Введение к работе
Актуальность темы.' В настоящее время в областях автоматизации проектирования и управления наблюдается тенденция к интеграции различных технологий в целях достижения наибольшей эффективности решения практических задач. Это накладывает определенный отпечаток на методы создания и использования прикладных САПР. В частности, при решении задач проектирования энергетических, коммунальных, производственных и других объектов целесообразно на этапе принятия решений по размещению этих объектов на заданной территории использовать географические информационные системы (ГИС), позволяющие выполнять комплексный анализ территории на основе пространственных моделей данных.
На предприятиях и в учреждениях, так или иначе связанных с проектированием и управлением территориями, накоплен значительный объем информации об этих территориях. Для того чтобы эта информация могла быть использована для принятия обоснованных проектных и управленческих решений средствами ГИС, необходима методика, которая позволила бы объединить все накопленные разнородные данные в единой'информационной модели на основе сопоставления их положения в пространстве. Информация в базах данных, как правило, не содержит координатной привязки. Однако очень многие базы данных имеют в атрибутивном составе информацию, имеющую смысл обобщенного адреса. Эти данные могут быть использованы для проведения процесса геокодирования, при котором определяется пространственное расположение объектов на территории.
Цель работы и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке специализированных методов и программных средств, позволяющих повышать качество управленческих и проектных решений на основе пространственного анализа и моделирования распределения энергоисточников, энергопотребителей и других объектов инфраструктуры территорий с учетом информации об отдельных жителях, зданиях, земельных участках, промышленных предприятиях, инженерных коммуникациях.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие теоретические и практические задачи.
-
Анализ существующих подходов и проблем в области моделирования территориальных систем, а также анализ источников данных о территориях.
-
Формализация аппарата пространственной привязки объектов на основе адресной информации.
-
Разработка моделей представления данных для адресного геокодирования и реализация средств для создания и ведения баз данных, пригодных для геокодирования.
-
Разработка методов и программных средств геокодирования баз данных с использованием цифровых топографических карт и планов населенных пунктов.
5. Создание программных средств анализа территориальных систем на основе моделей, полученных в результате геокодирования баз данных.
Основные методы исследования. В работе использованы методы теории множеств, теории графов, аналитической геометрии, реляционной алгебры, объектно-ориентированного программирования, геоинформационного картографирования, обработки информации и моделирования в системах автоматизированного проектирования.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
классификация способов некоординатной пространственной привязки
объектов путем ссылок на другие объекты;
-. метод построения пространственных моделей на основе обобщенной технологии адресного геокодирования;
алгоритм адресного геокодирования;
программная реализация метода построения пространственных моделей на основе обобщенной технологии адресного геокодирования.
Научная новизна работы заключается в предложенном методе построения пространственных моделей, который позволяет использовать различные способы некоординатного описания местоположения объектов в существующих базах данных для позиционирования данных объектов на картах и планах территорий с последующим применением к ним методов картографического анализа в среде геоинформационных систем.
Основные научные результаты состоят в следующем:
-
Выполнена классификация способов описания пространственного положения объектов без использования координатных систем. Определено, что в основе всех способов лежит принцип ссылки на поименованный объект или его часть, которые в свою очередь однозначно представлены на карте или плане территории.
-
Сформулировано понятие обобщенного адреса для построения пространственно-адресной системы территории и реализации механизма геокодирования. Обобщенный адрес объекта с необходимостью должен содержать набор элементов, однозначно определяющих пространственное расположение этого объекта.
-
Теоретически обоснован метод построения пространственных моделей на основе обобщенной технологии адресного геокодирования. Доказана применимость данного метода для решения широкого круга задач в области проектирования пространственно распределенных систем.
-
Разработаны алгоритмы и модели данных для реализации предложенных методов.
Практическая ценность результатов заключается в решении актуальной народно-хозяйственной задачи по повышению качества принимаемых проектных и управленческих решений, связанных с развитием и эксплуатацией энергетических и транспортных систем городов и регионов, рациональным использованием различных видов ресурсов. Это достигнуто за счет разработки ряда программных модулей, расширяющих функциональные возможности геоинформационных систем и позволяющих использо-
вать методы геоинформационного анализа применительно к задачам автоматизированного проектирования. Практическая ценность результатов подтверждается рядом их внедрений в работу предприятий и органов местного и регионального управления.
Практическая реализация результатов работы. В основу диссертационной работы положены теоретические и практические результаты, полученные автором в процессе выполнения ряда научно-исследовательских работ в управлении геоинформационных технологий Ивановского государственного энергетического университета, проводившихся в период с 1995 по 1999 год и связанных с разработкой и внедрением инструментальной ГИС WinPlan и прикладных программных систем на ее основе.
В рамках этих работ непосредственно автором диссертации разработаны:
базовый механизм ГИС WinPlan по работе с атрибутивной информацией и удаленными базами данных, использующийся во всех внедряемых прикладных программных системах;
модуль ведения адресной схемы в среде ГИС WinPlan и методики его использования, позволившие создать адресную схему г. Иванова, которая внедрена в администрации г. Иванова, Управлении противопожарной охраны, Ивановском землеустроительном предприятии,
модуль адресного геокодирования в среде ГИС WinPlan;
автоматизированные рабочие места по регистрации актов гражданского состояния для отдела ЗАГС г. Иванова, позволяющие создавать базы данных по населению с учетом адресной схемы г. Иванова.
Разработанные с участием автора программные средства внедрены в Региональной энергетической комиссии, Администрации Ивановской области, Администрации г. Иванова, Управлении противопожарной охраны Ивановского областного УВД, Ивановском землеустроительном предприятии, Ивановском областном управлении ГИБДД, отделе ЗАГС г. Иванова, Ивановском областном управлении автомобильных дорог общего пользования, в учебном процессе ИГЭУ.
Апробаиия работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Международной конференции по компьютерной геометрии и графике, г. Нижний Новгород, 1996; на Международной научно-технической конференции «VIII Бенардосовские чтения», Иваново, 4-6 июня 1997; на конференции «Организация, технология и опыт ведения кадастровых работ» ГИС-Ассоциация, Москва, 24-28 ноября 1997; на Международной конференции «Информационная среда вузов», Ивановская государственная архитектурно-строительная академия, Иваново, 1998; на Международной научно-технической конференции «IX Бенардосовские чтения», Иваново, 8-10 июня 1999.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного текста, выводов и заключения, изложенных на 123 страницах машинописного текста, иллюстри-
рована 35 рисунками, 4 таблицами, содержит список литературы из 110 наименований и приложения.
