автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка инструментальных средств для создания традиционных и объектно-ориентированных геоинформационных систем

РГЗ од

На правах рукописи

ХОРЕВ Алексей Германович

РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ГЕОИНФОРРДАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.16. - Применение вычислительной техники,

математического моделирования и математических методов в научных исследованиях(в экологии)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск, 1997 г.

Работа выполнена в Объединенном институте геологии, геофизики й минералогии Сибирского отделения РАН(ОИГГМ СО РАН).

Научный консультант:

Федотов Анатолий Михайлович, доктор физико-математических наук, ( И ВТ СО РАН, г. Новосибирск)

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Харук В.И.(Институт леса СО РАН, г. Красноярск), кандидат технических наук Ноженкова Л.Ф.(ВЦ СО РАН, г. Красноярск)

Ведущая организация: Новосибирский Государственный

университет (г. Новосибирск)

Защита состоится " ^ ^ " -/997 г. в часов

на заседании диссертационного совета К 064.54.01 при Красноярском Государственном Техническом Университете г. Красноярск,

по адресу 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Автореферат разослан " ~ ^ " ¿¿¿/-¿Л 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

I

Н.Г.Кузьменхо

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 картографических 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: ^

1. Разработка и развитие методов проектирования геоинформационных систем, в том числе на базе объектно-ориентированного подхода.

2. Разработка комплекса инструментальных средств для создания традиционных и объектно-ориентированных геоинформационных систем.

3. 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.

1. Впервые предложена концепция объектно-ориентированной мультидетальной ГИС, которая обеспечивает реализацию методов картографической генерализации в объектно-ориентированных ГИС.

2. Разработаны и реализованы механизмы автоматизации человеко-машинных процессов при разработке гсоинформационных систем с традиционной и объектно-ориентированной архитектурами.

3. 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.

4. 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

1. Предложенная концепция мультидетальной ГИС является эффективным средством реализации операций картографической генерализации на основе объектно-ориентированной ГИС.

2. 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.

3. 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 (1987-1995 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 картографии (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."(специальный 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, СГТА.

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 мультидетальной 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

М.О., Губина A.B., а также к.т.н. Алсынбаева К.С., Забадаева И.С., Дементьева В.Н..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главо диссертации излагаются традиционные взгляды на основные принципы построения ГИС и известные способы хранения, представления и обработки картографической информации. Описывается широкое разнообразие определений ГИС, множество системных архитектур и большое количество технологических элементов, применяемых при создании геоинформационных систем. Рассмотрено использование объектно-ориентированного подхода, вопросы интеграции данных и пространственного анализа.

Наиболее актуальными проблемами разработки и использования ГИС сегодня остаются проблемы, связанные с принципами, подходами, технологиями обработки информации и аппаратно-программными средствами, которые используются при разработке ГИС.

Целесообразно выделить особенности использования ГИС, а также рассмотреть подходы к созданию ГИС и определить структуру и состав инструментальных средств

Среди множества существующих определений ГИС выделено следующее определение: "компьютерная система для эффективного ввода, хранения, обработки, анализа, представления и получения любых видов данных, имеющих пространственную привязку, и связанных с ними описательных данных Из множества операций, целей, способов моделирования данных, возможных применений и других атрибутов ГИС выделены наиболее общие технологические элементы, в той или иной степени выполняющие функции ввода, хранения, обработки и анализа картографических данных. На концептуальном уровне структура географических информационных систем, как правило, включает четыре обязательные подсистемы: ввода данных, хранения, и поиска данных, манипулирования и анализа данных, и представления(выдачи) данных в различном виде.

Однако, наряду со структурой системы необходимо рассматривать и системную архитектуру ГИС, т.к. последняя определяет модели используемых данных. В качестве общепринятой рассмотрена следующая классификации системных архитектур ГИС: системы с двойственной

архитектурой, системы со слойной архитектурой, системы с интегрированной архитектурой.

Современные тенденции в Информационных технологиях, оказывают влияние и на ГИС. Наиболее современным и перспективным с точки зрения эффективности обработки картографических данных является объектно-ориентированный подход. Однако построение полной объектно-ориентированной ГИС представляется достаточно сложной задачей. Принято говорить о степени объекгно-ориентированности или о том, насколько широко использовался объектно-ориентированный подход на разных стадиях разработки системы.

