Исследование технологии визуального моделирования в геоинформатике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Мазина, Анастасия Сергеевна

• Мазина, Анастасия Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мазина, Анастасия Сергеевна

Введение

1. Визуальное моделирование

1.1. Предпосылки возникновения визуального моделирования

1.2. Основы визуального моделирования

1.3. Визуальное моделирование в геоинформатике 17 1.3.1 Визуальное геоинформационное моделирование

1.3.2. Технологии геоинформационного моделирования

1.3.3. Концептуальные основы моделирования в ГИС

1.3.4. Характеристики и основные виды моделей пространственных объектов

1.3.5. Методы моделирования Пространственных объектов

1.4. Основы представления графических данных

1.4.1. Растровая графика

1.4.2. Векторная графика

1.4.3. Фрактальная графика

1.5. 3D Моделирование

1.5.1. Системы моделирования

1.5.2. Общие принципы создания 3D объектов

1.6. Анимация

2. Визуальное программирование и объектно-ориентированный подход

2.1. Объектно-ориентированное программирование как основа визуального программирования

2.1.1. Основные понятия объектно-ориентированного программирования

2.1.2. Преимущества объектно-ориентированных систем

2.2. Методы и языки визуального программирования

3. Построение и визуализация цифровых моделей

3.1. ГИС как система цифрового моделирования

3.1.1. Развитие и определение ГИС как автоматизированной информационной системы

3.1.2. Основные характеристики ГИС

3.1.3. Многофункциональность ГИС

3.2. Интеграция ГИС с другими автоматизированными системами 82 3.2.1. ГИС и автоматизированные системы научных исследований

3.2.2. ГИС и системы автоматизированного проектирования

3.2.3. ГИС и автоматизированные справочно-информационные системы

3.2.4. ГИС и экспертные системы

3.3. Цифровое моделирование

3.3.1. Понятия цифровой карты и цифровой модели

3.3.2. Цифровые модели местности

3.3.3. Характеристики и свойства цифровых моделей

3.3.4. Особенности построения ЦМР

3.4. Визуальная обработка информации и визуализация цифровых моделей в ГИС 114 4. Применение геоинформационного визуального моделирования для решения практических задач 116 4.1. Анализ визуального моделирования в геоинформатике

4.2 Применение ГИС на железнодорожном транспорте

4.3 Логистический подход к постановке задачи.

4.4 Анализ и решение поставленной задачи

4.4.1 Построение математической модели графика движения железнодорожных поездов

4.4.2 Оптимизация графика движения железнодорожных поездов при возникновении внештатной ситуации. 136 Заключение 143 Список литературы 145 Приложение 1. График движения поездов по расписанию на заданном участке в указанном промежутке времени 154 Приложение 2. График движения поездов на заданном участке в текущий момент времени 155 Приложение 3. Оптимизационный график движения поездов на заданном участке в текущий момент времени 156 Приложение 4. Таблица оптимального времени простоя поезда на раздельных пунктах

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование технологии визуального моделирования в геоинформатике»

Применение компьютерной техники в современной жизни стало незаменимым. Огромное количество отраслей используют вычислительные машины для ускорения решения задач. До недавнего времени вся компьютерная техника была лишь вспомогательным устройством для человека. Компьютер проводил различные вычисления, а основная работа лежала всё равно на человеке. Перед человечеством же стояли задачи масштабных строительств, проектов на будущее, испытаний, которых компьютер решить не мог. С появлением мощных графических станций, а так же компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, начинается новая эра в компьютерной промышленности.

Достаточно долгое время немаловажную роль в информационных технологиях и системах играла дискретная алфавитно-цифровая информация. Основной причиной тому была малая мощность вычислительных систем с одной стороны. С другой стороны алфавитно-цифровая информация требовала меньшей памяти для хранения. Кроме того, долгое время при обработке информации использовались файлы небольшого объема. Поэтому обработка файлов, содержащих малые информационные объемы, была на порядки оперативней. В процессе эволюции вычислительных систем появилась возможность обрабатывать файлы большего объема, которые могли содержать изображения, а также объединять алфавитно-цифровую информацию и графические объекты в статистическом и динамическом режимах.

Информатизация общества привела к возрастанию информационной нагрузки и необходимости находить новые научные и технологические решения для обработки и анализа информации. Одним из решений этой проблемы является визуальное моделирование.

