Клеточные модели и метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей в геоинформационной системе предприятия

Томчинская, Татьяна Николаевна

Теоретические основы информатики

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Клеточные модели и метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей в геоинформационной системе предприятия

кандидата технических наук: Томчинская, Татьяна Николаевна
город: Нижний Новгород
год: 2006
специальность ВАК РФ: 05.13.17

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Клеточные модели и метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей в геоинформационной системе предприятия»

Автореферат диссертации по теме "Клеточные модели и метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей в геоинформационной системе предприятия"

На правах рукописи

ТОМЧИНСКАЯ Татьяна Николаевна

КЛЕТОЧНЫЕ МОДЕЛИ И МЕТОД КОМБИНИРОВАНИЯ ДВУМЕРНЫХ И ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ В ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05.13.17 - Теоретические основы информатики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 2006

Работа выполнена на кафедре "Графические информационные системы" Нижегородского государственного технического университета (НГТУ)

Научный руководитель: кандидат технических наук,

профессор СИДОРУК Р.М.

Официальные оппоненты' доктор технических наук,

профессор МОРУГИН С.Л.,

заслуженный работник геодезии и картографии РФ, член-корреспондент международной академии информатизации, кандидат технических наук ПОБЕДИНСКИЙ Г.Г.

Ведущая организация: Удмурдский государственный университет

(г. Ижевск)

Защита состоится "__"______ 2006г. в_часов на заседании

диссер1ациоиного Совета Д.212.165.05

при Нижегородском государственном техническом университете по адресу 603600, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24 , НГТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ

Автореферат разослан "_"_

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

2006года

^/¿¿¿г«^ Иванов А.П.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

ОЭ

2_DOfc> fr

\<ь\ъ&

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Сегодня стала реальной возможность проектирования производственных сооружений полностью средствами САПР. В результате, при проектировании создаются точные трехмерные модели корпусов и инженерных коммуникаций, которые далее могут быть использованы в качестве основы для построения информационной системы управления предприятием. Геоинформационые технологии показали свою эффективность в задачах управления в целом ряде отраслей за счет возможности связывания пространственной информации с тематическими базами данных. Ведущие поставщики ГИС предлагают инструментальные среды для построения систем информационной поддержки жизнедеятельности предприятия и решения задач управления. Но примеров действующих геоинформационных систем на предприятиях России пока мало.

Причин для этого несколько. Одна из них заключается в том, что в геоинформационных системах предприятий необходимо применение трехмерных моделей, в то время как традиционными для ГИС-систем являются двумерные модели и представление пространственной информации в виде плоских слоев. Так, инженерные системы трехмерны, примером тому коммуникации, особенно таких предприятий как нефтеперерабатывающие и химические заводы. Применение трехмерного моделирования необходимо и для решения инженерных задач: поиска кратчайшего пути (проектирование автодорог, линий электропередач, нефте- и газопроводов), определения связности сети (инвентаризационные работы и управление инженерными сетями).

В настоящее время функции пространственного (3D) анализа в геоинформационных системах все еще недостаточны. Это не позволяет решать задачи, связанные с топологией трехмерных объектов, визуализацией и моделированием объемов, таких как: определение объемов земляных работ; моделирование размещения и эксплуатации объектов промышленного и хозяйственного назначения, объектов застройки; выполнение пространственных запросов, отображающих объекты многоэтажных зданий с моделями помещений и коммуникаций. Большинство инженерно-хозяйственных задач в пределах предприятия точно решаются лишь на базе трехмерных моделей.

использование тематических карт планов помещений в сочетании с тематическим отображением трехмерных подземных коммуникаций. Так как существует круг задач, для решения которых двумерное представление достаточно, то сочетание 2D и 3D моделей позволяет избежать необоснованной сложности при информационной насыщенности объектов предприятия. Так в одном учебном корпусе ВУЗа находятся тысячи элементов трубопроводных, электрических и телекоммуникационных сетей и приборов. Применение только трехмерного моделирования для их представления может предъявить инструментальной системе неразрешимо высокие требования. Так же следует отметить, что на 2D моделях построено решение существенной части задач корпоративных предприятий, и 2D представление может стать основой Internet/Intranet варианта ГИС. При построении комбинированной двумерной и трехмерной модели предприятия возникают следующие проблемы: -рациональной навигации по сложноструктурированной модели предприятия; -множественности представления одного объекта в разных подзадачах и моделях.

В данной работе предлагается два пути решения задачи сочетания 2D и 3D моделей:

1)создание информационной модели геометрических данных, инвариантной к размерности объекта;

2)разработка методов и алгоритмов совместной обработки 2D и 3D объектов.

Таким образом, создание информационной модели, обладающей полнотой и универсальностью описания топологии одномерных, двумерных и трехмерных объектов, а также разработка методов использования и взаимодействия 2D и 3D моделей в ГИС предприятия являются актуальными.

Предметом исследования являются методы построения геоинформационной системы предприятия на основе трехмерных моделей и их комбинации с двумерными моделями.

Цель работы: Создание теоретических и методических основ построения геоинформационной системы предприятия на базе двумерных и трехмерных моделей.

Для реализации этой цели рассматриваются следующие задачи:

1. Разработка теоретических аспектов создания геоинформационных систем на основе клеточных моделей, оперирующих с одномерными, двумерными и трехмерными представлениями трехмерных объектов:

- исследование информационных моделей, моделей данных, используемых в геоинформационных системах;

-исследование клеточных комплексов, инвариантных относительно размерности объекта,' и возможности их эффективного информационного моделирования; '' 1 •

-развитие структуры данных клеточной модели, основанной на определении' «легочного топологического комплекса;

- разработка геометрической объектно-ориентированной СУБД на основе клеточной "Модели; '

- разработка алгоритмов решения задач геоинформатики на основе клеточных моделей.

2. Разработка методов и специальных программных средств совместной обработки и взаимодействия 2Э и ЗЭ моделей пространственных объектов в ГИС предприятия:

-построение обобщенной информационной модели предприятия и анализ информационных потоков для определения оптимальной структуры системы;

-разработка архитектуры ГИС предприятия, основанной на принципе ведущей подсистемы с общей внешней базой данных, и специального графического интерфейса;

-разработка алгоритмов решения топологических задач и метода навигации на комбинации 20 и ЗЭ моделей.

3.Реализация геоинформационной системы предприятия, построенной на взаимодействии 2В и ЗЭ моделей.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решаются методами системного анализа, теории функций и функционального анализа - раздел: теория множеств, метрические и топологические пространства; методами начертательной геометрии, дискретной математики и компьютерной графики. Теоретической базой настоящего исследования явились основополагающие работы: 1)по гомотопической топологии - Л.С.Понтрягина, А.Т.Фоменко, Д.Б.Фукса, В.А.Рохлина и др.; 2)по начертательной геометрии:

H.Ф.Четверухина, С.А.Фролова и др.; 3)по геоинформационным системам: МДеМерса, В.С.Тикунова, Е.Г.Капралова, А.В.Кошкарева и др. отечественных и зарубежных ученых.

Научная новизна

I. Построена информационная модель клеточного комплекса и система операций, обеспечивающая ее функционирование как основы клеточной СУБД.

2. Разработана объектная модель представления клеточного комплекса, позволяющая-построить инвариантные к размерности объекта алгоритмы обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

3. Разработаны алгоритмы решения задач геоинформатики на клеточных моделях: "Установка прозрачности элементов клеточной оболочки", "Расчет земляных работ", "Клеточная локальная модификация триангуляции", обладающие полнотой описания трехмерной топологии и общностью обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

4. Предложен новый, в практике геоинформационных систем, метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей (использование плоскопространственной модели) для построения ГИС предприятия. В результате, модель коммуникаций здания представляет комбинацию трехмерных моделей стояков с плоскими моделями коммуникаций на этажах (как на исходных поэтажных планах). Построенная таким образом плоскопространственная модель зданий позволяет ренить базовые прикладные задачи трехмерной ГИС быстрее и проще, т.к.. такая модель значительно

снижает требования к объему пространственной информации Метод

включает:

- алгоритмы решения топологических задач на комбинации 2D и 3D моделей;

- метод определителя трехмерного геометрического объекта для трехмерной навигации по плоско-пространственной модели зданий и территории;

-архитектуру системы, основанную на принципе ведущей подсистемы с общей внешней базой данных. Практическая ценность

Созданы теоретические и методические основы для реализации геоинформационной системы предприятия на базе трехмерных моделей и их комбинации с 2D моделями. Практическую ценность представляет информационная модель клеточного комплекса, представленная в виде клеточной СУБД и позволяющая решать задачи трехмерного пространственного анализа. Широко используемые структуры данных, - триангуляция, диаграмма Вороного, регулярное разбиение, - являются частными случаями клеточной структуры данных.

Унификация интерфейсов и структуры нульмерных, одномерных, двумерных и трехмерных клеток позволяет построить общие, вычислительно инвариантные относительно размерности объекта, алгоритмы обработки пространственных объектов.

Практическую ценность для построения ГИС предприятия представляет метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей. Этот метод позволяет быстро построить простую и адекватную модель на базе поэтажных планов. Комбинированная 2D/3D модель предприятия при компактности хранения позволяет более точно по сравнению с двумерными моделями решать на ней базовые прикладные задачи.

Теоретические результаты диссертационной работы реализованы в геоинформацонной системе НГТУ, построенной на взаимодействии 2D и 3D моделей. Система включает локальный и Internet компоненты для решения инженерно-хозяйственных задач и задач управления на уровне ректората, деканатов, кафедр. Результаты внедрены также в учебный процесс в составе спецкурса "Основы геоинформационных систем".

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований были доложены и обсуждены:

1. На IX, X, XI Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "Кограф-1999", "Кограф-2000", "Кограф-2001" - Нижний Новгород, 1999, 2000, 2002гг.

2. На VIII, X Всероссийских форумах "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". Москва, 2001 г, 2003г.

3. Информационные технологии, заложенные в проекте ГИС НГТУ, признаны специалистами, и на IX Всероссийском форуме "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование, Москва, 2002 " проект представлен как проект года ГИС-Ассоциацией РФ.

4. На 12-ой международной конференции по компьютерной графике и машинному зрению "ГрафиКон-2002".- Нижний Новгород, 2002г.

5. На 6-ой международной конференции по компьютерной графике и искусственному интеллекту - "31А'2003". т- Лимож (Франция), 2003г.

6. На 8-ой всероссийской конференции "Методы и средства обработки сложной графической информации". - Нижний Новгород, 2003г.

