Применение геоинформационных систем
реклама
Модель геоинформационных систем СОДЕРЖАНИЕ стр. ПЕРЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ 1. Модели в геоинформационных системах. 1.1. Модель данных в ГИС. 2.2. Модель беспроводной системы связи. 1.3. Построение ГИС модели на основе продукционных систем 2.Структура геоинформационной системы по планированию связи. 2.1. Структура сетевой геоинформационной системы. 2.2. Структура однопользовательской геоинформационной системы ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Введение В условиях усложнения проектируемых систем связи, сокращения сроков, отводимых на их создание, возрастает роль автоматизации планирования систем – широкого применения информационных систем на разных этапах их проектирования. Поэтому важным направлением планирования систем связи является применение методов моделирования систем связи, а также оптимизации систем связи на вычислительных средствах. При этом математические модели разных вариантов систем связи программно реализуются на ЭВМ, а затем на смоделированных выборках заданных сигналов и помех методом статистических испытаний оцениваются требуемые показатели качества систем. В результате этого множество допустимых систем связи представляется в критериальном пространстве оценок показателей качества, где затем решается задача векторной оптимизации – выбора систем связи, оптимальных по совокупности показателей качества. Для выполнения указанных проектных процедур целесообразно применение геоинформационных систем планирования и оптимизации систем связи. Эти геоинформационные системы представляют собой системы автоматизированного проектирования, которые могут быть использованы на различных этапах планирования и управления системами связи. Достоинства геоинформационных систем очевидны, так как каждое решение должностного лица органа управления любого уровня связано с пространственным расположением. Исторически, такие решения, как на стратегическом, так и на тактическом уровнях, поддерживались бумажными картами, и топографические службы направляли свои усилия на сбор пространственных данных, отображение их в виде картографических продуктов, производство и распространение карт на театры военных действий. Однако сейчас ситуация существенным образом изменилась. Цифровое поле боя или электронное поле боя - новый термин, появившийся в последнее время, охватывает цифровую картографическую информацию непосредственно по полю боя и средства ее эксплуатации в виде собственно самой ГИС. Электронное поле боя – серьезный качественный скачок в части применения ГИС для тактических операций. ГИС дает возможность создавать информационные продукты, отображающие информацию, точно соответствующую потребностям пользователя. Кроме того, нельзя не учитывать тот факт, что ГИС системы дают новые возможности 3D визуализации картографической информации, недоступные для бумажных карт. Должностные лица, занимающиеся вопросами логистики, извлекут огромную пользу из ГИС. Задачи логистики связаны с крайне сложными проблемами размещения средств связи в нужном месте в нужное время. Для решения этих задач ГИС является ключевой технологией. ГИС технологии интегрируют пространственные данные из большого количества источников на всех уровнях и используются для получения картографической информации, информации о месторасположении и текущем состоянии. 1. Модели в геоинформационных технологиях Оптимальная модель является удобным и эффективным инструментом анализа характеристик планируемой системы связи. Хорошая модель, адекватно описывающая любую систему, позволяет изучить его поведение как в типовых, так и в критических ситуациях. Кроме того, наличие модели объекта позволяет легко изменять его параметры, что в реальности может оказаться сопряжено с большими временными и материальными затратами. Таким образом, хорошая, адекватно описывающая исследуемую систему, модель позволяет с минимальными оптимальные решения . Модель– материальный временными или и материальными абстрактный объект, затратами имеющий находить сходство в определенных отношениях с оригиналом и служащий для исследователя средством фиксации известной и получения новой информации о нем (об оригинале). Основные требования к моделям: 1.Объективное отображение оригинала (адекватность). 2.Соответствие цели исследования. 3.Максимальная простота использования. Одной из основных целей моделирования является поиск оптимальных (или близких к оптимальным) решений. Но для этого необходимо количественно обосновать выбор, т.е. при планирование не обойтись без математических моделей. Математическая модель – представляет собой формальное описание объекта с использованием различных математических соотношений. Математическими моделями являются - формулы, уравнения, матрицы, графы, схемы. Они позволяют оценивать решения и обеспечивают поиск оптимальных решений. Таким образом, основное предназначение математического моделирования количественное обоснование принимаемых решений. В общем виде математическую модель можно представить следующим образом: U = F (x, y) extr, i (x, y) >=< 0, i = 1,K, где: – x – управляемые характеристики; y – неуправляемые характеристики; F – целевая функция; - ограничения (условия). Особенно велика роль математического моделирования в геоинформационных системах при планирование связи. Здесь математические модели позволяют с достаточной полнотой и точностью описывать и наиболее существенные процессы, присущие системам связи, оценивать эффективность вариантов решений. Преимуществами математического моделирования являются: неизменность результата при одинаковых исходных данных; высокая точность, которую, в принципе, можно свести к точности исходных данных; стабильность и определенность процедур моделирования; высокая скорость моделирования. Современные геоинформационные системы проектирования систем связи относятся к классу сложных, и