Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние в области проектирования ИС 15
1.1. Методы и подходы проектирования ИС 15
1.2. Особенности проектирования ГИС 24
1.3. Модели пользователей ГИС 30
Выводы по первой главе 32
Глава 2. Проектные решения построения ГИС по запросам пользователя 33
2.1. Предметные области применения ГИС 33
2.2. Моделирование пространственных отношений и объектов 48
2.3. Моделирование процессов обработки геоинформации 55
Выводы по второй главе 74
Глава 3. Реализация адаптивного механизма проектирования ГИС 75
3.1. Задачи организации геоданных 75
3.2. Принципы и подходы технологии адаптивного проектирования ГИС ..84
3.3. Адаптивный подход как инструмент уменьшения ошибок проектирования 89
3.4. Реализация адаптивного механизма проектирования на примере программного обеспечения обработки пространственных данных КБ Панорама 97
Выводы по третьей главе 102
Заключение 103
Список использованных источников 104
- Особенности проектирования ГИС
- Моделирование пространственных отношений и объектов
- Принципы и подходы технологии адаптивного проектирования ГИС
- Реализация адаптивного механизма проектирования на примере программного обеспечения обработки пространственных данных КБ Панорама
Введение к работе
Актуальность темы исследования: В настоящее время географические информационные системы (ГИС) завоевывают все большую популярность в различных областях науки и экономики. ГИС сейчас используются практически в любой сфере деятельности - от управления землепользованием до ведения городского хозяйства.
Несмотря на возрастающую востребованность, применение геоинформационных технологий в различных прикладных областях часто сдерживается по очень простой причине - экономической нецелесообразности. Программное обеспечение ГИС является весьма дорогостоящим, а используется во многих задачах лишь частично. Еще одна причина — это необходимость интеграции ГИС с другими технологиями и программными системами, что, в результате, приводит к достаточно сложным конфигурациям, к завышенным требованиям к ресурсам компьютеров и неудобствам в работе из-за отсутствия единого понятного конечному пользователю интерфейса. Третьей причиной можно назвать необходимость адаптации программных средств ГИС под узкопрофильные требования пользователя, что влечет за собой повышение стоимости конечного продукта.
Рис.1. Этапы получения геоинформации с применением ГИС
На рисунке 1 отражены основные проблемы ограничивающие применение ГИС. Они выделены толстыми стрелками снизу вверх.
Это противоречие «интересы пользователя - действия программиста».
Это противоречие «требования практики – возможности базовой ГИС».
Противоречия между традиционными ГИС и практикой заключаются в том, что применяемое ПО создания ГИС не дает всей полноты возможностей для создания программы, отвечающей потребностям пользователя. Базовый пакет ПО предоставляет ограниченное число вариантов модернизации ГИС. А для решения новых задач, диктуемых временем, пользователь вынужден заказывать разработчикам новый дорогостоящий комплект ГИС, для изготовления которого требуется и зачастую большие временные и человекоемкие затраты.
Одной из «невыгодных» с точки зрения затрат и конечного результата областей применения ГИС являются информационные системы с картографическим интерфейсом, рассчитанные на массового пользователя. Здесь можно назвать региональные информационно-справочные системы с возможностью построения тематических карт региона, предназначенных для целей управления и образования; городские информационно-поисковые картографические системы с адресным планом города; ГИС городского хозяйства; автоматизированные системы учета природных ресурсов; информационные системы особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Как видно из примеров, их объединяет применение ГИС-технологий для решения самых различных специфических задач.
Для реализации полной функциональности можно использовать существующие коммерческие ГИС. Однако в настоящее время настольные ГИС становятся все сложнее и все неохватнее по своей функциональности. Поэтому нередки случаи, когда решения, основанные на использовании коммерческих ГИС-продуктов, будут весьма затратными и явно избыточными по функциональности.
Кроме того, необходимо учесть и тот факт, что большое число информационных систем, в составе которых используются ГИС, являются некоммерческими по своей природе: они предназначены для широкого круга пользователей — прежде всего для населения и государственных структур. Информация, которая циркулирует в этих системах, должна быть общедоступной и сама по себе не может служить источником больших доходов. Следовательно, стоимость разработки таки систем не должна быть слишком высокой. Таким образом, объективно существует несколько причин, мешающих внедрению ГИС-технологий, это:
функциональная избыточность предлагаемых программных продуктов;
высокая стоимость программного обеспечения;
недостаточный объем возможностей по интеграции с другими технологиями;
сложность работы с пространственной информацией;
накопление возможной ошибки при использовании каскадной схемы проектирования ГИС.