7. На Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии". - Н.Новгород, 2005г.

Публикации. В автореферате приведены 18 работ, в которых достаточно полно отражены теоретические и практические результаты диссертационных исследований.

На защиту выносятся результаты, определяющие научную новизну и практическую ценность:

1. Объектная структура данных, основанная на клеточных комплексах, представленная в виде клеточной СУБД для решения задач трехмерного пространственного анализа и обеспечивающая информационную и вычислительную инвариантность обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

2. Алгоритмы решения задач геоинформатики на основе клеточных моделей ("Установка прозрачности элементов клеточной оболочки", "Расчет земляных работ", "Клеточная локальная модификация триангуляции");

3. Информационно-алгоритмический комплекс для решения топологических задач на комбинации 2D и 3D моделей (поиск кратчайшего пути и определение длины трубопровода, определение отключаемых участков трубопроводной сети на случай аварий и поиск ближайших исправных задвижек для локализации неисправных участков).

4. Метод определителя трехмерного геометрического объекта для трехмерной навигации по плоско-пространственной модели зданий и территории.

5. Архитектура геоинформационной системы, основанная на принципе ведущей подсистемы, сопровождающей двумерные и трехмерные подсистемы, с общей внешней базой данных.

архитектура геоинформационной системы НГТУ, включающая ведущую подсистему на базе трехмерных моделей, сопровождающую трехмерные и двумерные подсистемы с общей внешней БД в формате MS Access;

комбинированная 2D/3D (плоско-пространственная) модель зданий и коммуникаций НГТУ и трехмерная навигация по плоскопространственной модели зданий и . территории с помощью определителя трехмерного геометрического объекта;

решение задач с помощью информационно-алгоритмического комплекса, предназначенного для решения топологических задач на комбинации 20 и ЗО моделей.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 146 наименований и приложения, подтверждающего реализацию полученных результатов. Содержит: 162 стр. текста, 10 табл., 66 рисунков. Общий объем - 174 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и основные задачи исследования, их научная новизна и практическая значимость. Приведены сведения о структуре и объеме работы.

В первой главе диссертации рассмотрено развитие организации данных в геоинформационных системах с точки зрения поддержки трехмерных моделей. Приведен аналитический обзор информационных систем предприятий и Вузов на базе ГИС технологий. Проведено исследование отечественных и зарубежных работ, посвященных моделям данных в геоинформационных системах.

Во второй главе отмечено, что известные информационные модели для представления геометрических данных не дают возможности эффективной обработки геометрических объектов различной размерности. Возникает задача создания информационной модели инвариантной к размерности объекта, т.е. такой, чтобы одномерные, двумерные и трехмерные объекты описывались одинаковыми информационными структурами. Это необходимо для оптимизации алгоритмов обработки трехмерных и комбинированных 20/3О геометрических объектов. Кроме того, геометрические объекты являются носителями физических состояний, поэтому требуется, чтобы предлагаемая модель могла применяться для моделирования числовых функций, определенных на данных геометрических объектах. В геоинформационных системах в качестве таких функций могут быть погодные условия, характеристика почв, плотность населения, электромагнитные процессы и т.д.

Для решения задач пространственного анализа на комбинации 20/30 моделей предлагается использовать клеточную модель, построенную на основе определения топологического клеточного комплекса, введенного Дж.Г.К.Уайтхедом в 1949 году. В 1978г. Р.М.Сидоруком клеточная модель была представлена в виде информационной структуры, которая должйа обеспечивать задачи геометрического моделирования, й в 1983 г. под его руководством была выполнена первая реализация клеточной базы данных на файловых структурах.

Настоящая информационная модель клеточного комплекса принципиально отличается способом хранения и организацией быстрого доступа к базовым элементам клеточного комплекса. В том числе: 1)разработана объектная модель представления клеточного комплекса; 2)вместо файловой структуры используется постреляционная; 3)введено поле ключа доступа к комплексу; 4)изменена роль комплекса с БД на объект "клеточный комплекс". Что в итоге

позволяет решать сложные задачи моделирования и пространственного анализа, и упростить работу с комбинированной 2 В/3 Б моделью.

В разделе "Клеточные модели" введен математический аппарат, на базе которого построена клеточная модель и далее он применяется в построении информационной модели.

В данной работе установлено взаимнооднозначное соответствие между двумя системами - клеточным комплексом и геометрической информационной моделью. Информационная модель описана в терминах клеточного комплекса. Согласно классическому пониманию, клеточное пространство - это хаусдорфово топологическое пространство С, представленное в виде

объединения С - и 7=0 и. <т/ попарно непересекающихся множеств сг/ 1 Ш]

(клеток) таким образом, что для каждой клетки а/ существует отображение у-мерного шара в С (характеристическое отображение, отвечающее

клетке О"/), сужение которого на внутренность Ы/У шара представляет

собой гомеоморфизм ШВ^^. При этом предполагаются выполненными следующие аксиомы.

С7: граница &/ = <т/ - сг/ клетки сг/ содержится в объединении

конечного числа клеток (у\ с г<}.

IV: множество Р с С замкнуто тогда и только тогда, когда для любой клетки О"- замкнуто пересечение а / (замкнутые клетки составляют

фундаментальное покрытие С).

Число ] называется размерностью клетки. Размерностью клеточного пространства называется верхняя граница размерностей его клеток. Под клеточным комплексом понимается конечная совокупность клеток. Множество всех точек, принадлежащих клеткам комплекса С называется полиэдром и обозначается | С \. Если С - клеточный комплекс, вложенный в евклидово пространство Я", то полиэдр можно представить как топологическую сумму (дизъюнктное объединение) множеств клеток:

' ]

Для построения клеточной информационной модели использовано классическое понятие г-остова С'7, как важнейшего подпространства клеточного пространства.

/'-остов: подкомплекс размерности г, в который входят все клетки <5\,]<г, т.е. Сг = ( |48г), 5"" = {сг-7 С }, у < г, С С С",

Для структуризации клеточного комплекса и упрощения его вычислительной реализации использовано понятие г-страты комплекса С".

В состав r-страты входят все клетки только размерности г, исключая остов. Т.е. страта - это не подкомплекс.

Sk = |ак С S" }, к=г, г—0,...,п.

Каждая клетка является открытым множеством и имеет простейший топологический тип - гомотопна точке. В данной работе введено ограничение: любые две клетки либо не пересекаются вовсе, либо пересекаются по целой грани.

Многие геометрические объекты в задачах геоинформационных систем являются носителями физических процессов. Так как клеточное покрытие фундаментально, то, для избежания дублирования вычислений на границах клетки, отображение вводится следующим образом:

F: Х—> R , где к =1 для скалярных, к >1 - для векторных и тензорных функций на X, где X ~ топологическое пространство с индуцированной топологией. Если на X наведена клеточная топология. С= (X.S), то

F(X) = F(C) = F| £2>М = где f(aj) = F/ , - сужение F на клетку

V 1 J ) J 1 / a{

i , IF, если x e er';

a/,r.e.f(a!) = \

[О, если x 6er;; x e X

В разделе "Структура данных" предложено представление клеточной модели в виде объектной клеточной СУБД.

В клеточной модели выделены несколько типов объектов: элементарный объект - клетка; совокупность клеток одной размерности образуют новый объект -страта; совокупность страт с размерностью клетки и меньше образуют клеточный комплекс (рис. 1).

Объект данных сг^- "клетка" произвольной размерности можно

представить как одну запись базы данных aJm --{K,R}, где К- ключ доступа (индекс объекта).

К= k(m,j,i), /n-номер комплекса, у- размерность страты, i - номер клетки внутри страты.

Нумерация клетки внутри страты подчиняется правилу обхода клеток одной размерности по слоям: если комплекс расслаиваемый, то номер клетки внутри страты представляет собой составной индекс с независимо нумеруемыми элементами слоев. Ключ доступа позволяет повысить вычислительную однородность представления клеток в клеточных БД.

R - информационная структура клетки произвольной размерности, описываемая схемой:

R = (K,tJ •, eL fLX где tJ -,eJ ■. fJ схема клетки er' .

tJm j — клеточная топология a^ .; gJm .— клеточные параметры геометрии;

клетка Множество клеток одной размерности -страта Совокупность страт (О+1 + ...+г) = клеточный комплекс

^ У 1=1 С* - и ]=0 4

узел -> множество узлов множество узлов точечный клеточный

(0-клетка) комплекс

4 4

ребро .......'¡У множество открытых отрезков — линия - одномерный клеточный

(1-клетка) (0+1 страты) комплекс

4- 4-

элемент поверхности —> (множество открытых 2-клеток) сегмент поверхности ......у поверхность - двумерный клеточный

(2-клетка) (0+1+2 страты) комплекс

.. 4 4

элемент объема ч (множество открытых 3-клеток) сегмент области _¡^ тело - трехмерный клеточный

(3-клетка) (0+1+2+3 страты) комплекс

Рис. 1. Объектная клеточная модель f|n . — клеточные параметры полей (атрибутов) а]п

[а^ ¡,яс!^ где а^ — топологический коэффициент клетки,

определяющий положение относительно границы и ориентацию: внешняя, внутренняя, граничная, отрицательно или положительно ориентированная;

^ т г—градуированная степень звезды; ¿¿/^ ■ = , к ф }

4,/ >¿11!где - число инцидентных

клетке .клеток (в клеточном комплексе клетки одинаковой размерности не инцидентны, поскольку все клетки являются открытыми множествами); ¿•/^ — градуированная звезда клетки, = ¿у ^, /с

т,1

(,лтл

1 . }-1 . ;+/

/и,/

- * -

вектор клеточных

индексов клеток, инцидентных клетке сг^ . в ориентации, зависящей от а}т1-

Кроме геометрии каждая клетка несет информацию о состоянии объекта, которое определяется набором значений атрибутов. Число столбцов таблицы для описания топологии и геометрии фиксировано, а для атрибутов -- произвольно. Клеткам различной размерности ставится в соответствие одна и та же схема. Объект "страта" - это клетки только размерностивходящие в данный комплекс. Представление стратыу-й размерности для комплекса ш:

, где] - размерность страты; / - клеточный индекс

Ы1

клетки в страте; Nj — число /-клеток в страте ; Объект "клеточный комплекс" размерности г - это объединение страт данной размерности и ниже:

Сг= из'Л ]=0

Поведение объекта определяется набором методов (программных кодов), оперирующих над объектом. Класс клетка инкапсулирует следующие методы -записать, удалить, прочитать, редактировать. Интерфейс вышеперечисленных процедур унифицирован для клеток различной размерности, что позволяет реализовать принцип полиморфизма. Любой объект типа клетка при своем создании получает генерируемый системой уникальный идентификатор - номер комплекса, размерность клетки (номер страты) и ее номер в произвольной нумерации клеток этой страты, который связан с объектом во все время его существования и не меняется при изменении состояния объекта. Набор клеток одной размерности образуют составной объект - страту. Классы страта и клеточный комплекс наследуют методы класса клетка: записать, удалить,

прочитать, редактировать, также добавляются следующие методы: генерация, интерполяция, аффинные преобразования (масштабирование, перенос и поворот), вычисление атрибутов.

