Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ работ по созданию гис и комплексов для тренинга на транспорте 13
1.1 Обзор работ по созданию ГИС железнодорожного транспорта 13
1.2. Выводы 21
1.3. Обзор работ по созданию комплексов для тренинга на транспорте 22
1.4. Выводы 28
1.5. Постановка задачи 29
2. Метод r-операторов (MRO) 31
2.1. Анализ методов моделирования поверхностей 31
2.2. Математическая модель описания связей сложного 40
составного объекта 40
2.3. Функциональная схема описания составной поверхности ГО, заданной посредством логико-алгебраических 46
R-операторов 46
2.4. Методика разработки алгоритма для моделирования в интерактивном режиме поверхностей составных ГО 48
2.5. Реализация групповых логических R-операторов 52
2.6. Направления развития и реализации MRO 58
2.7. Стратегия разбиения сложного составного ГО и минимизации связок 60
2.8. Выводы 64
3. Этапы хранения, обработки, передачи геометрической информации в компьютерных сетях 65
3.1. Хранение ГО и его расширенного описания на устройствах внешней памяти 67
3.1.1 Различия между форматом TIFF и другими форматами 68
3.1.2 Преимущества и недостатки формата TIFF 68
3.1.3 Структура TIFF-файла 69
3.1.4 Описание введенного TAGa формата TIFF 72
3.2. Применение MRO для различных режимов работы с БД 74
3.3. Организация обработки ГО 85
3.4. Технологии связующего программного обеспечения 87
3.4.1. Передача геометрической информации в сетях. Обобщенный алгоритм R-протокола 89
3.4.2. Запросы к графической базе данных 98
3.5. Обеспечение надежности хранимой графической 105
информации 105
3.6. Выводы 106
4. Применение mro в транспортной отрасли для ряда проблем и направлений геометрического моделирования и визуализации .107
4.1. Классификация направлений применения MRO 107
4.2. Применение MRO для задания и отображения геометрической информации в геоинформационных системах 109
4.2.1. Место ГИС среди других автоматизированных 109
систем 109
4.2.2. Принципы построения моделей данных и организация данных в ГИС 113
4.2.3. Концептуальные положения использования ГИС на 116
железнодорожном транспорте 116
4.3. Основные принципы построения систем отображения визуальной обстановки „.. 121
4.3.1. Определение требований к динамическим характеристикам СОВО 122
4.4. Постановка задачи синтеза визуальной обстановки «среды» на транспорте 128
4.5. Решение задачи синтеза визуальной обстановки с 130
помощью ПК 130
4.6. Применение MRO в виртуальной студии 138
4.7. Выводы 141
5. Формирование реалистичных изображений с помощью MRO 142
5.1. Принцип отображения геометрической информации о сложных составных объектах 142
5.2. Алгоритм генерации полутоновых изображений 145
трехмерных сложных составных объектов и ситуаций на основе MRO 145
5.3. Выводы... 150
6. Алгоритмы и разработанный на базе mro компьютерный инструментарий применительно к решению практических задач 151
6.1. Обоснование метода реализации алгоритмов 151
6.2. Реализации предложенной методики с использованием сетевых технологий „ 156
6.3. Применение сетевых технологий при разработке программ управления движением транспортных объектов в трехмерном пространстве 161
6.4. Результаты внедрения MRO в учебный процесс 162
РГОТУПС 162
6.5. Выводы 163
Заключение 164
Список литературы 166
Приложения 183
- Обзор работ по созданию ГИС железнодорожного транспорта
- Функциональная схема описания составной поверхности ГО, заданной посредством логико-алгебраических
- Различия между форматом TIFF и другими форматами
- Применение MRO для задания и отображения геометрической информации в геоинформационных системах
Введение к работе
Стратегия развития железнодорожного транспорта в этом тысячелетии основана на создании и внедрении управляющих информационных систем и технологий. Реализация программы информатизации связана с развитием информационно-управляющих систем и телекоммуникаций на железнодорожном транспорте России, с интенсификацией комплексной автоматизации управления процессами транспорта. Значительный вклад в разработку методов управления и моделей для решения задач автоматизации управления движением поездов железных дорог внесли российские ученые Абрамов В.М., Апатцев В.И., Баранов Л.А., Беляков И.В., Горелик В.Ю., Горелов Г.В., Дмитренко И.Е., Ерофеев Е.В., Жербина А.И., Козлов П.А., Кравцов Ю.А., Кутыркин А.В., Лецкий Э.К., Лисенков В.М., Лисицын А.А., Никифоров Б.Д., Розенберг Е.Н., Савось-кин А.Н., Сапожников В.В., Сидоренко В.Г., Тишкин Е.М., Феофилов А.Н., Хабаров В.И., Шалягин Д.В., Шубинский И.