Введение к работе
Актуальность темы. Географические информационные системы (ГИС) в настоящее время активно используются для решения разнообразных проблем во многих странах мира. Они решают проблемы, связанные с управлением территориями, контролем за экологической ситуацией, распоряжением землей, недрами, недвижимостью. Однако па данный момент становится ясно, что этого уже явно недостаточно. "ГИС—технологии, с одной стороны, дою/сны развиваться, становясь технологиями пространственного представления мира, а с другой — соединяться с математическим моделированием"( Информационный бюллетень ГИС -ассоциации № 2, 1995).
Понимая всю важность введения методов математического моделирования, многие авторы ссылаются на сложность этой проблемы (Кпшкарев Л.В., 1993; William Е., 1991). Действительно, большинство систем впрямую не предназначено для этого. Те же из систем, которые допускают моделирование, требуют использования или внутреннего языка систем (Лгс/Info (AML), Maplnfo (MapRasic) и т.д.), или одного из основных языков программирования (GeoGraph/GeoDraw (Visual Basic)). При этом процесс построения систем, в рамках которых возможно решение различных модельных задач с использованием подобных инструментальных средств, во многих случаях является достаточно длительным и дорогим. Поэтому их создание экономически оправдано только в том случае, если они предполагают достаточно длительную эксплуатацию.
В то же время затрачено немало времени и средств на разработку программного обеспечения (ПО) моделирующего плана. Алгоритмы материализованы, отлажены и представлены в старом ПО — написанном без учета новых возможностей.
Существует множество предметных областей, в которых
использование ГИС носит, по крайней мере на первых порах, скорее экспериментальный характер в силу недостаточной четкости:
в очерчивании предметной области;
в постановке задачи;
в использовании математических и иных методов для моделирования динамики объекта;
в представлении результирующей информации, направленной на принятие решений.
Поэтому необходимо, чтобы инструментальная система, используемая в таких случаях, была достаточно простой для использования, дешевой, обладала основными возможностями для работы с графической и информационной компонентами, а также (что может быть наиболее важно) позволяла напрямую использовать уже готовое, разработанное ранее и представленное в различных библиотеках программ моделирующее программное обеспечение. Очевидно также, что такая система должна
обладать развитыми средствами импорта-экспорта для взаимосвязи с другими ГИС. Создание моделей объектов с использованием ГИС связано с обеспечением информационной и графической поддержки этих объектов. Поэтому системы, обладающие указанными свойствами, названы в работе 111 мобильными информационно-графическими системами поддержки объектов моделирования (М-ИГС).
Целью работы является разработка инструментальной среды для создания традиционных и мобильных информационно-графических систем поддержки объектов моделирования и построение на ее основе системы для решения задач экологического мониторинга.
Основные задачи работы:
-
Разработка и развитие методов проектирования информационно-графических систем.
-
Формализация описания ИГС.
-
Разработка алгоритмов, обеспечивающих эффективное функционирование ИГС.
-
Разработка комплекса инструментальных средств для создания инструментальных информационно-графических систем.
-
Создание инструментальной информационно-графической среды поддержки объектов моделирования.
-
Построение на основе разработанной инструментальной среды конкретной информационно-графической системы и исследование ее применения для решения задач экологического мониторинга водоемов.
Методы исследования, используемые в работе, базируются на:
методах системного программирования;
методах параллельного программирования;
теории структур и баз данных;
методах объектно-ориентированного анализа и проектирования;
методах компьютерной обработки и представления изображений (компьютерной графики);
методах представления и обработки пространственной и координатно - привязанной информации в гсоинформационных системах и системах автоматического проектирования.
Научная новизна
1. Введено понятие многосортных систем (МСС). Для МСС
рассмотрен подкласс информационно- графических систем (ИГС). Класс геоинформационных систем (ГИС) рассмотрен как подкласс информационно-графических систем. Формальный аппарат использован для представления с единых позиций отдельных разнородных составляющих и системы в целом, что стало базой для целостного и непротиворечивого проектирования системы.
-
Предложена концепция мобильной информационно-графической системы, являющаяся эффективным средством быстрого проведения объектного моделирования, динамического отображения результатов для принятия решений.
-
Разработаны алгоритмы, повышающие эффективность работы с графической информацией.
-
Созданы новые программные компоненты, реализующие основные функции информационно-графических систем и обеспечивающие построение инструментальных систем.
-
Создана мобильная инструментальная информационно-графическая система поддержки объектов моделирования, обладающая богатыми возможностями импорта алгоритмов из других программных продуктов.
-
Разработанная инструментальная среда использовалась для создания системы экологического мониторинга Красноярского водохранилища, на основе которой были решены задачи экологического мониторинга, включая решение прогнозных задач на основе моделирования поведения биоты в зависимости от внешних условий. Результаты моделирования могут отображаться как статически (в виде графиков, числовых рядов), так и динамически (в виде анимационного сюжета).
Практическая значимость и реализация
Результаты диссертационной работы использованы в Красноярском государственном университете для создания информационно-графической системы мониторинга Красноярского водохранилища и для ведения учебного процесса по ГИС.
Апробация работы
Основные теоретические результаты, отдельные положения, а также результаты конкретных прикладных исследований и разработок докладывались на научных семинарах Медиа-Цеитра Красноярского госуниверситета (1993-1998), на международном симпозиуме "Аспекты использования углеводородных и минеральных ресурсов, их влияния на окружающую среду» (НИФТИ КГУ, Красноярск 1995г.), па Международной конференции "Интеркарто 2: ГИС для изучения и картографирования окружающей среды" (Иркутск 1996 г.), на межрегиональной конференции "Проблемы информатизации региона" ( Красноярск, 1995, 1996, 1998 г.г.).
Публикации и личный вклад в решение проблемы.
Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором и сотрудниками в Медиа Центре Красноярского госуниверситета.
По результатам выполненных исследовании опубликовано 12 работ.
Теоретические и практические результаты, изложенные в работе, в основном получены автором.
Объем и структура работы