Методика и технология унификации и обработки данных в прикладных ГИС-ориентированных системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Юон, Егор Михайлович

• Юон, Егор Михайлович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юон, Егор Михайлович

Введение.

Глава 1. Анализ технологических средств и подходов к формированию, представлению и многоцелевому использованию геоданных в прикладных информационных системах.

1.1 Анализ основных подходов к разработке информационных систем, содержащих ГИС-компоненту.

1.2 Анализ международных логических моделей представления геологических данных.

1.3 Анализ основных промышленных ГИС-комплексов, используемых в недропользовании.

Глава 2. Методика унифицированного формирования, обработки и представления геоинформации в ГИС-ориентированных системах.

2.1 Основные функции и задачи ГИС-ориентированных систем, используемых в сфере природопользования.

2.2 Методика унификации описания геологических и недропользовательских данных на базе стандартизированного языка СеоЗиМЬ

2.3 Методика взаимодействия разнородных ГИС-сред, обеспечивающая унификацию технологии представления данных между различными системами

2.4 Методика решения отдельных задач аналитической обработки данных в среде ГИС-ориентированной системы.

Глава 3. Алгоритмическое и программно-технологическое обеспечение унификации и аналитической обработки данных.

3.1 Программно-технологическое обеспечение унифицированного представления геологической информации с использованием модели СеоБаМЬ

3.2 Технология и программное обеспечение взаимодействия разнородных ГИС-сред.

3.3 Алгоритм и программная реализация решения обратной задачи гравиразведки в среде ГИС-ориентированной системы.

Глава 4. Результаты апробации разработанных технологических решений

4.1 Макет Национальной геолого-картографической информационной системы (НГК ИС).

4.2 Картографическая информационно-поисковая система Государственного банка цифровой геологической информации (КИПС ГБЦГИ)

4.3 Создание пространственных комплексных физико-геологических моделей строения земной коры юго-востока Западной Сибири и юга Восточной Сибири по данным геофизических исследований на опорных и региональных профилях.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика и технология унификации и обработки данных в прикладных ГИС-ориентированных системах»

Интенсивное развитие геоинформационных технологий, с момента появления первых систем до настоящего времени, привело к появлению большого количества программных комплексов, различающихся по функционалу, решаемым задачам и, зачастую, идеологически. Одновременно, отсутствие методики использования современных технологических средств ГИС допускает использование пользователями и разработчиками информационных систем всего спектра специализированного программного обеспечения, без ориентации на унификацию создаваемых цифровых информационных ресурсов, отслеживание соответствия задач разрабатываемых прикладных систем составу и сложности используемого ГИС-инструментария, технологии организации взаимодействия пространственных и атрибутивных данных. Вследствие этого интенсивное внедрение геоинформационных технологий в природопользование с начала 1990 годов привело к появлению большого числа геологических информационных ресурсов в составе ГИС-проектов, реализованных в различных инструментальных средах, совершенно не приспособленных для многоцелевого использования и решения комплексных задач более высокого уровня; и наряду с этим, - к созданию многокомпонентных прикладных информационных систем, в которых формирование рабочих мест ГИС осуществляется по остаточному принципу - после независимой разработки базы данных системы, без учета реализации аналитических функций.

Таким образом, актуальной является задача систематизации принципиальных подходов к созданию прикладных ГИС-ориентированных систем в недропользовании и разработки программно-технологических средств для унификации формирования цифровых информационных ресурсов, их комплексной аналитической обработки и использования.

Целью работы является разработка методико-технологических решений и программных средств унифицированного формирования, комплексной обработки и использования информационных ресурсов в прикладных ГИС-ориентированных системах в области недропользования. Можно выделить основные задачи:

1. Анализ методических подходов к формированию, представлению и многоцелевому использованию геоданных в существующих прикладных информационных системах, содержащих ГИС-компоненту, технологических средств их реализации и стандартов представления геологической информации.

2. Разработка методико-технологических решений по стандартизации структур хранения и представления геологических данных, адаптированных к международным стандартам.

3. Разработка технологических средств взаимодействия между различными ГИС-средами.

