Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Метод и система моделирования природно-технических комплексов на базе электронных карт

Диссертация: Метод и система моделирования природно-технических комплексов на базе электронных карт
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Проведенные исследования выявили перспективность использования предложенного подхода для проведения анализа состояния и прогноза поведения сложных природно-технических комплексов. Разработанные методы и алгоритмы использованы при создании проблемно-ориентированного приложения ГИСКМ, практическое применение которых показало, что указанный подход позволяет решать специфические задачи моделирование… Читать ещё >

Метод и система моделирования природно-технических комплексов на базе электронных карт (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. ОБЗОР ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ И МОДЕЛИРУЮЩИХ СИСТЕМ
    • 1. 1. Геоинформационные системы
    • 1. 2. Прикладные ГИС-проекты
      • 1. 2. 1. Информационно-поисковая ГИС
      • 1. 2. 2. Информационно-аналитическая ГИС
    • 1. 3. Системная динамика
    • 1. 4. Концептуальные модели. 27 1.4.1. Концептуальное моделирование информационных систем
    • 1. 5. Выводы по главе 1
  • Глава 2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПРИРОДНО ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
    • 2. 1. Структура КМПО
      • 2. 1. 1. Конструирование схемы КМПО
      • 2. 1. 2. Модель атрибутов
    • 2. 2. Преобразование данных КМПО геоинформационной системой
      • 2. 2. 1. Графические ресурсы объектов
      • 2. 2. 2. Модификации объектов
    • 2. 3. Описание процессов преобразования
      • 2. 3. 1. Процессы, возвращающие графические ресурсы
      • 2. 3. 2. Процессы, возвращающие модифицированные объекты
    • 2. 4. Представление результатов моделирования
    • 2. 5. Выводы по главе 2
  • Глава 3. ИНТЕРФЕЙСЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
    • 3. 1. Организация данных и возможности программирования ГИС
      • 3. 1. 1. Особенности структур пространственных данных
      • 3. 1. 2. Язык программирования SML
      • 3. 1. 3. Язык программирования Avenue
      • 3. 1. 4. Сопоставление возможностей языков SML и Avenue
    • 3. 2. Организация взаимодействия КМПО и ГИС. 65 3.2.1. Стадия конструирования КМПО. 66 3.2.3. Географическая привязка объектов КМПО при использовании опции «area»
    • 3. 3. Формирование множества ресурсов КМПО
      • 3. 3. 1. Типы графических характеристик ГИС-объектов
      • 3. 3. 2. Разрешенные графические ресурсы
    • 3. 4. Систематизация стандартных функций макроязыков ГИС
      • 3. 4. 1. Запросы первого и второго порядков
      • 3. 4. 2. Запросы третьего порядка
    • 3. 5. ГИС-операции над объектами. 9X
    • 3. 6. Поддержка взаимной согласованности иерархии объектов КМПО при отображении на карте
    • 3. 7. Обмен данными на стадии представления результатов
    • 3. 8. Выводы по главе 3
  • Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
    • 4. 1. Система моделирования региональной энергетики
    • 4. 2. Классификация задач СДУ
    • 4. 3. Описание интерфейса ГИС-приложения, выполненного в среде ARC/INFO. 1 It
    • 4. 4. Выводы по главе 4. 1 Id
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Актуальность работы.

Любой природно-технический комплекс (ПТК) можно рассматривать как часть административно-хозяйственного или природно-ресурсного образования, имеющего конкретную территориальную привязку. Традиционно для решения задач, связанных с обработкой рельефа местности, представления результатов расчетов, зависящих от координат, создавались специальные средства сканирования и графические библиотеки. Появление доступных геоинформационных систем (ГИС) сделало возможным переход на более современный уровень научно-технического обеспечения подобных задач.

Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают традиционные методы обработки данных, а с другой обладают спецификой в организации, обработке и отображении пространственно-временных данных. На практике, это определяет использование ГИС в качестве многоцелевых, многоаспектных систем.

Вместе с тем, правильнее говорить не о ГИС в «чистом» виде, а о ГИС-технологиях, интегрирующих работу СУБД, мощного аналитико-моделирующего аппарата обработки данных и собственных возможностей проведения пространственного анализа для получения новой информации. ГИС применяется как интегрирующая платформа, которая создает единое информационное поле всех необходимых данных, используемых в комплексных системах управления.

