![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Структуры САЗПР
Архитектура САЗПР — это общая логическая организация автоматизированных землеустроительных систем, определяющая процесс обработки и интерпретации данных (включая средства их кодирования, хранения, актуализации и визуализации), а также состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Данный подход можно представить в виде генерализованной информационно-логической модели (рис. 5). В соответствии с ней автоматизации проектных работ по землеустройству должна пред- з* шествовать автоматизация планирования и организации землеустроительных работ. В функции подсистемы планирования и организации входят: ведение базы нормативных данных (расценок на проектные и изыскательные работы и др.) по планированию землеустроительных действий; сбор сведений о наличии материалов различных обследований и изысканий по районам, землевладельцам и землепользователям; регистрация данных о потребности в проектных и изыскательских работах на основе комплексных программ рационального использования земель и заявок заинтересованных предприятий; составление оптимальных планов и сетевых графиков землеустроительных работ; выполнение автоматизированных расчетов по планированию численности, фонду зарплаты и материальному обеспечению проектных институтов, их филиалов и отделов. 2. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Для обеспечения комплексности, сбалансированности и эффективности принимаемых решений в процессе разработки проектов и схем землеустройства, их осуществления и авторского надзора САЗПР должна иметь обеспечивающие средства методического, информационного, математического, технического и организационного обеспечения (рис. 6). Аппаратное обеспечение САЗПР (аппаратные средства, аппаратура, технические средства) — это техническое оборудование автоматизированной системы землеустроительного проектирования, включающее собственно компьютер и иные механические, магнитные, электрические, электронные и оптические периферийные устройства или аналогичные приборы, работающие под управлением ЭВМ или автономно, а также любые устройства, необходимые для функционирования САЗПР. Аппаратно-программное обеспечение САЗПР (программно-аппаратное обеспечение) — это совокупность аппаратного обеспечения и программного обеспечения систем автоматизированного землеустроительного проектирования. Среди средств обеспечения САЗПР можно выделить соответствующие базы данных, средства ввода-вывода информации, программные средства подготовки текстовой и графической информации, текстовые и графические редакторы, пакеты прикладных программ для решения отдельных землеустроительных задач. Кроме того, отдельные массивы информации, содержащейся в базе данных, сами по себе требуют применения соответствующих экономико-статистических и экономико-математических методов [ Методические Единая система проектирования Содержание (структура) схем и проектов Система показателей Методы разработки схем и проектов < - Система показателей Средства формализованного описания данных Информационный фонд Средства организации потоков информации
< -" Система документации
Проектирование ^ Эксплуатация ^.
Организационная структура
ПС автоматизации программирования и проектирования Внедрение фонда документации Правовые нормы < -
ориентированных расчетов ПС организации вычислительного процесса ПС функционального назначения САЗПР
Структура сетей ЭВМ (типы и конфигурация ЭВМ и периферийных устройств) Рис. 6. Классификация средств обеспечения САЗПР планирования, программирования и оценки показателей (например, урожайность сельскохозяйственных культур, используемая в проектных расчетах по землеустройству), что предполагает наличие соответствующего программного обеспечения. Средства обепечения разрабатываются для системы в целом, ее функциональных подсистем, блоков и комплексов задач, а также для отдельных задач. В состав документации должны входить также инструкции и методики для работы с секретными материалами. Для внедрения средств обеспечения САЗПР должны быть разработаны технологии (методы) получения проектных решений по охране и рациональному использованию земельных ресурсов на основе тесной методологической, информационной и организационной увязки комплексов задач, решаемых на ЭВМ и традиционными способами. На этой базе, в свою очередь, должны быть созданы технологические схемы проведения расчетов на ПЭВМ. Средства обеспечения САЗПР должны соответствовать следующим требованиям: оперативность, вариантность, соблюдение установленных сроков, надежность и точность решения поставленных задач; совершенствование технологии обработки информации, согласованность обеспечивающих средств различных подсистем; экономное использование ресурсов и обеспечивающих средств системы. Система автоматизированного землеустроительного проектирования реализуется через автоматизированные рабочие места (АРМ) землеустроителей-проектировщиков, создаваемые на базе персональных компьютеров с периферийными устройствами или локальных сетей ПЭВМ. На практике под АРМ землеустроителя обычно понимают набор аппаратных средств, которые совместно с геоинформационными системами (ГИС), автоматизированными информационными системами (АИС), программно-методическими комплексами (ПМК) обеспечивают автоматизированное решение задач одного или нескольких взаимосвязанных технологических процессов. Автоматизированное рабочее место землеустроителя (АРМЗ) — это индивидуальный комплекс аппаратных и программных средств, включающий: персональный компьютер или рабочую станцию, сканер, графопостроитель и другие периферийные устройства, средства программной обработки данных, базовое программное обеспечение машинной графики, набор пакетов прикладных программ соответствующей ориентации, предназначенный для автоматизации профессионального труда специалиста-землеустроителя при ведении государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства, функционирующий в составе локальной или территориальной сети или в автономном режиме. 3. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ САЗПР Концепция системы автоматизированного землеустроительного проектирования является теоретической основой ее создания; она включает как общие положения, характерные для любых аналогичных направлений деятельности, так и частные, специфические для данной совокупности задач. К числу общих положений можно отнести следующие: система и ее элементы — предметы научного исследования, существующие объективно, независимо от нашего сознания и отношения к ним; любая система — элемент системы более высокого порядка; весь процесс проектирования может быть представлен как последовательность этапов, связанных с решением конкретной задачи; каждый этап реализуется в отдельном элементе системы; теория и методы решения прикладных задач, доведенные до уровня математических алгоритмов и формализованных правил (однозначно описывающих последовательность, логические связи и способы решения, взаимодействия различных технологических процессов и информационных потоков и т.д.), реализуются в комплексах программно-технических средств в соответствующих конфигурациях, объединяемых в сети различного уровня сложности; разрабатываемая система иерархична в том смысле, что проектировщик выполняет в ней функциональные, интуитивные и интеллектуальные преобразования на верхних уровнях, а ЭВМ решает задачи проектирования на нижних уровнях; систему следует проектировать с учетом коммуникативных и кибернетических функций, выполняемых непосредственно человеком и машиной в процессе решения задач проектирования; теория и методы САЗПР являются развитием и продолжением теории и методов решения землеустроительных задач традиционными методами. Опыт создания систем автоматизированного проектирования свидетельствует о том, что они отличаются достаточной сложностью, должны находиться в постоянном развитии и быть открытыми (то есть предусматривать возможность постоянного использования информации, ее обмена между пользователями), а также ориентированными на получение оптимальных управленческих решений. Указанные положения конкретизируются в ряде концепций (требований) применительно к построению системы автоматизированного землеустроительного проектирования. Концепция комплексности решения. Рассматривая проблему создания системы автоматизированного землеустроительного проектирования с системных позиций, мы исходим из того, что все задачи землеустройства взаимосвязаны, поэтому они должны быть объединены в технологический процесс с жестко формализованными связями и отношениями. Принцип системности заключается в комплексном анализе объектов проектирования, на основе которого должна быть проведена полная структуризация процесса проектирования с единых позиций, что позволяет организовать сквозной цикл проектирования, находить рациональное распределение функций между подразделениями, а также решать вопросы, регламентирующие режим подготовки, оформления, прохождения и выпуска технической документации в условиях землеустроительного производства. В основе данной концепции лежит исследование системы автоматизированного проектирования, направленное на поиск механизмов целостности всей системы, выделение составных элементов и выявление связей между ними. Системный подход позволяет провести общую оптимизацию проектирования, разработку и эксплуатацию автоматизированной системы, а также обеспечивает программное решение проблемной задачи проектирования (как в каждой части, так и с учетом целого). Известные принципы системного подхода в применении к проектированию и созданию САЗПР можно сформулировать следующим образом: САЗПР является системой иерархического типа, то есть каждая подсистема или элемент могут рассматриваться как самостоятельная система с заранее определенной последовательностью функционирования и способами передачи и хранения данных; эта система обладает структурностью, то есть может быть описана с помощью коммуникационных связей между элементами; общее описание системы может быть составлено на основе результатов математического моделирования; формализация свойств системы осуществляется на основе анализа и знания ее частей; система, состоящая из оптимально спроектированных отдельных частей, не является в общем случае оптимальной; ее необходимо оптимизировать как единый объект того или иного целевого назначения; каждый элемент системы должен оптимизироваться по критерию, отражающему цель оптимизации (например, получение оптимального варианта проекта); САЗПР оптимизируется в условиях количественно определенных ограничений на оптимизируемые параметры. Использование системного подхода позволяет учитывать факторы, которые влияют на процесс создания САЗПР, взаимосвязи этих факторов, выбрать вид, способы определения, число, уровень сложности, формы представления математических моделей и т.