Степень объекгно-ориентированности ГИС определяется возможностью использования объектно-ориентированных технологических элементов при создании геоинформационной системы. Объектно-ориентированный подход может использоваться на разных стадиях процесса разработки ГИС, таких как, разработка информационных и технических требований, разработка системы в целом и ее использование. Также ООП может быть хорошим средством для разработки систем управления базами данных (СУБД), баз данных (БД) и пользовательского интерфейса ГИС.

Одной из важных задач разработки и создания инструментальных средств является задача представления и манипулирования разнородными данными. Предполагается, что, создаваемая ГИС тесно связана с другими информационными системами и интегрирует в виде информационных объектов разнородные данные, такие как векторные данные, результаты дистанционного зондирования земли, семантическую информацию, точечные измерения (например результаты GPS), результаты тематической обработки и др..

Основным технологическим элементом ГИС считается СУБД. Эффективность функционирования СУБД определяется структурой базы данных, которой управляет СУБД. Поэтому вопрос о пространственных структурах данных является узким местом при разработке технологий обработки картографической информации. Выбор структуры пространственных данных, как правило, определяется задачами тематической области, для которой предназначается ГИС.

Основной особенностью гесинформационных систем, отличающей их от других информационных систем, является подсистема пространственного анализа. Основной задачей подсистемы является возможность ГИС обеспечивать аналитические и моделирующие функции. Рассмотрено несколько классификаций функций пространственного анализа,

позволяющих сфуппировать элементарные аналитические операции. Выделены следующие фуппы операций пространственного анализа: операции преобразований структур данных, операции преобразования систем координат и проекций, вычислительные операции и оверлейные операции.

В заключении главы сделаны следующие выводы:

1. Эффективность решения задач картофафии, экологии и управления с использование ГИС определяется: структурой системы, технологией обработки данных и используемыми информационными структурами в создаваемой геоинформационой системе. Разработка каждой подсистемы конкретной ГИС предполагает использование и модификацию существующих инструментальных средств, или создание своих собственных.

2. Современный уровень развития информационных технологий предполагает использование объектно-ориентированного подхода при создания геоинформационных систем. Принципы объектно-ориентированного подхода широко используются при разработке различных компонент ГИС. Актуальным направлением исследований являются: решение задач, связанных с организацией объектно-ориентированных ГИС; разработкой и использованием инструментальных средств для создания ГИС; разработкой специальных функций ГИС, таких как пространственно-временные процессы, картофафическая генерализация и т.д..

3. Интеграция разнородных данных является важным элементом технологии обработки геоинформации в ГИС. Системы, имеющие в своем составе функции интефации данных, позволяют эффективно манипулировать разнородными данными. Интефация данных в объектно-ориентированной ГИС предполагает интефацию различных технологий и разработку классов объектов, реализующих совместное представление разнородных данных. Перспективной является задача создания классов объектов управления интефированными данными с общим механизмом индексации и сохранением целостности.

4. Важными элементами эффективного функционирования ГИС являются внутренняя структура базы данных и обменные форматы. Каждая ГИС имеет свою уникальную внутреннюю структуру. Объектно-ориентированные ГИС требуют разработки новых структур данных и функций работы с ними. Каждая геоинформационная система должна иметь развитую подсистему экспорта и импорта данных. Обмен данными в

8

объектно-ориентированной ГИС выполняется на уровне обмена объектами. Такой подход требует разработки новых объектно-ориентированных стандартов обмена данными.

5. Функции пространственного анализа являются тем элементом геоинформационной системы, который отличает ее от других информационных систем. Развитая подсистема пространственного анализа дает возможность по-новому подойти к решению различных тематических задач. Перспективной является задача разработки подсистемы пространственного анализа в объектно-ориентированной ГИС, т.к. на этом этапе могут использоваться средства объектно-ориентированного анализа.