Б. и многие другие/Появился повышенный интерес к интеграции информационных ресурсов, что привело к созданию интегрированных систем (ИС). Особый интерес в транспортной отрасли представляет новый тип ИС - геоинформационные системы (ГИС), которые предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению транспортом. В настоящее время получили широкое распространение для тренинга управления сложными объектами за рубежом и в России различные тренажеры и стенды (ТиС). Они имитируют движения различных объектов и управление ими и нашли применение в авиации, на железнодорожном транспорте и в других отраслях. Современное развитие тренажеров связано с разработкой систем отображения визуальной обстановки (СОВО) на базе ЭВМ (ПК). Решение задачи информационной поддержки принятия управленческих решений связано с пространственно распределенной геометрической информацией, передаваемой через информационные сети транспортной отрасли. Значительные объемы и «ценность» передаваемой информации требуют новых подходов к заданию и автоматизированной обработке геометрической информации. Су- ществующие графические технологии, как правило, направлены на решение частных задач в определенных, довольно специализированных областях, а так как в настоящее время возросла потребность в интеграции информационных ресурсов, т. е. в объединении различных технологий и методов в единый комплекс, то стоят задачи приведения графики к требованиям интеграции. Необходимо разрабатывать новые алгоритмы и новые программные продукты, основанные на новых принципах. Применяемые зарубежные системы в большинстве являются двумерными, охватывают не всю гамму вопросов, необходимых для передачи в сетях графики, не экономичны в обработке, сложны в реализации, модернизация их не возможна, так как алгоритмы формирования геометрических объектов (ГО), их визуализации, передачи геометрической информации в сетях являются «ноу хау» фирм производителей и нигде не опубликованы. В сложившейся ситуации на железнодорожном транспорте и в ряде смежных областей (авиационный транспорт и др.) актуальной является разработка концепции и методологии, позволяющей минимизировать геометрическую информацию при моделировании, обработке и передаче в информационных сетях транспортной отрасли объемных изображений ГО. В основе создаваемых систем на базе разработанной автором концепции лежат следующие принципы: использование единой формализации при описании ГО как для ГИС, так и для моделирования внекабинной обстановки для тренажеров; использование единых методов построения систем отображения визуальной обстановки (СОВО) для тренажеров и для графической подсистемы ГИС (ГП ГИС); реализация единого объектно-ориентированного подхода при создании математического и программного обеспечения СОВО и ГП ГИС; создание единого информационного пространства геометрических средств автоматизации на транспорте.
Решение поставленных перед графическими системами задач на базе этих принципов позволяет повысить качество управления движением транспортных средств, улучшить информационное обеспечение персонала и средств автоматизации, создает новые возможности для подготовки исполнителей движения (машинистов, персонала горочных комплексов и т.д.).
Целью настоящего диссертационного исследования является решение проблемы построения компьютерной технологии для экономичного описания геометрической информации при моделировании, хранении, визуализации, обработке и передаче в информационных сетях транспортной отрасли.
Реализация этой цели требует решения следующих основных задач: разработка и развитие метода, позволяющего минимизировать геометрическую информацию при синтезе ГО, хранении, обработке и передаче в транспортных информационных сетях, а также для сравнительно простой модернизации и корректировки геометрических данных; разработка методических материалов и алгоритмов синтеза моделей пространственных объектов «среды» на транспорте для вывода изображений объектов на графические периферийные устройства (мониторы, графопостроители и т.д.); разработка алгоритмов визуализации составных пространственных ГО, а также алгоритма формирования полутоновых и цветных изображений для транспортных задач; разработка алгоритмов распараллеливания процессов работы с ГО в транспортной информационной сети; разработка протокола прикладного уровня, обеспечивающего интерфейс между приложением, в котором задана геометрическая информация, и протоколами информационной сети транспортной отрасли; разработка и создание программного обеспечения интегрированной информационной подсистемы, реализующей все этапы от синтеза пространст- венных ГО «среды» до передачи по информационным сетям транспортной отрасли.
