Разработка технологии адаптивного проектирования гис
Скачать 267.23 Kb.
|
Во второй главе рассматриваются проектные решения построения ГИС по запросам пользователя. Использование ГИС происходит на разных уровнях. Это обусловлено многообразием геоинформационных технологий. В данной главе рассматриваются особенности моделирования, осуществляемого в ГИС и геоинформационных технологий. Эти особенности должны учитываться при проектировании, включая адаптивное проектирование. В ГИС можно выделить четыре основные группы моделирования: семантическое, инвариантное, эвристическое, информационное. Семантическое моделирование взаимосвязано с задачами кодирования и лингвистического обеспечения. В ГИС доля семантического моделирования велика на уровне сбора информации. Инвариантное моделирование основано на работе с полностью или частично унифицированными информационными элементами или структурами. В ГИС этот подход выражается в виде создания некоей основы для графического представления информации (карт) за счет использования специальных библиотек. Эвристическое моделирование применяется при необходимости экспертных решений, учете дуальных свойств объектов на видеоизображениях и при решении специальных нетиповых задач. Информационное моделирование связано с созданием и преобразованием разных форм информации, например графической или текстовой в вид, задаваемый пользователем. Группа математических процедур ГИС, осуществляющая переход от одной картографической проекции к другой или от пространственной системы к картографической проекции, носит название проекционных преобразований. Для каждого вида картографических проекций предусмотрены формулы пересчета из геодезических координат в прямоугольные, например для прямой псевдоцилиндрической проекции эллиптическая формула пересчета Каврайского выглядит следующим образом:  (4)Для того же вида проекции равновеликая синусоидальная формула Урмаева выглядит так:  (5)где R - радиус земного шара; , - географические координаты точек на земном эллипсоиде (шаре); x, y - прямоугольные координаты точек проекции, ось абсцисс совпадает со средним меридианом; , - полярные координаты точек проекции (полярный угол и полярный радиус параллели или альмукантарата); q - расстояние между началами систем плоских координат; m, n - частные масштабы длин по меридианам и параллелям в прямых проекциях; a,b - наибольший и наименьший частные масштабы длин; p - частный масштаб площадей; - наибольшее искажение углов; - отклонение угла между меридианом и параллелью от 90; 1 - отклонение угла между вертикалом и альмукантаратом от 90; , C, k, a, b - постоянные, входящие в уравнения проекций. Программные средства ГИС позволяют выполнять ряд операций геометрического анализа для векторных и растровых моделей. Важным в этой главе следует считать описание оверлейных операций. Технологически эта важная процедура позволяет осуществлять графическое моделирование пространственных объектов на основе теоретико-множественных отношений или операция четкой логики. Это важное моделирование присуще только геоинформационным и должно входить в адаптивный механизм проектирования ГИС. В третьей главе рассматривается реализация предложенного подхода к созданию адаптивного механизма проектирования ГИС. ГИС как системы обработки пространственно-временной информации относятся к классу информационных систем. Они имеют общие, присущие всему классу, и индивидуальные, присущие только ГИС, свойства. К особенностям ГИС следует отнести специфичность организации и структурирования моделей данных. Данные реального мира, отображаемые в ГИС, можно рассматривать с учетом трех аспектов: пространственного, временного и тематического. Пространственный аспект связан с определением местоположения, временной - с изменениями объекта или процесса с течением времени. Тематический аспект обусловлен выделением одних признаков объекта и исключением из рассмотрения других. Адаптация – это приспособление объектов, каждого в отдельности, или всей их совокупности в целом, к изменяющимся условиям как внешней среды, в которых они осуществляют свои функции, так и внутренних состояний. Одним из основных принципом адаптации ГИС можно назвать модульно-процессный принцип, то есть ГИС строится из отдельных блоков, когда к базовому блоку достраиваются остальные модули, отвечающие за отдельный процесс (обработка данных, сортировка, отображение, чтение и запись данных, трансформация данных). Следующим принципом реализации адаптивного механизма является принцип взаимосвязи. Все компоненты или модули инструментария имеют двухсторонний канал связи с базовым компонентом, через который могут взаимодействовать с