обладают следующими чертами: высокой размерностью, многосвязностью элементов, многообразием природы элементов и видов связей между ними, изменчивостью структуры, большим числом возможных состояний, разнообразием выполняемых функций и структурной избыточность. Для адекватного представления системы связи в ГИС системах необходим уровень представления, называемый концептуальным уровнем. Под концептуальной моделью следует понимать абстрактную модель, содержащую описание: принципов построения, структуры системы, анализ существенных свойств этой системы на предмет соответствия требованиям, а также основные вопросы организации управления ею в процессе функционирования. Следовательно, в концептуальной модели системы связи в ГИС должны иметься следующие компоненты: 1. предназначение (цель функционирования) системы связи; 2. принципы ее построения и функционирования; 3. общая структура (состав элементов системы и среды, взаимосвязей и их характеристик); 4. существенные свойства системы и процесса, реализуемого ею; 5. показатели и требования, предъявляемые к значениям этих показателей; 6. механизм функционирования системы и ее взаимодействия со средой. Концептуальная модель является первым шагом на пути формализации планируемой системы. Следующий шаг – уже разработка математической модели. То есть концептуальное моделирование является связующим звеном между содержательным и математическим моделированием. При построение адекватной модели системы связи, следует основываться на следующие принципы построения моделей: 1.Принцип соответствия модели цели исследования (решаемой задачи). 2.Принцип соответствия между сложностью и точностью результатов, или как еще по-другому называют этот принцип: упрощение при сохранении необходимых существенных свойств. 3.Принцип баланса погрешностей различных видов. 4.Принцип модульности построения. 5.Принцип открытости 6.Принцип удобства пользования моделью, а следовательно, и востребовательностью системы проектирования. Создание модели системы связи требует конкретизации характера ее применения и условий функционирования, так как для одной и той системы можно построить множество различных моделей. Они будут отличаться степенью детализации, степенью учета тех или иных особенностей (например, режимов функционирования реального объекта, видом проводимой операции), отражать какую-то определенную грань сущности системы, и что самое главное – ориентироваться на исследование только определенного свойства или группы свойств системы. Поэтому важно четко сформулировать цель моделирования уже на начальном этапе построения модели. При этом рекомендуется учитывать тот факт, что модель необходимо строить для решения конкретной задачи исследования. Опыт создания моделей на все случаи жизни не оправдал себя ввиду громоздкости этих универсальных моделей и их практической не пригодности к применению. Модель имеет определенную схожесть с оригиналом, т.е. носит приближенный характер. Поэтому, следует найти компромисс между степенью сложности модели и ее адекватностью моделируемому объекту. При проектирование моделей определенной сложности, необходимо стремиться к обеспечению максимальной точности результатов моделирования. Для снижения сложности проектированных моделей следует: 1.Уменьшить число характеристик, возмущающих факторов. 2.Измененить природу характеристик системы. С целью упрощения создаваемой модели и процесса исследования на ней допускается рассматривать некоторые переменные параметры в качестве постоянных, дискретные – в качестве непрерывных и наоборот. 3.Измененить функциональную зависимость между характеристиками. Нелинейная зависимость обычно заменяется линейной, дискретная функция – непрерывной. 4.Измененить ограничения. При снятии ограничений процесс получения решения, как правило, упрощается, а само решение носит в таком случае “оптимистичный” характер. И, наоборот, при введении ограничений получить решение оказывается значительно сложнее. Причем решение тогда носит “пессимистичный” характер. Основными видами погрешностей является: 1.Погрешность метода. При планировании моделей, сделанные допущения и ограничения по учитываемым в модели факторам упрощают саму математическую модель системы связи и, естественно, делают ее приближенной, что в результате как раз и дает погрешность метода. Оценить данную погрешность можно либо путем сравнения результатов моделирования с опытными данными, либо с результатами, полученными с помощью других моделей. 2.Остаточная погрешность. Если какую-либо функцию, отражающую суть происходящих в системе процессов, можно представить только в виде бесконечных последовательностей или рядов, то для целей моделирования число членов ряда, естественно, будет ограничено. Из-за такого ограничения и появляется остаточная погрешность. 3.Начальная погрешность. Вносится погрешностью определения значений исходных данных. 4.Погрешность округления и др. При проектирование оптимальной модели необходимо пользоваться следующими рекомендациями. Точность вычислений должна соответствовать точности исходных данных, а точность самих исходных данных – той практической потребности, для которой нужен результат моделирования и сама модель в целом. Модульность построения значительно “удешевляет” процесс создания моделей, т.к. позволяет использовать накопленный опыт реализации типовых элементов. Кроме того, такая модель легко поддается модификации. Открытость модели предполагает возможность включения в ее состав новых программных модулей, необходимость в которых может выявиться в ходе исследования и в процессе совершенствования модели. Под удобством пользования понимается удобство ввода-вывода, удобство и простота интерпретации результатов и т.