Разработке решений с использованием ГИС уделяется особое внимание, поскольку такие решения находят применение практически во всех областях человеческой деятельности, будь то анализ таких глобальных проблем, как природные катастрофы, загрязнение территорий, анализ метеорологических данных, или же решение задач по определению точного местоположения, прокладке маршрутов, а также вопросов, связанных с планированием размещения различных объектов.

Актуальность данной работы связана с растущими требованиями по экологическому и экономическому обоснованию производственных и управленческих решений, влияющих на различные аспекты функционирования ПТК. Важной особенностью систем поддержки принятия решений является высокая наукоемкость научно-технического обеспечения таких решений и большой объем необходимой исходной информации.

Одним из существенных аспектов эффективного моделирования пространственных систем является использование картографической информации, как полноправного участника всех этапов моделирования от конструирования модели до представления результатов.

Интеграция ГИС в большую моделирующую систему позволяет использовать картографическую информацию при принятии решений, то есть повысить информационную обеспеченность решений, облегчить и ускорить процесс их принятия. В обеспечение такой возможности в настоящей работе предлагается ГИС-подцержка технологии концептуального моделирования ПТК.

В ходе исследований выявлены следующие недостатки существующих ГИС-проектов в контексте поставленной задачи: специализация для решения конкретных задачневозможность сопряжения ГИС с открытой моделью предметной областиотсутствие развитых интерфейсов для автоматического ввода/вывода графических атрибутов компонентов исследуемого объекта с целью выполнения пространственно-зависимых расчетов и представления результатов моделирования на картесущественная зависимость алгоритмов обработки графической информации от языка выбранной ГИС.

Изложенное обосновывает формулировку цели выполненных автором разработок.

Целью работы является создание модели, языка, способов и алгоритмов интеграции геоинформационной системы в среду концептуального моделирования природно-технических комплексов для поддержки всех этапов моделирования, обеспечения визуализации исходных данных и результатов расчетов, а также реализации запросов в ходе совместной расчетно-логической обработки графических характеристик компонентов объекта с учетом пространственных зависимостей.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка языка внутреннего и пользовательского интерфейса для обеспечения совместной обработки географической информации с другими данными в системе концептуального моделирования.

2. Разработка метода поддержки взаимного соответствия концептуальной модели и графического представления объекта в ходе создания и сопровождения концептуальной модели.

3. Разработка модели и средств настройки интерфейсов на конкретные макроязыки ГИС с целью ограничения зависимости от программно-аппаратного обеспечения.

4. Создание алгоритмов и инструментальных средств, реализующих предлагаемую технологию встраивания ГИС в систему концептуального моделирования.

Методы исследования.

Для решения поставленных в работе задач используются, методы концептуального моделирования, теория множеств, теория графов и элементы математической логики.

Научная новизна полученных в диссертации результатов:

1. Разработан язык и внутренний интерфейс ГИС, позволяющий автоматически определять графические атрибуты компонентов объекта для использования в расчетах и при логической обработке данных в ходе концептуального моделирования.

2. Предложены метод и алгоритмы поддержки взаимного соответствия концептуальной модели и графического представления объекта в ходе создания и сопровождения концептуальной модели на базе разработанной формализации ГИС-представления ПТК с учетом возможных альтернатив реализации этого представления.

3. Разработан метод оперативной корректировки графических атрибутов элементов концептуальной модели по результатам расчетов с помощью предложенного набора ГИС-операций, позволяющий сохранить целостность топологии картографического изображения.

Практические результаты.

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований по планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования Кольского научного центра РАН в период с 1996 по 2003 годы.

На базе этих результатов:

1. Разработаны средства адаптации интерфейсов ГИС на конкретные макроязыки ГИС, обеспечивающие независимость алгоритмов взаимодействия ГИС с концептуальной моделью от среды реализации ГИС.

2. Созданы алгоритмы и инструментальные средства, реализующие предлагаемую технологию встраивания ГИС в систему концептуального моделирования.

Реализация и внедрение результатов.

