13018

Понятие агротехнических геоинформационных комплексов

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Введение. Понятие агротехнических геоинформационных комплексов. Данный курс лекций является обобщением результатов исследований и разработок проведённых под руководством автора и относится к области построения интерактивных геоинформационных комплексов опер...

Русский

2013-05-07

195.5 KB

0 чел.

  1.  Введение. Понятие агротехнических геоинформационных комплексов.

Данный курс лекций является обобщением результатов исследований и разработок, проведённых под руководством автора и относится к области построения интерактивных геоинформационных комплексов оперативного взаимодействия (ИГК ОВ).  

Подобные  комплексы составляют особый класс автоматизированных систем реального времени, иногда называемых оперативными системами наблюдения, интерактивными видеотерминальными комплексами, системами интерактивной машинной графики и т.п. Их важным компонентом является человек. Именно он взаимодействует с объектами, наблюдаемыми на фоне карты в реальном времени. Такого рода системы, относящиеся к аэронавигации, мы будем называть авиационными геоинформационными комплексами (АГК).

Главной их функцией  является ввод данных об объектах и местности, их преобразование и отображение в виде динамической сцены, представляемой сложными движущимися символами на картографическом фоне в реальном времени для обеспечения решения задач оперативного взаимодействия.  

Актуальность  темы обусловлена существенным повышением скоростей и  количества движущихся в околоземном пространстве объектов и, как следствие, возросшей сложностью  процессов их отображения, распознавания и взаимодействия с ними в реальном времени.

Вот некоторые основные сокращения и ключевые слова: ГИС, GIS, геоинформационная система реального времени, geoinformational system real time по данной теме. Понятие ГИС охватывает множество самых разных систем – и программу, которая едва-едва может отображать на фоне растровой картинки некоторые условные знаки, и действительно мощную систему со многими тысячами функций, оперирующей и растровой и векторной информацией, работающей с большим количеством пользователей и обладающей всеми признаками взрослой промышленной корпоративной системы. 

Структура ГИС в общем случае может быть представлена так, как показано на рис.1.1:


Первая подсистема ГИС может быть соотнесена с первым и вторым шагом процесса картографирования – сбором данных и компиляцией карт. Исходная информация берется из таких источников, как аэрофотосъемка, цифровое дистанционное зондирование, геодезические работы, словесные описания и зарисовки, данные статистики и т. д. Использование компьютера и других электронных устройств, например дигитайзера или сканера, позволяет проводить подготовку исходных данных для записи, или кодирования точек, линий и областей к их дальнейшему использованию. Кроме того, источниками могут быть готовые цифровые карты, цифровые модели рельефа, цифровые ортофотоснимки и многие другие.

Вторая подсистема - подсистема хранения и выборки полностью соответствует нашим представлениям о функциях компьютера, как хранителя информации. В ГИС подсистема хранения и выборки позволяет делать запросы, возвращающие только нужную, контекстно-связанную информацию, она переносит акцент с общей интерпретации информации на формулирование адекватных запросов. В общих словах, эта подсистема хранит либо явно, либо неявно, геометрические координаты точечных, линейных и площадных геометрических объектов и связанные с ними характеристики (атрибуты). Компьютерные методы поиска нужных данных естественным образом присущи самому программному обеспечению ГИС.

Анализ данных чаще всего является преимуществом человека – пользователя. Подсистема анализа позволяет значительно упростить и облегчить анализ пространственно-связанных данных, практически исключить ручной труд и в значительной мере упростить расчеты, выполняемые пользователем. Подсистема анализа является "сердцем" ГИС. Необходимость анализа карт для выделения и сравнения картин распределения земных феноменов дал импульс для поиска новых, более удобных, быстрых и мощных методов. ГИС-анализ использует потенциал современных компьютеров, сравнения и описания информации, хранящейся в базах данных, которые дают быстрый доступ к исходным данным и позволяют агрегировать и классифицировать данные для дальнейшего анализа. Они способны комбинировать выбранные наборы данных уникальными и ценными способами.