Следовательно, можно сделать вывод, что в настоящее время существует проблема выбора наиболее оптимального по стоимости и предлагаемой функциональности технологического и архитектурного решения для создания ГИС, что делает выбранную тему исследования актуальной.
В данной работе проведены исследования, посвященные нахождению оптимальный подхода к созданию адаптивной технологии проектирования ГИС. Это делает доступной ГИС для самого широкого круга пользователей в различных областях науки и экономики.
Цель исследования развитие теории, методологии и технологии создания геоинформационных систем с целью повышения эффективности систематизации, хранения, анализа, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированных данных.
Объект исследования — геоинформационные системы и технологии их проектирования в различных сферах деятельности.
Предметом исследования являются инструментальные средства создания и проектирования ГИС на основе базового картографического программного обеспечения.
Основные задачи исследования:
1.Разработать концепцию построения программных инструментальных средств адаптивного создания ГИС.
2.Разработать адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС
3.Разработать модульно-процессный подход создания программных инструментальных средств ГИС.
4.Разработать математическую модель механизма перехода от векторной модели целей базового комплекта разработки ГИС к матричной модели целей адаптивной ГИС.
5.Дать оценку эффективности построения ГИС на базе адаптивной технологии создания ГИС.
Для достижения поставленной цели и решения определенного выше круга задач применялись следующие методы исследования:
объектно-ориентированный подход при проектировании программного инструментария создания ГИС;
составление тестовых заданий и экспериментальные исследования при тестировании и апробации разработанных технологий и программных средств создания реальных систем.
В процессе работы были проанализированы и использованы труды следующих авторов: Доенина В.В., Майорова А.А., Матвеева С.И., Полякова А.А., Пяткина В.П., Соловьева И.В., Тикунова В.С., Цветкова В.Я., Черкашина А.К. и других, а также технические руководства по различным ГИС-продуктам фирмы ЗАО КБ «Панорама», одного из отечественных лидеров в области разработки программного обеспечения геоинформационных систем.
Научная новизна. В диссертационной работе автором получены следующие новые результаты:
1.Разработана концепция и технология адаптивного проектирования программных инструментальных средств создания ГИС.
2.Разработан адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС
3.Разработан модульно-процессный подход создания программных инструментальных средств ГИС.
4.Разработана математическая модель механизма перехода от векторной модели целей базового комплекта разработки ГИС к матричной модели целей адаптивной ГИС.
5.Выполнена реализация предложенного подхода для создания программного обеспечения адаптивного проектирования ГИС «Геоинформационная система и средства разработки приложений для UNIX-подобных систем», «ГИС Конструктор для Qt Designer», «ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle», «GIS Toolkit для Kylix».
Научные положения, выносимые на защиту:
1.Адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС, который состоит в использовании рекурсивного метода создания проекта, что дает возможность устранения ошибок разных промежуточных результатов и ошибок в процессах проектирования.
2.Модульно-процессный подход, который состоит в том что каждый процесс представлен в виде отдельного модуля программного обеспечения ГИС, что повышает гибкость создаваемой программы и устраняет ошибки, возникающие в процессе проектирования.
3. Матричная модель целей адаптивной ГИС
4. Технология перехода от векторной модели базового комплекта ГИС к матричной модели адаптивной ГИС.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, содержащихся в диссертационной работе, обеспечивается использованием современных теоретических и практических методов исследования, проведением сравнительного анализа применения геоинформационных технологий в различных сферах науки и хозяйства. В своей работе автор диссертации использовал обобщение своего многолетнего опыта по проектированию и разработке ГИС-приложений для различных предметных областей, выполненных в различных средах разработки.
Кроме того, выдвинутые в диссертации положения подтверждаются успешностью их применения для реализации программного обеспечения адаптивного проектирования ГИС «Геоинформационная система и средства разработки приложений для UNIX-подобных систем», «ГИС Конструктор для Qt Designer» , «ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle», «GIS Toolkit для Kylix».
Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе исследования, могут применяться при создании ГИС в различных областях хозяйства. Обеспечивая более высокий уровень автоматизации, предложенный подход ведет к существенному упрощению проектирования и разработки ГИС и, соответственно, к уменьшению временных и стоимостных затрат. При этом подход имеет достаточную степень общности, что позволяет использовать его во множестве прикладных областей самой различной направленности.