Результаты проведенных исследований нашли практическое применение в научно-исследовательских и хоздоговорных работах для ОАО «Колэнерго», Центральных электросетей г. Апатиты и Института физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.

Апробация работы.

Основные результаты работы обсуждались на перечисленных ниже научно-технических мероприятиях:

1. Региональная конференция «Информационные технологии в региональном развитии» (Апатиты, 1999).

2. II Международная дистанционная научно-практическая конференция «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2002).

3. 5 Всероссийская школа-семинар «Прикладные проблемы управления макросистемами» (Апатиты, 2004).

4. Научная сессия отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН (Москва, 2004).

5. Семинар кафедры математического моделирования систем управления Петрозаводского государственного университета,.

6. Секция ученого совета Института физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.

7. Секция ученого совета Горного института КНЦ РАН.

8. Секции ученого совета Института информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

1. Мета-язык и внутренний интерфейс ГИС, позволяющий автоматически измерять графические атрибуты компонентов объекта для использования в расчетах и при логической обработке данных в ходе концептуального моделирования.

2. Метод и алгоритмы поддержки взаимного соответствия концептуальной модели и графического представления объекта в ходе создания и сопровождения концептуальной модели на базе разработанной формализации ГИС-представления природно-технических комплексов с учетом возможных альтернатив его реализации.

3. Средства настройки интерфейсов ГИС на конкретные макроязыки ГИС, обеспечивающие независимость алгоритмов взаимодействия ГИС с концептуальной моделью от среды реализации ГИС.

4. Геоинформационная технология, алгоритмы и инструментальные средства, реализующие предлагаемую технологию встраивания ГИС в систему концептуального моделирования.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, полученные результаты изложены в 2 отчетах по НИР Института информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН (per. №№. 2 990 006 163, 2 200 204 925).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 110 машинописных страниц текста, а также 15 таблиц, 9 рисунков и список литературы на 56 наименований.

4.5. Выводы по главе 4.

На основе научных результатов работы создано инструментальное средство, поддерживающее методику концептуального моделирования природно-технических комплексов.

Продемонстрирована практическая применимость методики ГИС-поддержки концептуального моделирования на примере региональной Мурманской области.

В результате применения предлагаемой методики может быть повышено качество поддержки функционирования энергетической системы и облегчено проектирование ее новых компонентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе сформулирована и решена научно-техническая задача геоинформационной поддержки ситуационного моделирования природно-технических комплексов на основе концептуальной модели. Автором получены следующие результаты, которые составляют основные положения, выносимые на защиту.

1. Мета-язык и внутренний интерфейс ГИС, позволяющий автоматически измерять графические атрибуты компонентов объекта для использования в расчетах и при логической обработке данных в ходе концептуального моделирования.

2. Метод и алгоритмы поддержки взаимного соответствия концептуальной модели и графического представления объекта в ходе создания и сопровождения концептуальной модели на базе разработанной формализации ГИС-представления природно-технических комплексов с учетом возможных альтернатив его реализации.

3. Средства настройки интерфейсов ГИС на конкретные макроязыки ГИС, обеспечивающие независимость алгоритмов взаимодействия ГИС с концептуальной моделью от среды реализации ГИС.

4. Геоинформационная технология, алгоритмы и инструментальные средства, реализующие предлагаемую технологию встраивания ГИС в систему концептуального моделирования.

Проведенные исследования выявили перспективность использования предложенного подхода для проведения анализа состояния и прогноза поведения сложных природно-технических комплексов. Разработанные методы и алгоритмы использованы при создании проблемно-ориентированного приложения ГИСКМ, практическое применение которых показало, что указанный подход позволяет решать специфические задачи моделирование энергетической системы региона.

