Введение к работе
Актуальность проблемы. За последние 10-15 лет в области информационных технологий широкое применение получили Географические Информационные Системы (ГИС). Специфика функционирования ГИС позволила разработчикам информационных систем эффективно решать различные прикладные задачи, в том числе в области экологии и управления.
Актуальность использования ГИС в решении задач экологии и некоторых задач управления заключается в том, что основная часть обрабатываемой информации представлена в виде картографического материала либо имеет пространственную привязку. Традиционно обработка и анализ карт осуществлялись визуальными методами на основе аналитических способностей конкретного исследователя, или группы исследователей, с применением достаточно ограниченного арсенала обрабатывающих средств (планиметры, масштабные линейки и т.п.). Результаты анализа при таком подходе во многом зависят от профессиональной подготовленности специалиста, его профессиональной интуиции и сложности поставленной задачи. С усложнением экологических задач возрастают объемы информации вовлекаемой, в их решение, однако этот процесс все больше наталкивается на барьер естественных возможностей человека воспринимать и выполнять содержательный анализ различных данных.
Использование ГИС в решении задач картографии, экологии и управления практикуется достаточно давно и уже стало традиционным. В странах СНГ и за рубежом создан ряд научных и коммерческих Госпакетов и компьютерных технологий, обеспечивающих решение задач в экологии. Но в последние годы все более отчетливо ощущается разрыв между потребностями исследователей и возможностями существующих средств обработки данных. В значительной мере это объясняется резким увеличением объемов пространственной информации, сложными структурными связями между информационными объектами, а также необходимостью совместного представления, обработки и анализа данных. Использование существующих ГИС не позволяет эффективно и в полной мере организовать обработку данных. Поэтому задача создания новых средств автоматизированной обработки картографической информации является актуальной и находит отражение в подходах при разработке
архитектур ГИС-систем, технологий обработки информации, структур и представлений используемой информации
Проявление современных тенденций в информационных технологиях оказывает влияние и на ГИС. Наиболее актуальным и перспективным с точки зрения эффективности обработки картофафических данных и технологичности использования инструментальных средств для создания ГИС, является объектно-ориентированный подход (ООП). Смысл такого подхода состоит в том, что он позволяет применить объектную ориентацию для решения всего круга проблем, связанных с разработкой информационных систем. Использование ООП позволяет в полной мере использовать возможности объектно-ориентированных языков, существенно повышает качество разработки в целом и ее фрагментов, дает возможность создавать системы на основе стабильных промежуточных описаниях, делая системы более открытыми; снижает степень риска при разработке системы и создает более полное соответствие объектной модели реального мира восприятию человека.
Целью работы является разработка инструментальных средств для создания традиционных и объектно-ориентированных геоинформационных систем для решения задач картографии, экологии и управления.
Основные задачи работы:
-
Разработка и развитие методов проектирования геоинформационных систем, в том числе на базе объектно-ориентированного подхода.
-
Разработка комплекса инструментальных средств для создания традиционных и объектно-ориентированных геоинформационных систем.
-
Исследование применения предлагаемых в работе методов и инструментальных средств для решения задач экологии и управления.
Методы исследования, используемые в работе, базируются на методах системного программирования, теории структур и баз данных, методах объектно-ориентированного проектирования и методах представления и обработки пространственной и координатно-привязанной информации в геоинформационных системах.
Достоверность и обоснованность результатов диссертации подтверждаются:
исследованием современного состояния методологии геоинформационных систем;
исследованием существующих инструментальных средств для создания объектно-ориентированных геоинформационных систем;
опытом применения разработанного инструментария для электронного экологического атласа . Кемеровской области и ряда научных исследований в области картографии, экологии и управления;
использованием методов системного программирования, теории структур и баз данных, методов объектно-ориентированного проектирования, методов представления и обработки пространственной и координатно-привязанной информации в геоинформационных системах.
Научная новизна
Проведенные исследования позволили получить ряд новых результатов.
-
Впервые предложена концепция объектно-ориентированной мультидетальной ГИС, которая обеспечивает реализацию методов картографической генерализации в объектно-ориентированных ГИС.
-
Разработаны и реализованы механизмы автоматизации человеко-машинных процессов при разработке гооинформационных систем с традиционной и объектно-ориентированной архитектурами.
-
Созданы новые программные компоненты, реализующие основные функции геоинформационных систем и обеспечивающие особенности геоинформационного моделирования для задач экологии и управления на основе традиционного и объектно-ориентированного подходов.
-
Разработанные программные компоненты и технология геоинформационного моделирования использованы при создании электронного экологического атласа Кемеровской области, подсистемы земельного кадастра муниципальной информационной системы г.Северска, системы "Дежурный генеральный план Академгородка", для выявления природно-очаговых инфекций клещевого энцефалита Новосибирской области.