Результаты данной работы можно использовать в качестве материала при подготовке студентов, специализирующихся в области проектирования и разработки геоинформационных систем.
Внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при создании программного обеспечения адаптивного проектирования ГИС «Геоинформационная система и средства разработки приложений для UNIX-подобных систем», «ГИС Конструктор для Qt Designer» , «ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle», «GIS Toolkit для Kylix».
Апробация результатов исследования. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: пятой общероссийской конференции изыскательских организаций “Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации“ (Москва, 2009); конференции молодых ученых и специалистов в МИИТ (Москва, 2009); шестой международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения» (Москва, 2010); шестьдесят пятой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК, посвященной шестидесятипятилетию победы в Великой Отечественной войне (Москва, 2010); научно-практической конференции «Инновационные технологии в области мониторинга химической и экологической безопасности потенциально опасных объектов и территорий» (Москва, 2010); шестой общероссийской конференции изыскательских организаций “Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации“ (Москва, 2010).
Программное обеспечение «ГИС Конструктор для Qt Designer» используется для создания специального программного обеспечения навигационной аппаратуры пользователя в ОКР «Карта» в рамках федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ из которых 4 включены в перечень изданий, рекомендованных ВАК. Получены 6 свидетельств о регистрации программ для ЭВМ.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, 3-х глав, заключения, трех приложений и списка литературы из 138 наименований. Диссертация изложена на 131 листе машинописного текста и содержит 16 рисунков.
Особенности проектирования ГИС
Как системы управления ГИС предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским хозяйством, по управлению транспортом и розничной торговлей, использованию океанов или других пространственных объектов. При этом для принятия решений в числе других всегда используют картографические данные [122, 124, 135].
Как автоматизированные информационные системы 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.
Как геосистемы ГИС включают технологии (прежде всего технологии сбора информации) таких систем, как географические информационные системы (ГИС), системы картографической информации (СКИ), автоматизированные системы картографирования (АСК), автоматизированные фотограмметрические системы (АФС), земельные информационные системы (ЗИС), автоматизированные кадастровые системы (АКС) и т.п.
Как системы, использующие базы данных, ГИС характеризуются широким набором данных, собираемых с помощью разных методов и технологий. При этом следует подчеркнуть, что они объединяют в себе как базы данных обычной (цифровой) информации, так и графические базы данных. В связи с большим значением экспертных задач, решаемых при помощи ГИС, возрастает роль экспертных систем, входящих в состав ГИС [129, 132].
Как системы моделирования ГИС используют максимальное количество методов и процессов моделирования, применяемых в других автоматизированных системах. Как системы получения проектных решений ГИС во многом применяют методы автоматизированного проектирования и решают ряд специальных проектных задач, которые в типовом автоматизированном проектировании не встречаются [7, 8].
Как системы представления информации ГИС являются развитием автоматизированных систем документационного обеспечения (АСДО) с использованием современных технологий мультимедиа. Это определяет большую наглядность выходных данных ГИС по сравнению с обычными географическими картами. Технологии вывода данных позволяют оперативно получать визуальное представление картографической информации с различными нагрузками, переходить от одного масштаба к другому, получать атрибутивные данные в табличной или графовой форме.