Рис. 2. Элементы регулярного клеточного разбиения

Объектно-ориентированный подход позволил: 1

- описать хранящиеся данные в виде сложных идентифицируемых объектов, инкапсулирующих состояние и поведение; ' '"

- реализовать концепции наследования и полиморфизма;

организовать прямой доступ к данным.

В разделе рассмотрено также представление клеток на примере регулярного разбиения (рис.2). В табл. 1 показаны примеры представления нульмерных, одномерных, двумерных и трехмерных клеток для примера на рис.2.

Таблица 1. "Клеточный комплекс"

Ключ доступа Топология Геометрия Атрибуты

m j i a-d Степень звезды sd^ i Звезда St]mi d Координаты g Pl P2

1 0 1 2 sd°u= 3,3,1 <1 3 3. 5; 6.9; 5.7 14 5

1 1 3 2 sd\3-2,2,1 st'l,3 3 8.3; 10.4; 16.5 21 5

1 2 6 2 sd]6=4,4,1 * stl,6 3 14.0; 16.2; 56.3 19 8

1 3 1 2 sd3u= 8,12^6 stI,l 3 102.4;20.5; 56.3 24 3

Видно, что структура клеток одинакова. Поле таблицы "степень звезды" представлено в виде списка. Поле "звезда клетки" можно представить в виде отдельной таблицы. В табл.2 приведен пример звезды для трехмерной клетки с номером 1 первого комплекса. Число таблиц "звезда" для регулярного разбиения равно 12 независимо от числа клеток.

Таблица 2. Звезда клетки &ij

Особенностью клеточной модели является также то, что явно выделен топологический тип клетки относительно заданной границы. Это позволяет проводить топологическую классификацию клетки в различных задачах, например, относительно границы. Инвариантное представление структуры одномерных, двумерных и трехмерных клеток позволяет использовать в задачах не только циклы по клеткам одной размерности внутри страт, но и циклы по стратам и комплексам, что позволяет построить общие алгоритмы для обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

В следующем разделе главы описана вычислительная реализация клеточных комплексов в виде клеточной СУБД. Реализованы операторы клеточных запросов. Использованы классические понятия замкнутой клетки, границы клетки, звезды и линка: замкнутая клетка -

с1(а') = {< + е) е S, к < г v j е is'k(crr)},

гомотопическая граница клегки - множество клеток меньшей размерности -fr(<r;) = cl(cr;)-a;{ekJ eS,k<rvjeisk{ar;)\^ .' -

isj

1 1 1

2 2 2

3 3 3

4 4 4

5 5 5

6 6 6

7 7

8 8

границей клетки в результате правильного примыкания является подкомплекс меньшей размерности; гомологический цикл по границе клетки равен нулю;

звезда клетки - объединение клеток, содержащих <У 1 -

5/(<т; ; = (сгг + е! е 5, к Ф г V / е и'к(а\ )}-. (1)

линк (граница замыкания звезды), объединение клеток из звезды, не пересекающихся с <т- - 1к(а\ ) = /г(с1(СгГ ))) (2).

С помощью операторов клеточных запросов можно получить доступ к БД и *

формировать клеточные структуры данных открытых и замкнутых клеток, их открытых или замкнутых звезд, границ, остовов, линков, а также любой поднабор атрибутов. Все операторы клеточных запросов имеют унифицированный интерфейс. Реализованы генераторы одномерных, двумерных и трехмерных клеточных БД, а также селекторы, позволяющие проводить различные манипуляции с геометрическими объектами.

••..ий/»'""'./ И'-ЧШНк

Рис. 3. Клеточная модель рельефа

Пример. На рис.3 показано построение клеточной модели на примере фрагмента карты Н.Новгорода масштаба 1:10000. Рядом представлена регулярная клеточная модель того же района. Сначала создается плоская модель с помощью

двумерного генератора клеточных моделей. Строится обобщенный четырехугольник, и задаются длины сторон и числа разбиений по двум сторонам носителя. Задается размерность клеточного комплекса и размерность пространства вложения. Вычисляются параметры геометрии и топологии. На следующем этапе работает программа на-гружения полями.

Рис.4. Фрагмент клеточного комплекса

Первым параметром поля является функция высоты, привязанная к точечному базису клеточной модели, другим параметром поля может быть параметр, определяющий цвет в заданной точке.

На рис. 4 показан фрагмент триангуляционной модели рельефа. Клеточный комплекс в данном примере состоит из страт С" (узлы), С (ребра), С2 (грани). Стрелками указана ориентация клеток.

Далее приводятся примеры операторов клеточных запросов для двумерного комплекса.

В соответствии с выражениями (1), (2) для узла поверхности О0 и первого клеточного комплекса получаем: звезда узла - низшая страта: ,„У / / / / 1

Уа1,3>а 1,4 >а 1,7'а 1,10 >01,9 а 1,6 ь

высшая страта: {а/7, а]3, <т]\4, а]\5, сг 2! 6};

линкузла: низшая страта: {Сд/.сг^.0"/,б }>

высшая страта: {а\л ,<т\5 ,а\,, ,а'112 ,сг{в,ст/2 }•

В разделе "Алгоритмы задач геоинформатши на основе клеточных моделей" приведены следующие алгоритмы.

1) "Клеточная локальная модификация триангуляции". Реальные триангуляционные модели рельефа земной поверхности часто содержат такое количество точек и треугольников, которое затрудняет работу в реальном режиме времени и предъявляет высокие требования к памяти компьютера. Для решения этой проблемы строятся упрощенные модели поверхности. Традиционно уменьшение числа элементов выполняется с помощью локальной модификации триангуляции: удаление узла, ребра или треугольника и перестройки исходной триангуляции (рис.5).

Рис. 5. Виды локальных модификаций триангуляции: а - удаление узла; б - коллапс ребра; в -

коллапс треугольника

Показано, что если взять за основу клеточную модель, то с помощью операторов клеточных запросов - линков и линков второго порядка (рис.6) можно уменьшить трудоемкость, сократить время работы алгоритма локальной модификации. Предложенный алгоритм обладает полнотой описания

трехмерной топологии и общностью обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

Рис. 6. Результат выполнения операторов клеточных запросов: а - линк узла, б - пинк второго порядка; в - перестроенная триангуляция

2) "Расчет земляных работ" Вычисление объемов земляных работ предложено осуществлять на базе генерации трехмерной клеточной БД. Верхнее, нижнее основание и профиль боковых стенок задается кривыми второго порядка. Удельный вес переносимых масс является атрибутом. Объем выемки определяется как сумма объемов соответствующих клеток, которые в данном случае являются четырехугольными призмами. В отличие от традиционных алгоритмов для данного алгоритма не ймёет значения отвесные стены у котлована или нет.

3) "Установка прозрачности элементов клеточной оболочки". Целью данного алгоритма является анализ препятствий для наблюдения сцены внутри "помещения камерой, находящейся вне помещения. Новым является

использование объектной клеточной структуры данных. Полнота описания топологии позволяет решать необходимые задачи трехмерного анализа, часто возникающие в геоинформационных системах. Например, задача определения помещений, подвергающихся опасности в первую очередь в случае пожара или утечки газа; задача определения коллизий при обвязке оборудования.

В третьей главе рассмотрена теоретико-множественная модель ГИС предприятия для определения оптимальной структуры информационной системы.

В разделе "Принцип ведущей подсистемы" предложено в архитектуре системы выделить ведущую локальную подсистему (Рис. 7). Ведущая подсистема должна поддерживать трехмерные модели и обеспечивать: 1)подготовку и сопровождение трехмерной модели предприятия; 2)экспорт, импорт и связь с плоскими моделями; 3)решение инженерно-хозяйственных задач на совокупности 2D и 3D моделей. Все подсистемы, как локальные, так и Internet- подсистема должны работать с одной общей внешней базой данных, чтобы избежать дублирования атрибутивной информации. Ведущая подсистема аккумулирует входную информацию разной размерности, приводит ее к трехмерному виду, выполняет функции экспорта 3D и 2D моделей. Так проект реставрации интерьера может быть экспортирован как 3D модель, а планы помещений для подсистемы "Расписание" экспортируются как 2D.

Рис. 7. Взаимодействие 20 и 30 моделей с ведущей подсистемой

В разделе "Проблема навигации по плоско-пространственной модели и ее решение на основе определителя геометрического объекта" отмечается, что количество объектов геометрической модели составляет тысячи на одно многоэтажное здание. Поэтому трехмерное моделирование предлагается использовать прежде всего для инженерных коммуникаций зданий и сооружений, а также для инженерных коммуникаций территории, рельефа местности, как вариант более наглядного, по сравнению с планом, представления

обстановки помещений. В этом случае необходимо обеспечить трехмерную визуализацию зданий или помещений, ориентируясь по плоскому плану, например, для того, чтобы показать аксонометрию или

перспективу.

Для этих целей предлагается метод использования определителя геометрического объекта. Определитель геометрического объекта может быть записан различным образом в зависимости от задачи. Например, для конструирования подобъектов определитель трехмерного геометрического объекта:

(3) <t>(aj,Hj), где я,- полигон нижнего основания объекта, Н¡- высота объекта, или где а,,6, - полигоны нижнего и верхнего основания

объекта. Для целей навигации в ряде случаев может быть достаточно: <p(boXj), <p(spheret), где box,-, sphere j- вспомогательные объекты, охватывающие исходные объекты.

Построение определителя геометрического объекта вида (3) может быть осуществлено по иерархическому принципу на основе определителя объекта старшего уровня: F\cj,Hj), где Cj.Hj- контур и высота объекта старшего

уровня. В этом случае при выборе Л,- го контура основания подчиненного

объекта осуществляется проверка принадлежности <3,- го контура С j - ому. Например, это может понадобиться при навигации по плоскому плану этажа, помещения которого имеют разную высоту. В этом случае Cj - контур полигона,

охватывающего помещения с одинаковой высотой.