4. Разработка алгоритмического и программно-технологического обеспечения комплексной интерпретации геофизических данных при решении задач геолого-геофизического моделирования с возможностью встраивания в ГИС-ориентированные системы.

5. Апробация разработок при решении задач геологического картопостроения, формирования и ведения цифровых геологических информационных ресурсов, интерпретации геофизических данных в процессе геолого-геофизического моделирования в ГИС-ориентированных системах.

В настоящей работе защищаются следующие положения:

1. Разработанный методический подход и единая структура представления информации по изучению недр, опирающаяся на международную модель ОеоБЫМЬ, обеспечивает унификацию описания и беспрепятственный обмен данными, используемыми в области геологии и недропользования на различных стадиях работ, возможность их интеграции в единую систему.

2. Разработанные программно-технологические средства обеспечивают взаимодействие различных ГИС-сред на основе конвертации ГИС-проектов, с полноценной передачей стилей, правил визуализации, структуры проекта.

3. Разработанные программно-технологические средства реализуют механизм интеграции прикладных аналитических модулей в ГИС-ориентированные системы и обеспечивают повышение информативности существующих алгоритмов обработки геофизических данных.

Практическая значимость выполненных исследований и разработок заключается в создании методико-технологических решений для унификации формирования цифровых информационных ресурсов, их аналитической обработки и многоцелевого использования на основе ГИС-технологий. Полученные решения обеспечили разработку макета Национальной Геолого-Картографической Информационной Системы с созданием единого геологического полимасштабного покрытия территории Российской Федерации и ее континентального шельфа, с возможностью интеграции цифровых геологических карт в международные проекты на основе международных стандартов. С использованием разработанных технологических средств реализована Картографическая Информационно-поисковая Система Государственного Банка Цифровой Геологической Информации (КИПС ГБЦГИ). Реализованные вычислительные алгоритмы включены в блок обработки и интерпретации геолого-геофизических данных специализированной «ГИС-INTEGRO».

К научной новизне могут быть отнесены следующие результаты:

1. Разработана и применена методика использования концептуальной модели международного формата представления геологических данных GeoSciML для описания структур геологической информации, используемых в России.

2. Разработаны новые программно-технологические решения для реализации взаимодействия различных ГИС-сред на основе конвертации ГИС-проектов с передачей стилей, правил визуализации, структуры проекта.

3. Разработано новое алгоритмическое и программно-технологическое обеспечение модуля решения обратной задачи гравиразведки.

Основные результаты работы докладывались на 15 научных и научно-практических конференциях, в том числе на научно-практической конференции «Основные направления совершенствования организации МПР России по формированию и использованию государственных информационных ресурсов в области геологии и природопользования» (Москва, 2007), конференциях пользователей программных продуктов ESRI и ERDAS в России и странах СНГ (Голицыно, 2006 - 2010), на рабочем семинаре по информационным технологиям при производстве геологоразведочных работ (Москва, 2007), на 33 Международном геологическом конгрессе (Осло, 2008 г.), на VIII, IX международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2008, 2009гг.), на рабочем совещании по проблемам создания карт масштаба 1:200 000 (второго поколения) (С-Петербург, 2009)и др.

Разработки апробированы при создании макета национальной геолого-картографической информационной системы и создании с ее помощью единого полимасштабного геологического покрытия территории Российской Федерации и ее континентального шельфа (ФГУП ВСЕГЕИ), создании Картографической информационно-поисковой системы Государственного Банка Цифровой Геологической Информации (КИПС ГБЦГИ), а также при изучении глубинного строения по региональным профилям с применением «ГИС-INTEGRO».

Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором в 2006-2010гг.

Основные теоретические, методические и технологические результаты получены непосредственно автором. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержит 106 страниц машинописного текста. Список литературы включает 79 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Юон, Егор Михайлович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований получены методико-технологические решения для унифицированного формирования, комплексной обработки и использования информационных ресурсов в прикладных ГИС-ориентированных системах, при этом получены следующие результаты:

1. Проанализированы методические подходы к формированию, представлению и многоцелевому использованию геоданных в существующих прикладных информационных системах, содержащих ГИС-компоненту, технологические средства их реализации и стандарты представления геологической информации.