Вторая глава диссертации посвящена проблемам организации инструментальных средств для создания геоинформационных систем. Одним из важных вопросов этапа разработки инструментальных средств являются требования, предъявляемые к структуре, основным информационным потокам и функциям геоинфомационной системы. В качестве наиболее перспективного пути создания инструментальных средств ГИС предлагается объектно-ориентированный подход. В данной главе также рассматриваются требования к объектно-ориентированной структуре базы данных ГИС и системе в целом.

При традиционном подходе использование геоинформации в каждой из проблемных областей строится по целевому принципу и обеспечивает решение достаточно широкого круга прикладных задач. Использование ГИС для решения конкретных прикладных задач определяет состав необходимых программных средств сбора, хранения, отображения и интерпретации картографической информации. Поэтому, независимо от класса, к которому относится ГИС, ее пользовательская версия образуется в результате настройки ее функциональных компонент на конкретную прикладную задачу. Такая настройка осуществляется с помощью инструментальных средств разработки ГИС, отвечающих требованиям прикладной задачи. ГИС любого уровня и представляет собой унифицированный набор функциональных компонент. Каждая их этих компонент характеризуется рядом свойств общего характера независимо от целевой направленности создаваемой ГИС.

В процессе разработки инструментальных средств и на их основе ГИС необходимо придерживаться некой методики, которую можно определить как технологию проектирования ГИС. Такая технология определяет условия проектирования на определенных этапах выполнения разработки.

Принимая во внимание результаты аналитического обзора и влияние современных тенденций в информационных технологиях, целесообразным представляется рассмотреть структуру объектно-ориентированной ГИС и ее отдельных компонент. Предполагается, что объектно-ориентированные ГИС являются развитием традиционных ГИС и представляются эффективной информационной средой при выполнении некоторых операций картографических систем, функций пространственного анализа, при организации пользовательского интерфейса и т.д.

Необходимо выделить основные признаки объектно-ориентированных геоинформационных систем, отличающие их от традиционных:

• использование объектно-центрированной модели данных;

• внедрение в модель операций над объектом или его поведенческих функций;

• поддержание наследственных связей между классами объектов.

Требования к объектно-ориентированным ГИС можно сформулировать

следующим образом:

• наличие объектно-базирующейся системы представления информации;

• наличие объектно-центрированной системы управления данными;

• объектно-ориентированный графический интерфейс пользователя;

• применение принципов объектно-ориентированного программирования;

• объектно-ориентированная база данных.

Можно выделить основные преимущества объектно-ориентированной базы данных перед реляционной, сетевой и иерархической базами данных:

1) база данных рассматривается как набор абстрактных типов данных, а не как связанная группа таблиц;

2) выделяются два типа связей: объектно-ориентированная модель позволяет точно строить представления абстракций (или связи атрибутов) и генерализаций (или связи ме>кду подтипами);

3) объектно-ориентированная схема поддерживает ограничения целостности, особенно атрибутов абстрактных типов данных. Объекты могут рассматриваться как функции, позволяющие описывать более точно ограничения целостности.

Объектно-ориентированная' модель данных хороша для работы с необычными типами данных, поэтому она очень удачно может быть применена для географической базы данных. Объекты в понимании

объектно-ориентированного подхода идеальны для описания географической сущности.

Основным понятием объектно-ориентированой ГИС (00 ГИС) является пространственный объект. Объект описывается следующими понятиями: инкапсуляция, идентичность, классификация, связанность, наследственность, агрегация, группировки, полиморфизм. ОО ГИС содержит разнородные объекты, в том числе модель географического объекта. Похожие объекты фуппируются в классы объектов. Классы объектов представляют собой строгую иерархию, такую, что объект данного класса автоматически включается в вышестоящие классы. Объекты иерархии, как правило, наследуют свойства вышестоящих классов. Также возможно формирование объектов и классов объектов не по иерархическому признаку. В таком случае происходит инкапсуляция в объект методов из других объектов в соответствии с определенными пользователем связями между объектами.

Существует два способа описания объектов в ОО СУБД:

• структурная объектная ориентация. В этом случае модель данных поддерживает конструирование сложных структурированных классов объектов;

• поведенческая объектная ориентация. В этом случае модель данных поддерживает конструирование определяемых пользователем классов определенных объектов.