В разделе "Решение топологических задач на моделях смешанного типа" предложено решение задачи поиска кратчайшего пути и задачи определения связности сети на комбинации 2D и 3D моделей. Реализация этой задачи позволяет сохранить необходимую эффективность работы с инженерными коммуникациями в среде Autodesk Map3D и Land Desktop (LDT).

Для решения задачи поиска кратчайшего пути сеть смоделирована в виде направленного графа:

(4) Г = (У,Е,Ф), где V - множество вершин; Е - множество ребер, Ф -отношение инцидентности, V = V2 U V 3;

V2 - | z= 1,2... n - множество 2D узлов;

Vj = jy^ | j= 1,2... m - множество 3D узлов; E=E2 [JEj ; E2 = {¿?2m j m= 1,2.. Л - множество 2D ребер;

Ej = \Езк } £=l,2...d - множество 3D ребер, где Ф(v2. ,e,v2i+l) л -,Ф(v2(+y ,e,v2.), Ф(v2/,е, v3j) л -,Ф(v3j,е, v2.)

Ф(Vj >e>vjl+J) л —>Ф(v3,+/ >e>v3, ) ~ ориентированное ребро.

Затем сформирована сетевая топология из совокупности объектов (отрезков 2D и 3D полилиний) в виде взвешенной матрицы смежности;

(w jj, если существует ребро

О, если ребро не существует

Далее поиск кратчайшего пути базируется на алгоритме Дейкстры. Решение задачи "растекания потока" или определение всех связных участков сети

базируется на поиске пути по графу между двумя узлами. Смоделированы чрезвычайные ситуации на трубопроводе, а именно, локализация аварийных ситуаций на трубопроводе или плановый вывод участков сети из работы. Реализована задача поиска ближайших отсекающих устройств с учетом оптимальности, т.е., чтобы локализация привела бы к отключению минимального числа потребителей.

Следующий раздел - "Использование клеточной модели при облете 3D модели здания" посвящен анализу трехмерных сцен. Для анализа сцен во время

* облета трехмерных моделей зданий предложено хранить геометрическую модель помещений в клеточной базе данных. Она должна содержать информацию о помещениях этажей. Каждой клетке соответствует отдельное

* помещение. Поскольку помещения часто бывают произвольной формы, клеточная модель является наиболее адекватной по сравнению с триангуляционной или регулярной моделью. Стена помещения соответствует 2D грани в клеточной модели. Основная идея алгоритма заключается в том, что проверяется угол, образуемый отрезком, соединяющем точку зрения с центроидом трехмерной клетки и нормалью к двумерной клетке. Если угол острый, двумерная грань убирается, в противном случае остается.

На примере задачи анализа трехмерных сцен и задачи растекания потока показано, что клеточная информационная модель применима для решения задач пространственного анализа.

В четвертой главе представлена геоинформационная система Нижегородского государственного технического университета (ГИС № ТУ). Основные цели - информационная поддержка принятия управленческих решений на уровне руководства университета и его основных подразделений; поддержка эксплуатации инженерных коммуникаций территории и сооружений вуза.

ГИС НГТУ основана на теоретических положениях, представленных в предыдущих главах. Существенным свойством системы является возможность одновременной работы с 2D и 3D представлениями ее объектов (карты, планы, 3D модели). Для построенной таким образом комбинированной модели реализованы методы совместной обработки и взаимодействия 2D и 3D моделей

t, и алгоритмы решения топологических задач.

В составе ГИС НГТУ реализовано 15 подсистем, работающих на архитектуре с ведущей подсистемой. В качестве ведущей используется подсистема 3D моделирования НГТУ на основе Autodesk Map3D и внешняя БД в

* формате MS Access. Такая архитектура предоставляет возможность оперативного реагирования на любую ситуацию, возникающую на территории университета и в его корпусах. При этом в зависимости от ситуации могут использоваться 3D модели, 2D модели и их комбинации. Так план эвакуации в случае чрезвычайных ситуаций удобно рассматривать на 2D моделях, а ситуацию устранения аварий в инженерных коммуникациях рассматривается на 3D и комбинированных моделях (подсистема "Инженерные коммуникации"). Расписание занятий, выделение аудиторий для мероприятий, конференций,

семинаров - на 2D моделях, кадастр подразделений на комбинированной модели

н'

(подсистема "Кадастр подразделений hi ТУ"); работа инженерных коммуникаций на территории - 3D моделирование.

Разнородная атрибутивная информация (находящаяся на чертежах, планах, в технических паспортах и другой технической документации, а также

собранная по факту) представлена в виде схемы отношений R = R(p,Aj ) ( где р - вектор параметров, принимающих значение из некоторого дискретного множества, например,

р, е {корпус 1, корпус 2.....корпус 6}; Л/ _ j - атрибут i - ого кортежа;

Внешняя база данных включает таблицы: здания кампуса, корпус №1, корпус №2,..., , корпус №6, смотровые колодцы, электропроводка корпуса, трубопровод: водопровод, Отопление, канализация корпуса и др.

На примерах показано взаимодействие внешней БД с 2D, 3D подсистемами и с Интернет подсистемой. Например, векторизация карты области и города выполняется в среде GeoDraw, а векторизация поэтажных планов в Autodesk Map3D, т.к. требуется 3D моделирование.

Для ведущей подсистемы посредством макросов MS Access и аппарата ассоциированных документов Autodesk Map3D реализована нештатная функция связи объекта 3D модели с соответствующей ему записью в базе данных MS Access. Это позволяет при навигации по трехмерной модели в среде Autodesk Map3D переходить в среду Access и выполнять необходимую работу с данными с применением специально разработанных форм. В главе приведены примеры взаимодействия 2D, 3D и Интернет подсистем с внешней БД.

В разделе "Трехмерная навигация по плоско-пространственной модели НГТУ" отмечена сложность пространственной модели технического университета. Для навигации в качестве определителя ГО используется параллелепипед, охватывающий помещения одной высоты на этаже. Объектная привязка осуществляемся к центроиду параллелепипеда. Навигация иерархическая: корпус^' бтаж, помещение; затем навигация осуществляется внутри комнаты.

В разделе "Решение топологических задач на моделях смешанного типа"

приведены примеры решения задач на смоделированной 2D/3D сети. Представлено решение задач поиска кратчайшего пути и автоматизации поиска ближайшей запорной аппаратуры для локализации аварии на трубопроводе.

Рис. 9. Результат выполнения программы, моделирующей локализацию аварии на трубопроводе

Задача решена методами описанными в третьей главе с помощью специализированных средств совместной обработки 2D/3D объектов. Далее в главе освещен аспект взаимодействия пользователя с ГИС НГТУ. Отмечено, что

только подсистема по инженерным коммуникациям содержит более 400-х сот слоев и их одновременное отображение сильно затрудняет процесс восприятия пространственных объектов системы. Для сохранения возможности работы со слоями наряду с применением фильтров используется описанный в третьей главе матричный метод организации интерфейса для отображения 2D/3D слоев с коммуникациями, находящимися на территории, в корпусах и на этажах. Обращение к матричному интерфейсу реализовано через дополнительную кнопку на панели инструментов.

В разделе "Взаимодействие Интернет подсистемы с ведущей подсистемой " описана корпоративная составляющая ГИС HI ТУ.

Основные цели создания Intranet/Internet подсистемы: сделать доступной по Intranet/Internet сети оперативную информацию об инженерно-хозяйственных сооружениях, решить вопросы разграничения доступа; обеспечить информацией об университете абитуриентов, представить справочную информацию по учебным корпусам, помещениям, кафедрам, познакомить с территорией кампуса.

Все данные сосредоточены в ведущей подсистеме и экспортируются в Интернет подсистему по мере необходимости. В предложенной подсистеме на базе MapGuide Server построен геоинформационный Intranet/Intemet-сервер HI ТУ. Компонент Author обеспечивает прием 2D моделей, экспортированных средствами Autodesk Map3D, и построение тематических карт конечного пользователя. Все подсистемы работают с одной общей внешней базой данных. При разработке геоинформационного сервера HI ТУ возникла потребность в дополнительных элементах управления системой: навигации по карте, поиска объектов, просмотра сопровождающей документации, управления группами слоев. Для разрешения этой потребности средствами MapGuide Viewer API реализована дополнительная панель управления, которая включает: навигацию по карте и объектам; списки функциональных слоев или групп слоев; дополняемый список справочных документов к системе.

К Интернет-подсистеме подключен атлас, включающий 15 карт НГТУ. Реализована различная реакция на клик и двойной клик путем создания тематических групп слоев с одинаковой пространственной информацией, но различным содержанием поля URL первичной базы данных. Реакция на клик определяется назначением текущей тематической группы слоев (например, в группе "Виртуальный НГТУ" - вызов виртуальной модели или AVI-файла).

В проекте ГИС НГТУ представлено решение следующих практических задач на комбинированной модели:

- построение областей водораздела и векторов уклона поверхности рельефа для оптимального размещения ливневой канализации;

- расчет объема земляных работ для ремонта/замены линий коммуникаций;

- моделирование траншеи вдоль линии трубопровода;

- построение профиля рельефа вдоль линии коммуникаций;

- расчет площадей и объемов,материалов для ремонта помещений;, . п

- оценка состояния труб на основе мультикритериального методам - - <•"-

■'■'-> , I, wHw/ '

Основные результаты работы

В работе получены следующие теоретические и практические результаты.

1. Разработаны теоретические' и методические аспекты построения геоинформационной системы предприятия на базе трехмерных моделей и их комбинации с 2D моделями.

2. Разработана объектная структура данных, основанная на клеточных комплексах, представленная в виде клеточной СУБД для решения задач трехмерного пространственного анализа и обеспечивающая информационную и вычислительную инвариантность обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

3. Разработаны структура и механизм запросов, позволившие реализовать систему управления клеточной базой данных КЛЕТАЛ.

4. Предложены новые алгоритмы решения задач геоинформатики на основе клеточных моделей ("Установка прозрачности элементов клеточной оболочки", "Расчет объема земляных pa6ot", "Клеточная локальная модификация триангуляции").