д. Принцип совершенствования и непрерывного развития предполагает модернизацию сложившихся методов и приемов землеустроительного проектирования в соответствии с новыми возможностями и подходами. При разработке САЗПР должна обеспечиваться совместимость ручного и автоматизированного режимов проектирования. Соблюдение данного принципа предполагает также необходимость организации системы в виде последовательности взаимосвязанных этапов разработки и внедрения отдельных ее элементов путем наращивания ее функциональных возможностей. САЗПР — это открытая развивающаяся система, в которой опыт разработчика постепенно формализуется и трансформируется в алгоритмы, реализуемые на ЭВМ. Принцип единства информационной базы требует накопления информации, единообразно характеризующей объекты проектирования. Во всех компонентах САЗПР должны использовать термины, символы, условные обозначения и способы представления информации в соответствии с нормативными документами. Этот принцип диктует также безусловную согласованность информационных потоков, адресуемых САЗПР в рамках всех имеющихся в стране информационно-вычислительных и информационно-справочных систем, касающихся земельных ресурсов, тесную координацию развития при совершенствовании смежных функциональных систем и их подсистем. Концепция инвариантности заключается в том, что каждый элемент системы должен иметь возможность функционировать как в рамках системы, так и вне ее, обеспечивая эффективные решения в различных условиях его использования. При разработке элементов должны быть учтены все связи и условия, накладываемые системой на ее части для успешного функционирования, а также возможность самостоятельного применения отдельных элементов в различных сочетаниях. Такой подход позволяет существенно повысить гибкость системы и расширить сферу ее применения. Принцип инвариантности обеспечивает организационную увязку задач, решаемых на разных этапах разработки проектных предложений, а также соответствующих пакетов прикладных программ. Компоненты САЗПР должны быть по возможности универсальными и типовыми, то есть инвариантными по отношению к объектам проектирования. Принцип согласованности пропускных способностей предполагает использование всех ресурсов системы с учетом объемно-временных характеристик программных и технических средств и производительности труда персонала, а также согласованность в работе технических средств САЗПР и других систем. Принцип оперативности взаимодействия требует учета человеко-машинного характера системы, возможности коллективного дос- тупа к ней, создания контролируемой системы, ее защиты от несанкционированного доступа. Концепция разбиения и локальной оптимизации. Система автоматизированного землеустроительного проектирования структурно может быть представлена как совокупность подсистем, обеспечивающих автоматизацию процессов: подготовки, ввода и хранения исходной информации; обмена информацией между задачами; моделирования; решения проектной задачи и сопряженных с ней задач; определения стоимостных и нормативных характеристик; интерпретации полученных результатов; графического отображения входных и выходных данных; оценки полученного варианта проекта и др. Каждая подсистема САЗПР предназначена для решения достаточно сложных задач. Применение концепции разбиения позволяет свести их к решению более простых задач с учетом взаимосвязей между ними. Принцип локальной оптимизации дает возможность улучшать параметры решения в рамках каждой простой задачи и в итоге всей задачи в целом. Концепция абстрагирования. При создании САЗПР большую роль играет диапазон конкретных требований и внешних условий, в пределах которого она может работать, то есть ее универсальность и независимость от особенностей и ограничений исходной информации, конфигурации технических средств, жестко определенных входных и выходных форм. Одно из средств достижения этой цели — применение принципа абстрагирования; суть его в том, что для каждой решаемой задачи разрабатываются формальные математические модели, отражающие все значимые связи, отношения и основные ограничения, и специальный математический аппарат, также основанный на фиксированной логике и позволяющий пользователю абстрагироваться от конкретных требований. Одним из средств абстрагирования является генерализация исследуемых объектов и явлений — отбрасывание несущественных факторов, обобщение количественных и качественных характеристик объектов, их интеграция и получение значимых оценок по основным направлениям ведения сельскохозяйственного производства. Для реализации концепции абстрагирования используют конверторы исходных данных, генераторы отчетов, систему ведения открытых справочников, адаптацию программного обеспечения к ПЭВМ различной конфигурации и т. д. Концепция модульности. Любой элемент САЗПР можно представить в виде совокупности блоков, имеющих законченный характер и обеспечивающих выполнение отдельно взятой функции системы. Все блоки являются независимыми с точки зрения их О Р7 Л 31 В]Ц Вц2...В1П В, 21 В]22...В12[ В]т1 В1т2...В1тн Е2 I----------- 1------- 1_______ I_____ I____ I----------- 1------- 1------- 1---- ■ --------------- 1--------------------------- 1--------------------------- 1 Р2| Р22.-Р2к I----- ~П--------- 1 I 71 1 I-------- 1------ 1 В2П В2]2...В21Ч В221 В222...В228 В2к1 В2к2 —В2кг I________ 1______ |________ |_______ II ________ |______ |______ |__ Е„ < р ' р ' р ' 1 II1 * П2 ■ ••1 Гф I------------- 1---------- 1 I---------- 1----- 1 I I I ВПЦ В„12...Впц' В„21 ВП22 ••■ Вп2(. Впр1 Впр2...