Отметим, что при разработке 00 ГИС создаются классификации объектов в виде иерархий классов объектов.

Таким образом, использование объектно-ориентированного подхода при создании ГИС обусловливается в основном преимуществом в технологическом проектировании информационных структур и существованием широкого набора программно-аппаратных средств. В процессе разработки системы выделяются разнообразные типы объектов, которые затем фуппируются в классы. Основной задачей проектирования объектно-ориентированной ГИС становиться определение классов географических, картографических, тематических, графических объектов и д.р., а также определение их свойств. Использование объектно-ориентированного подхода является удобным средством при разработке и создании инструментальных средств и решения тематических задач ГИС. Однако технология ввода, хранения, обработки и анализа картографических данных в целом остается неизменной. Наибольший эффект при использовании 00 ГИС может быть достигнут при решении

задач цифровой картографии. Одним из таких применений являются операции картографической генерализации.

В третьей главе диссертации представлен процесс проектирования информационных структур поддержки операций картографической генерализации в объектно-ориентированной геоинформационной системе; рассмотрена технология представления географического объекта в 00 ГИС; предложена архитектура мультидетальной ГИС (МГИС); рассмотрены структуры классов МГИС и основные операции картографической генерализации, используемые в МГИС.

Процесс картографической генерализации (КГ) в МГИС предлагается разделить на два этапа:

1) получение пространственной объектно-ориентированной мультидетальной (ООММ) модели географического объекта в цифровой форме;

2) картографическое представление ООММ на требуемом уровне детальности, который соответствует определенному масштабу.

Процесс выполнения КГ предлагается классифицировать в соответствии со следующими группами факторов: факторы, связанные с концептуальной природой моделируемого явления, целевые факторы, графические средства и форматы, вычислительные факторы.

Основываясь на перечисленных утверждениях, разработана концепция объектно-ориентированной МГИС (ООМГИС). Структура объектно-ориентированной МГИС призедена на рис. 1. ОО МГИС состоит из следующих основных блоков:

1. Объектно-ориентированная СУБД (ООСУБД).

2. Система принятия решений.

3. Пользовательский и визуальный интерфейс.

4. Интерпретатор запросов.

5. Система генерации пользовательских объектов и библиотека объектов.

В соответствии с выделенными факторами выполнения процесса КГ определяются основные классы, обеспечивающие выполнение картографических операций в МГИС. Предлагается иерархия классов управления объектами.

Пользовательский интерфейс (0111)

т

Интерпретатор запросов

Визуальный интерфейс

Картографическое изображение

00 БД

ООСУБД

Г

Картографический

генера-лизатор

Система генерации образов ГО и библиотека ГО

Входные данные

Система принятия решений

Базовые знания

Стратегии управления

Знания проблемной области

Управляющие с знания

Рис 1. Структура объектно-ориентированной МГИС.

Географический объект (ГО) есть представление географического явления. ГО есть модель явления в 00 БД. Географический объект является пространственным. Географический объект инкапсулирует поведенческие свойства (правила) и данные геометрических примитивов и их композиций. Географические таблицы содержат сведения о географических объектах. Эффективность мультидетальнсго представления объектов определяется использованием операций КГ. Функции, выполняющие операции КГ, являются составной частью ГО. Управление поведением ГО осуществляется с помощью операций КГ, которые учитываются при выборе структуры представления геометрии ГО. Для этого картографический генерализатор обменивается сообщениями с системой принятия решений. Созданные ГО хранятся в библиотеке и содержат описания структур для разных типов ГО. Библиотека ГО может расширяться в зависимости от требований пользователя.

