Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ11
Анализ существующей системы управления водными ресурсами в Российской Федерации 11
Анализ информации, используемой при управлении водными ресурсами -..і 18
Анализ существующих моделей обработки пространственных данных для решения задач управления водными ресурсами 28
Анализ топологических отношений, используемых в системах
обработки пространственных данных по водным ресурсам 39
Выводы по 1-й главе 48
Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ
ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ 49
Топология пространственных данных в системе управления водными ресурсами 49
Описание топологических отношений для участвующих в процессе ' управления водными ресурсами пространственных данных 56
Разработка метода построения топологических отношений пространственных данных для информационного обеспечения процесса управления водными ресурсами г : 64
Разработка метода пространственной привязки специальных
объектов на топологически корректной речной сети 73
Выводы по 2-й главе 78
Глава 3. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ
ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ
ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫМИ
РЕСУРСАМИ 79
Разработка функциональной модели информационного обеспечения управления водными ресурсами на основе топологии пространственных данных 79
Разработка модели данных информационного обеспечения процесса управления водными ресурсами на основе топологии пространственных данных .84
3.3 Разработка алгоритмов ввода, извлечения и использования
пространственных данных и решение на их основе задач по управлению
водными ресурсами 94
Выводы по 3-й главе 109
Глава 4. ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ВВОДА,
ИЗВЛЕЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ 110
Реализация подсистемы ввода, извлечения и использования пространственных данных ПО
Использование пространственных данных с топологическими отношениями для информационного обеспечения управления водными ресурсами в экстренных случаях и чрезвычайных ситуациях 121
Анализ эффективности применения методов и алгоритмов ввода, извлечения и использования пространственных данных с топологическими
отношениями 127
Выводы по 4-й главе 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ А 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 156
ПРИЛОЖЕНИЕ В 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 166
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АИКСУ ВР
БПД (БГД) ГВК ГВР
гипэ
МПРРФ МЧС РФ
ОВР по РБ
ПИК ГВК
Росводресурсы РосНИИВХ
ТОВР ФГУ
ФГУП
цки цтк
автоматизированная информационно-коммуникационная
система управления водными ресурсами
бассейновое водное управление
База пространственных данных (база геоданных)
государственный водный кадастр
государственный водный реестр
Государственный институт прикладной экологии
геоинформационная система
гидротехническое сооружение
Гидроэлектростанция
Исходный картографический материал
Министерство природных ресурсов Российской Федерации
Министерство по чрезвычайным ситуациям Российской
Федерации
отдел водных ресурсов по Республике Башкортостан
программный информационный комплекс «Государственный водный кадастр» Федеральное агентство водных ресурсов
Российский научно-исследовательский институт водного
хозяйства
Территориальный отдел водных ресурсов
Федеральное государственное учреждение
Федеральное государственное унитарное предприятие
цифровая картографическая информация
цифровая топографическая карта
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ
Одним из ключевых факторов, влияющих на качество принятия решений по управлению водными ресурсами, является наличие пространственной информации, описывающей водные объекты (реки, озера, водохранилища и др.), особенностью которых является существенная протяженность и распределенность по всей территории Российской Федерации. Информация о точном местоположении объектов, их взаимном расположении и взаимосвязи существенно повышает качество управленческих решений, в связи с чем при создании современного информационного обеспечения предприятий, учреждений и органов, осуществляющих управление водными ресурсами, в качестве технологической основы должны быть выбраны геоинформационные системы. [88]
В связи с тем, что водные объекты (например, речная сеть бассейна крупной реки, расположенная на территории субъекта Российской Федерации) представляют собой, чаще всего, физически целостный объект, очень важно, чтобы представление различных участников водных отношений об отдельных частях водных объектов и их отдельных характеристиках, при их объединении составляли целостную картину о водных ресурсах Российской Федерации. При этом необходимо стремиться к созданию единого информационного пространства в области водных отношений, которое составляло бы совокупность отдельных компонентов, каждый из которых содержит всю необходимую информацию уровня субъектов Российской Федерации. В то же время субъектовые компоненты должны создаваться таким образом (организационно, структурно, технологически), чтобы их объединение в единую систему позволяло осуществлять качественное управление водными ресурсами. Уполномоченным органом исполнительной власти по управлению водными ресурсами в Российской Федерации является Федеральное агентство водных ресурсов (Росводресурсы), которому для осуществления этого управления необходима полная, своевременная, непротиворечивая информация о текущем и прогнозируемом
состоянии водных ресурсов. [4, 68]. В данной работе рассматривается применение подходов к анализу, обработке и использованию пространственных данных в системе управления водными ресурсами на уровне субъектов Российской Федерации на примере Республики Башкортостан.
