автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Технология построения пространственных моделей для проектирования территориально-распределенных объектов

Введение

1. Разработка структуры системы автоматизированного управления территориально-распределенными объектами на основе построения модели их свойств

1.1 .Получение знаний об объектах на основе построения их моделей

1.2.Выбор инструментария для построения системы автоматизированного управления территориально-распределенными объектами

1.3.Цели и задачи данной диссертационной работы

1.4.Структура системы автоматизированного управления территориально-распределенными объектами

1.4.1. Автоматическая система управления территориально-распределенными объектами

1.4.2. Двухканальная автоматизированная система управления территориально-распределенным объектом

1.5.Принципы формирования логической структуры модели территории и ТРО

1.6. Алгоритм построения логической структуры модели территории и ТРО

1.7.Необходимые и достаточные свойства набора монорельефов

1.8.Классификационная принадлежность разработанных моделей

1.9. Выводы по главе

2. Формирование пространственной модели влияния однородных объектов

2.1.Обзор существующих методов построения моделей свойств объектов

2.2.Построение модели тематического слоя

2.2.1. Определение потенциальной энергообеспеченности в точке пересечения областей влияния двух трансформаторных подстанций

2.2.2. Определение энергообеспеченности в точке пересечения областей влияния двух линий электропередач

2.3.Определение шага задания элементарных участков при квантовании непрерывной модели пространственного влияния

2.4.Определение оптимального шага квантования пространственной модели тематического слоя

2.5. Вы воды и результаты

3. Построение пространственной модели комплексных свойств территории и территориально распределенных объектов

3.1.Определение вида функции объединения моделей тематического

3.1.1. Интерполяция

3.1.2. Определение вида функции бинарного объединения

3.2.Фильтрация пространственных моделей

3.3. Процедуры согласования

3.4.Выводы и результаты

4. Технология построения системы принятия предпроектных решений в САПР территориально-распределенных объектов на основе пространственного моделирования

4.1 .Технология проведения пространственного моделирования

4.2.Определение параметров пространственного моделирования

4.3.Программная реализация модуля пространственного моделирования

4.4.Реализация интерпретатора

4.5.Технология настройки и функционирования системы принятия предпроектных решений в САПР территориально-распределенных объектов

4.6. Описание программного модуля пространственного моделирования для ГИС Arc View

4.7.Выводы и результаты 144 Заключение 146 Литература 148 Приложения

Актуальность темьг В настоящее время для территориально-распределенных объектов, какими являются в большинстве случаев энергетические объекты, стоит взаимосвязанная проблема автоматизации проектирования размещения этих объектов, с учетом их свойств, и автоматизации управления в сфере организации работы таких объектов. При этом необходимо учитывать свойства территории, на которой они расположены, и целенаправленно формировать эти свойства, например, энергообеспеченность.

Для решения задач достижения требуемой энергетической обеспеченности, экологического, социально-экономического состояния этой территории необходима автоматизация проектирования инфраструктуры территориально-распределенных объектов и управления свойствами территории.

В связи с важностью вопросов экологии актуальной становиться задача комплексной оценки энергетических объектов с позиции энергообеспеченности, определение путей улучшения экологической обстановки в регионе путем моделирования территориального влияния. Автоматизация процесса оценки территории с производственной, социальной и экономической точек зрения имеет важное самостоятельное значение при оперативном принятии управленческих решений по рациональному развитию этой территорий.

Для решения территориально-распределенных задач используются геоинформационные системы (ГИС). Как правило, большинство стандартных ГИС имеют набор функций пространственного анализа, которые позволяют выполнять элементарные операции. Тем не менее, эти функции значительно отстают по своим возможностям от требований, предъявляемых к управлению территориально-распределенными объектами в энергетике.

Одним из путей решения данной проблемы может стать совместное использование нескольких современных информационных систем, объединенных в замкнутую систему автоматизированного управления. Однако в настоящее время не существует научно-обоснованных решений этого вопроса, позволяющих получить интегрированную информационную систему территориального управления.

Таким образом, необходимо модернизировать существующие современные геоинформационные системы за счет расширения их возможностей в области пространственного моделирования и анализа, адаптировать их для построения систем автоматизированного проектирования и управления энергетическими территориально-распределенными объектами.

Цель диссертационной работы и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии построения пространственных моделей территориально-распределенных объектов для автоматизации решения задач оценки и формирования энергетической обеспеченности территории на основе геоинформационных систем. Это требует создания автоматизированных методов и средств проектирования и использования территориально-распределенной информации в виде моделей топологических объектов для проведения комплексного многофакторного анализа свойств территориально-распределенных объектов энергетики и выработки обоснованных проектных и управленческих решений.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

4.7. Выводы и результаты

1. Разработана методика проведения пространственного моделирования, состоящая из четырех этапов:

- Сбор и обработка данных, необходимых для проведения пространственного моделирования.