Как интегрированные системы ГИС являют собой пример объединения различных методов и технологий в единый комплекс, созданный при интеграции технологий на базе технологий САПР и интеграции данных на основе географической информации. Как прикладные системы ГИС не имеют себе равных по широте применения, так как используются на транспорте, в навигации, геологии, географии, военном деле, топографии, экономике, экологии и т.д. Благодаря широким возможностям ГИС на их основе интенсивно развивается тематическое картографирование [12]. Как системы массового пользования ГИС позволяют применять картографическую информацию на уровне деловой графики, что делает их доступными любому пользователю, не только специалисту географу. Именно поэтому при принятии решений на основе ГИС - технологий не всегда создают карты, но всегда используют картографические данные. Переход к автоматизированным методам создания карт с помощью ГИС имеет ряд преимуществ: повышение точности картографической информации; сокращение трудозатрат на изготовление продукции; увеличение производительности труда за счет автоматизации отдельных операций или исключения их. Методологической основой процессов обработки информации в ГИС является цифровое моделирование местности, объединяющее процессы сбора первичной информации, ее моделирования и обновления, обработки и формирования документов. За счет применения современных технических средств осуществляется автоматизация полевых и камеральных работ [8]. Технологическая схема создания инструментальной ГИС представлена на рис.5 Сочетание различных признаков классификации методов обусловливает характер используемых технологий проектирования ГИС, среди которых выделяют два подхода проектирования ГИС на основе базового инструментального ПО: директивный и адаптивный. Подход прямого проектирования называют директивный. Программист или разработчик ГИС имеет свое (ограниченное) представление об областях решаемых задач и совсем не знает их особенностей. В результате, основываясь на своем представлении он создает базовый комплект ГИС и варианты его инсталляции по задачам пользователя [25]. Директивный подход дает ограниченное число вариантов ГИС под задачи пользователя. комплект настраиваемых под задачи пользователя модулей ГИС-инструментария. В результате анализа обоих подходов можно сделать вывод: директивный подход представляет в распоряжение пользователя ограниченный набор вариантов ГИС, его можно представить как вектор. Адаптивный подход позволяет получить гораздо большее число вариантов ГИС, набор вариантов его можно представить как матрица. Ниже представлена математическая модель механизма перехода от векторной модели целей базового комплекта разработки ГИС к матричной модели целей адаптивной ГИС:
Моделирование пространственных отношений и объектов
В ГИС можно выделить четыре основные группы моделирования: семантическое, инвариантное, эвристическое, информационное.
Семантическое моделирование взаимосвязано с задачами кодирования и лингвистического обеспечения. Чем более разнородна входная информация по структуре и содержанию, чем менее она унифицирована, тем больший объем семантического моделирования применяется в подсистеме сбора.
В ГИС доля семантического моделирования велика на уровне сбора информации, что обусловлено большим объемом и разнообразием входной информации, сложностью ее структуры, возможным наличием ошибок [114].
Инвариантное моделирование основано на работе с полностью или частично унифицированными информационными элементами или структурами. Его эффективность доказана опытом применения прежде всего САПР и других автоматизированных систем. Этот вид моделирования предполагает использование групповых операций, что повышает производительность труда по сравнению с индивидуальным моделированием.
Инвариантность создает предпосылки для применения наборов программно-технологических средств безотносительно к конкретному виду (особенностям) моделируемого объекта. Она предусматривает использование общих свойств моделируемых объектов (свойств типов или классов) независимо от технических средств и специфических характеристик отдельных объектов.
Этот тип моделирования значительно повышает производительность обработки информации, особенно при моделировании (обработке) графических объектов. Однако реализация такого подхода возможна лишь при-использовании графических баз данных, неграфических баз данных с возможностью организации векторных файлов и при наличии наборов структурно разделенных графических моделей, нижний уровень которых инвариантен (безотносителен) к особенностям модели, а верхний - открыт для записи индивидуальных свойств объекта моделирования [99]. Другими словами, такое моделирование требует специализированного программного и лингвистического обеспечения, учитывающего свойства моделируемых объектов и возможность их структуризации на некие "графические примитивы"-. В ГИС этот подход выражается в виде создания некоей основы для графического. представления информации (карт) за счет использования специальных библиотек, например библиотек условных знаков и библиотек графических элементов. Эвристическое моделирование применяется при необходимости экспертных решений, учете дуальных свойств объектов на видеоизображениях и при решении специальных нетиповых задач. В основном, оно реализуется при интерактивной обработке. В технологиях ГИС и САПР эвристическое моделирование осуществляется путем общения пользователя с ЭВМ на основе сценария, учитывающего, с