Для описания отношений пространственных данных хорошо зарекомендовал себя подход, основанный на использовании топологических правил, применение которых позволяет обеспечивать целостность и непротиворечивость пространственной информации [122]. Данный подход можно применить и для пространственных данных, используемых при управлении водными ресурсами. Вопросам разработки систем информационного обеспечения управления в различных отраслях, в том числе для управления водными ресурсам, посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов, в частности работы Р. 3. Хамитова, М. А. Шахраманьяна, В. В. Кульбы., В. И. Данилова-Данильяна, В. Г. Пряжинской, М. В. Болгова, Б. Г. Ильясова, В. И. Васильева, Н. И. Юсуповой, Р. Аблера, Э. Кодда, Р. Томлинсона, Д. Мэйдмента, Ш. Шекхара, М. Эгенхофера и др., однако в них задачам построения топологических отношений для пространственной информации, связанной с водными ресурсами, уделялось недостаточно внимания, в связи с чем задача построения топологических отношений пространственных данных является актуальной как в теоретическом, так и в практическом плане.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью работы является расширение функциональности информационного обеспечения процесса управления водными ресурсами за счет использования пространственных данных с определенными на них топологическими отношениями.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
1. На основе системного анализа процесса управления водными ресурсами и его информационного обеспечения сформулировать требования к
7 виду и составу пространственных данных и определить для них топологические
отношения;
Разработать метод построения топологических отношений пространственных данных для информационного обеспечения процесса управления водными ресурсами, в том числе - для решения аналитических задач, связанных с обработкой пространственных данных;
Разработать метод пространственной привязки специальных (в том числе - промышленных) объектов для решения прикладных задач управления водными ресурсами;
Разработать модель данных информационного обеспечения процесса управления водными ресурсами на основе топологии пространственных данных;
Разработать алгоритмы и методы ввода, извлечения и использования пространственных данных с определенными на них топологическими отношениями для решения задач по управлению водными ресурсами.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В работе использовались методы системного анализа сложных систем, структурного анализа и проектирования (SADT), методология унифицированного процесса разработки программного обеспечения (RUP), методология унифицированного языка моделирования (UML), математического и геоинформационного моделирования, теория реляционных и объектно-ориентированых баз данных.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Научная новизна работы содержится в следующих результатах: 1. Метод построения топологических отношений пространственных данных, используемых в информационном обеспечении процесса управления водными ресурсами, предложен впервые и заключается в использовании топологических правил (принадлежности, содержания, касания, пересечения, перекрытия, несвязности, следования); применение метода позволяет получать
8 достоверные результаты при решении задач, связанных с использованием
пространственных данных (анализ аварийных разливов загрязняющих веществ,
моделирование зон затоплений и др.);
2. Метод пространственной привязки специальных (в том числе -
промышленных) объектов отличается тем, что он основан на использовании
топологических отношений и позволяет осуществлять ввод специальных объектов
в базу пространственных данных по имеющемуся описанию их местоположения;
3. Модель данных информационного обеспечения процесса управления
водными ресурсами на основе топологии пространственных данных,
отличающаяся наличием между классами объектов топологических отношений,
обеспечивающих целостность и непротиворечивость пространственных данных.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Метод пространственной привязки специальных (в том числе -промышленных) объектов, основанный на использовании топологических отношений, позволяющий осуществлять ввод специальных объектов в базу пространственных данных по имеющемуся описанию их местоположения;
Модель данных информационного обеспечения процесса управления водными ресурсами на основе топологии пространственных данных, обеспечивающая целостность и непротиворечивость пространственных данных за счёт использования топологических отношений;
Разработанные алгоритмы ввода, извлечения и использования пространственных данных с определенными на них топологическими отношениями для решения производственных задач, внедренные в составе ГИС в деятельность уполномоченного органа исполнительной власти, позволяющие на основе пространственной информации осуществлять информационную поддержку процесса управления водными ресурсами на уровне субъекта РФ.
Основные результаты работы внедрены в отделе водных ресурсов по Республике Башкортостан Камского бассейнового водного управления (свид. об офиц. per. программы для ЭВМ № 2008613808, от 08.08.2008 года).
9 СВЯЗЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ
Работа выполнена в период 2006-2008 г.г. на кафедре геоинформационных
систем Уфимского государственного авиационного технического университета в
рамках государственных контрактов № И-06-12 «Разработка и внедрение
геоинформационной системы водных ресурсов Республики Башкортостан»,
№ И-6-05 «Создание прототипа геоинформационной системы Росводресурсов на
базе разработки информационного и программного обеспечения и создания
сервера геоданных», №15/15-3 «Анализ пространственной информации,
используемой органами государственной власти и крупных предприятий
Республики Башкортостан при осуществлении их деятельности».
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ
Метод построения топологических отношений пространственных данных, используемых в информационном обеспечении процесса управления водными ресурсами;
Метод пространственной привязки специальных (в том числе -промышленных) объектов, основанный на использовании топологических отношений;
Модель данных информационного обеспечения процесса управления водными ресурсами на основе топологии пространственных данных;
4. Алгоритмы ввода, извлечения и использования пространственных
данных с определенными на них топологическими отношениями для решения
производственных задач по управлению водными ресурсами на уровне субъекта
РФ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные теоретические и практические результаты работы докладывались на следующих конференциях, форумах и семинарах: Всероссийском совещании Федерального агентства водных ресурсов «Проблемы и перспективы внедрения информационных технологий в Росводресурсах» (Уфа,
10 2006г.); «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT'2006 -
2007); Региональной зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых (Уфа,
2007 г.); Межрегиональной конференции, посвященной международному дню
воды 21 марта 2008 года (Уфа, 2008).
ПУБЛИКАЦИИ
Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 22 источниках, включающих 12 статей, 8 материалов конференций и семинаров, 2 свидетельства о регистрации программ и баз данных. Результаты работы опубликованы в 1-м издании, входящем в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ
Работа включает введение, 4 главы основного материала, заключение, библиографический список и приложения.
Работа без библиографического списка и приложений изложена на 137 страницах машинописного текста. Библиографический список включает 141 наименование.
![Управление скринингом патологии молочных желез на основе компьютерной радиотермометрии [Электронный ресурс]](/i/i/4242/175794.png "Управление скринингом патологии молочных желез на основе компьютерной радиотермометрии [Электронный ресурс] Попов Андрей Николаевич")
![Управление муниципальным амбулаторно-поликлиническим комплексом на основе медико-экономического мониторинга [Электронный ресурс]](/i/i/4258/168198.png "Управление муниципальным амбулаторно-поликлиническим комплексом на основе медико-экономического мониторинга [Электронный ресурс] Бредихин Сергей Викторович")
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