- Определение параметров пространственного моделирования/ Варьирование параметров пространственного моделирования.

- Построение пространственных моделей тематических слоев.

- Построение пространственной модели комплексных свойств территории.

2. Проведен анализ параметров пространственного моделирования. На его основе определено, что нахождение большинства параметров представляет собой трудно формализуемые задачи, для решения которых необходимо использовать метод экспертных оценок. Приведена методика определения списка факторов, подлежащих учету при построении комплексной модели свойств территории методом экспертной оценки на основе определения абсолютной и относительной важности каждого из факторов.

3. Рассмотрены возможности программной реализации предложенной технологии пространственного моделирования и выявлено, что наиболее эффективным является построение данного модуля отдельной программной единицей и возможностью динамического обмена данными и управления аналитическими возможностями ГИС. В качестве базовой ГИС выбрана ArcView GIS фирмы ESRI. Данный выбор обусловлен приемлемым соотношением цена/качество, широким распространением данной ГИС в России и возможностью написания собственных функций обработки пространственных данных

4. Разработаны алгоритм построения пространственной модели тематического слоя и алгоритм построения модели комплексных свойств объекта. Решена проблема практической реализации бинарного объединения (ФБО), выполняющих объединение, либо модификацию тематических слоев с учетом лимитирующих факторов. Доказано, что при введении в программный модуль интерпретатора, а, следовательно, и возможности задания различных алгоритмов объединения МТС появляется возможность использования системы для имитационного моделирования в режиме «что . если», и прогнозирования процессов протекающих на исследуемой территории.

5. Определено, что использование передаточных функций для описания систем управления как основа САПР территориально-распределенными объектами практически не применим, либо трудно применим. Поэтому для работы с системами такого класса предложено использование пространственной модели объекта.

6. Разработана технология настройки и функционирования системы принятия предпроектных управленческих решений САПР территориально-распределенными объектами, включающая аналитический модуль, в виде экспертной ГИС, для построения пространственной модели свойств исследуемого объекта. Определены режимы работы данной системы: режим настройки модели, режим выработки управляющего решения, режим ожидания новой цели.

Заключение

1. Разработана структура автоматизированной системы проектирования расположения территориально-распределенных объектов энергетики и других отраслей народного хозяйства с использованием геоинформационных систем как основы для выработки проектных и управленческих решений.

2. Определены методы формирования логической структуры модели территории, и выделены признаки, по которым может осуществляться декомпозиция набора топографических объектов.

3. Определены методы интеграции моделей влияния на территорию энергетических объектов, относящихся к одному тематическому слою, либо в виде суммы значений оценочных величин, либо в виде выбора их максимального значения

4. Создана методика объединения моделей объектов, принадлежащих однофакторным тематическим слоям, и представление их в виде монорельефов как геоинформационной интерпретации результатов моделирования пространственного влияния.

5. Создана методика получения пространственной модели комплексного влияния объектов в виде полирельефа и использование ее при принятии проектных решений для энергетических территориально-распределенными объектов. Доказано, что для решения задач определения энергетической обеспеченности достаточно следующих групп функции бинарного объединения монорельефов: функции, реализующие арифметическое суммирование с учетом коэффициентов веса каждого тематического слоя; - функции, реализующие объединение моделей тематического и исключающего слоев (логическое умножение).

- функции, реализующие объединение, либо модификацию моделей тематических слоев с учетом лимитирующих факторов. Данная группа определяет границы и вид распределения с учетом дополнительных факторов (насыщение, нелинейности и т.п.).

6. Создан инструментарий для проведения аналитической обработки территориально-распределенных данных с целью получения многофакторной модели свойств территориально-распределенных объектов для принятия управленческих решений по размещению территориально-распределенных объектов из условия получения заданных свойств территории. Инструментарий представляет собой программный модуль пространственного моделирования для ГИС АгсУ1еш, и позволяет строить пространственно-локализованные модели влияния территориально-распределенных объектов и осуществлять их анализ для выработки проектных и управленческих решений.

Как видно из анализа полученных результатов уже в настоящее время возможно построение автоматизированной системы принятия предпроектных решений САПР территориально-распределенными объектами на основе построения пространственной модели свойств этих объектов. Данная система базируется на геоинформационной технологии и в практическом плане представляет собой экспертную геоинформационную систему, полученную на базе уже существующей, за счет расширения набора выполняемых аналитических функций по средствам построения отдельного программного комплекса.

1. Энциклопедия кибернетики. Том 1.:— Киев. Главная редакция УСЭ, 1974.

2. Николаев А. Строителям информационных пирамид // Журнал «Открытые системы» № 9-10, 1999.