В соответствии с целью и задачами исследования на защиту выносятся: теория минимизации геометрической информации при моделировании сложных составных ГО на основе структурирования модели для передачи в информационных сетях транспортной отрасли (метод R-операторов - MRO); технологии минимизации геометрической информации при синтезе составных ГО и формировании полутоновых и цветных изображений для транспортных задач; технологии обработки геометрической информации, заданной посредством MRO, для транспортной отрасли; технология, реализующая интерфейс между приложением, в котором геометрическая информация задана посредством MRO, и протоколами транспортной информационной сети (R-протокол); алгоритмы и разработанная на базе MRO интегрированная компьютерная подсистема применительно к решению практических задач, включающая геометрическое моделирование составных ГО, визуализацию, обработку и передачу в информационных сетях транспортной отрасли.
Методы исследований основаны на использовании аппарата теории R-отображений, теории алгебраических систем, методов аналитической и вычислительной геометрий, системного анализа, теории управления, теории информации, теории банков данных и сетевых технологий.
Научная новизна результатов, полученных автором диссертации, состоит в следующем: для геометрического моделирования разработана модель связей элементов поверхностей составного ГО, полученного на основе предложенной стратегии разбиения и минимизации связок, лежащая в основе групповых логико-алгебраических R-операторов, введенных автором; разработана методика моделирования составной поверхности ГО, заданной посредством логико-алгебраических R-операторов, в том числе для корректировки ГО в интерактивном режиме; сформулирован принцип и разработан алгоритм формирования полутоновых и цветных изображений моделей составных ГО для транспортных-задач; разработан алгоритм распараллеливания процессов работы с ГО в транспортной информационной сети; разработан алгоритм протокола прикладного уровня - R-протокола, обеспечивающего интерфейс между приложением, в котором геометрическая информация задана посредством MRO, и протоколами транспортной информационной сети; на основе теоретических исследований разработана интегрированная программная подсистема «MRO».
Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяется: корректностью апробированных методов теории R-отображений, теории алгебраических систем, вычислительной математики и геометрии; обоснованностью принятых допущений; вычислительными экспериментами разработанных алгоритмов и сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований; результатами обсуждения материалов работы на научно-технических и практических конференциях.
Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Разработан метод R-операторов для построения моделей геометрических объектов, их обработки и передачи в транспортных информационных сетях, позволивший преодолеть принципиальные трудности представления и изображения составных ГО визуальной транспортной среды, ведущий к сокраще- нию времени подготовки исходных данных в 1,5 - 2раза, редактирования в 3 -4 раза. Возможно: использовать MRO для задач, возникающих вследствие потребностей в интеграции информационных ресурсов — геоинформационных системах на транспорте; использовать MRO для работ с геометрическими объектами в условиях удаленности рабочих мест в транспортной отрасли для передачи значительных объемов геометрической информации в силу сравнительно меньшей потребности в компьютерных ресурсах, из-за сокращения сетевого трафика; использовать MRO, как имеющий менее трудоемкие алгоритмы обработки, для построчного формирования сцен на тренажерах и стендах для транспортной отрасли, обеспечивая требуемое запаздывание в замкнутой системе управления.
Разработана методика построения алгоритмов на основе MRO, что позволяет проводить дальнейшее совершенствование процесса визуализации трехмерных объектов, унифицировать разработку программного обеспечения, тем самым сокращая трудоемкость и сроки создания систем динамической визуализации на транспорте.
Разработан для решения сетевых задач R-протокол, выделяющий графическую часть, заданную посредством MRO, и позволяющий разработчикам изменять свойства одного уровня не затрагивая свойств остальных.
Реализация результатов работы. Результаты исследований положены в основу интегрированной подсистемы «MRO», разработанной на кафедре «Вычислительная техника» РГОТУПС под руководством и при личном участии автора и ее аспиранта Смирнова С.Н. Разработка алгоритмов и программ проводилась автором по договору № 38С (ЛПУ ЛА Научного Совета по Кибернетике АН) [60], затем совместно с аспирантом в 2002-2004гг в РГОТУПС по фундаментальным и поисковым НИР по программе ВУЗов № 508-03-К, результаты темы приняты к использованию Департаментом технической политики МПС России [58,59].