2. Предложены новые методико-технологические решения по стандартизации структур хранения и представления геологических данных, адаптированных к международным стандартам.

3. Разработаны технологические средства взаимодействия между различными ГИС-средами (АпЖ, ArcView, Мар1пГо, ГИС-ШТЕСЯО, МГС), обеспечивающие полноценную конвертацию ГИС-проектов.

4. Разработано и включено в состав ГИС-ШТЕОЯО алгоритмическое и программно-технологическое обеспечение для решения обратной задачи на основе комплексной интерпретации геолого-геофизических данных.

5. Проведена апробация разработок при решении задач геологического картопостроения, формирования и ведения цифровых геологических информационных ресурсов, геолого-геофизического моделирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Юон, Егор Михайлович, 2011 год

1. Аксенов A.A., Алексин А.Г., и др. Современная методика поисков месторождений нефти и газа. М.: Наука, 1981. 130стр.

2. Балашов В. ГИС-технологии: причины и следствия // ГИС-Обозрение. 2000. №2. с. 8-11.

3. Беленьков А.Ф. Геолого-разведочные работы. Основы технологии, экономики, организации и рационального природопользования. Учебное пособие. Ростов н/Д.: Феникс, 2006. 384стр.

4. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов (пер. с англ. Грушко И.). М.: Мир, 1989. 448 с.

5. Блискавицкий А. А., Боголюбский А. Д., Марков К. Н., Суханов М. Г., Юон Е. М. Веб-доступ к картографической информационно-поисковой системе (КИПС) ГБЦГИ. // Геоинформатика: журнал. М., 2009. № 4. с. 17-28.

6. Блискавицкий A.A., Боголюбский А.Д., Суханов М.Г., Юон Е.М. Новые возможности картографической информационно-поисковой системы (КИПС) ГБЦГИ: интеграция и обеспечение качества данных, веб-доступ // Геоинформатика: журнал. М., 2010. № 2.

7. Блискавицкий А. А., Марков К. Н., Суханов М. Г. Интеграция веб-приложений и реализация поисково-запросных веб-сервисов в Картографической информационно-поисковой системе (КИПС) ГБЦГИ. // Геоинформатика: журнал. М., 2010. № 1. с. 8-21.

8. Блискавицкий A.A., Юон Е.М., Ковтонюк Г.П., Боголюбский А.Д., Мерецкова Т.Ф. Картографическая информационно-поисковая система Государственного банка цифровой геологической информации // Геоинформатика: журнал. М., 2007, №3

9. Блискавицкий A.A., Юон Е.М., Боголюбский А.Д., Мерецкова Т.Ф. Интеграция приложений ESRI ArcMap, MS Access и MS SQL Server вкартографической информационно-поисковой системе ГБЦГИ на основе СОМ технологии // Геоинформатика: журнал. М., 2008, №1

10. Блискавицкий A.A., Юон Е.М., Боголюбский А.Д., Мерецкова Т.Ф. Интеграция и представление информации в картографической информационно-поисковой системе ГБЦГИ // Геоинформатика: журнал. М., 2009, №2

11. Блискавицкий A.A., Юон Е.М. Интеграция территориально-распределенных данных и приложений в информационно-аналитических картографических системах (ИАКС). Труды конференции «Новые идеи в науках о Земле», Москва, МГРИ, 2009.

12. Боганик Г.Н., Гурвич И.И. Сейсморазведка. Тверь, АИС, 2006. 744с.

13. Букринский В.А. Геометрия недр. Учебник для вузов. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002. 549стр.

14. Вассерман И.С., Жаворонкин И.А. Оперативный анализ геолого-геофизических материалов на различных этапах проведения разведочных работ. М.: Недра, 1986. 78стр.

15. Галуев В.И. Технология построения физико-геологических моделей земной коры по региональным профилям // Геоинформатика: журнал. М., 2008, №1

16. ГИС «Карта». URL: http://www.gisinfo.ru/ (дата обращения: 20.01.2011).

17. Гудман Д. JavaScript. Библия пользователя. М.: ИД «Вильяме», 2002. 960стр.