Визуальные модели широко используются в существующих технологиях управления проектированием систем, сложность, масштабы и функциональность которых постоянно возрастают. Визуальные модели позволяют наладить плодотворное взаимодействие между заказчиками, пользователями и командой разработчиков. Они обеспечивают ясность представления выбранных архитектурных решений и позволяют понять разрабатываемую систему во всей ее полноте. Сложность разрабатываемых систем продолжает увеличиваться, и поэтому возрастает актуальностьО использования визуальных методов моделирования.

Несмотря на то, что визуальные модели широко используются в разных сферах и особенно в геоинформатике, они используются в основном на уровне технологий.

В настоящее время не выполнено научное обобщение этих методов, не дана классификация подходов, не дано научное обоснование применения визуального моделирования. Это обуславливает актуальность диссертационных исследований.

В диссертации исследованы и обобщены методы визуального моделирования в геоинформатике, а также проведена их классификация. Разработана технологическая модель визуального моделирования в геоинформатике. Разработана математическая модель оптимизации скорости движения железнодорожных транспортных средств, которая служит основой дальнейшего визуального моделирования.

На основе проведенных исследований решена задача оптимизации графиков движения железнодорожного транспорта. Кроме того, эта методика исследована на реальном примере участка «Белогорск - Благовещенск» Забайкальской железной дороги.

Методы, предложенные в данной работе, могут быть использованы в качестве оперативного и эффективного способа анализа большого объема информации.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Мазина, Анастасия Сергеевна

Результаты исследования являются новым развитием методов моделирования в геоинформатике, позволяя шире применять методы визуального моделирования в геоинформатике при решении различных задач; оптимально сочетать разные методы визуального моделирования для комплексного решения сложных задач геоинформатики.

Теоретические методы, предложенные в данной работе, могут быть использованы в геоинформатике для построения технологий визуального моделирования.

На основе разработанных методов создана методика и алгоритм визуальной модели оптимизации графиков движения железнодорожного транспорта. Кроме того, эта методика исследована на реальном примере участка «Белогорск - Благовещенск» Забайкальской железной дороги.

Программный продукт разработан таким образом, что его применение возможно не только для построения оптимизации графиков движения на участке «Белогорск-Благовещенск», но и на любых других участках железнодорожного пути.

Сделаны выводы, предложения и рекомендации по внедрению полученных результатов в филиал ОАО «Российские железные дороги» Забайкальской железной дороги Свободненского отделения.

Доказано теоретически и подтверждено практически, что данный подход применим в качестве оперативного и эффективного способа анализа большого объема информации.

Заключение

В ходе теоретических и практических исследований была решена основная задача диссертации - исследование теоретических принципов и разработка практических методов визуального моделирования в геоинформатике.

Исследование опиралось на основы геоинформатики, теорию оптимизации, а также на научно-методологические принципы геоинформационного и математического моделирования.

В основу практической части диссертации положены методы математического, аналитического и визуального моделирования, и как дополняющие их численные методы и методы оптимизации.

На основе проведенных исследований решен комплекс задач по применению методов аналитического и визуального моделирования для оптимизации движения железнодорожного транспорта.

Проведена классификация, а также исследованы и обобщены методы визуального моделирования; разработана технологическая модель визуального моделирования. Проведены теоретические исследования, на основе которых разработана математическая модель графика движения железнодорожных поездов, а также модель оптимизации графика движения железнодорожных поездов при возникновении внештатной ситуации, послужившая основой визуального моделирования.

Методы, предложенные в данной работе, могут быть использованы в качестве оперативного и эффективного способа анализа большого объема информации.

На основе предложенных методов снижается информационная нагрузка на лицо, принимающее решение; повышается безопасность движения за счет оперативных, оптимальных корректировок внештатных ситуаций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мазина, Анастасия Сергеевна, 2004 год

1. Акоф Р., Сасиени М. Основы исследования операций. М.: Мир, 1971.

2. Андрианов В., Гис на транспорте. ArcReview №1(13), 2000г.

3. Бауер Ф., Гооз Г. Информатика . — М.: Мир, 1976. —486 с.

4. Бахвалов Н. С. Численные методы. — М.: Наука, 1975.

5. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы.— М.: Наука, 1987.

6. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы.— М.: Лаборатория базовых знаний, 2000.

7. Белов И.В., Каплан А.Б. Математические методы в планировании на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1972

8. Березин И. С. Жидков Н. П. Методы вычислений. Т. 2. — М.: Физмат-гиз, 1962.