другими компонентами ГИС-приложения. Так как развитие ГИС-технологий не стоит на месте, важное значение приобретает принцип расширяемости, что подразумевает наличие возможности создания новых модулей инструментария, без доработки уже существующих. Важную роль играет и наличие средств интерактивного графического редактирования, когда модули инструментария содержат интуитивно понятный пользователю диалогово-оконный визуальный интерфейс. В основе канонического проектирования лежит каскадная модель жизненного цикла ГИС. Она представляет собой жестко установленную последовательность этапов существования ГИС от ”Формирования требований” до “Модернизации и сопровождения ГИС”. На рисунке 2 представлена каскадная схема канонического проектирования ГИС.  Рис.2. Каскадная схема канонического проектирования ИС Автором диссертации создана математическая модель каскадного метода проектирования, представленная ниже: Y1 = Ф1(X0) Y2 = Ф2(Y1) … (6) Yi = Фi(Yi-1) … Yn = Фn(Yn-1) где X0 – начальное условие Y1 – выходной результат по начальному условию Ф1 - первая переходная фунция Yi – i-й выходной результат Фi - i-я переходная фунция Yn – n-й выходной результат Фn - n-я переходная фунция n - количество этапов каскадной схемы проектирования Согласно данной математической модели, можно сказать следующее:
Кроме того недостаток данного подхода заключается в том, что если на i этапе появляется ошибка ΔXi, то она будет включена и в n этап. Ниже представлена математическая модель каскадной метода проектирования с учетом привнесенных ошибок: Y1 = Ф1(X0) Y2 = Ф2(Y1) … Yфоi = Фi(Yi-1+ΔXi) (7) … Yфоm = Фm(Yфоi-1+ΔXk) … Yфоn = Фn(Yфоn-1) где X0 – начальное условие Y1 – выходной результат по начальному условию Ф1 - первая переходная функция Yфоi – i-й выходной результат с фактической ошибкой Фi - i-я переходная функция Yфоm – m-й выходной результат с фактической ошибкой Фm - m-я переходная функция Yn – n-й выходной результат Фn - n-я переходная функция n - количество этапов каскадной схемы проектирования k - количество ошибок этапов (1 ΔXk - k-я ошибка Ошибки ΔXi , ΔXk могут накапливаться и увеличивать ошибку проекта. Устранить недостатки каскадной модели можно с помощью адаптивной модели проектирования. На рисунке 3 дается структурная модель адаптивного подхода, предложенная автором.  Рис.3. Схема адаптивного проектирования ГИС Из классического канонического проектирования программист применяет только подход "as-is"→ "to-be". Это означает, что исходный базовый комплект рассматривают как модель "как есть" ("as-is"), которая отражает существующие в комплекте функции, операции и возможности. Проектируемый комплект рассматривается как модель "как должно быть" ("to-be"), которая - отражает необходимые изменения базового комплекта под запросы пользователя. При использовании этого подхода целесообразно создать и использовать технологию отслеживания ошибок (bug tracking). Она позволяет не только иметь единое хранилище ошибок, но отслеживать их повторное появление, накапливать статистку ошибок, повысить контроль и эффективность исправления ошибок, и выявлять наиболее нестабильные компоненты системы. Кроме того, эта технология позволяет более эффективно поддерживать связь между группой профессионалов разработчиков базового комплекта и группой пользователей адаптирующих данный комплект под свои задачи. Особенностью подхода является необходимость введения некого интерфейса (interfase) по преобразованию базового комплекта в комплект, необходимый пользователю. Реализация этого интерфейса может осуществляться по разному. Простейший подход − разработка нормативных и инструктивных документов для того, чтобы пользователь мог вручную преобразовать модели "as-is"→ "to-be". Это решение можно назвать ручным. Такая структурная модель позволила получить рекурсивную формулу проектирования приведенную ниже: Ytb = Pint[Pbt + 1] Xai (8) где Xai (as is) – исходная ситуация Pint (interfase) – оператор интерфейса Pbt (bug tracking) - оператор контроля состояния Ytb (to be) – результат, который должен быть Принципиальным и важным отличием этого подхода является воздействие не только на результат, а на и процесс (Pint[Pbt + 1]) и результат (Xai). Это позволяет не только строить гибкие системы, но и устранять ошибки. Процесс проектирования в этом случае состоит не в применении набора базовых функций Фi, а иттеративное (пошаговое) применение операторов Pint и Pbt. Таким образом, на каждом шаге итерации производится контроль, в отличие от каскадного метода, где контроль возможен только на заключительном этапе. Поэтому ошибка выявляется на основе контроля текущего этапа и соответственно допускается возможность