5. Разработаны методы и алгоритмы, позволяющие реализовать геоинформационную систему предприятия на комбинации 2D и 3D моделей, в том числе:

решена задача системного анализа: построена обобщенная модель предприятия, представлен анализ информационных потоков теоретико-множественной модели ГЙС предприятия;

разработана архитектура, основанная на принципе ведущей подсистемы, обладающей возможностями трехмерного моделирования, конверторами в форматы других подсистем, и реализующей связь с общей внешней базой данных; такая архитектура позволяет решить вопрос множественности представления одного объекта в разных подзадачах и моделях;

разработан метод определителя трехмерного геометрического объекта для трехмерной навигации по' плоско-пространственной модели зданий и территории;

разработаны алгоритмы решения топологических задач на комбинации 2D и 3D моделей, позволившие расширить известные задачи поиска кратчайшего расстояния и локализации аварийных участков на линейном графе;

разработан и реализован матричный метод в организации интерфейса многослойных пространственных объектов.

6. Разработана геоинформационная система НГТУ, построенная на взаимодействии 2D и 3D моделей, включающая локальный и Internet компоненты й предназначенная для решения инженерно-хозяйственных задач и задач управления на уровне ректората, деканатов, кафедр.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Томчинская Т.Н. "Геоинформационпая система предприятия: моделирование аварийных ситуаций на трубопроводах и проблема трехмерной навигации". - VI Всерос. конф. "Методы и средства обработки сложной графической информации".-Н Новгород 2003 с.84-85 2 ТомчинскаяТ.Н "Развитие геометрической клеточной структуры данных"// Тез. докл Вс н-технической конф. "Информационные системы и технологии".-Н.Новгород, 2005 с. 87-89.

3 Томчинская T.H Геоинформационная инженерно-экологическая и хозяйственная система Hi ТУ // Материалы 11-й Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "Кограф-2001".- Нижний Новгород, 2001, с.76-79.

4 Tatyana N. Tomchinskaya, Vadim Е. Turlapov. Development of a graphical interface and topological tasks Land Development Desktop and Autodesk MapGuide for the Geographic Information System of a higher educational institution. 3IA'2003 International conference Computer Graphics and Artificial Intelligence Limoges (France), 2003, c. 167-177.

5 Сидорук P.M., Томчинская Т.Н., Андриянова C.H. Геометрическая клеточная система баз данных Сб. "Проблемы геометрического моделирования". - Минск , 1989, с. 14-18.

6 Сидорук, P.M., Томчинская Т.Н., Поспелова Н.В. Геометрическая селекция в СБД КЛКТАЛ. Мат. XII научн. конференции молодых ученых - Горький, 1989, с.23-35.

7 Турлапов В.Е, Томчинская Т.Н., Красилевская О.В. Информационная система инженерных коммуникаций НГТУ на базе геоинформационных технологий AUTODESK. Мат. 9-й Вс. н.-практической конференции по информационным технологиям. - Н. Новгород, 2000, с.88-89.

8. Турлапов В.Е, Томчинская Т.Н., Борисов М.М. Проект геоинформационного intranet/internet-cepeepa НГТУ на базе программного продукта AUTODESK MAPGUIDE. // Материалы 9-й и 10-й Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "Кограф-1999/2000" - Н., 2000, - с. 89-90.

9. Сидорук P.M., Томчинская Т.Н. Решение задач трехмерного анализа с использованием ГИС-технологий на основе клеточных структур представления данных. // Материалы 11-й Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "Кограф-2001" - Нижний Новгород, 2001, - с. 204-209.

10. Тишков К.Н., Сидорук P.M., Турлапов В.Е., Томчинская Т. Н. Геоинформационная система Нижегордского ГТУ на базе программного продукта AutoCAD Map. Тез. докл. IX Всероссийского форума "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес Образование". - Москва, 2001, - с. 76-77.

11 Томчинская Т.Н, Голубь С В., Турлапов В.Е. Развитие графического интерфейса и топологических задач AutoCAD Map и Land Development Desktop для геоинформационной инженерной системы предприятия// Труды 12-ой междун. конференции по компьютерной графике и машинному зрению "ГрафиКон-2002" - Нижний Новгород, 2002, - с.305-308.

12 Тишков К.Н., Сидорук P.M., Турлапов В.Е., Томчинская T. H Разработка и создание картографических ресурсов университета // Материалы 9-й и 10-й Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "Кограф-1999/2000" - Нижний Новгород, 2000, - с.83-85.

13 Тишков КН, Сидорук P.M., Турлапов В.Е., Томчинская Т. Н. Геоинформационная система НГТУ на основе программных продуктов AutoCAD Map и MapGuide.// Тез. докл. IX Всероссийского форума "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". - Москва, 2002, - с. 12-13.

14 Томчинская Т.Н., Голубь C.B., Турлапов В.Е. Геоинформационная инженерная система вуза в технологии LDD.// Тез. докл. IX Всерос. форума "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". - Москва, 2002, - с. 50-52.

15 Томчинская Т.Н., Гуськов И.Н. ГИС-технология работы с многоэтажными зданиями вуза.// Тез. докл. IX Всероссийского форума "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". - Москва, 2002, - с. 52.

16 Турлапов В.Е., Томчинская Т.Н., Шортов Д.А. Геоинформационный сервер вуза на базе Autodesk MapGuide// Тез. докл. IX Всероссийского форума "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование" - Москва, 2002, - с 58-59.

17. Сидорук Р М., Гуськов И.Н.,Томчинская Т.Н. Моделирование чрезвычайных ситуаций на трубопроводах в геоинформационной системе ВУЗа .// Тез. докл. X Всерос форума "ГИС 1ехнологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". Москва, 2003 с. 36-38.

18 Турлапов В.Е., Томчинская ТII Определитель геометрического объекта в трехмерной навигации на основе плоских планов.//Тез. докл. X Всерос. форума "Геоинформационные технологии. Управление Природопользование Бизнес Образование" - Москва, 2003, - с.46

¿РОС в

НИ 61 36

Подписано в печать 24.04.06. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 363.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Томчинская, Татьяна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ДАННЫХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В

• ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.1 Вопросы организации данных в ГИС. История развития. г' 1.2 Исследование использования ГИС - технологий на предприятиях

1.3. Информационные системы ВУЗов на базе ГИС технологий

1.4. Исследование моделей данных, используемых в ГИС предприятий

1.4.1. Модели пространственных данных

1.4.2. Модели атрибутивных данных

1.5. Анализ инструментальных систем 48 ® Выводы к главе

2. ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕТОЧНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ УНИФИКАЦИИ ОБРАБОТКИ ОБЪЕКТОВ РАЗЛИЧНОЙ РАЗМЕРНОСТИ

2.1 Клеточные модели

2.2 Объектно-ориентированная клеточная структура данных

2.3 Архитектура СУБД КЛЕТАЛ

2.4 Алгоритмы решения задач пространственного анализа на основе клеточных моделей

Выводы к главе

3. МЕТОДЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 2ВИЗВ

МОДЕЛЕЙ В ГИС ПРЕДПРИЯТИЯ

3.1. Обобщенная модель предприятия и информационные потоки

3.2. Принцип ведущей подсистемы

3.3. Проблема навигации по плоско-пространственной модели и ее решение на основе определителя геометрического объекта

3.4 Решение топологических задач на моделях смешанного типа

3.4.1 Поиск кратчайшего пути и вычисление длины участка сети

3.4.2 Проверка связности сети, поиск ближайших отсекающих устройств и анализ результатов переключений в сети

3.5 Использование клеточной модели при облете сцены

3.6 Матричный метод в организации интерфейса многослойных пространственных объектов

Выводы к главе

4. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА НИЖЕГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА (ГИС НГТУ) 110 4.1 Архитектура ГИС НГТУ, реализующая принцип ведущей подсистемы

4.1.1. Подсистема "Кафедра"

4.1.2. Подсистема "Учебная часть"

4.1.3. Подсистема "Охрана труда и экология рабочих мест НГТУ" 132 4.2 Трехмерная навигация по плоско-пространственной модели НГТУ

4.3 Решение топологических задач на моделях смешанного типа

4.4 Развитие пользовательского интерфейса

4.5 Взаимодействие Интернет подсистемы с ведущей подсистемой 142 Выводы к главе

Введение 2006 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Томчинская, Татьяна Николаевна

Актуальность темы исследования. Последние события в мире заставили правительственные органы, предприятия коммунального хозяйства, и руководство всех крупных, средних и малых предприятий более тщательно оценивать возможности и надежность жизненно важных элементов инфраструктуры (электрические и газовые сети, водоснабжение, транспорт). Стало ясно, что очень важным является быстрый доступ к данным об инфраструктуре, с помощью Интернета или локальных компьютерных сетей. Приложения, которые могут снабжать такими данными, должны быть настраиваемыми под конкретные задачи, надежными и позволять быстрое их развертывание и использование. Они должны давать возможность визуализации различных взаимосвязанных данных, включая сведения о сотрудниках предприятия, поэтажные планы, местоположение материальных ценностей, маршрутов эвакуации, потенциально опасные места.

Ведущие поставщики ГИС широко предлагают инструментальные среды для построения системы информационной поддержки жизнедеятельности предприятия и решения задач управления. Но реальных примеров реализации подобных проектов в России очень мало, т.к. недостаточно проработаны ГИС-технологии в проектах крупных предприятий, не разработаны технологии представления модели предприятия, учитывающей сложности его структуры и открытый характер взаимодействия его элементов.

В настоящее время функции пространственного (3D) анализа в геоинформационных системах все еще недостаточны. Это не позволяет решать задачи, связанные с топологией трехмерных объектов, визуализацией и моделированием объемов, таких как: определение объемов земляных работ; моделирование размещения и эксплуатации объектов промышленного и хозяйственного назначения, объектов застройки; оптимальная прокладка коммуникаций среди других существующих, обнаружение и анализ коллизий; выполнение пространственных запросов, отображающих объекты многоэтажных зданий с моделями помещений и коммуникаций. Большинство инженерно-хозяйственных задач в пределах предприятия точно решаются лишь на базе трехмерных моделей.