д. Проектируя ГИС для планирования систем связи моделирования условно можно разбить на ряд этапов: Первый этап включает в себя: уяснение целей исследования, места и роли модели в процессе системных исследований систем управления военного назначения, формулирование и конкретизацию цели моделирования, постановку задачи моделирования. Второй этап – разработки модели. Начинается он с содержательного описания моделируемого объекта и заканчивается программной реализацией модели. На третьем этапе проводится исследование модели, заключающееся в планировании и проведении на ней экспериментов. Четвертый этап - завершается процесс моделирования анализом и обработкой результатов моделирования, выработкой предложений и рекомендаций по использованию результатов моделирования на практике. Следующим этапом создания модели является разработка собственно математической модели объекта. Разработка математической модели преследует две основные цели: во-первых, дать формальное описание структуры и процесса функционирования исследуемого объекта; во-вторых, попытаться представить процесс функционирования в виде, допускающем аналитическое или алгоритмическое исследование объекта. Следует отметить, что конкретный математический аппарат, используемый для моделирования, конкретный вид целевой функции и ограничений определяются существом решаемой задачи. Исследование разработанной математической модели (третий этап) может быть проведено различными методами – аналитическими, численными, “качественными”, имитационными. Аналитические методы исследования применяются обычно для первоначальной грубой оценки характеристик объектов, а также на ранних стадиях проектирования систем. Но основная часть реальных систем связи военного назначения не поддаются исследованию аналитическими методами, т.к. их нельзя представить в виде явных аналитических зависимостей. Для исследования таких объектов могут быть применены численные и имитационные методы. При этом математическая модель представляется либо в виде системы уравнений, допускающей решение численными методами, либо в виде алгоритма, имитирующего процесс функционирования объекта. Если полученные уравнения нельзя решить ни аналитическими, ни численными, ни имитационными методами, то прибегают к использованию так называемых “качественных” методов. Эти методы позволяют оценить асимптотические значения искомых величин, их устойчивость, а также судить о траектории поведения системы в целом. К таким методам относят методы математической логики, ряд методов искусственного интеллекта (например, экспертные) и др. Исследование реального объекта с помощью математической модели ведется, главным образом, с помощью средств вычислительной техники. При этом одну и ту же математическую модель можно реализовать на ЭВМ с помощью различных алгоритмов. Все эти алгоритмы будут различаться точностью результатов, временем расчета, объемом занимаемой памяти ЭВМ и др. Естественно, что исследователю нужен алгоритм, обеспечивающий моделирование с требуемой точностью результатов и минимальными затратами модельного времени и других ресурсов. В результате же математическая модель должна быть представлена в виде пакета программ. То есть, необходимо выбрать средства программирования модели, определить требуемые ресурсы на написание и отладку программы. Но прежде, чем приступить к проведению эксперимента на модели необходимо подготовить исходные данные. Понятно, что этот процесс подготовки начинается еще на этапе разработки концептуальной модели. Очевидно, что достоверность результатов моделирования однозначно зависит от точности и полноты исходных данных. Конечные цели моделирования достигаются путем исследования разработанной модели, которое заключается в проведении эксперимента с моделью с целью определения всех необходимых характеристик системы. Эксперименты с моделью, как правило, проводятся по определенному плану. Это вызвано тем, что при ограниченных вычислительных и временных ресурсах обычно не представляется возможным провести все эксперименты. Поэтому возникает необходимость в выборе определенных сочетаний параметров и последовательности проведения эксперимента, т.е. ставится задача построения оптимального плана. Процесс разработки такого плана называется стратегическим планированием. Анализ результатов моделирования позволяет уточнить множество параметров модели, а, следовательно, и уточнить саму модель. Это может привести к значительным изменениям первоначального вида как концептуальной модели, так и самой математической модели. Завершающим этапом моделирования является перенос результатов моделирования на реальный объект – оригинал. В конечном счете, результаты моделирования обычно используются для принятия решения о работоспособности объекта, прогнозирования его поведения, для оптимизации объекта и т.д. Решение о работоспособности принимают по тому, выходят или не выходят характеристики объекта за установленные границы при любых допустимых изменениях характеристик. Прогноз, как правило, является главной целью моделирования. Он заключается в оценке поведения оригинала в будущем при определенном сочетании его управляемых и неуправляемых характеристик. Оптимизация же представляет собой определение такой стратегии поведения системы с учетом среды, при котором достижение цели функционирования обеспечивалось бы при наименьшем расходе ресурсов. Требование адекватности, как уже отмечалось, находится в противоречии с требованием простоты и это нужно постоянно помнить при проверке модели на адекватность. Здесь уместно напомнить причины неадекватности модели и оригинала. Это – идеализация внешних условий и режимов функционирования, исключение тех или иных параметров, пренебрежение некоторыми случайными факторами. Кроме того, отсутствие точных сведений о внешних воздействиях, определенных особенностях структуры и процесса функционирования системы, принятые способы аппроксимации и различного рода гипотезы также ведут к уменьшению соответствия между моделью и оригиналом. На практике такую проверку производят несколькими способами: сравнение 1) результатов моделирования с экспериментальными результатами на реальном объекте; 2) использование других близких (аналогичных) моделей; 3) экспертные оценки и др. По результатам проверки на адекватность делаются выводы о пригодности модели к проведению экспериментов, о ее корректировке или полной переработке. При этом очень важно помнить, что оценку адекватности модели необходимо проводить на каждом этапе моделирования, начиная с этапа постановки задачи на моделирование и заканчивая этапом корректировки и оптимизации модели системы связи. 