Разработанный автором метод, алгоритмы, комплексы программ нашли применение в авиационно-космической отрасли по спецтемам в НПО «Молния» и ММЗ им А.И. Микояна (1987 г); в средствах автоматизации, разрабатываемых АО «Магистраль» для Московской железной дороги (2005 г); - при проектировании систем мобильной связи в ИВП «Транс» (2005). Комплекс программ используется в ООО «ДВС Констракшн» для визуа лизации бизнес-процессов в компьютерной сети (2004 г).
На основе выполненных автором исследований и разработок диссертации и на базе современных представлений о концепциях развития составных частей информационных технологий, в частности компьютерной геометрии и графики (КГГ), баз и банков данных и компьютерных сетей, подготовлен курс лекций для студентов специальностей «Информационные системы» и «ЭВМ» на тему: «Основы современных информационных технологий в практике работы современного специалиста», а также издано «Руководство к лабораторным работам по КГГ» [71] и внедрено в учебный процесс на кафедре «Вычислительная техника» РГОТУПС.
Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения, методики и результаты диссертации докладывались, обсуждались и одобрены на следующих конференциях и семинарах:
Международной конференции «Информационные технологии в проектировании, Восток-Запад (Москва, 1996);
Международной конференции по компьютерной графике и визуализации «ГРАФИКОН-2002» (Нижний Новгород, 2002);
Второй межвузовской научно-методической конференции (Москва, РГОТУПС, 1997);
Международной конференции «Высшее профессиональное заочное образование на железнодорожном транспорте: настоящее и будущее (Москва, РГОТУПС, 2001);
Второй Всесоюзной конференции «Автоматизированные системы обработки изображений» (Львов, АН СССР, 1986);
Научно-техническом семинаре ЛПУ ЛА Научного Совета по комплексной проблеме «Кибернетика» АН СССР (Москва, 1984);
Научно-техническом семинаре МНПО «Темп» (Москва, 1985);
Научно-техническом семинаре АО АНТК имени А.Н. Туполева (Москва, 1996);
Научно-техническом семинаре кафедры «Начертательная геометрия и графика» РГОТУПС (Москва, 2004);
Научно-техническом семинаре кафедры «Вычислительная техника» РГОТУПС (Москва, 2004);
Научно-техническом семинаре кафедры «Начертательная геометрия и компьютерная графика» Нижегородского Архитектурно-строительного Университета (Н.-Новгород, 2004, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 32 работы, из них - 6 в ведущих изданиях из перечня, определенного ВАК России для опубликования основных научных результатов докторских диссертаций и монография объемом 6 п. л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6 глав, заключения, списка литературы и приложений, общим объемом 185 страниц, 53 рисунков, 6 таблиц. Список используемых литературных источников содержит 169 наименований.
Обзор работ по созданию ГИС железнодорожного транспорта
Геоинформационные системы (ГИС) и технологии, основанные на высокоточном определении положения объектов с помощью приемников спутниковых навигационных систем, широко используются в системах управления проектирования и управления железнодорожным транспортом.
Принятая постановлением Коллегии МПС № 5 от 28.02.1996 г с целью совершенствования работы железнодорожного транспорта в новых условиях «Программа информатизации железнодорожного транспорта» [108], предусматривает широкое применение геоинформационных систем и технологий в автоматизированных системах управления железнодорожным транспортом. ГИС должны информационно-аналитически обеспечивать все комплексы информационных технологий ( КИТ 1, 2, 3, 4 ).
ГИС являются многофункциональными автоматизированными системами, способными интегрировать в себя существующие автоматизированные системы инвентаризации, проектирования, и управления. Их основу составляют цифровые и электронные карты, планы, цифровые модели местности и сооружений. Эту информацию получают путем обработки существующих графических материалов, результатов геодезических и спутниковых измерений, аэроснимков и данных дистанционного зондирования. Сейчас собранная графическая и цифровая информация хранится в памяти ПК в виде многослойной структуры. Слои имеют точную координатную привязку. Метрическая информация дополняется базами данных любой природы и интегрируется с автоматизированными системами инвентаризации, проектирования и управления.
Анализ и исследования возможностей применения геоинформационных систем и технологий на железнодорожном транспорте ведутся в научных институтах и в Государственных университетах путей сообщения. В настоящее время на рынке ГИС-технологий имеется большое разнообразие товаров программного и технического обеспечения зарубежного и отечественного изготовления. Подобное явление наблюдается и при разработке ГИС железнодорожного транспорта, но необходимо обязательно соблюдать принцип модульности и максимальной открытости систем.