18. ДеевК. В., Эпштейн JI. Д., Спиридонов В. А., Финкельштейн М. Я., Блискавицкий А. В. Инструкция по представлению, выводу и преобразованию цифровых моделей карт в среде ГИС INTEGRO. Методическое пособие. 2001. М., 172 с.

19. ДеМерс М. Географические информационные системы: Основы. М.:Дата+, 1999.

20. Евангулов Б.Б., Арский Ю.М., и др. Организация, планирование и управление геологоразведочными, гидрогеологическими и инженерно-геологическими работами. М.: Недра, 1984. 366стр.

21. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика. М.: МАКС Пресс, 2001. 349 стр.

22. Итенберг С.С., Промысловая геофизика.

23. Кобрунов А.И. Математические основы теории интерпретации геофизических данных. Учебное пособие. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. 288стр.

24. Клаербоут Дж. Ф. Теоретические основы обработки геофизических сигналов с приложением к разведке нефти (пер. с англ. Тимошина Ю.В.). М.: Недра, 1981.301 с.

25. Кренке Д. Теория и практика построения баз данных. СПб.: Питер, 2005. 859стр.

26. Крылов Д.Н., Шилин К.К. Оптимизационные способы интерпретации комплексной геофизической информации. М.: Наука, 1991. 232стр.

27. Кузнецов O.JI., Никитин A.A. Геоинформатика. М.: Недра, 1992. 302стр.

28. Кузнецов О. Л., Никитин А. А., Черемисина Е. Н. Геоинформационные системы. Учебник для вузов. — М.: Государственный научный центр Российской Федерации ВНИИгеосистем, 2005. - 346 с.

29. Любимова А. В., Марков К. Н., Суханов М. Г., Толмачева Е. Р. Многофункциональный геоинформационный сервер: архитектура, возможности, применение. / Изд. 3-е, испр. и доп. М.: ВНИИгеосистем, 2009. 24 с.

30. Любимова A.B., Юон Е.М. Применение среды разработки рабочих мест ГИС при проектировании информационно-аналитических систем. Труды конференции «Новые идеи в науках о Земле», Москва, МГРИ, 2009.

31. Марков К. Н. Структура, функциональные возможности и особенности реализации распределенных геопространственных вычислений в среде разработки MGS-Framework. // Геоинформатика: журнал. М., 2010. № 1. с. 2229.

32. Никитин A.A., Петров A.B. Теоретические основы обработки геофизической информации. Москва, 2008. 112стр.

33. Попов И.В., Чикинев М.А. Эффективное использование ArcObjects. Новосибирск: издательство СО РАН, 2003. 160стр.

34. Приезжев И.И. Построение распределений физических параметров среды по данным гравиразведки, магнитометрии и сейсморазведки. Москва, 2007.

35. Серкеров С.А. Гравиразведка и магниторазведка. М.: РГУ нефти и газа, 2000. 45стр.

36. Серкеров С.А. Теория потенциала в гравиразведке и магниторазведке. Учебник для вузов. М.: Недра, 2000. 350стр.

37. Тархов А.Г., Бондаренко В.М., Никитин A.A. Комплексирование геофизических методов. М.: Недра, 1982. 295стр.

38. Тихонов A.II. Математическая геофизика. М.: ОИФЗ РАН, 1999. 476стр.

39. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979.

40. Томлинсон Р. Думая о ГИС: планирование географических информационных систем. М.: Дата+, 2004

41. Финкелыптейн М. Я., Деев К. В. ГИС-INTEGRO — инструмент для создания прикладных технологий в природопользовании. // Геоинформатика: журнал. М., 1999. №3.

42. Финкелыптейн М. Я., Деев К. В. Развитие инструментальных средств ГИС INTEGRO. // Геоинформатика: журнал. М., 2003 № 2.

43. Цветков В. Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. 288 с.

44. Черемисина Е. Н., Митракова О. В., Финкелыптейн М. Я. ГИС ИНТЕГРО -инструмент постановки и решения природопользовательских задач ГИС-ассоциация, инф.бюллетень, №3 (15), 1998 г.

45. Черемисина E.H., Прогулова Т.Б. Информатика. Учебное пособие. Дубна: Междунар. ун-т природы, о-ва и человека «Дубна», 2006. 175стр.