1.1.Модель данных ГИС Модели данных ГИС описывают цифровое представление и взаимосвязи географических объектов, что является логическим описанием выбранных объектов реального мира. Логическим в смысле адекватного структурированного восприятия объектов как человеком, так и компьютером, то есть модели данных ГИС описывают также служебную информацию, необходимую для эффективной компьютерной обработки географических объектов. До последнего времени в ГИС наиболее употребительны были несколько различных моделей данных для определенных областей применения, например, векторные, растровые, триангуляционные и другие модели данных (табл. 1). Таблица 1. Модели данных для различных областей применения Модель данных Применение САПР (CAD) Инженерное проектирование Графическая (нетопологическая) Простое картирование Растровые изображения Обработка изображений Растровая / ГРИД Пространственный анализ и моделирование TIN Анализ и моделирование местности/ поверхности Геореляционная Обработка геоданных по геометрическим объектам Объектная Объектно-компонентная ("геобаза данных") Обработка геоданных по настроенным объектам с "поведением" Расширяемые средства обработки геоданных по настроенным объектам с "поведением" В ГИС, ориентированных на работу с базами данных (БД) (в частности, в ARC/INFO), успешно применяется геореляционная модель данных. Суть этой модели в раздельном хранении данных о геометрии и топологии - в системе файлов, и атрибутивных данных - в БД. При этом ГИС осуществляет совместное согласованное управление целостной информацией объектов, распределяемой между файловой системой и БД. Эта модель основана на геометрическом типе объекта и отображает реальный объект в виде наборов точек, линий и полигонов, а операции с геометрическими свойствами организованы как отдельные процедуры. Однако геореляционная модель не способна моделировать все разнообразие географических объектов для конкретной области пользователя. Для этого были предложены ОО модели данных, позволяющие одновременно моделировать в ГИС состояние и «поведение» объектов. ОО модель данных может обеспечивать такие специальные типы, как геометрический, растровый, табличный. Объект может быть ни растровым, ни векторным, он может представлять оба или ни одного из этих типов значений. Объектный подход обеспечивает естественное решение интеграции растр/вектор, в нем нет различий между геометрическими и атрибутивными данными. В центре моделирования не геометрия, а объект, который может поддерживать множественные геометрии. Объектная технология функционирует на основе концепции сообщений, которые могут быть посланы/приняты объектами. Класс объекта определяет как возможность получения сообщения, так и характер ответа. Во многих OO системах сообщения называются методами, а ответы называются поведениями. Методы обеспечивают совершенный механизм для записи универсальных приложений. Частный метод может применяться ко многим различным классам объектов и может приводить к различным поведениям, это свойство называется полиморфизмом. Например, объект «дорога» может ответить на метод «показать», рисуя красную линию, в то же время объект «река» может рисоваться синей линией. Другие методы могут возвращать значение, которое может быть просто чтением атрибута или результатом вычисления, например, площади области по ее геометрии. Удачный симбиоз моделей данных, поддерживает две основные географические модели данных, геореляционную модель и новую объектно-компонентную модель, которая называется «геобаза данных». Дополнение геореляционной модели объектноориентированной моделью позволяет пользователям добавить действия, свойства и связи к их данным. Эта новая модель данных выполнена как расширение к стандартной реляционной базе данных и поддерживает топологически интегрированные по свойствам классы. Модель геоданных - это инструментальная основа для конструирования пользовательской модели ГИС с использованием объектных компонентов, ориентированной на большое количество пользователей и применение специальных моделей (например, сеть РРТПС, данные о коммуникациях и др.). Компонент программы - это двоичный код, который может использоваться многократно. Компоненты, поддерживающие наследование и полиморфизм, являются строительными блоками, обеспечивающими структурированную разработку системы. Наследование - это возможность использовать существующий код в других компонентах, включая ссылки на «состояние» и «поведение» другого объекта. Например, можно просто описать новый тип средства связи, переписав описание похожего существующего средства и добавив к нему несколько новых свойств или методов. Tехнологические программные средства ГИС позволяют пользователю расширять объектно-компонентную модель. 