9. Березин И. С. Жидков Н. П. Методы вычислений. Т. 1. —М.: Наука, 1966.

10. Ю.Берж К. Теория графов и ее применение. М.: Из-во иностр. лит., 1962

11. Берлянт A.M. Геоиконика. М.: МГУ, АЕН РФ, "Астрея", 1996. -208 с.

12. Берлянт A.M., Ушакова Л.А. Картографические анимации М.: Народный мир, 2000

13. Билич Ю.С., Васмут А.С. Проектирование и составление карт. М.: Недра, 1984.

14. Бугаевский Л.М. Математическая картография. М.: Златоуст, 1998.

15. Бугаевский Л.М., Вахромгева Л.А. Картографические проекции. -М.: Недра, 1992.-293 с.

16. Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы: Учебник для вузов. М.: Златоуст, 2000. 224с.

17. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. —М.: Наука, 1978

18. Вагнер Г. Основы исследования операций/ т1, т2, тЗ. М.: Мир, 1973

19. Васильев Ф. П. Численные методы решения экстремальных задач.1. М.: Наука, 1980.

20. Венцель Е.С. Введение в исследование операций. М.: Сов. радио, 1964.

21. Вентцель Е.С. Исследование операций. —М.: Сов. радио, 1972.

22. Венцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы методология.- М.: Наука, 1980.

23. Вилкас Э.И., Майминас Е.З. Решения: теория, информация, моделирование. М.: Радио и связь, 1981. -328 с.

24. Волков Е. А. Численные методы.— М.: Наука, 1982.

25. Гиглавый А.В., Громов А.И., Цветков В.Я. Автоматизированные системы научных исследований / Аналитический обзор.- М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1988. 52 с. ( ДСП ).

26. Гинзбург Г.А., Салманова Т.Д. Пособие по математической картографии. Тр. ЦНИИГАиК, Вып. 160-М.:ЦНИИГАиК, 1964.

27. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики. М.: Наука, 1987. -557 с.

28. Горелик В.А., Ушаков И.А. Исследование операций. — М.: Машиностроение, 1986.

29. Громов Г.Р. Очерки информационной технологии. М.: Наука, 1993, с. 19-20.

30. Джамбруно Марк. Трехмерная графика и анимация.

31. Дробышевич В. И., Дымников В. П., Ривин Г. С. Задачи по вычислительной математике.— М.: Наука, 1980.

32. Жалковский Е.А., Халугин Е.И., Комаров А.И., Серпуховитин Б.И. Цифровая картография и геоинформатика. М.: "Картоцентр-Геодезиздат", 1999

33. Жданов С.А. Экономические модели и методы в управлении. М.: Дело и Сервис, 1998.

34. Журкин И .Г., Цветков В.Я. О месте ГИС среди автоматизированных информационных систем// Геодезия и аэрофотосъемка. 1997- N5 с. 7379. 0.3

35. Завьялов Ю. С., Квасов Б. И., Мирошниченко B.JI. Методы сплайн-функций.—М.: Наука, 1980.37.3айченко Ю.П. Исследование операций. — Киев: Выща школа, 1986.

36. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация.— М.: Мир, 1986.

37. Зрительное опознание и его нейрофизиологические механизмы/ Под ред. В.Д. Глезера. Л.: Наука, 1975

38. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика. М.: МаксПресс, 2001.-349 с.

39. Информатика/под ред. Н.В. Макаровой. М.: Финансы и статистика, 1997.

40. Информатика: Базовый курс/под ред. С.В. Симоновича. СПб.: Питер, 2002

41. Исследование операций. — В 2-х т./Под ред. Дж. Моудера и С. Элмаграби. Пер. с англ. —М.: Мир, 1981.

42. Исследование операций/Под ред. М.А. Войтенко и Н.Ш. Кремера. — М.: Экономическое образование, 1992.

43. Исследование операций в экономике: Учебн. пособие для вузов/ Н.Ш. Кремер, Б.А. Путко, И.М. Тришин, М.Н. Фридман; Под ред. проф. Н.Ш. Кремера. М.: Банки ибиржи, ЮНИТИ, 1997

44. Карасев А.И., Кремер Н.Ш., Савельева Т.И. Математические методы и модели в планировании. — М.: Экономика, 1987.

45. Комаров А.А., Цветков В.Я. Эффективность применения САПР в строительстве/ Межвуз. сб.// Экономика и технический прогресс втранспортном строительстве. -Новосибирск.: НИИЖТ, 1988, с. 43 47.