3. Butcher D., Rowfey J., The 7R's Of Information Management. Managing Infomation #5/2, 1998.

4. Тикунов B.C. Моделирование в картографии: Учебник— М.: МГУ, 1997.

5. The Knowledge Management Forum, http://www.km-forum.org/, Brian D. Newman, 1996.

6. Ларичев О.И., Мошкович E.M. Качественные методы принятия решений. —М.: Наука. Физматлит, 1996.

7. Гнатюк А.Б. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Иваново: ИГЭУ, 1997.

8. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: Синтег, 1998.

9. Raiffa Н. The art and science of negotiation. The Belknap press of Harvard University press. Cambridge, Massachusetts, 1988.

10. Ларичев О.И., Петровский А.Б. Системы поддержки принятия решении: современное остояние и перспективы развития.// Итоги науки, т.21. Техническая киберненика. М. ВИНИТИ, 1987.

11. Hwang C.L., Lin M.J. Group Making Under Multiple Criteria// Lecture Notes in Economics and Mathematical Systems, #281, Springer Verlag, 1987.

12. Olson D., Courtney J. Decision supporn models and expert system. Mac Millan Publ., 1992.

13. Saaty T.L. Exloring the interface between hierarchical structures. Fuzzy Sets and Systems, v.l N1, 1978.

14. Walker P. A., Hutton P. G. Grid cell representation of soil maps, an Australian example // Australian Geografical Studies. 1986.

15. Методы расчета экономической оценки городских земель / Пальчиков Н. С., Пахомова О. М., Мягков В. Н., Федоров В. П.— С.-Петербург, 1992.

16. Совещание-презентация. Метод «Топология объектных свойств территории» в системе комплексной оценки земельных участков урбанизированных территорий (город, район, регион). Ижевск, Удмурдский государственный университет, 1994.

17. Гнатюк А.Б. (ИГТУ) Построение пространственных моделей оценки территории на основе ГИС.// Кограф-96. Тезисы докладов международной конференции по компьютерной геометрии и графике (Н.-Новгород 21-24 мая, 1996 г.) Н.-Новгород, 1996.

18. Государственный стандарт Российской Федерации. Карты цифровые топографические. Требования к качеству.// Проект. Госстандарт России: Москва.

19. С.И. Астахов Контроль качества цифровых и электронных карт в Топографической службе ВС РФ (Военно-топографическое управление ГШ МО РФ).

20. Приказ №6-07-668 от 16 марта 1995г. Перечень элементов содержания топографических карт и планов городов, не подлежащих показу на картах открытого пользования.

21. Трахтенберг P.M. Теория автоматического управления. Нелинейные, импульсные, оптимальные, инвариантные, адаптивные и многомерные САУ., Ивановский государственный университет, Ивановский энергетический институт. —Иваново, 1990.

22. Де Бор К. Практическое руководство по сплайнам. :Пер. с анг.— М.: Радио и связь, 1985.

23. Калиткин H.H. «Численные методы»; под ред. A.A. Самарского. — Москва: Наука 1997.

24. Н.И. Данилина и др. «Численные методы»— Москва: Высшая школа 1976.

25. В. Яншин, Г. Калинин «Обработка изображений на языке Си для IBM PC». — М; издательство «Мир» 1994.

26. Dalxey N., Helmer О. Experimental application of the Delphi method to the use of experts//Manag. Sei, V. 9, #3, 1963

27. Федоров А. Г. Delphi 2.0 для всех 2-е изд., перераб. и доп.— М.: "Компьютер-пресс", 1997

28. ArcView GIS. User's guides. //Environmental Systems Research Institute, Inc, 1996.

29. Avenue. Customization and Application Development for ArcView//Environmental Systems Research Institute, Inc, 1996.

30. Поспелов Д.А., Пушкин В.M. Мышление и автоматы. — M.: Советское радио, 1972.

31. Кини Р.Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. — М.: Радио и связь, 1984.

32. Кошкарев A.B., Тикунов B.C. Геоинформатика. /Под ред. Д.В. Лисицкого — М.:Картгеоцентр Геодезиздат, 1993.

33. Кузнецов С. Введение в экспертные системы, www.rcupi.e-bury.su.

34. Староверов Б.А. Микропроцессорное управление электромеханическими системами: Учеб. пособие/ИвГУ, Ивановский энергетический институт — Иваново: ИвГУ, 1986.

35. Моисеев H.H. Предисловие к книге Орловского С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации.— М.: Наука, 1987.

36. Джек Креншоу. Давайте создадим компилятор! kulichki.rambler.ru/kit.

37. Макаров И.М., Виноградская Т.М., Рубчинский A.B., Соколов В.Б. Теория выбора и принятия решений. — М.: Наука, 1982.

