Разработка технологии адаптивного проектирования гис

Скачать 267.23 Kb.

Название	Разработка технологии адаптивного проектирования гис
страница	1/3
Дата публикации	25.01.2015
Размер	267.23 Kb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > Информатика > Автореферат

1 2 3

На правах рукописи

Дышленко Сергей Геннадьевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИС

25.00.35 – Геоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва - 2011

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования – “Московский государственный университет путей сообщения” (МИИТ)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Цветков Виктор Яковлевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Доенин Виктор Васильевич

кандидат технических наук,

Демиденко Альберт Геннадьевич

Ведущая организация: Центральный ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского (ЦНИИГАиК)
Защита состоится «24» февраля 2011 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.11 при Московском университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 1235.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета.
Автореферат разослан «24» января 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.005.11

д.т.н., профессор Ю.А. Быков

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования: В настоящее время географические информационные системы (ГИС) завоевывают все большую популярность в различных областях науки и экономики. ГИС сейчас используются практически в любой сфере деятельности - от управления землепользованием до ведения городского хозяйства.

Несмотря на возрастающую востребованность, применение геоинформационных технологий в различных прикладных областях часто сдерживается по очень простой причине - экономической нецелесообразности. Программное обеспечение ГИС является весьма дорогостоящим, а используется во многих задачах лишь частично. Еще одна причина — это необходимость интеграции ГИС с другими технологиями и программными системами, что, в результате, приводит к достаточно сложным конфигурациям, к завышенным требованиям к ресурсам компьютеров и неудобствам в работе из-за отсутствия единого понятного конечному пользователю интерфейса. Третьей причиной можно назвать необходимость адаптации программных средств ГИС под узкопрофильные требования пользователя, что влечет за собой повышение стоимости конечного продукта.

Рис.1. Этапы получения геоинформации с применением ГИС

На рисунке 1 отражены основные проблемы ограничивающие применение ГИС. Они выделены толстыми стрелками снизу вверх.

Это противоречие «интересы пользователя - действия программиста».

Это противоречие «требования практики – возможности базовой ГИС».

Противоречия между традиционными ГИС и практикой заключаются в том, что применяемое ПО создания ГИС не дает всей полноты возможностей для создания программы, отвечающей потребностям пользователя. Базовый пакет ПО предоставляет ограниченное число вариантов модернизации ГИС. А для решения новых задач, диктуемых временем, пользователь вынужден заказывать разработчикам новый дорогостоящий комплект ГИС, для изготовления которого требуется и зачастую большие временные и человекоемкие затраты.

Одной из «невыгодных» с точки зрения затрат и конечного результата областей применения ГИС являются информационные системы с картографическим интерфейсом, рассчитанные на массового пользователя. Здесь можно назвать региональные информационно-справочные системы с возможностью построения тематических карт региона, предназначенных для целей управления и образования; городские информационно-поисковые картографические системы с адресным планом города; ГИС городского хозяйства; автоматизированные системы учета природных ресурсов; информационные системы особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Как видно из примеров, их объединяет применение ГИС-технологий для решения самых различных специфических задач.

Для реализации полной функциональности можно использовать существующие коммерческие ГИС. Однако в настоящее время настольные ГИС становятся все сложнее и все неохватнее по своей функциональности. Поэтому нередки случаи, когда решения, основанные на использовании коммерческих ГИС-продуктов, будут весьма затратными и явно избыточными по функциональности.

Кроме того, необходимо учесть и тот факт, что большое число информационных систем, в составе которых используются ГИС, являются некоммерческими по своей природе: они предназначены для широкого круга пользователей — прежде всего для населения и государственных структур. Информация, которая циркулирует в этих системах, должна быть общедоступной и сама по себе не может служить источником больших доходов. Следовательно, стоимость разработки таки систем не должна быть слишком высокой. Таким образом, объективно существует несколько причин, мешающих внедрению ГИС-технологий, это:

функциональная избыточность предлагаемых программных продуктов;
высокая стоимость программного обеспечения;
недостаточный объем возможностей по интеграции с другими технологиями;
сложность работы с пространственной информацией;
накопление возможной ошибки при использовании каскадной схемы проектирования ГИС.

Следовательно, можно сделать вывод, что в настоящее время существует проблема выбора наиболее оптимального по стоимости и предлагаемой функциональности технологического и архитектурного решения для создания ГИС, что делает выбранную тему исследования актуальной.