Следующей причиной является необходимость комбинирования 2D и 3D моделей в решении инженерных задач. Ведущими поставщиками ГИС и САПР, в частности фирмой Autodesk, предлагаются инструменты для создания гибридной ГИС-САПР информационной системы. Они позволяют использовать в прикладной геоинформационной системе не только двумерные, но и трехмерные модели объектов, но аппарат решения топологических задач не рассчитан на взаимодействие 2D и 3D моделей. Тем не менее, такое комбинирование необходимо. Так в ряде задач удобно использовать сочетание трехмерного представления и планов. Например, двумерное представление участков трубопровода на поэтажных планах и трехмерное моделирование стояков между этажами. Сочетание 2D и 3D моделей требуется при представлении конечных результатов проведенных исследований, например, тематические карты планов помещений и тематическое трехмерное отображение подземных коммуникаций. Так как существует круг задач, для решения которых двумерное представление достаточно, то сочетание 2D и 3D моделей позволяет избежать необоснованной сложности при информационной насыщенности объектов предприятия. Даже на таком предприятии как ВУЗ только в одном учебном корпусе находятся тысячи элементов трубопроводных, электрических и телекоммуникационных сетей и приборов. Их только трехмерное представление может предъявить инструментальной системе неразрешимо высокие требования. Так же следует отметить, что на 2D моделях построена существенная часть задач корпоративных предприятий и 2D представление может и должно стать основой Internet/Intranet варианта ГИС.

Таким образом, создание эффективной информационной модели, позволяющей построить геоинформационную систему предприятия на базе трехмерных моделей, а также разработка методов использования и взаимодействия 2D и 3D моделей в ГИС предприятия являются актуальными. При построении комбинированной двумерной и трехмерной модели предприятия возникают следующие проблемы:

- рациональной навигации по сложноструктурированной модели предприятия;

- множественности представления одного объекта в разных подзадачах и моделях.

В данной работе предлагается два пути решения задачи сочетания 2D и 3D моделей: 1)создание информационной модели геометрических данных, инвариантной к размерности объекта; 2)разработка методов и алгоритмов совместной обработки 2D и 3D объектов.

Предметом исследования являются методы построения геоинформационной системы предприятия на основе трехмерных моделей.

Цель работы:

Создание теоретических и методических основ построения геоинформационной системы предприятия на базе двумерных и трехмерных моделей.

Для реализации этой цели рассматриваются следующие задачи:

- исследование информационных моделей, моделей данных, используемых в геоинформационных системах;

- исследование клеточных комплексов, инвариантных относительно размерности объекта, и возможности их эффективного информационного моделирования;

- развитие структуры данных клеточной модели, основанной на определении клеточного топологического комплекса;

- разработка геометрической объектно-ориентированной СУБД на основе клеточной модели;

- разработка алгоритмов решения задач геоинформатики на основе клеточных моделей.

2. Разработка методов и специальных программных средств совместной обработки и взаимодействия 20 и ЗЭ моделей пространственных объектов в ГИС предприятия:

-разработка алгоритмов решения топологических задач и метода навигации на комбинации 2D и 3D моделей.

3.Реализация геоинформационной системы предприятия, построенной на взаимодействии 2D и 3D моделей.

Теоретической базой настоящего исследования явились основополагающие работы: 1) по гомотопической топологии — А.Т.Фоменко, Д.Б. Фукса, В.А. Рохлина др.; 2) по начертательной геометрии: Н. Ф. Четверухина, С.А. Фролова др.; 3) по геоинформационным системам: B.C. Тикунова, Е.Г. Капралова, A.B. Кошкарева и других отечественных и зарубежных ученых.

Научная новизна выполненного исследования состоит в следующем:

1. Построена информационная модель клеточного комплекса и система операций, обеспечивающая ее функционирование как основы клеточной СУБД.

2. Разработана объектная модель представления клеточного комплекса, позволяющая построить инвариантные к размерности объекта алгоритмы обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

4. Предложен новый, в практике геоинформационных систем, метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей (использование плоско-пространственной модели) для построения ГИС предприятия. В результате, модель коммуникаций здания представляет комбинацию трехмерных стояков с плоскими моделями коммуникаций на этажах (как на исходных поэтажных планах). Построенная таким образом плоскопространственная модель зданий позволяет решить базовые прикладные задачи трехмерной ГИС быстрее и проще, т.к., такая модель сохраняет низкий объем пространственной информации, соизмеримый с двумерным. Метод включает: алгоритмы решения топологических задач на комбинации 2Т> и ЗБ моделей; метод определителя трехмерного геометрического объекта для трехмерной навигации по плоско-пространственной модели зданий и территории; архитектуру системы, основанную на принципе ведущей подсистемы, сопровождающей двумерные и трехмерные подсистемы, с общей внешней базой данных.

Практическая ценность. В результате выполненного исследования: созданы теоретические и методические основы для реализации геоинформационной системы предприятия на базе трехмерных моделей и их комбинации с 2Б моделями. Практическую ценность представляет информационная модель клеточного комплекса, представленная в виде клеточной СУБД, позволяющая решать задачи трехмерного пространственного анализа, широко используемые структуры данных, -триангуляция, диаграмма Вороного, регулярное разбиение, - являются частными случаями клеточной структуры данных.

Унификация интерфейсов клеток различной размерности, унификация структуры нульмерных, одномерных, двумерных и трехмерных клеток позволяет построить общие, вычислительно инвариантные, относительно размерности объекта, алгоритмы обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

Практическую ценность представляет метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей для построения ГИС предприятия. Этот метод позволяет быстро построить простую и адекватную модель на базе имеющихся поэтажных планов. Комбинированная 2D/3D модель предприятия при компактности хранения позволяет более точно по сравнению с двумерными моделями решать на ней базовые прикладные задачи.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований были доложены и обсуждены:

1. На IX, X, XI Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "Кограф-1999" , "Кограф-2000", "Кограф-2001" - Нижний Новгород, 1999, 2000, 2002гг.

Бизнес. Образование, Москва, 2002 " проект представлен как проект года ГИС-Ассоциацией РФ.

5. На 6-ой международной конференции по компьютерной графике и искусственному интеллекту - "31А'2003". - Лимож (Франция), 2003г.

7. На Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии". - Нижний Новгород, 2005г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано около 30 научных работ. В автореферате приведены 18 работ, в которых отражены теоретические и прикладные результаты диссертационных исследований.

На защиту выносятся результаты, определяющие научную новизну и практическую ценность:

1. Объектная структура данных, основанная на клеточных комплексах, представленная в виде клеточной СУБД для решения задач трехмерного пространственного анализа и обеспечивающая информационную и вычислительную инвариантность обработки объектов различной размерности.

3. Архитектура геоинформационной системы, основанная на принципе ведущей подсистемы, с общей внешней базой данных.

5. Информационно-алгоритмический комплекс для решения топологических задач на комбинации 2D и 3D моделей (поиск кратчайшего пути и определение длины трубопровода, определение отключаемых участков трубопроводной сети на случай аварии и поиск ближайших исправных задвижек для локализации неисправных участков).

6. Геоинформационная система НГТУ, построенная на взаимодействии 2D и 3D моделей, включающая локальный и Internet компоненты и предназначенная для решения прикладных задач и задач управления на уровне ректората, деканатов, кафедр, а именно: архитектура геоинформационной системы НГТУ, включающая ведущую подсистему на базе трехмерных моделей, сопровождающую трехмерные и двумерные подсистемы с общей внешней БД в формате MS Access; комбинированная 2D/3D (плоско-пространственная) модель зданий и коммуникаций НГТУ и трехмерная навигация по плоскопространственной модели зданий и территории с помощью определителя трехмерного геометрического объекта; решение прикладных задач с помощью информационно-алгоритмического комплекса, предназначенного для решения топологических задач на комбинации 2D и 3D моделей.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 146 наименований и приложения, подтверждающего реализацию полученных результатов. Содержит: 162 стр. текста, 10 таблиц, 66 рисунков. Общий объем - 179 стр.

Заключение диссертация на тему "Клеточные модели и метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей в геоинформационной системе предприятия"

Выводы к главе 4

1. Методами, представленными во второй и третьей главах решены вопросы, связанные с реализацией системы.

1) Реализована геометрическая модель НГТУ на базе взаимодействия 2Т> и ЗЭ представлений. Использование в проекте 2Т> и ЗЭ моделей повысило его информативность, наглядность и функциональность, позволило расширить спектр хозяйственных задач.

2) Для решения проблемы взаимодействия 2D и ЗЭ представлений в ГИС предприятия: применена архитектура с разделением проекта на ведущую подсистему и локальные подсистемы с общей внешней БД, что позволило решить проблему множественности представления одного объекта в разных подзадачах и моделях; реализованы метод работы с многоэтажными зданиями на базе 2Т)/ЪТ) комбинированных моделей и трехмерная навигация по плоскопространственной модели зданий и территории; решены топологические задачи на комбинации 20 и ЗЭ моделей (определения связности сети и поиск кратчайшего пути); реализована конвертация 2Т>/ЪТ> представления в 2Т> представление для двумерных подсистем, в том числе Интернет/Интранет подсистемы.

2. Для ряда подсистем разработан рациональный интерфейс.

3. Примеры решенных задач подтверждают работоспособность системы, методов и алгоритмов, представленных во второй и третьей главах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие теоретические и практические результаты.

1. Разработаны теоретические и методические аспекты построения геоинформационной системы предприятия на базе трехмерных моделей и их комбинации с 2Т> моделями.

2. Разработана объектная структура данных, основанная на клеточных комплексах, представленная в виде клеточной СУБД для решения задач трехмерного пространственного анализа и обеспечивающая информационную и вычислительную инвариантность обработки объектов различной размерности;

3. Разработаны структура и механизм запросов, позволившие реализовать систему управления клеточной базой данных КЛЕТАЛ;

4. Предложены новые алгоритмы решения задач геоинформатики на основе клеточных моделей ("Установка прозрачности элементов клеточной оболочки", "Расчет объема земляных работ", "Клеточная локальная модификация триангуляции"), обладающие полнотой описания трехмерной топологии и общностью обработки одномерных, двумерных и трехмерных объектов.

5. Предложен новый, в практике геоинформационных систем, метод комбинирования двумерных и трехмерных моделей (использование плоско-пространственной модели) для построения ГИС предприятия. Разработаны методы и алгоритмы, позволяющие реализовать геоинформационную систему предприятия на комбинации 2Т> и ЗБ моделей, в том числе: решена задача системного анализа: построена обобщенная модель предприятия, представлен анализ информационных потоков теоретико-множественной модели ГИС предприятия; разработана архитектура, основанная на принципе ведущей подсистемы, обладающей возможностями трехмерного моделирования, конверторами в форматы других подсистем, и реализующей связь с общей внешней базой данных; такая архитектура позволяет решить вопрос множественности представления одного объекта в разных подзадачах и моделях; разработан метод определителя трехмерного геометрического объекта для трехмерной навигации по плоско-пространственной модели зданий и территории; разработаны алгоритмы решения топологических задач на комбинации 2D и 3D моделей, позволившие расширить известные задачи поиска кратчайшего расстояния и локализации аварийных участков на линейном графе; разработан и реализован матричный метод в организации интерфейса многослойных пространственных объектов.