1.2. Модель беспроводной системы связи Сложной задачей построения работоспособной геоинформационной системы является моделирования беспроводных сетей передачи данных. Особенность таких сетей, выделяющая их из огромного разнообразия сетей передачи данных, состоит в наличии радиоканала - объекта, отсутствующего у проводных сетей и определяющего показатели качества передачи информации. В случае беспроводных сетей передачи информации первостепенную роль играет проблема электромагнитной совместимости (ЭМС), означающая в данном случае способность различных их компонентов одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии непреднамеренных помех, не создавая при этом недопустимых помех друг другу. Решение данной проблемы связано с оптимальным выбором мест размещения приемопередающей аппаратуры и назначении оптимальных режимов ее работы, в первую очередь мощности и частоты излучения. Этап решения такой задачи в процессе проектирования новой беспроводной сети называется частотно-территориальным планированием. Целью моделирования беспроводных сетей является решение следующих ключевых задач: 1. Частотно-территориальное планирование сети, обеспечивающее минимизацию внутрисистемных помех, максимальный охват территории с требуемым качеством передачи информации и ЭМС с существующими радиотехническими средствами; 2. Верификация характеристик действующей сети; 3. Оптимизация методов преобразования и передачи информации проектируемой сети; 4. Оптимизация параметров оборудования, предназначенного для работы в данной сети. Для решения перечисленных задач планирования сетей связи требуются следующие исходные данные: 1. Карта местности, необходимая для адекватного описания условий распространения сигналов в планируемом районе проведения операции; при использовании модели в компьютерных автоматизированных системах проектирования радиосетей карта местности должна быть представлена в электронном виде в одном из стандартных форматов (например, «Maplnfo" или «Панорама»); 2. Сведения о законе распределения абонентов (трафике) на рассматриваемой территории и их характеристиках (удельной эрланговой нагрузке), заданные аналитически или представленные в обменном формате картографических данных; 3. Технические характеристики планируемой сети (технология передачи и обработки информации, частотный диапазон, требуемое отношение сигнал/шум и т.д.), указанные в ее стандарте; 4. Характеристики применяемого оборудования; 5. Координаты и технические характеристики радиосредств, функционирующих в рассматриваемом регионе, необходимые для расчета показателей ЭМС проектируемой и действующих в данном регионе сетей. На Рис.3. приведена модель беспроводной сети. Исходные данные Карта Алгоритм преобразования Трафик Оборудование Существующие радиосредства Компоненты модели сети Модели радиоканалов Радиопокрытие Готовность радиолиний Алгоритмы расчета характеристик сети Отношение сигнал/шум на входах приемника Зоны обслуживания Помехи Зоны перекрытия сигнала Загрузка станций Результаты расчетов Оптимальные места размещения станций Оптимальные режимы работы оборудования Оптимальный состав оборудования станций Рис.3. Модель беспроводной сети В связи с многообразием и сложностью задач моделирования беспроводных сетей трудно рассчитывать на реализацию в одной универсальной модели полного набора функций, необходимых для решения всех перечисленных задач. Поэтому, в настоящее время сложилось несколько специализированных типов автоматизированных компьютерных систем анализа и оптимизации характеристик беспроводных сетей, каждому из которых присущи свои особенности применяемых моделей. Среди них следует выделить 4 ключевых типа: 1. системы частотно-территориального планирования беспроводных сетей; применяются на этапе развертывания новых или модернизации существующих беспроводных сетей различного назначения для оптимального выбора мест и состава оборудования приемопередающих станций; их особенностями являются: использование электронных географических карт для точной привязки модели сети к местности; применение строгих моделей распространения электромагнитных волн в каналах связи; широкий спектр рассчитываемых характеристик; 2. системы, обеспечивающие решение задач электромагнитной совместимости беспроводных сетей; применяются, как и первые, на этапе развертывания новых или модернизации существующих беспроводных сетей различного назначения для согласования их параметров с параметрами других сетей с целью минимизации взаимных помех; для них характерно: возможность подключения к базам данных с местами размещения и составом приемопередающей аппаратуры всех радиосредств, работающих в рассматриваемом регионе; возможность подключения к базам данных параметров приемопередающей аппаратуры различных производителей; использование электронных географических карт для точной привязки модели сети к местности; применение строгих моделей распространения электромагнитных волн в каналах связи; расчет характеристик помех различного вида и оценка их влияния на параметры сетей; 3. системы мониторинга качества работы существующих сетей; применяются для измерения и последующего анализа характеристик сети в реальных условиях ее функционирования; в системах такого типа обеспечивается: обмен информацией с базами данных измерений параметров реальных сетей; возможность сравнения результатов расчета и эксперимента и корректировки параметров модели сети по его результатам; 4. системы, предназначенные для оптимизации принципов передачи информации и параметров оборудования разрабатываемых сетей; в таких системах: нет необходимости в точной привязке модели сети к определенной местности; должна быть обеспечена возможность проверки работоспособности системы в различных условиях, вследствие чего применяются статистические модели распространения электромагнитных сигналов; имеется возможность задания различных алгоритмов работы сети. 1.3.