Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. ОБЗОР ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ И МОДЕЛИРУЮЩИХ СИСТЕМ. 11
-
Геоинформационные системы. 11
-
Прикладные ГИС-лроекты. 13
-
Информационно-поисковая ГИС. 15
-
Информационно-аналитическая ГИС. 18
-
Системная динамика. 22
-
Концептуальные модели. 27 1.4.1. Концептуальное моделирование информационных систем. 28
-
Выводы по главе 1. 34
Глава 2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПРИРОДНО-
ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ. 35
2.1. Структура КМПО. 35
-
Конструирование схемы КМПО. 37
-
Модель атрибутов. 39
2.2. Преобразование данных КМПО геоинформационной системой. 41
-
Графические ресурсы объектов. 44
-
Модификации объектов. 46
2.3. Описание процессов преобразования. 47
-
Процессы, возвращающие графические ресурсы. 47
-
Процессы, возвращающие модифицированные объекты. 50
-
Представление результатов моделирования. 52
-
Выводы по главе 2. 55
Глава 3. ИНТЕРФЕЙСЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
КОНЦЕПТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. 56
3.1. Организация данных и возможности программирования ГИС. 56
-
Особенности структур пространственных данных. 56
-
Язык программирования SML. 58
-
Язык программирования Avenue. 59
-
Сопоставление возможностей языков SML и Avenue. 61
3.2. Организация взаимодействия КМПО и ГИС. 65
3.2.1. Стадия конструирования КМПО. 66
3.2.3. Географическая привязка объектов КМПО при использовании
опции "area". 72
3.3. Формирование множества ресурсов КМПО. 75
-
Типы графических характеристик ГИС-объектов. 75
-
Разрешенные графические ресурсы. 81
3.4. Систематизация стандартных функций макроязыков ГИС. 86
-
Запросы первого и второго порядков. 88
-
Запросы третьего порядка. 91
-
ГИС-операции над объектами. 931
-
Поддержка взаимной согласованности иерархии объектов КМПО при отображении на карте. 95
-
Обмен данными на стадии представления, результатов. 99
-
Выводы по главе 3. 103
Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
МОДЕЛИРОВАНИЯ 105
-
Система моделирования региональной энергетики. 105
-
Классификация задач СДУ. 108
4.3. Описание интерфейса ГИС-приложения, выполненного в среде
ARC/INFO. П*
4.4. Выводы по главе 4. 11ft
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 121
Введение к работе
Актуальность работы.
Любой природно-технический комплекс (ПТК) можно рассматривать как часть административно-хозяйственного или природно-ресурсного образования, имеющего конкретную территориальную привязку. Традиционно для решения задач, связанных с обработкой рельефа местности, представления результатов расчетов, зависящих от координат, создавались специальные средства сканирования и графические библиотеки. Появление доступных геоинформационных систем (ГИС) сделало возможным переход на более современный уровень научно-технического обеспечения подобных задач.
Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают традиционные методы обработки даяных, а с другой обладают спецификой в организации, обработке и отображении пространственно-временных данных. На практике, это определяет использование ГИС в качестве многоцелевых, многоаспектных систем.
Вместе с тем, правильнее говорить не о ГИС в "чистом" виде, а о ГИС-технологиях, интегрирующих работу СУБД, мощного аналитико-моделирующего аппарата обработки данных и собственных возможностей проведения пространственного анализа для получения новой информации. ГИС применяется как интегрирующая платформа, которая создает единое информационное поле всех необходимых данных, используемых в комплексных системах управления.
Разработке решений с использованием ГИС уделяется особое внимание, поскольку такие решения находят применение практически во всех областях человеческой деятельности, будь то анализ таких глобальных проблем, как природные катастрофы, загрязнение территорий, анализ метеорологических данных, или же решение задач по определению точного местоположения, прокладке маршрутов, а также вопросов, связанных с планированием размещения различных объектов.
Актуальность данной работы связана с растущими требованиями по экологическому и экономическому обоснованию производственных и управленческих решений, влияющих на различные аспекты функционирования ПТК. Важной особенностью систем поддержки принятия решений является высокая наукоемкость научно-технического обеспечения таких решений и большой объем необходимой исходной информации.
Одним из существенных аспектов эффективного моделирования пространственных систем является использование картографической информации, как полноправного участника всех этапов моделирования от конструирования модели до представления результатов.
Интеграция ГИС в большую моделирующую систему позволяет использовать картографическую информацию при принятии решений, то есть повысить информационную обеспеченность решений, облегчить и ускорить процесс их принятия. В обеспечение такой возможности в настоящей работе предлагается ГИС-поддержка технологии концептуального моделирования ПТК.
В ходе исследований выявлены следующие недостатки существующих ГИС-проектов в контексте поставленной задачи: специализация для решения конкретных задач; невозможность сопряжения ГИС с открытой моделью предметной области; отсутствие развитых интерфейсов для автоматического ввода/вывода графических атрибутов компонентов исследуемого объекта с целью выполнения пространственно-зависимых расчетов и представления результатов моделирования на карте; существенная зависимость алгоритмов обработки графической информации от языка выбранной ГИС.
Изложенное обосновывает формулировку цели выполненных автором разработок.