одной стороны, технологические особенности программного обеспечения, с другой - особенности и опыт обработки данной категории объектов [77]. В ГИС процент эвристического моделирования много выше, чем в САПР. Это повышает актуальность применения экспертных систем в ГИС. Информационное моделирование связано с созданием и преобразованием разных форм информации, например графической или текстовой в вид,- задаваемый пользователем. Оно эффективно только при предварительной разработке интегрированной информационной основы и использовании баз данных. В современных информационных системах реализация информационного моделирования комплексно осуществляется путем создания подсистемы документационного обеспечения. Локально проблема информационного моделирования решается средствами программного обеспечения, в частности средствами СУБД. Современные СУБД дополнительно к возможностям хранения и моделирования информации предоставляют разнообразные методы по созданию отчетов, справок и других документов. Как правило, информационная емкость видеоизображений велика, т.е. избыточна, по отношению к моделям, хранимым на машинных носителях. Информационная емкость фотоснимков на два-три порядка превосходит информационную емкость существующих магнитных носителей. Она уступает только оптическим, биотехнологическим и генетическим носителям информации. Это обусловливает необходимость обязательного решения задач сжатия информации на уровне сбора и первичной обработки информации. С другой стороны, это порождает необходимость создания так называемых видео-баз данных. Важной характеристикой при создании моделей для любого класса объектов является моделепригодность, которая включает две группы показателей. Первая группа показателей моделепригодности характеризует средства описания объекта, вторая определяется такими техническими данными средств моделирования, как вычислительные ресурсы. Анализ моделепригодности объектов ГИС широкого класса показывает их сложность для создания набора базовых графических элементов. Поэтому наилучшим средством описания таких объектов являются комплексные модели из метрических множеств и множеств семантико-описательной информации. Как показывает опыт, для эффективной интерактивной обработки реализация одного модельного эксперимента не должна превышать 1 ч, а время одного сеанса работы накомпьютере должно быть не более 4 ч. Методы моделирования в ГИС и САПР имеют достаточно сходных признаков. Однако по значению различных задач на разных этапах обработки они отличаются. В САПР задачи структуризации и компоновки решают на втором системном уровне (моделирование, хранение и обновление), а в ГИС - на первом (при сборе информации). Причем если в САПР ставятся задачи выбрать и скомпоновать комплексную проектируемую модель, то в системах ГИС — оптимально отобразить структуру исходной модели. Учитывая сходства и различия между САПР и ГИС, отмечая достаточно широкий класс задач проектирования карт, необходимо выделить проблему геоинформационного проектирования. Она заключается в получении оптимальных проектных решений на основе использования следующих технологий: эффективных методов сбора и первичной обработки видеоинформации и вспомогательной информации; создания унифицированных информационных моделей, позволяющих эффективно использовать разные виды моделирования; устранения нечеткости исходной видеоинформации и ее сжатия для последующего хранения и обработки; геометрического моделирования для построения широкого набора цифровых (плоскостных, линейных, объемных и др.) моделей проектируемых-объектов; декомпозиции, унификации, синтеза для оптимальной обработки различных форм видеоинформации; автоматизированного представления результатов обработки. При сопоставлении задач, решаемых в ГИС, с общими задачами, решаемыми типовыми САПР, отметим, что первые содержат в своем составе общие задачи, но со специфическими отличиями. В частности, трудоемкие работы в типовых САПР для ГИС выглядят следующим образом: замена натурных испытаний математическим моделированием, использующим избыточную видеоинформацию.
Принципы и подходы технологии адаптивного проектирования ГИС
В ГИС можно выделить четыре основные группы моделирования: семантическое, инвариантное, эвристическое, информационное.
Семантическое моделирование взаимосвязано с задачами кодирования и лингвистического обеспечения. Чем более разнородна входная информация по структуре и содержанию, чем менее она унифицирована, тем больший объем семантического моделирования применяется в подсистеме сбора.
В ГИС доля семантического моделирования велика на уровне сбора информации, что обусловлено большим объемом и разнообразием входной информации, сложностью ее структуры, возможным наличием ошибок [114].
Инвариантное моделирование основано на работе с полностью или частично унифицированными информационными элементами или структурами. Его эффективность доказана опытом применения прежде всего САПР и других автоматизированных систем. Этот вид моделирования предполагает использование групповых операций, что повышает производительность труда по сравнению с индивидуальным моделированием.
Инвариантность создает предпосылки для применения наборов программно-технологических средств безотносительно к конкретному виду (особенностям) моделируемого объекта. Она предусматривает использование общих свойств моделируемых объектов (свойств типов или классов) независимо от технических средств и специфических характеристик отдельных объектов.