С 1995 года в МИИТе проводили исследования кафедры «Геодезия и геоинформатика» и «Железнодорожные станции и узлы». Были сформулированы предложения по разработке отраслевой ГИС железнодорожного транспорта [88]. Излагается концепция развития реперных систем на железных дорогах России, геодезических сетей специального назначения, являющихся основой железнодорожной линии. В МИИТе проводились исследования по применению спутниковых приемников на железной дороге.
Основная цель ГИС железнодорожного транспорта - это совершенствование управления железнодорожным транспортом за счет интеграции и анализа существующих информационных потоков различных служб железных дорог. И эта цель в определенной степении решена железными дорогами Дании, Германии, Швейцарии за счет использования мощных ГИС-оболочек фирм INTERGRAF и ESRY. По данным публикаций [94], в Нидерландах проводятся работы по расширению железнодорожной сети для включения ее в европейскую скоростную сеть для чего используется ГИС при планировании и при реализации.
British Rail создает систему управления имуществом, содержащую данные более чем 32000 км дорог, включая станции, средства сигнализации, при-трассовые строения, мосты и пути. ГИС используется как средство отображения их на карте.
В железнодорожной отрасли США [126] деятельность по реализации комплексной стратегии повышения безопасности, призванной обеспечить нормальное функционирование железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава, а также сохранность перевозимых грузов, сосредоточена в оперативном Информационно-аналитическом центре наземного транспорта, который располагается в Вашингтоне. Технологическое ядро центра составляют: геоинформационная система инфраструктурного комплекса железных дорог США (база данных, содержащая информацию обо всех объектах железнодорожной инфраструктуры США, а также зданиях, сооружениях и автодорогах на прилегающих к железным дорогам территориях с привязкой к географическим координатам), база данных материальных активов железных дорог и информационная система для чрезвычайных ситуаций на железных дорогах.
Национальное общество железных дорог Франции использует ГИС в LLE de France (Парижский регион) для планирования и исследования воздействий на окружающую среду при реконструкции станций, создании новых, при прокладке новых путей. В Китае [ 14] разработана геоинформационная система железных дорог, которая служит для мониторинга подвижного состава.
В ГВЦ МПС проводились работы по созданию ГИС, где была создана прототипная система [103,104], в основе которой -созданная на принципах геоинформационных технологий схема сети железных дорог в условных координатах (электронная карта). Любой из отображаемых на карте объектов связан с базами данных (локальными и удаленными). В этой системе осуществляется построение кратчайшего маршрута. Система разработана на языке программирования Borland C++ Builder. Функции ГИС реализованы с помощью пакета MAP Objects LT фирмы Environmental Systems Research Institute (ESRI). В этой системе также используются двумерные модели. Система нашла применение в нескольких департаментах и диспетчерском центре МПС. Она реализована по двузвенной архитектуре (Рис. 2).
Функциональная схема описания составной поверхности ГО, заданной посредством логико-алгебраических
Одним из главных требований к любой современной системе является ее многомодульность, способность независимо добавлять и убирать ее отдельные модули. Графическая среда должна быть интерактивной. В этой связи этим требованиям отвечает реальная возможность предлагаемого метода в интерактивном режиме изменять форму ГО не затрагивая других модулей. необходимо произвести анализ логических связей между присоеди няемой поверхностью и имеющимися составными частями ГО.
Если ГО стал состоять из (п+1) частей, то необходимо пункты, задающие условия, определяющие логические связи, повторить (п+1) раз. 3. Запишем (п+1)-ый групповой логико-алгебраический R-оператор: " (я+1) = (( /7+іа(л+1),і"і)а(/)+1),2 2)---а(л+1)(/и-1) (л+1)) (2.1U) 4. Если далее необходимы изменения составного объекта, то пункты, задающие условия, определяющие логические связи, нужно повторить, при этом индекс станет (n+m), где m - число вносимых изменений.
Если необходимо иметь уравнение поверхности всего составного ГО, то после того, как записан последний R-оператор внесенных изменений, нужно т-раз логически сложить т-введенных R-операторов с логической суммой из п имеющихся R-операторов: RF{n+m)= RD (...RD (RFn,RFn+,)),...RFn+m)), (2.11) где RD - R-дизъюнкция.