В данной работе проведены исследования, посвященные нахождению оптимальный подхода к созданию адаптивной технологии проектирования ГИС. Это делает доступной ГИС для самого широкого круга пользователей в различных областях науки и экономики.

Цель исследования развитие теории, методологии и технологии создания геоинформационных систем с целью повышения эффективности систематизации, хранения, анализа, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированных данных.

Объект исследования — геоинформационные системы и технологии их проектирования в различных сферах деятельности.

Предметом исследования являются инструментальные средства создания и проектирования ГИС на основе базового картографического программного обеспечения.

Основные задачи исследования:

1.Разработать концепцию построения программных инструментальных средств адаптивного создания ГИС.

2.Разработать адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС

3.Разработать модульно-процессный подход создания программных инструментальных средств ГИС.

4.Разработать математическую модель механизма перехода от векторной модели целей базового комплекта разработки ГИС к матричной модели целей адаптивной ГИС.

5.Дать оценку эффективности построения ГИС на базе адаптивной технологии создания ГИС.

Для достижения поставленной цели и решения определенного выше круга задач применялись следующие методы исследования:

объектно-ориентированный подход при проектировании программного инструментария создания ГИС;
составление тестовых заданий и экспериментальные исследования при тестировании и апробации разработанных технологий и программных средств создания реальных систем.

В процессе работы были проанализированы и использованы труды следующих авторов: Доенина В.В., Майорова А.А., Матвеева С.И., Полякова А.А., Пяткина В.П., Соловьева И.В., Тикунова В.С., Цветкова В.Я., Черкашина А.К. и других, а также технические руководства по различным ГИС-продуктам фирмы ЗАО КБ «Панорама», одного из отечественных лидеров в области разработки программного обеспечения геоинформационных систем.

Научная новизна. В диссертационной работе автором получены следующие новые результаты:

1.Разработана концепция и технология адаптивного проектирования программных инструментальных средств создания ГИС.

2.Разработан адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС

3.Разработан модульно-процессный подход создания программных инструментальных средств ГИС.

4.Разработана математическая модель механизма перехода от векторной модели целей базового комплекта разработки ГИС к матричной модели целей адаптивной ГИС.

5.Выполнена реализация предложенного подхода для создания программного обеспечения адаптивного проектирования ГИС «Геоинформационная система и средства разработки приложений для UNIX-подобных систем», «ГИС Конструктор для Qt Designer», «ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle», «GIS Toolkit для Kylix».

Научные положения, выносимые на защиту:

1.Адаптивно-рекурсивный подход построения проекта программного обеспечения ГИС, который состоит в использовании рекурсивного метода создания проекта, что дает возможность устранения ошибок разных промежуточных результатов и ошибок в процессах проектирования.

2.Модульно-процессный подход, который состоит в том что каждый процесс представлен в виде отдельного модуля программного обеспечения ГИС, что повышает гибкость создаваемой программы и устраняет ошибки, возникающие в процессе проектирования.

3. Матричная модель целей адаптивной ГИС

4. Технология перехода от векторной модели базового комплекта ГИС к матричной модели адаптивной ГИС.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, содержащихся в диссертационной работе, обеспечивается использованием современных теоретических и практических методов исследования, проведением сравнительного анализа применения геоинформационных технологий в различных сферах науки и хозяйства. В своей работе автор диссертации использовал обобщение своего многолетнего опыта по проектированию и разработке ГИС-приложений для различных предметных областей, выполненных в различных средах разработки.

Кроме того, выдвинутые в диссертации положения подтверждаются успешностью их применения для реализации программного обеспечения адаптивного проектирования ГИС «Геоинформационная система и средства разработки приложений для UNIX-подобных систем», «ГИС Конструктор для Qt Designer» , «ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle», «GIS Toolkit для Kylix».

Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе исследования, могут применяться при создании ГИС в различных областях хозяйства. Обеспечивая более высокий уровень автоматизации, предложенный подход ведет к существенному упрощению проектирования и разработки ГИС и, соответственно, к уменьшению временных и стоимостных затрат. При этом подход имеет достаточную степень общности, что позволяет использовать его во множестве прикладных областей самой различной направленности.

Результаты данной работы можно использовать в качестве материала при подготовке студентов, специализирующихся в области проектирования и разработки геоинформационных систем.

Внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при создании программного обеспечения адаптивного проектирования ГИС «Геоинформационная система и средства разработки приложений для UNIX-подобных систем», «ГИС Конструктор для Qt Designer» , «ГИС Конструктор Free для PL/SQL Oracle», «GIS Toolkit для Kylix».

Апробация результатов исследования. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: пятой общероссийской конференции изыскательских организаций “Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации“ (Москва, 2009); конференции молодых ученых и специалистов в МИИТ (Москва, 2009); шестой международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения» (Москва, 2010); шестьдесят пятой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК, посвященной шестидесятипятилетию победы в Великой Отечественной войне (Москва, 2010); научно-практической конференции «Инновационные технологии в области мониторинга химической и экологической безопасности потенциально опасных объектов и территорий» (Москва, 2010); шестой общероссийской конференции изыскательских организаций “Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации“ (Москва, 2010).

Программное обеспечение «ГИС Конструктор для Qt Designer» используется для создания специального программного обеспечения навигационной аппаратуры пользователя в ОКР «Карта» в рамках федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ из которых 4 включены в перечень изданий, рекомендованных ВАК. Получены 6 свидетельств о регистрации программ для ЭВМ.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 3-х глав, заключения, трех приложений и списка литературы из 138 наименований. Диссертация изложена на 131 листе машинописного текста и содержит 16 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, определяются направления исследований.

Сформулирована цель работы, ее научная новизна и практическая ценность диссертации, формулируются результаты, выносимые на защиту.

В первой главе приведен развернутый анализ современного состояния дел в области проектирования информационных систем (ИС), а также особенности проектирования геоинформационных систем для пользователей в различных областях хозяйствования.

Под проектированием ИС понимается процесс преобразования входной информации об объекте, методах и опыте проектирования объектов аналогичного назначения в соответствии с ГОСТом в проект ИС.

Технология проектирования ИС — это совокупность методологии и средств проектирования ИС, а также методов и средств его организации.

В основе технологии проектирования лежит технологический процесс, который определяет действия, их последовательность, требуемые состав исполнителей, средства и ресурсы.

Предметом любой выбираемой технологии проектирования должно служить отражение взаимосвязанных процессов проектирования на всех стадиях жизненного цикла ИС.

Сочетание различных признаков классификации методов обусловливает характер используемых технологий проектирования ГИС, среди которых выделяют два подхода проектирования ГИС на основе базового инструментального ПО: директивный и адаптивный.

Подход прямого проектирования называют директивный. Программист или разработчик ГИС имеет свое (ограниченное) представление об областях решаемых задач и совсем не знает их особенностей. Директивный подход дает ограниченное число вариантов ГИС под задачи пользователя. Ниже представлена модель данного подхода:

ГИСi = ПОб ∩ Pi(Пр) (1)

i = 1,n - ограничено

где ПОб – базовый комплект программного обеспечения

Pi(Пр) – представление программиста о задачах предметной области

ГИСi – работающая ГИС

n - количество вариантов ГИС на основе базового ПО

Предложенная автором модель раскрывается сущность адаптивного подхода:

ГИСi,j = ПОб ∩ (Pi(Пр)UAj) (2)

i = 1,n; j = 1,m

n<

где ПОб – базовый комплект программного обеспечения

Pi(Пр) – представление программиста о задачах предметной области

Аj - адаптивный инструментарий

ГИСi – работающая ГИС

n - количество вариантов ГИС на основе базового ПО

m - количество адаптивных вариантов создания ГИС

Программист на основе базового ПО разрабатывает адаптивный инструментарий и комплект настраиваемых под задачи пользователя модулей ГИС-инструментария.

В результате анализа обоих подходов можно сделать вывод, что директивный подход представляет в распоряжение пользователя ограниченный набор вариантов ГИС, его можно представить как вектор.

Адаптивный подход позволяет получить гораздо большее число вариантов ГИС, набор вариантов и его можно представить в виде матрицы. Ниже представлена математическая модель механизма перехода от векторной модели целей базового комплекта разработки ГИС к матричной модели целей адаптивной ГИС:

(3)
Преимущества адаптивного подхода:

1.m>>n

2.m*n>>n

Где m – адаптивные варианты создания ГИС;

n - варианты создания ГИС базовым ПО

Таким образом, наглядно показано преимущество адаптивного подхода в виде значительного превосходства возможных вариантов получения конечных ГИС и следовательно гибкость и динамичную приспособляемость данного подхода под заказчика.