Предлагаемая схема МГИС представляет собой двухступенчатую процедуру процесса КГ. КГ используется в процесс картографического воспроизведения ГО в два этапа. На первом этапе КГ позволяет восстановить генерализованное представление ГО на требуемом уровне детальности в зависимости от свойств картографируемых географических явления, заложенных в мультидетальной модели ГО в базе данных. На

этом этапе происходит формирование картографических объектов. На втором этапе КГ используется при разрешении конфликтов: геометрических (слишком маленький, слишком узкий, слишком короткий, слишком близко) и семантических, основанных на природе изучаемого явления и связях между явлениями (например, дорога пересекает реку, глубина реки более 2 метров; при такой композиции двух ГО необходимо обязательно показать третий ГО - мост). При разрешении этих конфликтов, возможно, потребуется вмешательство оператора, поэтому необходим обмен сообщений между картографическим генерализатором и пользователем системы. На этом этапе формируются картографические объекты.

В соответствии с определением картографической генерализации как вида абстракции, и вышеупомянутого предположения относительно факторов генерализации выделены следующие методы, или соответствующие генерализационные операции: отбор, систематизация, графические операторы КГ.

Предлагается реализовывать различные методы КГ в соответствии с их собственными законами, и поэтому методы КГ организуются в мультидетальной базе данных посредством различных правил: Отбора, Упрощения, Концентрализации, Агрегирования, Поглощения, Внемасштабной замены, Классификации, Графических операторов.

МГИС, построенная на основе ООП, дает возможность пользователю перейти на качественно новый уровень решения задач КГ. Пользователь, независимо от его квалификации, может выполнять генерализационные решения в дружественном режиме. Такой гибкостью обладает предложенный проект создания МГИС.

Отличительной чертой МГИС является то, что она представляет собой двухступенчатую процедуру обработки геоинформации. К преимуществам предложенной схемы можно отнести:

1. Возможность выбора детальности представления ГО к соответствующему масштабу итеративно и интерактивно.

2. Выполнение операций КГ в специализированной Системе принятия решений.

3. Встраивание методов КГ непосредственно в объектно ориентированную модель ГО.

4. Встраивание всех масштабных представлений сущности в один ГО.

Следует отметить, что предложенный подход к созданию МГИС, а также

и разрабатываемый комплекс программных средств обладает

возможностью замены компонент системы на аналогичные компоненты других ГИС.

Четвертая глава диссертации посвящена разработке комплексов инструментальных средств для создания ГИС в традиционном подходе -система "СОКРАТ" и объектно-ориентированном подходе - система "СОКРАТ++". На основе геоинформационных технологий и созданных инструментальных средств системы "СОКРАТ" рассмотрены типовые реализации ГИС - подсистем в задачах экологического мониторинга территории - "Экологический атлас Кемеровской области", при решении задачи геоинформационного моделирования выявления природно-очаговых инфекций клещевого энцефалита Новосибирской области, в задачах муниципальных информационных систем - "Дежурный генеральный план Академгородка", подсистемы земельного кадастра Муниципальной информационной системы г. Северска.

Работы по созданию комплекса программных средств для создания геоинформационных систем «СОКРАТ» обусловливались следующими причинами: ~

1. Необходимостью использования новых технических средств и реализацией на их основе эффективного ввода, хранения и обработки геоинформации.

2. Возможностью широкого использования вновь разрабатываемых программных средств для широкого круга прикладных задач.

Организация обработки информации в системе "СОКРАТ" представляется полноценной технологией и соответствует всем выше сформулированным требованиям к обработке разнородной информации в ГИС. Система состоит из следующих основных блоков:

• блок ввода растровой и векторной информации;

• блок визуализации и редактирования ЦК;

• вывод растровой, векторной информации;

• модуль обработки изображений;

• генератор условных обозначений;

• классификатор данных;

• модуль построения изолиний;

• интерактивная графическая оболочка;

• таблицы сетевого интерфейса.

Работы по созданию комплекса программных средств «СОКРАТ++» являются логическим продолжением инструментальных средств системы "СОКРАТ". Основные отличия системы "СОКРАТ++" следующие.

• объектно-ориентированная реализация программных компонент системы;

• развитая поддержка операций обработки семантической информации и возможностью функционирования системы в сетевых архитектурах (например архитектура "Клиент-Сервер" и т.д.);

• расширенный набор функций интерфейса пользователя;

• гипертекстовая HELP - система;

• поддержка стандартных библиотек классов объектов и современных технологий взаимодействия с другими информационными системами (например OLE и DDE технологий);

• поддержка операций картографической генерализации.