Математическая модель составной поверхности служит входной системой данных алгоритмов и программ, формирующих изображения сложных СО.
Простейшие формы R-функций, ценные для реализации на ЭВМ R-функции обладают рядом свойств, сходных со свойствами сопровождающих их функций алгебры логики [112]. Необходимо отметить, что представленные ниже R-функции, получающиеся в результате образования суперпозиций достаточно полных систем (2.12-2.15) кроме свойств логического характера, обладают рядом дифференциальных свойств, имеющих важное значение для построения уравнений сложных ГО. F F F F,- 2- - 2 (2.13) F, U F2 = F,+F2 + (\F}\P + ЩРУ (2.14) F F F.+F,- ( j +F2 ) (2.15)
В результате анализа свойств функции (1.12-1,13) применим на практике, так как эти R-функции имеют разрывы производных только в точках (0.0), Функции (2.14-2,15) лишены некоторых свойств дифференциального характера. F,UF2 = (F12+F22)(F1+F2+ 2 + F22) (2.16) F, П F2 = (F,2 +F2 2)(F,+F2- 2+F22) (2.17)
Недостатком системы (2,16-2,17) является не дифференцируемость входящих в нее R-операций вдоль прямых х,= х2 или x -Xj . В задачах, где дифференциальные свойства R - функций не являются обязательными, т.е. не требуется обеспечивать гладкость на стыке кусков поверхностей, можно применять R - конъюнкцию и R - дизъюнкцию следующего вида: F1UF2 = max(F],F2) = I(F1+F2 +\FX-F2\j (2.18) FInF2 = min(F„F2) = I(F1+F? -\F{-F2\) (2.19) Рис, 9. иллюстрирует зависимость точности формирования изображений от вида R - функций, которая получена экспериментальным путем.
Для реализации введенных R-операторов в алгоритмах описания СО введем процедуру SPR, присваивающую соответствующие значения элементам логической структуры, соответствующим каждому групповому R-оператору. Определение 8
Процедуры, реализующие упомянутые логические связи, будем называть групповыми логическими операторами (ГЛО). При программной реализации ГЛО оформляются как унифицированные процедуры, правила подстановки которых представим в виде Бэкуса-Науэра(БНФ)[8,9]: Р::= имя оператора 1 знак скобки 1 параметры оператора 1 знак скобки ; P::=SPR(IR,N,M/aml аи2 ...ати ); napaMeTpbionepaTopa ::=IRJN{M[affllJ ат2 J...J атп и обозначают: N::= число фрагментов составного ГО , М::= номер фрагмента , am/(I=l,...N)::= условия определяющие локальный оператор .
ГЛО, представленные в данной работе, можно реализовать на любых языках программирования: высокого уровня и более низкого. Языки Си и Object Pascal используются для представления ГЛО потому, что это широко известные языки программирования.
Различия между форматом TIFF и другими форматами
Основной вопрос, возникающий при хранении рассматриваемого класса ГО, состоит в том, что следует хранить довольно сложные структуры данных, не имеющие строго фиксированного формата. Кроме описаний отдельных кусков составного ГО и матрицы связей необходимо хранить их описания (R-Descriptor).
Также весьма желательно обеспечить некоторую совместимость с существующим ПО, поскольку составляющие элементы изображения описаны стандартными способами, и имеет смысл сделать их доступными для других программ, что обеспечит такое важное свойство, как открытость формата.
Способ представления информации о ГО при помощи R-Descriptor в какой то мере напоминает TAGoByio архитектуру формата TIFF.
TIFF - это новый формат для файлов, удобный своей открытостью. Любые новые характеристики изображений могут быть включены в TIFF-файл (то есть в файл изображений в стандарт TIFF) без изменения программ, работающих с форматом TIFF. Кроме того, в отличии от других форматов, TIFF поддерживает одновременно как несжатые изображения, так и сжатые большим количеством разных способов. TIFF давно уже стал мировым стандартом.
Формат TIFF основан на ТАОовой архитектуре (Tagged architecture). Это такая организация данных, при которой с каждым словом памяти связан аппа-ратно или программно реализуемый TAG, указывающий тип хранимой информации и определяющий множество применимых операций и способ их выполнения. TAG - часть элемента данных, определяющая их тип (поле записи, один или несколько разрядов слова).