Целью работы является создание модели, языка, способов и алгоритмов интеграции геоинформационной системы в среду концептуального моделирования природно-технических комплексов для поддержки всех этапов моделирования, обеспечения визуализации исходных данных и результатов расчетов, а также реализации запросов в ходе совместной расчетно-логической обработки графических характеристик компонентов объекта с учетом пространственных зависимостей.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
I. Разработка языка внутреннего и пользовательского интерфейса для обеспечения совместной обработки географической информации с другими данными в системе концептуального моделирования.
Разработка метода поддержки взаимного соответствия концептуальной модели и графического представления объекта в ходе создания и сопровождения концептуальной модели.
Разработка модели и средств настройки интерфейсов на конкретные макроязыки ГИС с целью ограничения зависимости от программно-аппаратного обеспечения.
Создание алгоритмов и инструментальных средств, реализующих предлагаемую технологию встраивания ГИС в систему концептуального моделирования.
Методы исследования.
Для решения поставленных в работе задач используются, методы концептуального моделирования, теория множеств, теория графов и элементы математической логики.
Научная новизна полученных в диссертации результатов:
Разработан язык и внутренний интерфейс ГИС, позволяющий автоматически определять графические атрибуты компонентов объекта для использования в расчетах и при логической обработке данных в ходе концептуального моделирования.
Предложены метод и алгоритмы поддержки взаимного соответствия концептуальной модели и графического представления объекта в ходе создания и сопровождения концептуальной модели на базе разработанной формализации ГИС-представления ПТК с учетом возможных альтернатив реализации этого представления.
Разработан метод оперативной корректировки графических атрибутов элементов концептуальной модели по результатам расчетов с помощью предложенного набора ГИС-операций, позволяющий сохранить целостность топологии картографического изображения.
Практические результаты.
В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований по планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования Кольского научного центра РАН в период с 1996 по 2003 годы.
На базе этих результатов:
1. Разработаны средства адаптации интерфейсов ГИС на конкретные макроязьжи ГИС, обеспечивающие независимость алгоритмов взаимодействия ГИС с концептуальной моделью от среды реализации ГИС.
2. Созданы алгоритмы и инструментальные средства, реализующие предлагаемую технологию встраивания ГИС в систему концептуального моделирования.
Реализация и внедрение результатов.
Результаты проведенных исследований нашли практическое применение в научно-исследовательских и хоздоговорных работах для ОАО "Колэнерго", Центральных электросетей г. Апатиты и Института физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.
Апробация работы.
Основные результаты работы обсуждались на перечисленных ниже научно-технических мероприятиях:
Региональная конференция "Информационные технологии в региональном развитии" (Апатиты, 1999).
II Международная дистанционная научно-практическая конференция "Моделирование. Теория, методы и средства" (Новочеркасск, 2002).
5 Всероссийская школа-семинар «Прикладные проблемы управления макросистемами» (Апатиты, 2004).
Научная сессия отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН (Москва, 2004).
Семинар кафедры математического моделирования систем управления Петрозаводского государственного университета,
Секция ученого совета Института физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.
Секция ученого совета Горного института КНЦ РАН.
Секции ученого совета Института информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН.
9 Основные положения работы, выносимые на защиту:
Мета-язык и внутренний интерфейс ГИС, позволяющий автоматически измерять графические атрибуты компонентов объекта для использования в расчетах и при логической обработке данных в ходе концептуального моделирования.
Метод и алгоритмы поддержки взаимного соответствия концептуальной модели и графического представления объекта в ходе создания и сопровождения концептуальной модели на базе разработанной формализации ГИС-представления природно-технических комплексов с учетом возможных альтернатив его реализации.
Средства настройки интерфейсов ГИС на конкретные макроязыки ГИС, обеспечивающие независимость алгоритмов взаимодействия ГИС с концептуальной моделью от среды реализации ГИС.
Геоинформационная технология, алгоритмы и инструментальные средства, реализующие предлагаемую технологию встраивания ГИС в систему концептуального моделирования.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, полученные результаты изложены в 2 отчетах по НИР Института информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН (per. №№. 02990006163, 02200204925).
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 110 машинописных страниц текста, а также 15 таблиц, 9 рисунков и список литературы на 56 наименований.
Первая глава посвящена обзору существующих разработок по рассматриваемой тематике. Проводится анализ наиболее распространенных коммерческих геоинформационных продуктов последнего поколения и их классификация как возможных прототипов разрабатываемой инструментальной системы. Затем анализируются созданные на их основе независимые прикладные ГИС-решения.
Во второй главе уточняются основные характеристики объекта исследования, и представляется описание модели ГИС как модуля интегрированной геоинформационной системы концептуального моделирования на уровне множеств
10 имен (идентификаторов) данных. Ядром ГИСКМ является древовидная концептуальная модель ПТК, отражающая организационные связи компонентов изучаемого объекта.
В третьей главе описаны программно-алгоритмические особенности организации работы ГИС-приложения в составе системы концептуального моделирования, разработанного для решения задач, рассмотренных во второй главе.
В четвертой главе рассматривается практическое применение геоинформационной системы концептуального моделирования ПТК.
В заключении изложены основные научные и практические результаты работы.