46. Черемисина Е. Н., Финкелыптейн М. Я., Митракова О. В., Спиридонов В. А., Деев К. В., Попов А. С. Решение задач прогноза полезных ископаемых с применением ГИС INTEGRO. Руководство пользователя. 2001. М., 110 с.

47. Чесалов Л.Е., Блискавицкий A.A., Аракчеев Д.Б. Информационно-аналитическое обеспечение рационального природопользования. М.: Государственный научный центр Российской Федерации — ВНИИгеосистем, 2005. 184стр.

48. Финкелыптейн М. Я., Деев К. В. Развитие инструментальных средств ГИС INTEGRO. // Геоинформатика: журнал. М., 2003 № 2.

49. Шень А. Программирование: теоремы и задачи. М.: МЦНМО, 2004. 296стр.

50. Эпплман Д. Win32 API и Visual Basic. СПб.: Питер, 2001. 1120стр.

51. Юон Е.М. Выявление и векторизация линейных элементов, выделенных по геофизическим данным. // Геоинформатика: журнал. М., 2006 № 1.

52. Aitchison A. Beginning spatial with SQL server 2008. USA, New York, 2009. pp425.

53. Arc/INFO Data Management. USA, California, Redlands: ESRI, 1994.

54. ArcGIS Desktop developers guide. USA, California, Redlands: ESRI, 2004.

55. ArcGIS Engine developers guide. USA, California, Redlands: ESRI, 2004.

56. ArcGIS: The Complete Enterprise System.

57. URL: http://esri.com/software/arcgis/index.html (дата обращения: 20.01.2011).

58. ArcIMS Publish Maps, Data, and Metadata on the Web.

59. URL: http://www.esri.com/software/arcgis/arcims/index.html (дата обращения: 20.01.2011).

60. ArcView GIS. User guide. USA, California, Redlands: ESRI, 1996.

61. Bentley Map Advanced GIS for the World's Infrastructure. URL: http://www.bentley.com/en-US/Products/Bentley+Map/ (дата обращения: 20.01.2011).

62. Chang Kang-Tsung Programming ArcObjects with VBA. CRC Press, USA, 2007.

63. Claerbout J. Fundamentals of geophysical data processing with application to petroleum prospecting. USA, California, 1985. p266.

64. Frigo M., Johnson S. FFTW. USA, Masachusetts, 2008. pp73.

65. GeoSciML Cookbook. How to map data to GeoSciML v2. http://www.geosciml.org/ (дата обращения: 20.01.2011).

66. GeoSciML Cookbook. How to serve GeoSciML version 2 WFS using Open Source Software, http://www.geosciml.org/ (дата обращения: 20.01.2011).

67. GeoServer. URL: http://geoserver.org/ (дата обращения: 20.01.2011).

68. Goerke S., Muller M. Deegree Web Feature Service v2.3. Germany, Bonn, 2009.

69. ISO 19115:2003/Cor. 1:2006. Geographic information. Metadata.

70. ISO/TS 19139:2007. Geographic information Metadata - XML schema implementation.

71. Map Info Professional, (пер. с англ. В. Журавлева и др.). USA, New York, 1999

72. Perencsik A., Woo S., Booth В., & others ArcGIS 9. Building a geodatabase. . -USA, California, Redlands: ESRI, 2005

73. Pfaff Rh., & others ArcGIS 9. ArcMap Руководство пользователя. . - USA, California, Redlands: ESRI, 200474. p.mapper A MapServer PHP/MapScript Framework. URL: http://pmapper.org/ (дата обращения: 20.01.2011).

74. Schlumberger GeoFrame. URL: http://www.slb.com/ (дата обращения: 20.01.2011).

75. Stearns S.D. Digital Signal Processing with examples in Matlab. CRC Press, USA, Florida, 2003. p334.

76. Tomlinson R. Thinking about GIS: Geographic Information System planning for managers, third edition. USA, California, 2007. p256.

77. Understanding map projections. — USA, California, Redlands: ESRI, 2004.

78. Yuon E. Optimization of information resources as a method of increasing effectiveness of depth's geological delivery. 33 международный геологический конгресс, труды конференции. Осло, 2008.