Введение к работе
Актуальность темы. Область применения САПР в настоящее время значительно расширилась и охватывает проблемы, выходящие за рамки автоматизации процессов проектирования технических изделий. Относительно новым направлением является автоматизация проектирования пространственно-распределенных объектов и систем. При проектировании энергетических, промышленных и других объектов возникают задачи проектно-планировочного характера по их оптимальному размещению на заданной территории, оценки влияния этих объектов на социально-экономическую структуру этой территории, на экологию и т. д. С развитием рыночных отношений актуальной становится также автоматизация процесса экономической оценки участков земли, отчуждаемых под сооружаемые объекты, изменения стоимости прилегающих территорий из-за положительного и (или) отрицательного воздействия этих объектов. Автоматизация процесса оценки территории с производственной, социальной и экономической точек зрения имеет важное самостоятельное значение для оперативного принятия управленческих решений по рациональному развитию территорий, по определению ставок земельного налога, арендной платы и т. п. Однако существующие традиционные системы автоматизированного проектирования отстают по своим возможностям для решения таких пространственно-распределенных задач.
Практические потребности решения данных проблем породили новое направление - геоинформационные системы (ГИС). Объединение цифровой картографии и атрибутивных баз данных создает принципиально новые возможности по хранению, обработке и анализу координатно-локализованной информации, что необходимо для решения рассмотренных выше задач. В то же время непосредственное применение технологии ГИС для целей пространственного моделирования наталкивается на значительные трудности при определении свойств территории, обусловленных влиянием принадлежащих ей объектов искусственного и естественного происхождения. Преодоление этих проблем лежит на пути объединения возможностей, заложенных в технологиях ГИС и САПР.
Цель и задачи работы. Целью работы является теоретическое обоснование методов пространственного моделирования, позволяющих наиболее эффективно осуществлять автоматизацию проектио-планировочных работ по размещению энергетических и других промышленных объектов путем комплексной оценки свойств территории; разработка программного обеспечения, реализующего эти методы, и его практическое применение.
Поставленная цель определяет следующие научно-практические проблемы.
-
Проведение анализа существующих САПР и ГИС с точки зрения их возможностей и ограничений для автоматизации принятия проектных и управленческих решений, связанных с планировочными задачами по размещению энергетических и других объектов.
-
Разработка эффективных методов пространственного моделирования и технологии их применения в программных комплексах ГИС-САПР.
-
Создание программного обеспечения, расширяющего функциональные возможности и области применения существующих ГИС и САПР для оценки производственных и социально-экономических свойств территории путем построения координатно-локализованных моделей этих свойств.
-
Практическая апробация разработанных методов и средств в проектных и административно-управленческих организациях и учреждениях.
Методы исспедования. В работе использованы методы экспертных оценок эффективности программных средств, теории множеств и аналитической геометрии, объектно-ориентированного проектирования и программирования, обработки информации и моделирования в системах автоматизированного проектирования и в геоинформационных системах.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
- классификация и оценка геоинформационных систем с пози
ции их аналитических и моделирующих возможностей;
метод пространственного моделирования, объединяющий структурное и позиционное кодирование координатно-локализованной информации посредством функций пространственного влияния;
способы генерации библиотеки моделей пространственного влияния объектов методами объектно-ориентированного проектирования;
топологический анализ, алгоритмы расчета и построения оценочного рельефа объектных свойств территории;
программная реализация метода пространственного моделирования и рекомендации по практическому использованию.
Научная новизна заключается в предложенном методе пространственного моделирования оценки свойств территории, который объединяет структурное и позиционное кодирование коорди-натно-локализованной информации посредством функций пространственного влияния объектов, расположенных на этой территории для проведения проектно-планировочных работ по размещению энергетических, промышленных и других объектов.
Основные научные результаты состоят в следующем.
1. Определены возможности и ограничения существующих
САПР для решения задач, имеющих пространственный xapaicrep, и
осуществлена экспертная оценка геоинформационных систем с по
зиции их аналитических и моделирующих возможностей.
-
Установлена связь между методами пространственного моделирования и способами кодирования координатно-локализован-ной информации. Выявлены достоинства и недостатки методов обработки такой информации, базирующихся на структурном или позиционном способах ее кодирования.
-
Теоретически обоснован метод пространственного моделирования, объединяющий структурное и позиционное кодирование координатно-локализованной информации посредством функции пространственного влияния, и доказано преимущество данного метода перед существующими.
-
Разработана методика генерации библиотеки моделей пространственного влияния объектов путем использования методов объектно-ориентированного проектирования.
5. Решены задачи топологического анализа и разработаны
алгоритмы расчета и построения моделей объектных свойств тер
риторий в виде координатно привязанного оценочного рельефа и
тематических цифровых карт.
Практическая ценность результатов заключается в решении актуальной народнохозяйственной задачи по повышению эффективности и качества проектирования пространственного размещения энергетических и других объектов, а также социально-экономическом анализе свойств территории для принятия проектных и управленческих решений по ее рациональному использованию и развитию. Это достигнуто за счет разработки специализированного программного модуля пространственного моделирования, расширяющего функциональные возможности существующих ГИС и позволяющего интегрировать применение САПР и ГИС в единую технологию.
Практическое применение разработанных методов и программных средста по производительности и эффективности делает конкурентоспособными системы обработки пространственных данных на PC-платформе со значительно более дорогими программно-аппаратными средствами на платформе рабочих станций. Это открывает перспективу широкого использования отечественных информационных технологий в различных по своим финансовым возможностям проектных организациях и коллективах, а также в управ-ленческо-административных структурах всех уровней.
Практическое применение разработанных методов:
- программный модуль совместно с геоинформационной системой WinPlan, разработанной в ИГЭУ, применен для проектно-планировочных работ при оценке территории на уровне области и районов;
выполнено ценовое зонирование территории города для определения ставок земельного налога и арендной платы за землю;
автоматизированы процессы определения техногенных воздействий энергетических и промышленных объектов на прилегающую территорию; работа внедрена в организации "Промэнергоремонт", г. Иваново;
разработки используются в учебном процессе при чтении специализированных курсов, в курсовом и дипломном проектировании в Ивановском государственном энергетическом университете и Костромском государственном технологическом университете.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались; на Республиканской научно-технической конференции "Пути совершенствования технологии и оборудования", г. Кострома, 1994; на Международной конференции по компьютерной геометрии и графике "Кограф-96", г. Нижний Новгород, 1996; на Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы техники и технологии", г. Кострома, 1996; на Третьем Всероссийском форуме "Геоинформационные технологии. Природопользование. Бизнес", г. Москва, 1996; на Всероссийской научно-технической конференции "Бенардосовские чтения", г. Иваново, 1997; на Всероссийской конференции "Муниципальные ГИС", г. Обнинск, 1997; на Международной научно-технической конференции "Нечеткая логика, интеллектуальные системы и технологии", г. Владимир, 1997.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного текста, выводов и заключения, изложенных на 112 страницах машинописного текста, иллюстрирована 52 рисунками, 4 таблицами, содержит список литературы из 98 наименований и приложения по результатам внедрения.