38. A.B. Хохлов. Как создать язык программирования и транслятор. http://kit.kulichki.net/library/books.htm.

39. Г. Шилдт. Теория и практика C++,BHV — Санк-Петербург. 1996

40. Сибуя М, Ямамото Т. Алгоритмы обработки данных: Пер. с японского. — М.: «Мир», 1986.

41. Дружинин Г.В., Сергеева И.В. Качество информации.— М.: Радио и связь, 1990. —172 е.: ил.

42. Касьянов В.Н., Поттосин И.В, Методы построения трансляторов.— Новосибирск: Наука, 1986.

43. Грис Д. Конструирование компиляторов для цифровых вычислительных машин. Пер. с англ. — М.: «Мир», 1975.

44. Нефедова Т. Т. Имитационная картографическая модель влияния хозяйства на природную среду // Известия АН СССР. Сер. География, 1986,—№2.

45. Системы автоматизированного проектирования. Математические модели технических объектов: Учеб. пособие для втузов / В. А. Трудоношин, Н. В. Пивоварова; Под. ред. И. П. Норенкова.— М.: Высш.шк., 1986.

46. Системы автоматизированного проектирования. Информационное и прикладное программное обеспечение / В. Г. Федорук, В. М. Черненький; Под. ред. И. П. Норенкова. — М.:Высш. шк., 1989.

47. Применение системного анализа при проектировании АСУ / Волкова В. Н., Домченко Ю. Н., Дуболазов В. А., Козловская Э. А. — Учебн. пособие. — Л.: Изд. ЛПИ, 1986.

48. Патрик Маршалл. Эволюция пакетов для работы с картами // Компьютеры + Программы. — 1994. — № 7(15).

49. Using ARC/INFO and ArcView Version 2 for Air Traffic Managment // ESRI ARC News. — 1995. — Vol. 17, No. 3.

50. Walsh S. I. Geographic Informational Systems. An Instractional Tool for Earth Science Educators // Journal Geographer (USA). — 1988. — 87, № 1.

51. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах — СПб.: "Питер", 1997.

52. В. Геппенер, А. Ланнэ, Д. Черниченко. МАТЛАБ для DSP. Использование GUI WAVEMENU для решения инженерных задач. // Учебник http://www.chipinfo.ru/literature.

53. Конспект лекций по цифровой обработке сигналов. http://www.kcn.ru/tatru/universitet/infres/stolov.

54. P.E. Кричевский Сжатие и поиск информации— М.: Радио и Связь, 1989.

55. M.V. Wickerhauser. Lectures on wavelet packets, WUPC, 1991.

56. В. И. Воробьев, В. Г. Грибунин. Теория и практика вейвлет-преобразования. — СПб.: Изд-во ВУС, 1999.

57. Романов А. Н., Одинцов Б. Е. Советующие информационные системы в экономике: Учеб. пособие для вузов — М: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

58. Корнеев В.В., Гареев А.Ф., Васютин C.B. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации — М: Нолидж, 2000.

59. Коннолли. Базы данных: проектирование.реализация и сопровождение. Из д. 2 — Вильяме, 2000.

60. Липаев В.В. Обеспечение качества программных средств. Методы и стандарты. Серия "Информационные технологии". — М. СИНТЕГ, 2001.

61. Тимофеев Д.Г. C/C++.Программирование в среде C++Builder 5.— Бином, 2000.

62. Луис М. Visual С++ 6. Справочник— Лаборатория базовых знаний, 1999.

63. Мешков А., Тихомиров Ю. Visual С++ и MFC. 2-е изд. —С-Пб.: BHV-Санкт-Петербург, 1999.

64. Архангельский А. Программирование в С++ Builder 5. — Бином, 2000.

65. Шилдт Г. Справочник программиста по С/С++ (2 изд). — Диалектика, 2000.

66. Страуструп Бьерн. Язык программирования С++, 3 изд. — Невский Диалект, 2000.

67. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. — Невский Диалект, 2001.

68. Ахо А., Сети Р., Ульман Дж. Компиляторы: принципы, технологии, инструменты. — Вильяме, 2001.

69. Каханер Д., М. Численные методы и программное обеспечение. — М., Мир, 1999.

70. Романычева Э., Трошина Т., Шандурина Н. Инженерная и компьютерная графика — М: ДМК Пресс, 2001г.

71. Карпова H.A. Управление в системе оценки знаний. — Пенза: ПГУ, 1999.

72. Клир Дж. Систематология. Автоматизация решения системных задач: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1990.

73. Цветков В. Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. — Минск: Наука и техника, 1979.

74. Новикова Н.М. Основы оптимизации. Курс лекций. http://www.ccas.ru/depart/malashen/53kmsu.htm.

75. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. — Бином, 1998.