Построение ГИС модели на основе продукционных систем Важную роль в структуре планирования, а особенно в системе управления связи играют имитационные модели (ИМ), которые выполняют функции управления в соответствии с заложенной в них программой. Эта программа представляет собой набор правил изменения выходов ИМ в зависимости от текущего состояния системы. Данные правила обладают причинно-следственной логикой и являются конструкциями типа ЕСЛИ <условие> ТО <действия>, поэтому для построения работоспособной геоинформационной системы планирования целесообразно использовать продукционные системы (ПС). Для описания протекания процессов реальной системы связи во времени в имитационных моделях используются таймеры. Они запускаются при истинности их условию активации и ожидают появления некоторого события в течение интервала времени t. Если событие происходит до окончания временного интервала, то действия, заданные для этого таймера, не выполняются, иначе вносятся соответствующие изменения в состояние реального объекта. Для моделирования таймеров в ПС добавляются предикаты времени: Q1(R,t) - “факт R возник на интервале t“, Q2(R,t) - “факт R сохранился на интервале t“, Q3(R,t) - “факт R исчез на интервале t“. Вышеизложенные принципы должны быть использованы при имитационном моделировании поведения геоинформационной системы. Целью моделирования были исследования процессов управления ГИС, создание возможности имитации функционирования ГИС для проверки работы планируемой системы в нештатных ситуациях. Необходимость такого моделирования вызвана также невозможностью проведения некоторых групп экспериментов на реальной системе связи. Разработанная модель может также использоваться в учебных целях для подготовки должностных лиц органов управления и планирования связи. Имитационная модель ГИС состоит из динамической ПС и блока управления событиями. Основными элементами динамической ПС, описывающей работу ИМ, являются: · база знаний - набор правил (программа логики ИМ), · база данных – текущее состояние объекта управления, которое определяется значениями массивов входов, выходов и ячеек памяти ИМ, · система принятия решения – система активации продукций и изменения текущего состояния объекта управления. За ведением событий в имитационной модели отвечает блок управления событиями, который включает в себя следующие системы: · Система инициализации, которая задает начальное состояние ГИС и запускает процесс моделирования. · Система имитации нештатных ситуаций. Эта система осуществляет имитацию внутренних и внешних, случайных факторов, оказывающими воздействие на систему связи. Моменты наступления таких событий тоже разыгрываются системой имитации с помощью экспоненциального распределения. · Система представления данных, осуществляющая отображение на экране в удобном для оператора виде поведения объекта управления во время моделирования. · Система ведения архива, которая сохраняет в специальном файле подробную информацию о текущем состоянии системы и событиях на ГИС. Эти данные используются для детального анализа протекающих на ГИС процессах и оценки эффективности управления. В результате многократных прогонов модели и последующего анализа полученных результатов можно не только выявить ошибки в тестируемой программе логики ИМ, но и определены их причины, что значительно упростило сложный процесс обнаружения и исправления ошибок программы ИМ геоинформационной системы, а также уменьшить время на ее тестирование. 2.Структуры геоинформационной системы по планированию систем связи. 2.1. Структура сетевой геоинформационной система Планирование связи является одним из наиболее сложных, трудоемких и ответственных периодов в работе должностных лиц органа управления по управлению связью. Полное, качественное и своевременное выполнение задач планирования связи на операцию зависит от следующего: постоянного знания оперативной обстановки по связи; правильного уяснения задач по связи; своевременного принятия решения на организацию связи; своевременной и четкой постановки задач подчиненным; настойчивым проведением в жизнь принятых решений Выполнение вышеназванных задач осуществляется офицерами органов управления в тесном взаимодействие между собой, которые своевременно информируют друг друга об изменениях в оперативной обстановке и обстановке по связи. Для автоматизации взаимодействия между должностными лицами управления (отдела) связи, а также между другими органами управления буде целесообразным применение сетевых геоинформационных систем. Сетевые геоинформационные системы, применяемые в сфере планирования, дают возможность многим пользователям одновременно манипулировать с одним набором геоинформационных пространственных данных, что предполагает системные решения таких проблем, как обеспечение целостности базы данных; согласованное внесение одновременных изменений в данные различными должностными лицами; сквозное применение системы уникальных имен и идентификаторов создаваемых объектов. Эффективное решение этих проблем лежит в русле применения Intranet-технологии «клиент/сервер» и объектно-ориентированного (ОО) подхода. В сетевых ГИС должен быть первичен объектно-ориентированный (ООП), а не картографический (топографический, топологический и т.п.) подход к описанию территории, на которой планируется построение системы связи, и объектов на ней. Должны быть реализованы поддержка сложных объектов, наследование свойств классов, инкапсуляция, полиморфизм, перекрытие, перегрузка функций (моделей объекта) и т.д. Объектная ориентированность понимается здесь не в том смысле, что ГИС написана на объектноориентированных средствах, а в том, что те же механизмы должны быть предоставлены пользователю системы в интерактиве для организации данных о территории. Преимущества ОО клиент-серверной технологии особенно проявляются при решении таких проблем, как сетевой анализ, картографическая генерализация, поддержание целостности больших сложных топографических баз данных. В такой технологии основа сетевой ГИС - геоинформационный сервер (ГИС-сервер) исполняет основные функции обработки геопространственных данных с использованием Webинтерфейса (передача запросов и результатов их выполнения), обеспечиваемого, со стороны клиентов сети Intranet, обыкновенным Web-броузером. Одной из наиболее важных особенностей ГИС является объектно-компонентная модель данных. Такая модель дает более тесную связь ГИС с объектами реального мира и существенно расширяет возможности по наращиванию функций системы, ее настройке и поддерживает собственные