. Имеются приложения на 23 стр.

Заключение диссертации по теме «Системы обработки информации и управления», Сидоренко, Михаил Пантелеевич

Основные результаты опубликованы в 11 печатных работах.

В опубликованных работах лично автором получены следующие результаты. Основные характеристики и функциональные возможности геоинформационных систем определены в работах [70, 75, 77, 78, 79, 80]. Модель процесса обращения пользователя к ГИСС формализована в [71, 80]. Соотношения для расчета размера элемента электронной карты, позволяющего минимизировать среднее время реакции системы на запрос пользователя, разработаны и опубликованы в [70, 80]. В [73, 80] получены алгоритмы декомпозиции электронной карты и проведен их сравнительный анализ. Некоторые аспекты разрезания графических примитивов исследованы работах [72, 76]. Часть материала, посвященного вопросам осуществления навигационного поиска и построению системы, отражающей структуру взаимоотношений между объектами, приведена в [77, 78]. Вопросы формирования рабочих областей за счет создания пространственных ограничений проанализированы в [74].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе исследованы вопросы представления информации в геоинформационных справочных системах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сидоренко, Михаил Пантелеевич, 1999 год

1. Андреев A.M., Березкин Д.В., Контонистов Ю.А. Среда и хранилище: ООБД // Мир ПК, М., 1998, № 4.

2. Асланикашвили А.Ф. Метакартография. Основные проблемы. Тбилиси, 1974.

3. Берлянт A.M. Геоизображения и их свойства // Изв. Всесоюз. Геогр. о-ва. 1987. Вып. 5.

4. Берлянт A.M. Геоизображения и геоиконика. М.: Знание, 1990. - 48 с. -(Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Науки о Земле"; № 11).

5. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. М.: МГУ, 1997, 64 с.

6. Берлянт A.M. Новые теоретико-методологические проблемы географической картографии//Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5, Геогр. 1989. № 6. С. 9-17.

7. Берлянт A.M. Образ пространства: карта и информация. М.: Мысль, 1986. - 240 е., ил.

8. Берлянт A.M., Мусин О.Р., Свентэк Ю.В. Геоинформационные технологии и их использование в эколого-географических исследованиях // География. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. - С. 229-263.

9. Берлянт A.M., Тикунов B.C., Жалковский Е.А. Картография. Вып. 4. Геоинформационные системы. Сб. переводных статей. М.: "Картгеоцентр" - "Геодезиздат", 1994.

10. Ю.Богумирский Б.С. Руководство пользователя ПЭВМ: В 2-х ч. Ч. 1. -Санкт-Петербург: Ассоциация 01LC0, 1992. 357 е.: ил.

11. П.Бугров Я.С., Никольский С.М. Элементы линейной алгебры и аналитической геометрии: Учебник для студентов инж.-техн. спец. вузов. 3-е изд. испр. и доп., М.: Наука, 1988.

12. Буйе Ф. Автоматизированная тематическая картография и ее применение // Картография. Вып. 2. Использование карт в научных и практических целях в зарубежной картографии. М.: Прогресс, 1983. С. 161 190.

13. З.Булатова Г.Н., Трофимов A.M., Панасюк М.В. Тенденция развития географических информационных систем // Геодезия и картография. М.: Картгесцентр-Геодезиздат, 1997, №9, С. 50-53.

14. Бусленко И.П., Калашников 'В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. М., 1973.

15. ГИС уровня предприятий конца 90-х годов // ArcReview. Современные геоинформационные технологии. М.: Совместное издание СП ДАТА+, ESRI, Inc. и ERDAS, Inc., 1997. № 2, стр. 3.

16. Гохман В., Андрианов В. Что такое ГИС и как с ними . подружиться? // ArcReview. Современные геоинформационные технологии. М.: Совместное издание СП ДАТА+, ESRI, Inc. и ERDAS, Inc. 1998. № 4, стр.2,3карт. В сб.: Синтез в картографии. М., 1976.

17. Дейт К. Введение в системы баз данных. М.: Наука, 1980. 464 с.20.3аруцкая И.П. Составление и редактирование тематических картприроды: Автореф. дисс. . д-ра географ, наук. -М., 1966. 52 с.

18. Кодд Э.Ф. Расширение реляционной модели для лучшего отражения семантики. СУБД, № 5-6,1996.

19. Королев Ю. Тенденции развития моделей данных в ГИС и их значение для ГИС-приложений по работе с инженерными сетями // ArcReview. Современные геоинформационные технологии. М.: Совместное издание СП ДАТА+, ESRI, Inc. и ERDAS, Inc., 1997. № 2,3.

20. Кошкарев A.B., Каракин В.П. Региональные геоинформационные системы. М.: Наука, 1987.

21. Кошкарев A.B., Тикунов B.C. Геоинформатика. М.: "Картгеоцентр" -"Геодезиздат", 1993.

22. Кроу в Т., Эйвисон Д. Базы данных в административных информационных системах. М.; Финансы и статистика, 1983. 167 с.

23. Латышева З.М. Геоинформационное картографирование и проблема согласования тематических слоев // Геодезия и картография. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1997, №5, С. 50-57.

24. Линник В.Г. Построение геоинформационных систем в физической географии: Учеб. пособие. М.: Изд-во Моек, ун-та, 1990. 80 с.

25. Лурье И.К. Обучающие ГИС для наук о Земле // Информ. Бюлл. ГИС-Ассоциации, 1988, № 1, С. 8 17.

26. Малышев С. Новый картографический порядок. КомпьютерПРЕСС, № 8, 1996.

27. Мартыненко А.И., Бугаевский Ю.Л., Шибалов С.Н. Основы ГИС. Теория и практика. М.; АО "Астра семь", 1995.

28. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М., 1981.

29. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем. М., 1975.35.0лле T.B. Предложения КОДАСИЛ по управлению базами данных. М.: Финансы и статистика, 1981. 386 с.

30. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений: Пер. С англ. -М.: Радио и связь, 1986.

31. Рейнгольд Э., Нивергельт Ю., Део Н. Комбинаторные алгоритмы: Теория и практика. М.: Мир, 1980.

32. Романова Э.П., Карпова H.H., Артюхов В.В. Использование информационной базы данных для характеристики охраняемых территорий мира (на примере зарубежной Европы) // Вестн. Моск. ун-та.• Сер. 5, Геогр. 1989. № 6. С. 17-23.

33. Салшцев К.А. Генерализация в ее истории и современном развитии. В кн.: Итоги науки и техники. Картография, т. 5. М., 1972, с. 6 - 23.

34. Салшцев К.А. Картоведение. М., 1976.

35. Салшцев К.А. Методика анализа при исследовании явлений по картам. -Вестн. Моск. ун-та. География, 1968, № 5, с. 20 26.

36. Словарь иностранных слов. -15-е изд., испр. -М.: Рус. яз., 1988. 608 с.

37. Снапелев Ю.М., Старосельский В.А. Моделирование и управление в сложных системах. М., 1974.

38. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учебник для вузов по специальности АСУ. М.: Высшая школа, 1985. 271 с.

39. Трофимов А.Н., Гнеденков Л.Н. Реляционные модели в географии. -Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1990. 69 с.

40. Трофимов А.Н., Панасюк М.В. Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой. Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1984. -142 с.

41. Фол и Дж., Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2-х книгах. Пер с англ. М.: Мир, 1985.

42. Хаксольд В. Введение в городские географические информационные системы. Изд-во Оксфордского ун-та, 1991. - 321 с.

43. Халугин Е.И., Жалковский Е.А., Жданов Н.Д. / Под ред. Е.И.Халугина. Цифровые карты. -М.: Недра, 1992.

44. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика. 1998.-288 с.

45. Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных. М.: Финансы и статистика, 1985. 343 с.

46. Цифровая картография и геоинформатика. Краткий терминологический словарь / Под общей ред. Е.А.Жалковского. М.: "Картгеоцентр"1. Теодезиздат", 1999. 46 с.

47. Чемберлин Д. Анатомия объектно-реляционных баз данных. Системы Управления Базами Данных, 1995, № 1-2, стр. 3-12.

48. Что нас ждет: компьютеры, мультимедиа, телекоммуникации. КомпьютерПресс, № 1,1996г.

49. Шемакин Ю.И. Введение в информатику. М.: Финансы и статистика, 1985. 189 с.

50. Шеннон Р. Имитационное моделирование искусство и наука. М., 1978.

51. Шомье Ж. Банки данных: Использование электронной вычислительной техники. М.: Энергоиздат, 1981. 69 с.бО.Эгрон Ж. Синтез изображений. Базовые алгоритмы: Пер. с франц. М.: Радио и связь, 1993.

52. Яковлев Е.И. Машинная имитация. М., 1975.

53. Яровых В.Б. Проблемы качества векторных цифровых карт для ГИС // Информационный бюллетень. Выпуск № 3.

54. Bentley J.L., Wood D. An optimal worst-case algorithm for reporting intersections of rectangles // IEEE Trans, on Computers. 1980. v. C-29, n. 7. -P. 571-577.

55. Calkins H.M. Information system development in North America // Proc. Comm. Geogr. Data Sensing and Process, Moskow, 1976. Ottawa 1977. P. 93113.

56. Dangermond J. Les systèmes d'informations géographiques: Classification des elements des logiciels utilises habituellement dans les systèmes d'informations géographiques // Bull. Com. Franc. Cartogr. 1983. № 96. P. 7-20.

57. Копеспу M., Rais K. Geograficke informacni systemy // Folia facultatis scientiarium naturalium universitatis Purkyianae brunensis. Bmo: Univ. J.E. Purkyne, 1985. T. 24; Geographia 21, opus 13. 196 p.

58. Nuerges T.L. Representing spatial properties in cartographic data bases // Techn. Pap. Amer. Congr. Surv. andMapp. 40th Annu. Meet. 1980. P. 29-41.

59. Padlacha K. Jednolita siec pol podstawowych do inventaryzacji zasobow przyrodniczych // Prz. Geod. 1980. Vol. 52, № 3. P. 96-99.

60. Robler H. Zur Mathematisierung der automatischen Randanpassung von Kurven // Wiss. Z. Techn. Univ., Dresden. 1991. - Vol. 40, № 5. - P. 223226.

61. Самойлов JI.К., Беляков С.Л., Сидоренко М.П. Алгоритм разрезания в электронной карте // Информационные и кибернетические системы управления и их элементы: Тез. док. Всероссийской молодежной научно-технической конференции. Уфа: УГАТУ, 1997г.

62. Самойлов Л.К., Беляков С.Л., Сидоренко М.П. Анализ алгоритмов разбиения геодезической карты на элементы // Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Управление в социальных и экономических системах». Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998, № 1 (7), 319 с.

63. Самойлов Л.К., Беляков С.Л., Сидоренко М.П. ГИС в Интрасети // Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления: Тез. док. IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов.• Таганрог: ТРТУ, 1998г. с. 245 - 246.

64. Самойлов Л.К., Беляков С.Л., Сидоренко М.П. Организация и функционирование ГИС, использующих сложные электронные карты // Сборник по материалам 43-й научно конференции студентов и аспирантов Таганрог: ТРТУ, 1997г.