46. Копченова Н. В., Марон И. А. Вычислительная математика в примерах и задачах. — М.: Наука, 1972.

47. Кофман А. Методы и модели исследования операций/Пер. с франц. — М.: Мир, 1966.

48. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика. М.: Картоцентр -Геодезиздат, 1993. -213 с.

49. Кравков С.В. Глаз и его работа. М.; JL: Биомедгиз, 1936

50. Крылов В. И. Бобков В. В., Монастырный П. И. Вычислительные ме-» тоды. Т.1. —М.: Наука, 1976.

51. Крылов В. И., Бобков В. В., Монастырный П. И. Вычислительные методы. Т.2. — М.: Наука, 1977.

52. Кулагин В.П., Цветков В.Я. Новые информационные технологии и геоинформационные технологии // Информационные технологии, 2002, №2. С.52-55.

53. Кумсков М., Interface Ltd. http://www.nwsta.com/Soft/devel/csO 15-06.php

54. Кэнту М. DELPHI 4 для профессионалов. СПб: Издательство «Питер», 1999

55. Левин Б.А., Матвеев С.И., Цветков В.Я. Концепция создания геоинформационных систем железнодорожного транспорта /Геодезия и геоинформатика в транспортном строительстве. М.: МПС РФ, МГУПС (МИИТ), 2001. С. 3-7.

56. Мазина А.С., Решетнева Т.Г. Применение метода взвешенных невязок к косвенному методу решения прямой геодезической задачи. // Вестник

57. Амурского государственного университета, 2003 №23, с.30-32

58. Макарочкин A.M. Оптимизация развития пропускной способности железнодорожных линий. М.: Транспорт, 1969

59. Максимович Г.Ю., Романенко А.Г., Самойлюк О.Ф. Информационные системы. М.: Рос. эконом, академия, 1999.

60. Максудова Л.Г., Цветков В.Я. Информационное моделирование как фундаментальный метод познания. // Геодезия и аэрофотосъемка, 2001, № I.e. 102-106

61. Матвеев С.И., Коугия В.А., Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии на железнодорожном транспорте. М.: УМП МПС России, 2002 - 288 с. (18 п.л.)

62. Монахов С.В., Савиных В.П., Цветков В.Я. Общая геоинформатика. М.: Макс Пресс 2004 100 с.

63. Николайчук В.Е. Логистика. СПб.: Питер, 2003. - 160 с.

64. Объектно-ориентированные системы. Концепции и их применение. http ://www.math.rsu.ru/ smalltalk/obzornew-2 .ru.html.

65. Орлов. В. Концепция визуального программирования в IBM Visualage Smalltalk. http://www.citforum.urbannet.ru/programming/prg96/95.shtml

66. Особенности современных языков программирования. http://elmech.mpei.ac.ru/homes/Petrichenko/bac6.html71 .Поляков А. А., Цветков В .Я. Прикладная информатика М.: Янус- К, 2002. 392 с.

67. Решетнева Т.Г., Мазина А.С. Цифровая модель как сложная система. // Вестник Амурского государственного университета, 2003 №21, с. 23-25

68. Роберт Дж. Оберг Технология СОМ+. Основы и программирование.:

69. Пер. с англ. : Уч. пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 480 с.

70. Романов Г.М., Туркин Н.В., Колпащиков JI.C. Человек и дисплей. Д.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986

71. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР. М.: Мир, 1989

72. Савиных В.П., Цветков В .Я. Особенности интеграции геоинформационных технологий и технологий обработки данных дистанционного зондирования // Информационные технологии. 1999, №10. с. 36-40.

73. Савиных В.П., Цветков В.Я. Особенности интеграции технологий ГИС и технологий обработки данных дистанционного зондирования Земли // Исследование Земли из космоса .- 2000. №2. С. 83-86.

74. Советов Б.Я„ Яковлев С.А. Моделирование систем. —М.: Высшая школа, 1987.

75. Создание электронных карт. Обзорная информация. М.: ЦНИИГАиК, 1994.-59 с.

76. Стечкин С. Б., Субботин Ю.Н. Сплайны в вычислительной математике.—М.: Наука, 1976.

77. Стрэнг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов.— М.: Мир, 1977.

78. Тикунов B.C. Моделирование в картографии. М.: Изд-во МГУ, 1997.