модели данных со специфическими объектами. Объектно-компонентная модель данных предполагает применение современных технологий разработки программного обеспечения более высокого качества. Структура предлагаемой распределенной ГИС ППР изображена на рис.4. В соответствии с современными методами построения крупных информационных систем в ГИС выделены следующие основные функциональные блоки: блок, реализующий логику хранения данных, блок логики обработки данных, блок визуализации информации. При этом функции обработки данных реализуются централизованным сервером приложений, а функции хранения и визуализации информации распределены по специализированным серверам баз данных и автоматизированным рабочим местам ЛПР, соответственно. По функциональному назначению среди необходимых системе источников данных можно выделить следующие категории: База данных (БД) экспертной системы (ЭС), База знаний (БЗ) экспертной системы, База данных вычислительного эксперимента, Пространственные данные, Атрибутивная информация о пространственных объектах, Вспомогательные (прочие) данные. Заметим, что представленные категории в общем случае являются пересекающимися наборами данных. Функциями ГИС в данной схеме являются визуализация информации и управление процессом ее обработки, направленной на выработку наилучшего по некоторым показателям решения. Современные прикладные геоинформационные системы обладают широким спектром функциональных возможностей и могут поэтому реализовать часть или даже все функции экспертной, моделирующей систем и даже, отчасти, систем управления данными. Рис.4. Логическая структура распределенной СППР на базе ГИС технологий. Используемые в СППР наборы данных могут быть как хранимыми локально, так и удаленными, в частности распределенными, наборами данных. Предложенная структура построения распределенной ГИС ППР опирается на применение геоинформационных систем в качестве основного и главного инструмента интегрирования разнородных данных, вызова внешних расчетно-аналитических модулей и когнитивного представления результатов моделирования. СППР, построенная на основе ГИС технологий, будет доступна и понятна неподготовленному ЛПР, так как он в этом случае оперирует с визуальной информацией, отображаемой на цифровой модели территории управляемого объекта. 2.2. Структура однопользовательской геоинформационной системы Однопользовательская ГИС по планированию системы связи может содержать четыре основных компонента: 1. систему ввода данных (по результатам обработки топографических карт, данных дистанционного зондирования и т. п.); 2. систему хранения и поиска данных, позволяющую их обновлять и расширять; 3. систему обработки данных, которая ориентирована на построение системы связи; 4. систему отображения данных и результатов их обработки в приемлемом для должностных лиц органа управления виде. На рис.5. приведена обобщенная структура геоинформационной системы Система ввода данных Система обработки данных Система отображения Система поиска и хранения Базы данных картографической информации Рис.5. Обобщенная структура геоинформационной системы Система обработки данных является объектно-ориентированной и представляет из себя набор взаимосвязанных классов, разделенных логически на несколько уровней: - уровень физического доступа к данным; - уровень выполнения запросов к электронной карте (отображение, печать, поиск, расчет характеристик и так далее); - уровень программных интерфейсов с сервисными модулями и прикладными программами. Система хранения и поиска данных, представляет собой базу данных электронных карт, которая имеет иерархическую структуру. На нижнем уровне хранится информация об отдельных объектах карты. Объекты могут объединяться в группы, слои и листы карт. Совокупность листов карт одного масштаба и вида составляет район работ - отдельную базу данных электронных карт. Описание отдельного объекта состоит из метрических данных (координат на местности), семантических данных (свойств объекта), текстовых справочных данных, иллюстративных графических данных и других данных, включая уникальный номер объекта, через который осуществляется логическая связь с внешними реляционными СУБД. Объем отдельной базы данных электронных карт может составлять несколько терабайт (Тб). Обновление базы выполняется в режиме выполнения транзакций, что обеспечивает восстановление при сбоях и откат на любое число шагов назад. Система хранения и поиска данных поддерживает высокопроизводительный алгоритм индексации данных, что обеспечивает максимальную скорость поиска и отображения объектов карты на стандартных технических средствах. Визуализация спланированной системы связи выполняет система отображения и производится в географических, условных знаках, кадастровых и принятых других для видов топографических, карт. Широкие обзорно- полномочия предоставляются для создания (добавления) условных знаков применительно к структуре системы связи и факторов внешнего воздействия. При этом система поддерживает без каких-либо дополнительных временных затрат различные системы координат и проекции. Представление электронной карты является многослойным и может создаваться путем комбинирования растрового вида карт и фотоматериала, векторных объектов местности, матриц свойств местности (матрица высот, матрица экологически опасных участков местности, матрица проходимости местности и т. д.) и пользовательских данных, выводимых на карту средствами интерфейса геоинформационной системы. Интерфейс системы ввода позволяет водить новые карты различного представления, тактико-технические характеристики средств связи, различную структуру связи запрашивать и изменять описание отдельных объектов или их совокупности, выбранной по заданному критерию, отображать электронные карты с изменением масштаба, состава отображаемых данных и формы представления. Интерфейс системы ввода данных поддерживает многодокументный