Этот тип моделирования значительно повышает производительность обработки информации, особенно при моделировании (обработке) графических объектов. Однако реализация такого подхода возможна лишь при-использовании графических баз данных, неграфических баз данных с возможностью организации векторных файлов и при наличии наборов структурно разделенных графических моделей, нижний уровень которых инвариантен (безотносителен) к особенностям модели, а верхний - открыт для записи индивидуальных свойств объекта моделирования [99]. Другими словами, такое моделирование требует специализированного программного и лингвистического обеспечения, учитывающего свойства моделируемых объектов и возможность их структуризации на некие "графические примитивы"-. В ГИС этот подход выражается в виде создания некоей основы для графического. представления информации (карт) за счет использования специальных библиотек, например библиотек условных знаков и библиотек графических элементов. Эвристическое моделирование применяется при необходимости экспертных решений, учете дуальных свойств объектов на видеоизображениях и при решении специальных нетиповых задач. В основном, оно реализуется при интерактивной обработке. В технологиях ГИС и САПР эвристическое моделирование осуществляется путем общения пользователя с ЭВМ на основе сценария, учитывающего, с одной стороны, технологические особенности программного обеспечения, с другой - особенности и опыт обработки данной категории объектов [77]. В ГИС процент эвристического моделирования много выше, чем в САПР. Это повышает актуальность применения экспертных систем в ГИС. Информационное моделирование связано с созданием и преобразованием разных форм информации, например графической или текстовой в вид,- задаваемый пользователем. Оно эффективно только при предварительной разработке интегрированной информационной основы и использовании баз данных. В современных информационных системах реализация информационного моделирования комплексно осуществляется путем создания подсистемы документационного обеспечения. Локально проблема информационного моделирования решается средствами программного обеспечения, в частности средствами СУБД. Современные СУБД дополнительно к возможностям хранения и моделирования информации предоставляют разнообразные методы по созданию отчетов, справок и других документов. Как правило, информационная емкость видеоизображений велика, т.е. избыточна, по отношению к моделям, хранимым на машинных носителях. Информационная емкость фотоснимков на два-три порядка превосходит информационную емкость существующих магнитных носителей. Она уступает только оптическим, биотехнологическим и генетическим носителям информации. Это обусловливает необходимость обязательного решения задач сжатия информации на уровне сбора и первичной обработки информации. С другой стороны, это порождает необходимость создания так называемых видео-баз данных. Важной характеристикой при создании моделей для любого класса объектов является моделепригодность, которая включает две группы показателей. Первая группа показателей моделепригодности характеризует средства описания объекта, вторая определяется такими техническими данными средств моделирования, как вычислительные ресурсы. Анализ моделепригодности объектов ГИС широкого класса показывает их сложность для создания набора базовых графических элементов. Поэтому наилучшим средством описания таких объектов являются комплексные модели из метрических множеств и множеств семантико-описательной информации. Как показывает опыт, для эффективной интерактивной обработки реализация одного модельного эксперимента не должна превышать 1 ч, а время одного сеанса работы накомпьютере должно быть не более 4 ч. Методы моделирования в ГИС и САПР имеют достаточно сходных признаков. Однако по значению различных задач на разных этапах обработки они отличаются. В САПР задачи структуризации и компоновки решают на втором системном уровне (моделирование, хранение и обновление), а в ГИС - на первом (при сборе информации). Причем если в САПР ставятся задачи выбрать и скомпоновать комплексную проектируемую модель, то в системах ГИС — оптимально отобразить структуру исходной модели. Учитывая сходства и различия между САПР и ГИС, отмечая достаточно широкий класс задач проектирования карт, необходимо выделить проблему геоинформационного проектирования. Она заключается в получении оптимальных проектных решений на основе использования следующих технологий: эффективных методов сбора и первичной обработки видеоинформации и вспомогательной информации; создания унифицированных информационных моделей, позволяющих эффективно использовать разные виды моделирования; устранения нечеткости исходной видеоинформации и ее сжатия для последующего хранения и обработки; геометрического моделирования для построения широкого набора цифровых (плоскостных, линейных, объемных и др.) моделей проектируемых-объектов; декомпозиции, унификации, синтеза для оптимальной обработки различных форм видеоинформации; автоматизированного представления результатов обработки. При сопоставлении задач, решаемых в ГИС, с общими задачами, решаемыми типовыми САПР, отметим, что первые содержат в своем составе общие задачи, но со специфическими отличиями. В частности, трудоемкие работы в типовых САПР для ГИС выглядят следующим образом: замена натурных испытаний математическим моделированием, использующим избыточную видеоинформацию.