После выполнения анализа, нужно представить как-то его результаты. В картографии, будь то традиционная бумажная картография или ее цифровой эквивалент, компьютерная картография, выходной продукт в целом тот же – карта. Подсистема вывода позволяет компоновать результирующие данные в любой удобной для пользователя форме. Среди простейших примеров выходных данных – печать адресов на конвертах по результатам поиска в базе данных потенциальных клиентов с целью распространения рекламы; базы данных некоторых служб могут быть подключены в единую систему, результатом чего будет максимальная информационная насыщенность данных на выдаче. В действительности типы выдачи часто продиктованы больше областью применения ГИС, нежели используемым программным обеспечением. И, как и пользователи карт, выдачи бывают самые разные.

2. Место АГК в современных средствах управления воздушным движением.

Сфера применений АГК широка, начиная от систем, обеспечивающих безопасность полетов, тренажеров различных транспортных средств (самолеты, космические корабли, автомобили и др.) и заканчивая мощными центрами оперативного управления всех уровней и назначения, предназначенными для отображения на карте быстропротекающих процессов, например, воздушной обстановки в виде динамических сцен. После катастрофы в Чернобыле автоматизированные системы, содержащие ГИС, стали особо необходимыми в медицинских и экологических мониторинговых системах. Созданием таких систем на протяжении последних 10 лет интенсивно занимаются практически все высокоразвитые страны.

Вот некоторые результаты их усилий.

В 1981г. Комиссия по сбору и обработке географической информации Международного географического союза, сборник «Программное обеспечение обработки пространственных данных» в 3-х томах. В его основе лежат работы, выполненные Геологической съемкой США.

Первый том содержит описания 85 полномасштабных геоинформационных систем. Среди них самая известная - CGIS (Канадская геоинформационная система). Дальше следуют: GIRAS - система анализа географической информации об использовании земель (Геологическая съемка США); NIMS - Шведская информационная система; ODYSSEY- система Гарвардского университета. Важным аспектом перечисленных систем есть широкий территориальный охват и тематическая ориентация. Некоторые из них имеют развитый аппарат поддержки компьютерной графики и системы визуализации.

Второй том - «Программы манипулирования данными» содержит описания элементарных геометрических и топологических операций с множествами точечных, линейных и контурных объектов. Далее следуют различные программы, включающие: регрессии; корреляционные, энтропийные и другие методы связи; интерполяцию; автокорреляционный и спектральный анализ поверхностей; модели потоков, сетей и пространственных взаимодействий; демографические модели регионов; модели загрязнений водной и воздушной среды; процедуры обработки аэрокосмических изображений.

Третий том - «Картография и графика» включает: автоматизированные картографические системы; сбор, редактирование и вывод данных; основные чертежные операции и системы отображения; расчет, построение и трансформацию картографических проекций; измерение расстояний и, наконец, картографические банки данных.

Естественно, что право на допуск к такой информации принадлежит в основном ограниченному кругу организаций, среди которых такие известные американские фирмы как MapINFO и ArcINFO, доминирующие на мировом рынке геоинформационных технологий.

Для АГК геоинформационная система является источником, обеспечивающим предоставление картографической информации, необходимой для построения динамических сцен, отображающих на ее фоне эволюции движущихся в пространстве объектов в реальном времени, что дает возможность специалистам адекватно воспринимать окружающую обстановку и принимать соответствующие решения.

Потребность в АГК подтверждается все возрастающим спросом на информацию, имеющую пространственный аспект и содержащую «привязку» к территории, представленной в виде карты.

Типичным примером применения такого комплекса в гражданской авиации может быть комплекс, содержащий систему диспетчерской службы и предназначенный для отображения летящих самолетов в районе крупного аэропорта и принятия оперативных заключений при решении задачи безопасной разводки самолетов. Случаи авиакатастроф, которые участились, сами говорят об актуальности широкого внедрения таких комплексов для обеспечения безопасности полетов.

Задачи управления войсками, предотвращения террактов и др., решаемые, например, в современных системах противовоздушной и противоракетной обороны не могут быть решены без подобных ИГК ОВ. В этом случае решается задача, обратная безопасной разводке – так называемая задача преследования.

Учитывая значительные скорости самолетов и ракет, задача преследования при ее представлении и решении в реальном времени значительно сложнее задачи разводки.

В этом случае задача преследования – убегания является самой трудной при ее реализации в реальном времени.