79. Тихонов А.Н., Костомаров Д.П. Вводные лекции по прикладной математике. М.: Наука, 1984.- 192 с.

80. Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Методы и системы поддержки принятия решений. М.: МАКС Пресс, 2001

81. Фоли Дж., вэн Дэм А. основы интерактивной машинной графики: В 2-х книгах. М.: Мир, 1985

82. Фридман А.Л. Основы объектно-ориентированной разработки программных систем.—М.: Финансы и статистика, 2000. 192 с.

83. Цветков В.Я. Развитие средств автоматизации обработки информации на базе малых ЭВМ // Аналитический обзор.- М.: ГКНГ, ВНТИЦентр, 1987. 86 с.

84. Цветков В.Я. Информатизация: Создание современных информационных технологий. — Ч. 1. Структуры данных и технические средства.- М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1990. 118 с.

85. Цветков В.Я. Моделирование в научных исследованиях и проектировании.- М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1991. 125 с.

86. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. / Учебное пособие. М.: МГУГиК, 1996.

87. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998.

88. Цветков В.Я. Деловая графика и геомаркетинг / Электронное учебное пособие МГУГиК., Гос. регистр баз данных. -1998. - 102 с. Регистрационный номер № 0229804841.

89. Цветков В.Я. Математические методы исследования операций в экономике / Электронное учебное пособие М.: МГТУ (МАМИ)., Гос. регистр баз данных. 1998 - 82 с. Регистрационный номер № 0229804846

90. Цветков В.Я. Основы геоинформатики // Электронный учебник -М: Министерство общего и профессионального образования РФ. Центр информатизации, 1998.

91. Цветков В.Я. Основы компьютерной графики / Электронное учебное пособие М.: МГУГиК. Гос. регистр баз данных. 1998 - 37с. Регистрационный номер № 0229804843

92. Цветков В.Я. Геоинформационные системы как системы пространственно -локализованных данных./.ЭИ. М.: НИИ ИТТ, 1999, -113 с. № гос.рег. 032900095

93. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии М.: МГУГиК, 2000 -69 с.

94. Цветков В.Я. Перспективные средства автоматизации / / Геодезия и картография. 1990. - N 2. - с. 50 - 52 .

95. Цветков В.Я. Геоинформационное моделирование // Информационные технологии, 1999, №3. с. 23- 27.

96. Цветков В.Я. Методы прогнозирования в геоинформационных технологиях // Информатика машиностроение, 1999, № 4. с. 44-47.

97. Цветков В.Я. Основы геоинформационного моделирования // Геодезия и аэрофотосъемка 1999 №4, с.55 59.

98. Цветков В.Я. ГИС глобальная информационная система // Машиностроитель, 2000, № 2 с.27-29.

99. Цветков В.Я. ГИС как система визуальной обработки информации // Геодезия и аэрофотосъемка 2000 №2, с. 143-147.

100. Цветков В.Я. Создание интегрированной информационной основы ГИС // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №4. с. 150-154

101. Цветков В.Я Цифровые карты и цифровые модели// Геодезия и аэрофотосъемка, 2000 №2, с. 147-155.

102. Цветков В.Я., Кужелев П.Д. Геоинформационные системы как новые автоматизированные системы управления // Геодезия и аэрофотосъемка, №1, 2003. С.115-124.

103. Цветков В.Я., Решетнева Т.Г., Булгакова Т.В., Т.Г. Мазина А.С. Основы геоинформационного мониторинга // Вестник Амурского государственного университета/ серия: Естественные и экономические науки. 2003.-21.С.75-78

104. Цветков В.Я., Соколова И.А. Системный подход к разработке информационной основы интегрированной информационной системы

105. Тезисы докладов межд. конфер. и дискуссионый научный клуб "Новые информационные технологии в науке, образовании и бизнесе. Украина, Крым,Ялта-Гурзуф 1997 . с 209 -210.

106. Цветков В.Я, Мазина А.С. Визуальное моделирование в геоинформатике // Геодезия и аэрофотосъемка, 2004 №5, с.128-136

107. Чермен У., Акоф Р., Арноф JL Введение в исследование операций. М.: Наука, 1968. - 486 с.

108. Шенон Р. Имитационное моделирование искусство и наука. -М. Мир, 1978

109. График движения поездов по расписанию на заданном участке в указанномпромежутке времениj

110. График движения поездов на заданном участке в текущий момент времени1. СI Paint