Традиционные форматы файлов изображений используют фиксированную организацию, то есть каждый параметр картинки имеет точный адрес относительно начала файла. В случае ненужности какого-либо параметра место для него все равно резервируется, но не используется. Практически каждая программа, работающая с изображениями, выполняет свою собственную, не похожую на другие, задачу. Соответственно, она требует своих новых параметров. В результате количество полей описания изображения неуклонно растет. При этом каждая программа использует крохотное подмножество из неудержимо растущего множества полей описания. Таким образом, мы приходим к необходимости введения свободного набора полей (набора глав). Это нововведение и есть главная отличительная черта стандарта TIFF.
При использовании стандарта TIFF в файл входят только те параметры, которые необходимы пользователю. При этом файл получается меньше по объему, и ускоряет поиск нужного параметра. Структура TIFF аналогична структуре базы данных. На Рис. 15.- Рис. 17. приведена примерная структура TIFF-файла. Каждый tag TIFF-файла представляет собой заголовок информации, описанной где-то в файле.
Преимущества: практически неограниченное количество параметров изображения; возможность использования различных цветов, палитр, оттенков серого, приемов сжатия и прочих разнообразных возможностей; экономия памяти на диске - дисковое пространство занимают только поля, содержащие информацию; широкое распространение формата TIFF как мирового стандарта.
Недостатки формата TIFF: некоторая сложность в понимании и восприятии формата (в сравнении с фиксированным); нет ни одного стандартного TIFF-файла. Различные версии имеют некоторые отличия и поддерживают разные наборы полей.
Структура TIFF-файла похожа на структуру файлов базы данных и структуру организации файлов MS-DOS. В различных версиях TIFF существует некоторый стандартный набор полей, а дополнительные поля можно использовать для специальных целей.
Применение MRO для задания и отображения геометрической информации в геоинформационных системах
В настоящее время, когда поток геометрической информации значительно возрос, а информация стала экономической категорией, разработка новых подходов к заданию и автоматизированной обработке геометрической информации весьма актуальна. В России, вступившей в период становления информатизации общества, ГИС приобрели статус стратегического резерва в экономике. Географическая информационная система (ГИС) - это автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация. В ГИС осуществляется комплексная обработка информации - от ее сбора до хранения, обновления и представления, в связи с этим ГИС нужно рассматривать с нескольких позиций:
как системы управления ГИС предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению транспортом, землями, ресурсами, использованию океанов или других пространственных объектов. В отличие от АСУ в ГИС появляется множество новых технологий пространственного анализа данных, поэтому ГИС служат мощным средством преобразования и синтеза разнообразных данных для задач управления;
как автоматизированные информационные системы (АИС) ГИС объединяют ряд технологий или технологических процессов известных информационных систем типа автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных справочно-информационных систем (АСИС) и др. Основу интеграции технологий ГИС составляют технологии САПР, а поскольку технологии САПР достаточно апробированы, то это обеспечило качественно более высокий уровень развития ГИС; как системы использующие базы данных, ГИС объединяют в себе базы данных обычной (цифровой) информации, так и графические базы данных; как геосистемы ГИС включают технологии географических информационных систем (ГИС), систем картографической информации (СКИ) и др.; также ГИС можно рассматривать как системы моделирования, системы представления информации, системы получения проектных решений, прикладные системы, системы массового пользования, интегрированные системы, структура которых представлена на Рис. 35:
Как уже отмечено, технологии САПР служат основой интеграции всех прочих технологий в ГИС. Основное назначение САПР - получение оптимальных проектных решений — отвечает требованиям ГИС на уровне моделирования, хранения и проектирования на основе собранной, унифицированной информации. Проектирование в САПР осуществляется путем декомпозиции проектной задачи с последующим синтезом общего проектного решения. В процессе синтеза проекта используются информационные ресурсы базы данных в условиях диалогового взаимодействия проектировщиков с комплексом средств автоматизации проектирования. Технологии в САПР базируются на следующих принципах: использование комплексного моделирования; интерактивное взаимодействие с цифровой моделью; принятие проектных решений на основе математических моделей и проектных процедур, реализуемых средствами ЭВМ; обеспечение единства модели проекта на всех этапах и стадиях проектирования; использование единой информационной базы для автоматизированных процедур синтеза и анализа проекта, а также для управления процессом проектирования; проведение многовариантного проектирования и комплексной оценки проекта с применением методов оптимизации;