Защищаемые положения
-
Предложенная концепция мультидетальной ГИС является эффективным средством реализации операций картографической генерализации на основе объектно-ориентированной ГИС.
-
Созданная компьютерная технология ввода/вывода, хранения, анализа и интеграции пространственно-определенной информации обеспечивает адаптацию программного комплекса инструментальных средств для широкого круга задач картографии, экологии и управления.
-
Разработанный комплекс инструментальных средств позволяет конструировать геоинформационные системы с учетом технических характеристик персональных компьютеров типа IBM PC.
4. Разработанный комплекс инструментальных средств обеспечивает комплексное решение практических задач экологии и управления.
Практическая значимость и реализация
Предложенные в диссертационной работе разработки использованы в Сибирской Государственной геодезической Академии, Высшем колледже информатики Новосибирского госуниверситета, ВЦ СОРАН, ОИГГиМ СОРАН, Экологическом комитете Кемеровской области, Экологическом комитете Новосибирской области, Управлении Государственным имуществом Новосибирской области, администрациях города Северска, города Находки и города Ленска, поселке завода "Уралмаш", Управлении водопроводно-канализационного хозяйства СО РАН, Рэу-11 г. С.Петербурга.
Апробация работы
Основные теоретические результаты, отдельные положения, а также результаты конфетных прикладных исследований и разработок докладывались на научных семинарах ВЦ СО РАН (1987-4995-ггг),-СГГА, на V-й Общесибирской конференции по экологическому картированию (Иркутск, 1993 г.), на совещаниях СО РАН, посвященных географическим информационным системам и в ряде других организаций.
Результаты работы были представлены на Международной
конференции ГРАФИКОН-93 (Санкт-Петербург, 1993 г.), на
Международном симпозиуме по системам управления информацией о городе (Хельсинки, Финляндия, 1994 г.), на Международной конференции по географическим информационным системам (Барселона, 1996 г.), Международной конференции по картофафии (Иркутск, 1996 г. ), XVIII Международном конгрессе международного сообщества по фотограмметрии и дистанционному зондированию( Вена, 1996 г.).
Результаты исследований докладывались на научных семинарах ВЦ СО РАН, СГГА, ИТИИА ЧСАН (Прага, ЧССР, 1989 г.) и в ряде других организаций.
Большая часть разработок автора представлена в исследовании проблем, получивших фанты различных фондов: "Использование ГИС-технологий для решения задач__ экологического мониторинга территорий."(специапьный фонд поддержки молодых ученых СО РАН, А2.09); "Принципы построения объектно-ориентированных мульти-масштабных геоинформационных систем в задачах экологического мониторинга (на примере региональных электронных экологических атласов)"(проект РФФИ для ВУЗ, N16); "Разработка и создание
региональной интегрированной распределенной системы обработки аэрокосмической информации для исследования природных явлений и ресурсов Сибири"(проект НИП 32.37, ГНТП "Информатизация России").
Публикации и личный вклад в решение проблемы
Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором в ВЦ СО РАН, ОИГГиМ СО РАН, СГГА.
По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ.
Основные теоретические и практические результаты, изложенные в работе, получены непосредственно автором. Им разработана структура комплекса инструментальных средств, технология человеко-машинного взаимодействия, технология доступа и обработки семантической информации, технология интеграции данных, реализованы программы многооконного пользовательского интерфейса, программы доступа к растровой и семантической информации, интерфейсные программы связи с другими информационными системами.
Реализация программного комплекса инструментальных средств при создании геоинформационных систем проводилась коллективом разработчиков при участии автора. Разработка концепции мультидетальнои ГИС и решение задачи геоинформационного моделирования выявления природно-очаговых инфекций клещевого энцефалита Новосибирской области выполнялись совместно с сотрудником кафедры картографии СГГА доктором технических наук Говоровым М.О..
Реализация системы "Экологический атлас Кемеровской области" проводилась совместно с сотрудниками Кемеровского НЦ СО РАН, ВЦ СО РАН, ОИГГиМ СО РАН, НГУ, НПФ «Логос». Реализация системы "Дежурный генеральный план Академгородка" проводилась совместно с сотрудниками ООИ ВЦ СО РАН, УВКХ СО РАН. Реализация системы МИС г. Северска проводилась совместно с сотрудниками Информационного Центра Администрации г. Северска.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников (74 наименования), содержит 143 страницы машинописного текста, 22 рисунка, 1 таблицу, 11 страниц приложений.
Автор выражает глубокую признательность научному консультанту д ф-м.н Федотову A.M., искренне благодарит к.т.н. Салова Г.И., д.т.н. Говорова
M.O., Губина А.В., а также кт.н. Алсынбаева К.С., Забадаева И.С., Дементьева В.Н..