Рассматриваются три типовых проекта, реализованных с

использованием геоинформационных технологий и созданных программных средств.

1. При решении задач экологии и рационального природопользования на уровне региона, на примере "Экологического атласа Кемеровской области".

2. При решении задачи создания Муниципальных информационных систем (МИС). Работы выполнялись по двум направлениям.

В рамках первого направления создавалась система «Дежурный генеральный план Академгородка».

В рамках второго направления апробирована технология обработки геоинформации для создания подсистемы земельного кадастра МИС г. Северска.

3. При решении задачи геоинформационного моделирования выявления природно-очаговых инфекций клещевого энцефалита Новосибирской области.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований, изложенных в диссертации формулируются следующим образом:

1. Проведены исследования, которые позволили обосновать основные требования к комплексу инструментальных средств для создания геоинформационных систем, определить состав функций и компонент программного комплекса ввода, хранения, обработки, анализа и представления результатов совместной обработки разнородной информации, обосновать необходимость использования принципов объектно-ориентированного программирования при разработке таких инструментальных средств.

2. Обоснованы и разработаны принципы использования методов картографической генерализации в объектно-ориентированных геоинформационных системах, предложена концепция мультидетапьной геоинформационной системы, рассмотрены способы использования методов картографической генерализации в мультидетальных геоинформационных системах.

3. Разработаны комплексы программных средств, предназначенные для создания геоинформационных систем в русле традиционного и объектно-ориентированного подходов.

4. Разработана технология применения инструментального комплекса для создания геоинформационных систем, реализующая типовые сценарии ввода, хранения, обработки, анализа и совместного представления результатов обработки картографической информации.

5. Разработанный комплекса программных средств и технология обработки геоинформации использованы при создании системы "Экологический атлас Кемеровской области"; Муниципальной информационной системы г. Северска, геоинформационной системы «Дежурный генеральный план Академгородка» и для решения задачи геоинформационного моделирования выявления природно-очаговых инфекций клещевого энцефалита Новосибирской области

Основные положения диссертационной работы изложены в печатных работах;

1. Алексеев А.С., Акава Н.И., Пяткин В.П., Хорев А.Г. Концепция высокоэффективной вычислительной системы для центра прикладных исследований в области дистанционного зондирования земли II Автоматизированная обработка видео данных: Сб.науч.трудов. / ВЦ СО АН СССР, - Новосибирск, 1987 г.- с. 2-5.

2. Забадаев И.С., .Хорев А.Г., Комплекс программных программных средств для создания ГИС на IBM РС И Ресурсно-экологическое картографирование на основе информационных технологий: Тез.докл. науч. конф - Иркутск, 1993 г. - с 28-30.

3. Zabadyev, I.S., Khorev, A.G. Tool kit for making GIS // Proceedings of the International Conference GRAPHICON-93, Saint-Petersburg., 1993, - V.2. -pp. 41-47.

4. Zabadayev I.S., Khorev A.G., Municipal Information System:Development and Using in Siberia and Far East. /7 Proceedings of,17th Urban Data Management Symposium, Helsinki-Espoo, Finland, September, 1994, - pp. 370-376.

5. Говоров М.О., Хорев А.Г. Концепция объектно-ориентированной мульти-масштабной ГИС II XLVI Научно-техническая конференция преподавателей СГГА: Тез. докл. конф. / СГГА, - Новосибирск, 1996 г. - с 9-10.

6. Khorev A., Govorov М., Representation of multi-detailed data in object-oriented GISs // Proceedings of the EuroGIS'96, - Barcelona, Spain, 1996 -Vol. 1,1996.-pp. 226-229.

7. Malikov В., Govorov M., Khorev A., GIS technology: establishment of natural focal points of dangerous infection II Proceedings of the COMADEM'96, -University of Sheffield, SHEFFIELD, UK, 1996. - p. 8.

8. Govorov M., Khorev A., Object-oriented GIS and representation of multi-detailed data // Int. Arch, of Photcgrammetry and Remote Sensing, ISPRS.1996 - Vol. XXXI, Part B4, Commission IV, Working Group 6, - pp. 445-450.