6. Разработана геоинформационная система НГТУ, построенная на взаимодействии 2D и 3D моделей, включающая локальный и Internet компоненты и предназначенная для решения инженерно-хозяйственных задач и задач управления на уровне ректората, деканатов, кафедр.

Библиография Томчинская, Татьяна Николаевна, диссертация по теме Теоретические основы информатики

1. Александрии Р. А., Мирзаханян Э. А. Общая топология: Учебное пособие для вузов.— М.: Высш. школа, 1979.—336 с.

2. Алтаев Ж. ГИС и земельный кадастр Казахстана. Arcreviw 2-2004 , M: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems;

3. Андрианов В. ГИС в нефтяных компаниях России. Arcreviw 4-2004 , M: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems;

4. Андрианов В.Ю. Англо-русский толковый словарь по геоинформатике.- М.:Дата+, 2001.-122 с.

5. Аревадзе Н. Автоматизированная система градостроительного кадастра. Arcreviw 2-2004 , M: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems

6. Белов В., Бучнев А., Синицын Е., Терентьев Д. StructureCAD: обоснование проектных решений на объектах строительстваи реконструкции исторического центра Санкт- Петербурга. CADmaster №4 2002. M: Consistent Software

7. Берлянт A.M. Геоиконика. M.: "Астрея", 1996, 208 с.

8. Берлянт A.M. Картография. M.: Аспект Пресс, 2001. 336 с.

9. Берлянт А. М., Мусин О. Р., Собчук Т. В. Картографическая генерализация и теория фракталов. М.: 1998.136 с.

10. Берлянт A.M. Геоинформационно-картографическое направление в московском университете. Информационный бюллетень ГИС-ассоциации. М, №2,2000

11. Васин Ю.Г., Ясаков Ю.В.- Система управления базами графическихданных. Труды 12-ой международной конференции по компьютерной графике и машинному зрению "ГрафиКон-2002".- Нижний Новгород, 2002, с.334-340

12. Вилков А.Ю. Способы представления картографической информации на сайтах университетов. Информационный бюллетень ГИС-ассоциации №5 2004.

13. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов /Под ред. A.M. Берлянта, A.B. Кошкарева. М.: Научный мир, 2000. 108с.

14. Германсен Т. Информационные системы для планирования: вопросы и проблемы. В кн.; Новые идеи в географии. Вып. 2. Город, системы и информатика. М., Прогресс, 1976, с. 184-222.

15. Гуськов И.Н., Томчинская Т.Н. ГИС-технология работы с многоэтажными зданиями вуза.// Тез. докл. IX Всероссийского форума "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". — Москва, 2002, 52 с

16. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных: Пер. с англ. 6-е изд. К.: Диалектика, 1998. 320с.

17. Крылов Г.В., Шашков A.JI. Интегрированная ГИС/САПР технология в ТюменНИИгипрогаз. Информационный бюллетень ГИС- ассоциации №1 2001.

18. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика М.: МАКС Пресс, 2001. - 350 с.

19. Иванов Б.Н. Дискретная математика. Алгоритмы и программы. М: Лаборатория базовых знаний. 2002, 288с.

20. Использование геоинформационных технологий в ОАО "Черногорнефть". Arcreviw 2-2000 , М: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems;

21. Капралов Е.Г., Кошкарев A.B., Тикунов B.C. и др.; под ред. Тикунова Основы геоинформатики. В 2 кн. Кн. 2. М.: Издательский центр "Академия", 2004, 352с.

22. Кирстен В., Ирингер И., Рёриг Б., Шульте П. СУБД Cache': объектно-ориентированная разработка приложений. СПб, "Питер", 2001. 380с.

23. Колосов С., Прохожаев П., Рыльский И. Оптимизация трассы трубопровода с помощью ГИС.- ArcReview, 2003№1 М: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems;

24. Коновалова Н. В., Капралов Е. Г. Введение в ГИС. М.: ООО "Библион", 1997. 160с.

25. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. Часть 1. Теоретическая геоинформатика. — М.: СП ООО Дата+, 1998. 118с.

26. Коротаев М.В., Ершов A.B. Принципы создания цифровой трехмерной геологической карты нового поколения. Информационный бюллетень ГИС- ассоциации №5 2001.

27. Кошкарев А. В., Тикунов В. С. Геоинформатика. /Под ред. Д. В. Лисицкого М.: Изд-во Картгеоцентр-Геодезиздат, 1993. 213 с.

28. Кошкарев A.B. Понятия и термины геоинформатики и ее окружения. Учебно-справочное пособие. /Российская академия наук. Институт Географии. М.: ИГЕМ РАН. 2000, 76с.

29. Кошкарев A.B. Словари по геоинформатике в Интернет. Информационный бюллетень ГИС- ассоциации №1 2004. М: ГИС- ассоциация

30. Краснобородько A.B., Зайцев В.В., Майоров A.A. Справочно-информационная система ВУЗа на основе ГИС-технологий. Arcreviw 2-2003 , М: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems;

31. Кузнецов С. Д. Введение в СУБД: часть 4 // Системы Управления Базами Данных, Х2 4,1995. С. 114-122.

32. Лурье И. К. Геоинформатика, Учебные геоинформационные системы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997.115 с.

33. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. Пер. с англ. М.: МетаТехнология, 1993.- 240 с.

34. Макаров В.З., Папшев C.B., Пролеткин И.В. и др. Развитие геоинформационного направления в Саратовском государственном университете. Информационный бюллетень ГИС-ассоциации. -М., №5,2000

35. Мартин Д. Организация баз данных в вычислительных системах. Пер. с англ. М.: Мир, 1980

36. Маршев C.B. Комплексное геоинформационное картографирование городских территорий локального уровня (на примере Московского университета). Автореф. дис. канд. геогр. наук. M . 2000 — 24с.

37. Мазур М. Качественная теория информации. М.: Мир, 1974.-240с.

38. Митчелл Э. Руководство по ГИС анализу.- 4.1 : Пространственные модели и взаимосвязи: Пер. с англ. Киев: ЗАО ЕСОММ Со; Стилос, 2000.- 198с.

39. Мельник А. Инженерные ГИС в эпоху развитого украинского капитализма. CADmaster№2 2003. M: Consistent Software;

40. Микеладзе Г., Ткабладзе Д. Использование ГИС и ДЗ в земельном кадастре Грузии. Arcreviw 2-2004 , M: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems;

41. Миллер С.А. Рынок геоинформатики в России. Современное состояние и перспективы развития. М: Информационный бюллетень ГИС- ассоциации №4 2004.

42. Миллер С.А., Приоритетные направления развития рынка геоинформационных технологий и услуг 2001 года обсуждаем вместе. Информационный бюллетень ГИС-ассоциации. -М., №2-3,2001

43. Миллер С.А. Рынок геоинформатики в России в 2003г. (анализ, основные результаты, перспективы и проблемы развития).

44. М: Информационный бюллетень ГИС- ассоциации №2 2003.

45. Моссоковский Ю., Назимко С. Архитектура плюс генплан: Autodesk Architectural Desktop и Autodesk Land Desktop новое качество проектирования CADmaster №5 2003. M: Consistent Software

46. Мусин О.Р. Диаграмма Вороного и триангуляция Делоне. М: Информационный бюллетень ГИС- ассоциации №2 1999

47. Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов. СПб.: Питер, 2001.-304с

48. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. — М.:Мир, 1976. С. 50.

49. Орельяна И. Land-o-мания или взгляд профессионала на профессиональный инструмент // CADmaster, 2002, №1, с.49-53

50. Основы современных компьютерных технологий: Учебное пособие.

51. Под ред. проф. А. Д. Хомоненко. Авторы: Артамонов Б. Н., Брякалов Г. А., Гофман В. Э. и др. СПб.: КОРОНА принт, 1998.

52. Потапов М. Воксельная графика: великолепная альтернатива // Компьютерное обозрение, 1999, № 40, с. 30—33.

53. Пролеткин И.В. Геоинформационная система Саратовского госуниверситета (ГИС-СГУ) Тез. докл. VIII Всероссийского форума "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". Москва, 2001, - с. 74-76.

54. Рохлин В.А., Фукс Д. Б. Начальный курс топологии. Геометрические главы. — М.: Наука, 1977. 485с.

55. Сазанов Е. Эффективное использование программ трехмерного моделирования при разработке эскизных проектов. CADmaster №52003. М: Consistent Software

56. Саломонссон 0. Об идентификации, интеграции и организации данных в городских и региональных информационных системах. В кн.:

57. Новые идеи в географии. Вып. 2. Городские системы и информатика. М., Прогресс, 1976, с. 223-242.

58. Сербенюк С.Н., Тикунов B.C. Сравнительный анализ некоторых многомерных математических моделей, применяемых в тематической картографии // Новое в тематике, содержании и методах составления экономических карт. М.: МФ ВГО, 1974. с.18-43

59. Сидорук Р. М. Клеточные модели конструкций и клеточные геометрические методы // Тез. докл. Всесоюз. конф. «Геометрия САПР и автоматизированные системы производства деталей и узлов машин». Ч. 1. — М., НТО Машпром, 1978. С. 30—31.

60. Сидорук P.M. Клеточная СБД для представления ГО и их физико-механических состояний // Матер. Всесоюз. симпозиума"Применение систем автоматизированного проектирования конструкций в машиностроении". 4.1. Машпром, 1983, с. 85-86

61. Сидорук P.M., Томчинская Т.Н. и др. Геометрическая СБД Клетал: уровень клеточного исчисления. Вопросы геометрического моделирования в САПР, Свердловск, 1990;

62. Сидорук P.M., Томчинская Т.Н. и др. Геометрические предикаты и задача клеточной топологической классификации. // Материалы XII научной конференции молодых ученых Горький, 1987 8стр.

63. Сидорук P.M., Томчинская Т.Н. и др. Операторы клеточных запросов геометрической СБД Клетал. Материалы XII научной конференции молодых ученых механико-математического факультета НИИ Механики, 1991;

64. Сидорук P.M., Томчинская Т.Н. и др.Геометрическая селекция в геометрической СБД КЛЕТАЛ. // Материалы XII научной конференции молодых ученых Горький, 1987, 17стр.

65. Скворцов A.B. Триангуляция Делоне ее применение. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. — 128 с.