Среди возможных направлений дальнейших работ по исследованной проблеме представляется целесообразным отметить следующие: возможность автоматического изменения графических характеристик ГИС-элементов по результатам расчетовразработка и встраивание в ГИСКМ модели трехмерной ГИС.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Н.В., Баденко В. Л., Осипов Г. К. ГИС в управлении природопользованием. // Материалы научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах», 16−17 июня 1997 г., СПб. С. 142−143.
  2. Н.В., Баденко В. Л., Осипов Г. К. Эколого-экономические основы управления природно-аграрными системами в среде ГИС // ГИС-обозрение, 1997, № 4. С. 19−20.
  3. Н.В., Баденко В. Л., Осипов Г. К. Основы управления земельными ресурсами в среде ГИС // Материалы международной научно-практической конференции «ГИС и устойчивое развитие региона», 29−30 мая, 1997.- Псков С. 811.
  4. Н.В., Баденко В.Л, Осипов Г. К. ГИС-технологии в принятии решений по развитию территорий. // «Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения» Мат. Конф. Апрель 1998, г. Красноярск. С. 9−10.
  5. Н.В., Баденко В. Л., Осипов Г. К. Оценка природно-ресурсного потенциала территории с использованием ГИС-технологий // Региональная экология, № 1,1998.-С. 17−23.
  6. Н.В., Баденко В.Л, Осипов Г. К. Бассейново-ландшафтный подход к организации экологического мониторинга гидроэнергокомплексов на основе геоинформационных технологий // Гидротехническое строительство, 1998, № 11. -С. 25−27.
  7. Н.В., Баденко В.Л, Якушев В., Куртенер Д. А., Сиппола Дж. Информационное обеспечение процессов управления сельскохозяйственными территориями // Сельскохозяйственные вести, № 3−4,1998. С. 15
  8. Н.В., Федоров М. П., Баденко B.JI., Осипов Г. К. Методика экологического мониторинга городских территорий с применением ГИС-технологий // Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 1−2 (7−8), 1997, С. 115−117.
  9. B.JI. Методология использования эколого-экономических моделей в среде ГИС при управлении территориями// Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 4(14), 1998.-С. 107−111.
  10. Баденко B. JL, Осипов Г. К. Моделирование природно-аграрных систем // Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 4(14), 1998. С. 32−35.
  11. А.В., Фильчаков В. В. Концептуальный анализ вычислительных систем. СПб: Изд. ЛИАП, 1991.- 78 с.
  12. А.В., Фильчаков В. В. Программная система для разработки концептуальной модели в области обработки информации // Методы и средства вычислительного эксперимента. Апатиты: Изд. КНЦ АН СССР, 1990.- С.24−28
  13. А.В., Фильчаков В. В. Технология концептуального проектирования // Тезисы докладов 24 всесоюзной школы по автоматизации научных исследований. Апатиты: изд. Кольского научного центра АН СССР. 1990.-С. 6, 7.
  14. Е.А., Путилов В. А., Пушилин В. В. Концептуальные основы динамического моделирования устойчивого развития городов Севера России // Системы информационной поддержки регионального развития. Апатиты: КНЦ РАН, 1998.- С.6−13.
  15. В.В. Как быстрее освоить Arc View GIS // ArcReview. -1997. № 3. -C.10.-1998.-№ 1(4).-C.10.
  16. .В., Сагидова М. Л., Фридман А. Я. ГИС-приложение для системы моделирования региональной энергетики Мурманской области // Системы информационной поддержки регионального развития. Апатиты, 1998. — С.37−40.
  17. .В., Сагидова М. Л., Фридман А. Я. Решение задач ремонтно-профилактического обслуживания энергетических сетей средствами ГИС // Имитационное моделирование в исследованиях проблем регионального развития. -Апатиты: КНЦ РАН, 1999. С. 53−60.
  18. Н.В., Капралов Е. Г. Введение в ГИС. М.: Библион, 1997.
  19. Концептуальное моделирование информационных систем. Под ред.
  20. B.В.Фильчакова. СПб: СПВУРЭ ПВО, 1998. -356 с.
  21. А.В. Программное обеспечение ГИС // ГИС-обозрение, весна 1994.-С. 10−11.
  22. О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергоатомиздат, 1988.- 480 с.
  23. П.И. ГИС функциональная оболочка системы поддержки принятия решений в сфере регионального управления // Информационные технологии поддержки принятия решений.-Апатиты, 1998. -С.86−91.