модификации проекта с целью компенсации допущенной ошибки. Ниже представлена математическая модель компенсации ошибок процесса адаптивно-рекурсивного подхода: Ytb+i = [(Pint + δ Pint)[Pbt + 1] (Ytb+i + δY) (9) Из данной формулы в итоге получаем значение компенсации процесса ошибки: δ Pinti+1 = {-Pint[Pint+1](Ytbi+δY)}{[Pbt+1](Ytbi+ δY)}-1 (10) Таким образом, предложенный адаптивный подход позволяет устранить не только ошибки промежуточных этапов, но и ошибки процесса проектирования. При проектировании сложных проектов необходимо принимать во внимание проблему «исполнитель-заказчик» или, другое ее название, проблему «агент-принципал». В результате своих знаний и компетенций заказчик формирует свое представление о целевой функциональности проекта, которая служит основой для выдачи технического задания исполнителю. Реальные характеристики предметной области на основе компетенции заказчика создают у него информированность о предметной области. Естественно информационный объем информированность о предметной области меньше реального, что предрасполагает к ошибочным решениям. Существующие проблемы предметной области заказчик на основе своей компетенции трансформирует в область необходимых для него знаний (о проблемах, требующих решения) о проблемной области. На основе информированности и знаний о проблемах, требующих решения, заказчик формулирует функциональность будущей системы (ФС). Однако этого недостаточно для формирования функциональности проекта системы и для ее реализации. Для того чтобы составить проект создания системы заказчик должен учитывать ряд факторов, в области которых он не является компетентным. Однако у него имеется свое представление об этих факторах, что дает ему основание сформировать свое представление о целевой функциональности проекта с точки зрения заказчика (ЦФПЗ). В силу своей некомпетенции в вопросах проектирования и ограниченности ресурсов он намечает основные контуры проекта создания системы, вносит корректировки проекта (КПЗ) и передает дальнейшее исполнение проекта проектировщику, исполнителю или агенту. В итоге ЦФПЗ=ФС+КПЗ Исполнитель или агент имеет свое компетентное представление о целевой функциональности проекта (ЦФПИ). Более высокий уровень компетенции приводит к тому, что требования к тем же самым характеристикам проектирования - более объемные. В результате корректировки проекта исполнителя (КПИ) значительно больше по объему чем КПЗ (КПИ>>КПЗ). В результате модель целевой функциональности проекта (ЦФПИ) по исполнителю более емкая чем ЦФПЗ по заказчику, то есть ЦФПИ=ФС+КПИ. Величина Δ= ЦФПИ – ЦФПЗ называется целевой неопределенностью. Целевая неопределенность тем больше, чем больше разница между компетенцией исполнителя и заказчика в вопросах проектирования. Таким образом в процесс проектирования вводится использование новой величины, которую называют «функциональной реализованностью проекта» (ФРП). ФРП соответствует объему тех функций которые реализованы на данном этапе проектирования. Процесс проектирования предстает как совокупность последовательных этапов, на каждом из которых возрастает величина ФРП до тех пор, пока не сравняется с ЦФП. Очевидно, что когда в качестве ЦФП используется ЦФПЗ на заключительном этапе обнаруживается целевая неопределенность - Δ. Это означает, что де юре проектирование завершено, де факто оно требует продолжения. В результате для устранения целевой неопределенности приходится делать перепроектировку или перепроектирование. Почему перепроектирование так неприятно? Для больших проектов перепроектирование может требовать значительные ресурсы и занимать длительное время. Здесь срабатывает известное правила «10-кратных затрат» которое говорит о том, что корректировка после завершении фазы (этапа и тем более завершения) проекта требует на порядок больших затрат, чем во время фазы проекта. Выход может быть найден в применении адаптивного проектирования. Процесс проектирования при n-проектных этапах может быть представлен двумя цепочками ФРП1 → ФРП2 → ФРПi → ФРПn (11) и δ1 → δ2 → δi → δn (12) Где ФРПi - текущая функциональная реализованность проекта; δi - текущая целевая неопределенность проекта. Очевидно, что δi=ЦФП- ФРПi, i=1....n; (n- число этапов проекта). В конце проектирования ЦФП= ФРПn и δn=0. Но, как видим, возможна ситуация появления Δ≠0. На рис.4 приведена схема адаптивного проектирования  Рис.4 Схема адаптивного проектирования. Особенность схемы в том, что вводится понятие корректировки проекта на этапе. В дополнении к цепочкам (11), (12) водится цепочка (КПЗ1 - КПИ1 = 0); → ( КПЗi - КПИi = 0) → (КПЗn - КПИn= 0) (13) На каждом проектном этапе проверяется условие (КПЗi - КПИi = 