66. Скворцов A.B., Костюк Ю.Л. Эффективные алгоритмы построения триангуляции Делоне // Геоинформатика. Теория и практика. Вып. 1. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. С. 22-47.

67. Смирнов Л.Е. Трехмерное картографирование. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982

68. Сомов В.и др. Опыт использования AutoCAD Map 2000 // CADmaster, 2000, №1, с.26-29

69. Технология трехмерного проектирования промышленных объектов 3D Plant Design System (3D PDS) -Затраты и прибыль http://www.esg.spb.ru/win/Prproducts/Prom/articlepds.htm Сайт Consistent Software

70. Томчинская Т.Н. "Развитие геометрической клеточной структуры данных"— // Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии". -Н.Новгород, 2005 с. 87-89.

71. Томчинская Т.Н. Геоинформационная инженерно-экологическая и хозяйственная система НГТУ. // Материалы 11-й Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "Кограф-2001" Нижний Новгород, 2001, -с.76-79

72. Турлапов В.Е., Томчинская Т.Н., Капустин А.Д. Введение в картографию. // Методическое пособие для технических специальностей. Н. Новгород, НГТУ, 1999,28стр;

73. Турлапов В.Е., Томчинская Т.Н., Шортов Д.А. Геоинформационный сервер вуза на базе Autodesk MapGuide 5.0.// Тез. докл. IX Всероссийского форума "Геоинформационные технологии.

74. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование". Москва, 2002,-с. 58-59.

75. Уайтхед (Whitehead J. H. С.). Combinatorial homotopy I, II. — Bull. Amer. Math. Soc., 1949, 55, p. 213—245, p. 453—496.

76. Урысон П. С. Les multiplicités cantoriennes, C. r. Acad. Sei. Paris 175 (1922), 440—442.

77. Фоменко П.С. Фукс Д.Б. Гомотопическая топология. //Мир, М. 1982

78. Хаксольд В. Введение в городские географические информационные системы. — Изд-во Оксфордского университета, 1991- 321с.

79. Харлампович А.Г. Использование "Автоматизированного кадастрового офиса" в комитетах по управлению имуществом Сургута и Ноябрьска. Информационный бюллетень ГИС- ассоциации №2 2004.

80. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М., Финансы и статистика, 1998 286с.

81. Цветков В.Я. Моделирование в научных исследованиях и проектировании- М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1991. 125 с.

82. Цеховский С. Использование ГИС технологий при организации данных в крупных корпорациях (для информационной поддержки принятия управленческих решений). Arcreviw 9-1999 , M: совместное издание ООО Дата+, ISRI, Inc, Leica Geosistems;

83. Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных.- М.: Финансы и статистика, 1986. 344с.

84. Aronson, Р., 1985. 'Applying Software Engineering to a General Purpose Geographic Information System,' In Proceedings ofAUTOCARTO 7. Falls Church, VA:ASPRS, pp. 23-31.

85. Aronson, P., 1987. "Attribute Handling for Geographic Information Systems." In Proceedings of AUTOCARTO 8. Falls Church, VA: ASPRS, pp. 346-355.

86. Bjorke J.T. Quadtrees and triangulation in digital elevation models // International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 16th Intern. Congress of ISPRS, Commission IV. Part B4, Vol. 27. 1988. P. 38-44.

87. Brown J. L., Vertex based data dependent triangulations, Computer Aided Geometric Design 8(1991), 239-251.

88. Burrough, PA. Geographical Information Systems/or Natural Resources Assessment. New York: Oxford University Press, 1983.

89. Codd, E.F.: A Relational Model for Large Shared Data Banks. Commun. ACM, Vol. 13, No. 6, June 1970, 377-387p.

90. Chrisman, N., Exploring Geographic Information. New York: John Wiley & Sons,1996

91. Computer cartography in Sweden. Cartographica, 1977, N 20, 114p.

92. Date, C.J., 1985. An Introduction to Database Systems, II. Reading, MA: Addison-Wesley. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных.: Пер. с англ. 6-е изд. К.: Диалектика, 1998.

93. DeMers, M.N., and PR Fisher, 1991. "Comparative Evolution of Statewide Geographic Information Systems in Ohio." International Journal of Geographical Information Systems, 5(4):469-485.

94. Dimmick, S., 1985. Pro-FORTRAN User Guide. Menio Park, CA: Oracle Corporation.

95. Fagin, R.,1979. "Normal Forms and Relational Database Systems." In Proceedings oftheACMSIG-MOD International Conference on Management of Data, pp. 153-160.

96. Garey M. R., Johnson D. S., Preparata F. P., and R. E. Tarjan, Triangulating a simple polygon, Information Processing Letters, 7(4), 175-180 (1978).

97. Gilbert P.N. New results on planar triangulations. Tech. Rep. ACT-15, Coord. Sei. Lab., University of Illinois at Urbana, July 1979.

98. Goldman S. A., A space efficient greedy triangulation algorithm, Information Processing Letters 31(1989) 191-196, North-Holland.

99. Guibas L., Stolfi J. Primitives for the manipulation of general subdivisions and the computation of Voronoi diagrams // ACM Transactions on Graphics. Vol. 4. N 2. 1985. P. 74-123.

100. Guibas L.J., Knuth D.E., Sharir M., Randomized Incremental Construction of Delaunay and Voronoi Diagrams, Lect. Notes Comput. Sei., v.443, 1990, p.414-431.

101. Guptill, C., 1987. "Desirable Characteristics of a Spatial Database Management System." In Proceedings ofAUTOCARTO 8. Falls Church, VA: ASPRS,pp. 278-281.

102. Healey, R.G„ 1991. "Database Management Systems." In Geographical Information Systems: Principles and Application, D.J. Maguire, M.R Goodchild, and D.W. Rhind, Eds. Essex: Longman Scientific & Technical.

103. Herring, J.R., 1987. "TIGRIS: Topological^ Integrated Geographic Information System." In Proceedings of A UTOCARTO 8. Falls Church, VA: ASPRS, pp.282-291.

104. Kaufman A. Volume Visualization //IEEE Computer Society Press, Los Alamitos.CA, 1991.

105. Koshkaiov A.V., Tikunov V.S., Trofimov A.M.The Current State and the Main Trends in the Development of Geographical Information Systes in the USSR. "International Journal of Geographical Information Systems" ,3 (3) p.257-272, 1989

106. Klein R., Straber W. Generetion of Multiresolution Models from CADData for real Time Rendering. In W. Straber, R Klein and R/ Ran, editors. Theory and Practice of Geometric Modeling. Springer-Verlag, 1996;

107. Lawson C. Software for C1 surface interpolation // Mathematical Software III. NY: Academic Press, 1977. P. 161-194.

108. Lawson C. Transforming triangulations // Discrete Mathematics. 1972. N 3. P. 365-372.

109. Lee D. Proximity and reachability in the plane // Tech. Rep. N. R-831, Coordinated Sci. Lab. Univ. of Illinois atUrbana. 1978.

110. Lee D., Schachter B. Two algorithms for constructing a Delaunay triangulaztion // Int. Jour. Сотр. and Inf. Sc. 1980. Vol. 9. N 3. P. 219-242.

111. Lingas A. The Greedy and Delaunay triangulations are not bad. // Lect. Notes Сотр. Sc. 1983. Vol. 158. P. 270-284

112. Manacher G., Zobrist A. Neither the Greedy nor the Delaunay triangulation of planar point set approximates the optimal triangulation // Inf. Proc. Let. 1977. Vol.9. N1. P. 31-34.

113. McCullagh M.J., Ross C.G. Delaunay triangulation of a random data set for isarithmic mapping // The Cartographic Journal. 1980. Vol. 17. N 2. P. 9399.

114. Michael J. Laszlo. Computational geometry and computer grafics in С++, Prentice-Hall, 1996. Русский перевод: Ласло M. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++ / Пер. с англ. М.: БИНОМ, 1997. 304 с.

115. Michael N. DeMers Fundamentals of geographic information systems. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1999. Русский перевод: Майкл H. ДеМерс Географические информационные системы. Основы. —

116. М.: СП ООО Дата+, 1998. 490с.

117. Michael N. DeMers. Fundamentals of geografic information systems. Русский перевод: Майкл H. ДеМерс. Географические информационные системы. Основы. — М., Дата, 1999, 490с.

118. Morehouse, S., 1985. "ARC/INFO: A Geo-relational Model for Spatial Information." Proceedings ofAUTOCARTO 8. Falls Church, VA: ASPRS, pp. 388-397.

119. Morehouse, S., 1989. "The Architecture of ARC/INFO." In Proceedings of AUTOCARTO 9. Falls Church, VA: ASPRS, pp. 266-277.

120. Peuquet, D.J., 1984. "A Conceptual Framework and Comparison of Spatial Data Models." Cartographica, 21:66-113.

121. Preparata F. P. and M. I. Shamos, Computational Geometry: An Introduction, Springer-Verlag, New York, 1985. Русский перевод: Препарата Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия: Введение.— М.: Мир, 1989.-478с.

122. Shaffer, С.А., Н. Samet, and R.C. Nelson, 1987. "QUILT: A Geographic Information System Based on Quadtrees." College Park: University of Maryland, Center for Automation Research, CAR-TR-307, CS-TR-1885, DAAL02-87-K-0019.

123. Simpson, J.W. A Conceptual and Historical Basis for Spatial Analysis. Landscape and Urbun Planning, 1989, 17, p.313-321.

124. Sinha, A.K., and T.C. Waugh, 1988. "Aspects of the Implementation of the GEOVIEW Design." International Journal of Geographical Information Systems, 2:91-100.

125. Taylor D.A.: Object-Oriented Technology: A Manager s Guide. Reading: Addison-Wesley, 1990;

126. Taylor, D. A.: Business Engineering with Object Technology. New York: John Wiley & Sons,1995.

127. Tomlinson R.F. Geographic Information Systems, Spatial Data Analysis and Decision Making in Government. University of London, 1974, 444 p.

128. Tomlinson R.F. Report to Study Conference on Data Management for•ICSU. IGBP on the Results of the First Meeting of the International Geographical Union Global Database Planning Project held at Tyiney Man, England, 1988, 13 p.

129. Tomlinson R.F. Spatial Data characteristics and handling I techniques, 1974, 15 p.

130. Tomlinson R.F., Calkins H.W., Marble D.F. Computer Handling of Geographical Data. UNESCO Press. Paris, 1976, 214p.

131. Won Kim. Object-Oriented Databases: Definition and Research Directions // IEEE Trans. Data and Knowledge Eng.- 2, N 3 -1990.- 327-341;

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00