  24. П.И. Анализ структур геоинформационных систем поддержки принятия решений // Системы информационной поддержки регионального развития. -Апатиты, 1998. -С. 27−30.
  25. П.И., Сагидова M.JI. Программное средство формирования геоинформационной модели для СППР // Имитационное моделирование в исследованиях проблем регионального развития. Апатиты: КНЦ РАН, 1999. -С. 6974.
  26. А.Г., А.Я. Фридман, О. В. Олейник. Программная система информационной поддержки региональной энергетики // Региональные информационные системы. Ч.1.- Апатиты, 1995.- С. 14−24.
  27. А.Г., Олейник О. В., Фридман А. Я. Иерархические концептуальные модели в исследованиях нестационарных пространственных объектов // Интеллектуальные инструментальные средства вычислительного эксперимента. -Апатиты, изд-во КНЦ РАН, 1997. -С.6−16.
  28. Сагидова M. J1., Фридман, А .Я., Олейник А. Г. Алгоритм геокодирования для моделирования протяженных объектов энергетической системы Мурманской области.// Системы информационной поддержки регионального развития. -Апатиты, 1998. -С.33−36.
  29. М.Л., Фридман А. Я. Метод ГИС-представления картографических задач исследования и обеспечения безопасности // Управление безопасностью природно-промышленных систем. Апатиты: КНЦ РАН, 2000. — С. 6−20.
  30. М.Л., Фридман А. Я. Основы ГИС-интерфейса в ситуационной системе вычислительного эксперимента // Теоретические и прикладные модели информатизации региона. Апатиты: КНЦ РАН, 2000. — С. 108−112.
  31. М.Л., Фридман А. Я. Реализация интерфейса ГИС и концептуальной модели в ситуационной системе вычислительного эксперимента // Модели социальных, технологических и образовательных процессов. Апатиты: КНЦ РАН, 2001. — С. 93−98.
  32. М.Л. Гибкий ГИС-интерфейс с концептуальной моделью// Информационные технологии в региональном развитии.-Апатиты, 2003.-Вып.Ш.-С.69−72.
  33. М.Л. Макроязык для интеграции ГИС в систему моделирования промышленно-природных комплексов // Информационные технологии в региональном развитии. -Апатиты, 2003. Вып.Ш.- С. 73−78.
  34. B.C. Геоинформационные системы что это такое? // ГИС-обозрение, весна 1994. — С. 8−9.
  35. A.M. Моделирование геосистем (концептуальный аспект). -Казань: Экоцентр, 1997.
  36. А. М., Игонин Е. И. Концептуальные основы моделирования в географии. (Развитие основных идей и путей математизации и формализации в географии): Учебное пособие. Казань: Матб. йорты, 2001. — 340с.
  37. С.Ф. Проблемы концептуального моделирования в ГИС Геоинформатика. Труды международной научно-практической конференции. -Томск: Изд. ТГУ, 2000.-С.7−12.
  38. Э.Х. Концептуальное программирование. -М.: Наука, 1984.- 255 с.
  39. А.Я. Ситуационный подход к моделированию состояния пространственного объекта // Системы информационной поддержки регионального развития. -Апатиты: КНЦ РАН, 1998.-С.45−49.
  40. С. В. Организация данных в ГИС // ГИС обозрение, 1997, № 2, — С. 38 — 42.
  41. В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. -287 с.
  42. С.В. Концептуальное моделирование программного обеспечения графических систем. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. тех. наук. СПб, ГУАП, 1999.
  43. Avenue. Настройка и разработка приложений в Arc View. Руководство пользователя. Environmental Systems Research Institute, Inc. 1996. 280 c.
  44. Forrester, Jay W. 1958. «Industrial Dynamics-A Major Breakthrough for Decision Makers.» Harvard Business Review, Vol. 36, No. 4, pp. 37−66.
  45. Forrester, Jay W. 1971. World Dynamics. (1973 second ed.). Portland, OR: Productivity Press. 144 pp.
  46. Graphic query, display and cartographic output. User’s guide Environmental Systems Research Institute, Inc. 1994.
  47. MapInfo/MapBasic Professional. User guide. Maplnfo Corporation, Troy, New York. 1998.-285 pp.
  48. Powersim 2.5 Reference Manual.-Herndon, USA: Powersim Press, 1996.- 427 pp.
  49. PC ARC/INFO STARTER KIT. Руководство пользователя / Пер. с англ. М.: с/п Дата+, 1993.
  50. Simple Macro Language for PC ARC/INFO. User’s guide Environmental Systems Research Institute, Inc. 1994.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!