интерфейс (MDI) и режим Drag and Drop, что обеспечивает простоту управления и удобство работы пользователя одновременно с несколькими видами данных. Ядро системы поиска и хранения реализовано в виде набора динамических библиотек, что позволяет встраивать в прикладные задачи функции вызова, отображения и управления электронной картой. Система поиска и хранения позволяет обрабатывать следующие виды картографических данных: - векторные карты, - растровые изображения местности (растровые карты), - матричные данные о местности. Различные виды цифровых данных могут обрабатываться совместно или отдельно. Цифровые данные могут конвертироваться в разные форматы, преобразовываться из одного вида в другой, отображаться на графических дисплеях, выводиться на внешние печатающие устройства, редактироваться, трансформироваться и так далее. Отдельные объекты векторной карты могут логически объединяться по слоям, характеру локализации и признакам, устанавливаемым пользователями. При этом образуется иерархическая структура представления данных, которая применяется при решении различных прикладных задач. Сведения о расположении объекта в иерархической структуре составляют справочные данные объекта карты. Описание видов объектов векторных карт, семантических характеристик (свойств, атрибутов) объектов, слоев, в которые объединяются объекты, условных знаков, используемых при формировании электронной карты на графических устройствах, хранится в цифровом классификаторе (файле ресурсов) электронной карты. Описание видов объектов и семантических характеристик содержит сведения о системе кодирования (классификации) объектов, характеристик и их значений. Обеспечивается выполнение следующих видов обработки листов векторных карт: - трансформирование на плоскости (повороты и учет деформации); - преобразование в различные картографические проекции; - сводка (согласование) соседних листов карт; - сшивка отдельных листов карт в один с изменением масштаба; - корректировка метрики объектов для обеспечения топологичного описания данных. Структура векторных карт позволяет хранить не только цифровое описание реальных объектов местности, но и прикладные пользовательские данные, быстро меняющиеся во времени. Например, метеоданные, сведения о размещение средств связи, данные об условиях радиовидимости и так далее. Существует два основных вида матриц свойств местности: - матрица высот, - матрица качеств. Матрицы высот могут быть получены средствами системы электронных карт. Они могут содержать абсолютные высоты рельефа местности или сумму абсолютных высот рельефа и относительных высот объектов. Матрицы качеств могут быть получены средствами системы путем поиска заданных видов объектов карты, имеющих требуемые характеристики. В матрице заполняются соответствующими весовыми коэффициентами те ячейки, координаты которых относятся к объекту. Управление базами данных электронных векторных карт основано на выполнении следующих функций: - создание описания (структуры) базы данных путем ввода паспортных данных на район работ; - редактирование описания базы данных путем изменения паспортных данных, добавления новых листов и т.п.; - создание, обновление, удаление записей базы, содержащих данные объектов векторной карты; - редактирование классификатора базы данных, путем изменения описания видов объектов, характеристик, слоев, условных знаков и т.д.; - отображение векторных карт в заданных условных знаках, масштабе, составе и т.д.; - выполнение запросов на поиск объектов с заданными характеристиками; - выполнение расчетных и статистических запросов. Управление базами данных электронных растровых карт основано на выполнении следующих функций: - создание и редактирование описания (структуры) базы данных; - редактирование цветовой палитры растрового изображения; - редактирование растрового изображения; - отображение растровых карт в заданном масштабе и составе отображаемых цветов. Управление базами матричных данных о местности основано на выполнении следующих функций: - создание и редактирование описания (структуры) базы матричных данных; - редактирование матричных данных; - выборка матричных данных по заданному критерию, выполнение запросов на построение профилей, зон; - отображение матричных данных в заданном масштабе, цветовой палитре, составе отображаемых элементов. Эффективность ГИС, основанной на применении стандартов, базируется на однозначном, универсальном применении пользователями языков программирования, CASE-инструментов, БД, а также на открытости и взаимодействии программных продуктов. При этом становится возможным моделирование сложных сетевых объектов, таких как устройства в сети телекоммуникаций, имеющие внутреннюю структуру, не представленную дискретными объектами. В ГИС должна быть реализована система управления версиями данных, которая, например, реализует процесс планирования радиорелейной тропосферной, проводной сети и позволяет многим пользователям одновременно редактировать одни и те же данные. Реализация ОО ГИС, основанной на стандартах взаимодействия, расширяемости, открытости и ОО моделей данных, позволяет предположить значительное применение при планирование различных систем связи. Заключение 1. Качество геоинформационной системы планирования сетей связи определяется положенной в ее основу математической моделью сети. 2. Ключевым звеном модели сети являются модели каналов связи. 3. Точность модели сети связи зависит от того, насколько полно в ней в моделях каналов связи учтены исходные данные о местности. 4. Применение геоинформационных базирующихся на максимальном систем проектирования использовании информации систем связи, об условиях распространеия сигналов в виде электронной карты местности и строгих моделях каналов связи, позволяет повысить качество передачи информации в сети и оптимизировать ее показатели беспроводными сетями. электромагнитной совместимости с другим