Здесь нельзя не отметить еще один момент. Несмотря на некоторое потепление международной обстановки, военный фактор продолжает играть важную роль. Все крупные государства мира продолжают совершенствовать свои вооруженные силы. Прежде всего, это касается новейшего вооружения и военной техники. Идет активный постоянный поиск новых средств вооруженной борьбы.

Безопасность страны – не только в мощных Вооруженных Силах, но и, прежде всего, в совершенстве программно-технических средств  центров оперативного взаимодействия, соединенных информационными каналами. Сегодня, нельзя не отметить возрастающую опасность зависимости нашей страны от зарубежных партнеров в средствах информатики и связи.

В случае если современный Вавилон (возможно, это Кабул, Багдад или Тегеран или что-то другое), внезапно нападает на США или одного из союзников, то США, с одновременной переброской своих войск и кораблей в этот район для защиты своего стратегического союзника, начинают информационную войну против агрессора. При этом в самом начале конфликта оживают компьютерные вирусы и логические бомбы, заранее тайно заложенные в память ЭВМ, применяемых во всех структурах государственного, военного и экономического управления страны-агрессора. Это оружие пускается в ход специальной командой, например, со спутника или через INTERNET.

После начала конфликта агенты спецслужб, с помощью портативных, мощных генераторов, разрушают программное обеспечение в системах гражданского и военного управления. Одновременно с этим по международным телекоммуникационным сетям обнуляются банковские счета агрессора.

Тут же подавляются  теле- и радиопередачи всех станций на территории страны, пунктов связи и управления войсками агрессора и начинают передаваться материалы, направленные на дестабилизацию политической обстановки, дезориентацию населения и возбуждение паники. Эти действия влекут для агрессора катастрофические последствия, поскольку полностью дезорганизуют работу всех жизненно важных для страны систем. Наиболее важными объектами являются, прежде всего,  система управления государством, командные пункты ПРО и ПВО.

В результате такой комбинированной атаки с помощью различных видов информационного оружия в стране-агрессоре воцаряются хаос, происходит коллапс экономики, резко ухудшается социально-политическая ситуация. Результаты применения такого оружия подтверждают операции «Буря в пустыне» и особенно «Лис в пустыне». Агрессор вынужден или отказаться от своих планов или подчиниться требованиям США и их союзников.

В современных условиях информационное оружие становится важнейшей частью военного и военно-пропагандистского потенциалов США и их союзников. Если в 1980 году на развитие информационных технологий ими тратилось около миллиарда долларов, то в 1994 году – уже свыше 25 млрд. долл. Приобретение информационных технологий по финансированию вышло на первое место среди программ вооружений США, заметно опережая даже космические и ракетно-ядерные программы и в 2000  превысило 100 млрд. долл.

Становление Украины как независимого государства, стремление как можно быстрее приобщиться к мировому уровню информационных технологий привели к якобы оправданной ставке на использование телекоммуникационных сетей, существующих в развитых странах. При этом западные информационные сети со своими стандартами передачи данных и аппаратно-программными средствами были введены в пределы Украины. Уже можно утверждать, что иностранные телекоммуникационные сети фактически заняли господствующее положение на территории Украины, стерев межгосударственные границы в информационном пространстве.

Массовый переход на импортную технику и зарубежные системы  небезопасен для Украины, так как получается, что система – у нас, а ключ к ней – у них. Приобретая и внедряя за немалые деньги готовые информационные технологии и аппаратно-программные средства в надежде встать вровень с развитыми странами, Украина становится заложником этой политики, потому что теперь управление процессами, происходящими в информационном пространстве, почти не зависит от структур управления государством, так как, воздействуя на информационные потоки, можно управлять всем государством.

В связи с этим экономическую и научно-техническую политику государства следует рассматривать через призму информационной безопасности. Будучи открытой, ориентированной на соблюдение законных прав граждан на информацию и интеллектуальную собственность, эта политика не может не быть протекционистской. Она должна поддерживать отечественных производителей информационных технологий, защищать внутренний рынок от проникновения в него скрытых элементов информационного оружия. Это особенно важно сегодня, когда осуществляются массовые закупки информационных технологий за рубежом, а собственный научно-технический и производственный потенциал постепенно разрушается.

3. Знакомство с реально действующими АГК.

На рис.1.2 представлен вариант структуры разработанного под руководством автора действующего комплекса, который был создан в рамках НИР «Базовый комплекс средств конфигурирования и управления распределеннми ИС ОИ» – «Геокарта».