Реализация адаптивного механизма проектирования на примере программного обеспечения обработки пространственных данных КБ Панорама
Основой «GIS ToolKit» является специализированная система управления базами данных электронных карт «Карта 2008», которая позволяет создавать на основе практически любых исходных материалов векторные электронные карты, растровые электронные карты, матричные электронные карты (матрицы высот рельефа, матрицы высот объемов местности, матрицы свойств участков местности) [14, 130]. Визуализация содержимого базы данных электронных карт производится в условных знаках, принятых для топографических, обзорно-географических, кадастровых и других видов карт. Широкие полномочия предоставляются для создания (добавления) пользовательских условных знаков с учетом специфики владельца информации или факторов внешнего воздействия. При этом система поддерживает без каких-либо дополнительных временных затрат различные системы координат и проекции [125].
Представление электронной карты на дисплее является многослойным и может создаваться путем комбинирования растрового вида карт и фотоматериала, векторных объектов местности, матриц свойств местности (матрица высот, матрица экологически опасных участков местности, матрица проходимости местности и т.д.) и пользовательских данных.
Редактирование информации электронной карты выполняется с помощью сервисных функций системы. Создание, перемещение, удаление, копирование, изменение объектов электронной карты - это далеко не полный перечень возможностей системы.
Изображение карты может выводиться на различные внешние устройства, что позволяет получать высококачественные твердые копии электронных карт с нанесенной пользователем обстановкой.
Объекты векторной электронной карты могут быть логически связаны с внешней реляционной базой. Поддерживаются различные форматы баз данных (FoxPro, dBase, Paradox, Access и другими). Записи БД связываются с объектами через уникальный идентификатор. «GIS ToolKit» обеспечивает полный комплект функций системы управления картографической базой данных: получение картографической информации из иерархической структуры базы данных электронных карт, имеющей уровни: район работ, лист карты, слой отображения объектов, объекты местности; редактирование содержимого базы данных на уровне объектов местности: добавление, обновление, удаление, копирование, восстановление, геокодирование; поддержка различных проекций и систем координат; визуализация содержимого баз данных в условных знаках, принятых для топографических, обзорно-географических, кадастровых и других видов карт, быстрый скроллинг и масштабирование изображения, изменение состава отображаемых объектов [120, 121]. Таким образом, использование данного подхода позволяет осуществлять адаптивное проектирование ГИС средствами пользователя разработчика и не прибегать к услугам профессиональных проектировщиков. Выводы по третьей главе Анализ существующих методов и исследование теории проектирования ГИС показали, что применение предложенного в работе нового подхода -адаптивного проектирования ГИС наиболее эффективно в применении к геоинформатике за счет введения новых понятий и методов. Предложена концепция и схема адаптивного проектирования программных инструментальных средств создания ГИС. Предложен адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС, создана математическая модель, моделирующая схему данного подхода. Предложен модульно-процессный подход создания программных инструментальных средств ГИС. Показано, что адаптивный подход, применяемый в данной работе позволяет устранить не только ошибки промежуточных этапов, но ошибки процесса проектирования. Эффективность подхода проиллюстрирована на примере построения ГИС-приложения с использованием «GIS ToolKit» ЗАО КБ «Панорама». На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы о результатах исследования: 1.Предложена концепция и схема адаптивного проектирования программных инструментальных средств создания ГИС. 2.Предложен адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС, создана математическая модель, моделирующая схему данного подхода. На примере проектирования ГИС показаны преимущества использования адаптивно-рекурсивного подхода к проектированиюТИС. 3.Предложен модульно-процессный подход создания программных инструментальных средств ГИС 4.Разработана математическая модель механизма перехода от векторной модели целей базового комплекта разработки ГИС к матричной модели целей адаптивной ГИС. 5.Анализ существующих методов и исследование теории проектирования ГИС показали, что применение предложенного в работе нового подхода -адаптивного проектирования ГИС наиболее эффективно в применении к геоинформатике за счет введения новых понятий и методов. На примерах применения адаптивного проектирования ГИС показана эффективность построения ГИС на базе адаптивной технологии. б.Показано, что адаптивный подход, применяемый в данной работе позволяет устранить не только ошибки промежуточных этапов, но ошибки процесса проектирования. Лично автором на основе предложенного подхода создано следующее программное обеспечение адаптивного проектирования ГИС ЗАО КБ «Панорама»: «Геоинформационная система и средства разработки приложений для UNIX-подобных систем», «ГИС Конструктор для Qt Designer», «ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle», «GIS Toolkit для Kylix».