0). В случае его выполнения проектирование передается на следующий этап. В случае невыполнения вырабатывается дополнительная коррекция и реализуется через GIS ToolKit. Целевая неопределенность Δ определяется как Δ= ∑(КПЗi - КПИi). Реализация цепочки (13) с помощью дополнительного механизма GIS ToolKit сводит целевую неопределенность на каждом этапе к 0. Для упрощения процесса проектирования и адаптации к конкретным задачам пользователя ГИС в данной работе разработан следующий подход. Исходный базовый комплект создания ГИС снабжают специальным механизмом, который позволяет адаптировать этот базовый комплект под конкретные задачи пользователя. Вариантом решения является автоматизированный подход, еще более упрощающий действия пользователя. Реализовать его можно в виде модели классов инструментальных средств создания ГИС. Главным классом, который обязательно должен быть в ГИС-приложении является компонент, отвечающий за доступ, обработку и визуализацию картографической информации. Все остальные компоненты должны быть связаны с одним экземпляром из набора описанного компонента. В качестве примера данного подхода может служить программный продукт «GIS ToolKit» ЗАО КБ «Панорама». Ядром создаваемого ГИС-приложения является компонент MapView. Любое ГИС-приложение должно содержать как минимум один экземпляр этого компонента.  Рис.5 Структура ГИС-приложения Каждый экземпляр компонента MapView организует работу с одним районом работ. Все остальные компоненты должны быть связаны с одним из компонентов MapView. Компоненты, взаимодействующие друг с другом, должны быть связаны с одним и тем же компонентом MapView. |
Похожие:
 | Примерная программа наименование дисциплины гис-технологии Рекомендуется... Дисциплина «гис-технологии» относится к базовой части профессионального цикла. Для успешной реализации программы необходимо соблюдение... | | Доклад ронжина Андрея Леонидовича по диссертационной работе «Разработка... «Разработка адаптивного метода робастного понимания слитной речи на основе интегральной обработки данных», представленной на соискание... |
 | Анализ геоинформационных систем для целей использования в задача Ний гис разработали основные требования к гис крупной организации, интересы которой распространяются на большую территорию. Данный... | | Рабочая программа составлена на основе фгос впо и учебного плана... Изучаются основные стандарты и методология проектирования, построения профилей открытых информационных систем (ИС), методология управления... |
| Пояснительная записка на курсовой проект по дисциплине «Разработка... Целью данной работы является разработка программы для автоматизации проектирования систем молниезащиты на базе сапр компас 3D, с... | | Разработка и исследование методов распознавания объектов в массивах... |
| Программа «Новые технологии проектирования, строительства и эксплуатации... Особенности проектирования водопропускных плит из гофрированных металлических листов | | Блока учебного плана Целью учебного курса является обучение использованию геоинформацционных систем и технологий, программного и информационного обеспечения,... |
| Разработка и реализация адаптивного алгоритма муравьиной колонии... «Бегишевская средняя общеобразовательная школа имени Мансура Хасановича Хасанова» | | Рабочая программа по технологии 10-11 класс учителя технологии Программа включают в себя также разделы «Производство, труд и технологии», «Технологии проектирования и создания материальных объектов... |
| Программа bde administrator 28 Обязательной является разработка вопросов системного анализа объектов проектирования, оптимизации и выбора наилучших вариантов решений,... | | Геоинформационные технологии в исторических исследованиях Рабочая программа по курсу «гис-технологии в исторических исследованиях» составлена на основе требований Государственного образовательного... |
| Программа учебной дисциплины «гис в экологии и природопользовании» Дисциплина «гис в экологии и природопользовании» относится к вариативной части математического и естественно – научного цикла | | Исследование и разработка методов и средств обеспечения информационной... Работа выполнена на кафедре прикладной информатики Московского государственного университета геодезии и картографии (миигаиК) |
| Учебное пособие по курсам «Технологии проектирования информационных систем» Целью учебного пособия является получение студентами знаний и практических навыков по современным методам и case-средствам анализа... | | Инфраструктура геофизических гис кафедры технологии геологической разведки ни иргту Национальный Исследовательский Иркутский Государственный Технический Университет, belor |