       Система состоит из системы ввода и первичной обработки данных объектов и параметров изображений, центрального вычислительного комплекса и системы оперативного взаимодействия.

Система ввода и первичной обработки данных о движущихся объектах, представленных мировыми координатами  содержит радиолокационные средства - 1, средства оперативного ввода картографических данных и данных об изображениях символов  - 2, средства ввода реальных сцен (с помощью телевизионных средств) - 3 и средства ввода данных аэрофотосъемки и прецизионных снимков - 4.

Система оперативного взаимодействия, содержит средства отображения  движущихся символов на цветном картографическом фоне, представляемых как на обычных мониторах - 9, так и на экране коллективного пользования, а также средства, позволяющие обеспечить ввод-вывод изображений: редакционно-издательская система на базе – лазерного гравировального автомата - ЛГА,  необходимого для создания твердых копий динамических сцен, представляемых на картографическом фоне, МОЗАИКА  - устройство печати цветных изображений больших форматов и разрешения, графопостроитель – ПАГ-500 для вычерчивания  точных изображений, содержащих картографический материал и координатную сетку,  устройство печати  знакосинтезирующее – УПЗ.

Посредством системы оперативного взаимодействия оператор или группа операторов-специалистов осуществляют взаимодействия, обеспечивающие работу комплекса в интерактивном режиме.

Представленные выше две системы способны выполнять ввод, первичную обработку данных о движущихся объектах и изображений и их отображение в виде динамической сцены. Эта функция осуществляется с помощью интерфейса - 8. В этом случае ИС ОИ работает в информационном режиме, который позволяет отображать динамическую сцену, но не предоставляет возможности оператору осуществлять управляющие действия, необходимые для решения основных прикладных задач. Такие действия становятся возможными при подключении центрального вычислительного комплекса (ЦВК), который обеспечивает управляющий (основной) режим работы ИС ОИ.

ЦВК, решающий прикладную задачу, содержит мощные вычислительные средства, отличительной особенностью которых является наличие значительных объемов памяти 6 и 7 для хранения карт различных масштабов и назначения, а также прикладные программы и аппаратуру, обеспечивающие решение основных задач в реальном времени.



К таким задачам можно отнести задачу безопасности полетов - разводки самолетов в районе крупных аэропортов, и обратной ей – задачу преследования, в случае использования комплекса, например, в системе ПВО

В этом случае задача преследования – убегания является одной из основных  и самых трудных задач, свойственных ИС ОИ.

Система «Геокарта» обеспечивает выполнение следующих функций.

1. Обработка и преобразование картографических материалов (карт сухопутных, морских, звездного неба) с помощью таких устройств как дигитайзер, сканер и телекамера, масштабов 1:10000, 1:50000, 1:100000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000.

2. Ввод и преобразование данных о подвижных объектах, которые характеризуют их местонахождение (угол места, азимут, высота или дальность) и создание специфических характеристик (формуляров), дополнительно характеризующих эти объекты.

3. Ручное ввод алфавитно-цифровых и данных об изображениях с помощью манипулятора типа «мышь» и клавиатуры.

4.Преобразование географической информации в базы картографических данных на основе средств F20S и ArcView.

  1.  Преобразование систем координат: Гаусса-Крюгера в систему Меркатора и обратно.
  2.  Обновление геобаз, сшивку сопредельных геобаз в режимах один к одному, одного ко многим и многих ко многим, импорт и экспорт геобаз.

7. Управление базами картографических  данных, осуществление ведения, обновления, сохранения, выдачи географических данных и разнообразной справочной информации.

8. Визуализацию цифровой картографической информации на обычных мониторах и устройствах отображения информации на большом экране.

9. Изготовление электронных слайдов (растровых изображений).

10. Масштабирование фрагментов изображений, вывод фрагментов нескольких изображений в заданных окнах экрана.

11. Создание символьной базы данных и отображение символов на экранах по заданным координатам с приоритетом по отношению к цветному картографическому фону.

12. Вращение сложных символов с одновременным их перемещением на экранах по заданной траектории или текущим координатам.

13. Вывод на большой экран: картографической информации; символов статических объектов; символов подвижных объектов. Количество типов символов - неограниченное. Размер матриц составляющих символ от 8 х 8 до 32 х 32.

14. Получение твердых копий динамических сцен на  фоне полутонового цветного картографического изображения.

Макет комплекса «Геокарта» содержит в своем составе устройство отображения информации на большом экране коллективного пользования размером 2,5 м по диагонали в режиме  SVGA 1024x768, с палитрой 256 цветов и яркостью 150 кд/м2 .

Средства обмена с аналогичными удаленными комплексами предусматривают модемную связь, которая предоставляет возможность соединения этих комплексов в соответствующую сеть.

Базовый комплекс может быть применен в центрах оперативного управления воздушными, наземными и морскими системами или объектами, а также в различных системах оперативного управления промышленностью, транспортом, сельским хозяйством, экономикой и экологией, например, при построении автоматизированной системы агроэкологического мониторинга и паспортизации земельных территорий, освобождаемых в процессе конверсии.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82406. Выбор профессии 64.5 KB
  You see, children, some days ago a friend of mine gave me a letter from her British pen friend Kate by name. To my mind it will be interesting for you to read the letter because she is of your age and perhaps you will see yourself in Kate’s situation.
82407. История развития сети Интернет 84.5 KB
  Цель: познакомится с историей возникновения Интернет. Задачи: Изучить литературу по истории возникновения Интернет. Подготовить сообщения по особенностям становления Интернет в разные периоды.
82408. Экспертиза и оценка изделий 61.94 KB
  Цели урока: образовательные дать понятие качество изделия научить оценивать качество изделия по различным критериям; воспитательные воспитывать умение работать в коллективе прививать уважение к чужому мнению умение аргументировать свою точку зрения; развивающие прививать интерес к профессиям...
82409. Что нужно делать, чтобы быть здоровым? 50.5 KB
  Цель урока. Учебный аспект: научить обучающихся давать советы о том, как быть здоровыми. Развивающий аспект: развитие воображения, способности к догадке; развитие умения делать выводы; развитие способности планировать речевые действия; развитие коммуникабельности.
82410. В. В. Бианки «Музыкант» 63 KB
  Цели: образовательные: познакомить с творчеством В. В. Бианки, с его рассказами, учить находить главную мысль. Развивающие: совершенствовать навыки беглого, правильного, осознанного и выразительного чтения, развивать монологическую речь, память, внимание, воображение, обогащать словарный запас.
82411. Споры о метафизике в современной зарубежной философии 26.34 KB
  Действительно любая позиция является таковой только в силу своей выраженности в языке и следовательно отсутствие что влечет за собой поиски как. Текстом является всё. При этом в духе Гегеля это всё является тождественным ничто. В соответствии с ней значение какоголибо утверждения если это утверждение не является аналитическим или конвенциональным должно сводиться к чувственным восприятиям; если для какогото утверждения указать такие восприятия невозможно то такое утверждение считается бессмысленным.
82412. Философия языка (М. Хайдеггер, Г.-Г. Гадамер, Л. Витгенштейн, М. Фуко и др.) 41.05 KB
  Важное место в философии Хайдеггера занимает проблема понимания и языка. Хайдеггер отмечал что хотя язык изучается многими науками языкознанием логикой психологией и другими науками они не способны проникнуть в сущность языка. Они не могут этого сделать поскольку совершают грубую ошибку не понимая монологического характера языка.
82413. Неокантианство 36.93 KB
  Ничто в рамках мыслительных потенций университетской философии не указывало на возможность какойлибо продуктивной кооперации между Гегелем и скажем Г. Налицо оказывалась двоякая угроза: научно несостоятельной философии с одной стороны и философски беспризорной науки – с другой. Если опасность научно не фундированной философии лежала в ее открытости мистическим соблазнам то опасность философски не защищенной науки заключалась в стихийных порывах наивно материалистического толкования. спор о материализме в результате которого...
82414. Неогегельянство 29.04 KB
  Стерлинга впервые познакомившего англичан с философией Гегеля Э. внеэмпирической реальности Брэдли; в тенденция к преодолению крайностей абсолютного идеализма Брэдли стремление отстоять права индивидуальности ее свободу: эта тенденция проявилась в умеренном персонализме Бозанкета и радикальном персонализме МакТаггарта которые пытались сочетать гегелевское учение об Абсолюте с утверждением метафизической...