Впрь м М, |М2 |М3 |М4 |...М2 Рис. 7. Граф модульного представлеия САЗПР программной реализации, но объединенными между собой последовательностью функционирования и способами обмена информацией. Каждый из них может быть представлен совокупностью модулей, связанных управляющей программой и ориентированных на решение как часто встречающихся примитивов, так и логически законченных подзадач (которые нецелесообразно представлять в виде нескольких модулей). Графическая интерпретация данной концепции приведена в виде графа на рис. 7. Вершинами 80, Еп, Р1т, Р2к, Рпр, В1тЬ В2кг, ВпрЬ являются управляющие программы системы (80), ее элементов (Еп), подсистемы (Рпр) и блоков (ВпрЬ, входящих в подсистему п элемента р блока Ь), которые обеспечивают последовательность функционирования и обмен информацией. Вершина М представляет собой управляющую программу, формирующую необходимую комбинацию модулей (вершины М2) для каждого блока. Ребрами графа являются интерфейсы системы. Концепция повторяемости. Сущность ее заключается в возможности многократного использования одних и тех же данных при работе различных элементов системы в разное время и в использовании накопленного опыта проектирования, нормирования и оценки. Практическая реализация данной концепции сводится к разработке элементов системы, которые позволяют: хранить в течение заданного промежутка времени исходную информацию, варианты решения проектов и их частей; находить во внешней памяти системы различные типовые решения; формулировать критерии оптимального решения; выбирать по ним наилучший вариант; корректировать его в соответствии с исходными условиями; выполнять экономическую оценку и нормирование. Особое внимание при реализации концепции следует обращать на форматы используемых данных, что позволит осуществлять обмен информацией между элементами системы. Концепция развивающихся стандартов. При проектировании используют различные ограничения и допуски, регламентируемые многочисленными нормативными актами и документами; некоторые из них меняются в заданном диапазоне в зависимости от различных внешних условий. При создании системы автоматизированного проектирования нормативную базу следует рассматривать не как нечто постоянное и неизменное, а как динамически меняющуюся в зависимости от реальных условий. Такой подход приводит к созданию элементов системы, которые обеспечивают: хранение нормативной базы и статистической информации по применению нормативов; динамическое изменение существующих норм на основе статистических данных и реальных условий проектирования; в случае изменения нормативов — прогнозирование возможных событий, оценку вероятности их последствий; определение целесообразности изменения норм. Концепция оценочности вариантов. Элемент системы Еп предназначен для управления, решения и анализа результатов решения задачи землеустройства. На рис. 8 представлена обобщенная структурная схема элемента САЗПР «Оценка вариантов». Каждый элемент системы является замкнутым и состоит из трех подсистем, обеспечивающих на уровне подзадач оптимизацию решаемой задачи в соответствии с концепцией разбиения и локальной оптимизации. Положим, что Р(1) = {Р^О, Р2(1), Р3(1),..., РП(1)} —п-мерный вектор параметров, определяющий желаемый результат решения проблемной задачи. Поскольку Рп(1) известны не для всех подзадач, то вектор Р(!) можно сформировать на основании имеющихся данных. При этом он будет содержать значения параметров для
Рис. 8. Обобщенная структурная схема элемента автоматизированной подсистемы «Оценка вариантов» некоторого начального решения каждой подзадачи и определять задающее воздействие Р(г). Тогда подсистема УПЗ сформирует вектор параметров \](1) управляющего воздействия: Щ1) = {Щ1), 1Ш, Щ0,..., 1Ш}. Он позволит локально оптимизировать каждую подзадачу и выбирать наилучшее решение проблемной задачи. На РПЗ помимо 1_Г(1) поступает также матрица V/ исходной информации, элементы которой не могут быть изменены в процессе решения задачи. В итоге работы РПЗ формируется вектор СКг): 0(0 = {01(0, 0л(0, 0з(0,..., 0п(0}, который содержит параметры, характеризующие полученное решение по каждой из подзадач. Функциями ФРО будут фиксация полученного в ходе решения результата и оценка его на основании вектора СХ1) и матрицы V, элементы которой содержат необходимые нормативные и оценочные параметры, а также все критерии локальной оптимизации. На выходе данной подсистемы формируется вектор 2(1), анализ которого передает управление либо следующему элементу, либо возвращает УПЗ, где на основе полученной информации пользователь скорректирует воздействие Р(г). Таким образом, в ФРО с помощью критериев и норм, зафиксированных в матрице V, оценивается каждый вариант решения проблемной задачи; автоматически изменяя в УПЗ входные параметры, получают необходимые варианты решения. Концепция интерактивности. Ее сущность заключается в рациональном распределении функций между персоналом и системой автоматизированного проектирования, в организации наиболее эффективного диалога между ними. Получение варианта проекта, соответствующего заданным условиям, является творческим про- цессом, эту задачу невозможно полностью переложить на ЭВМ. Поэтому возникает необходимость в организации оптимального взаимодействия человека и машины. Разрабатываемая автоматизированная система должна быть приспособлена к проектировщику, выполняющему функции ее пользователя, и обеспечивать ему гибкую и оперативную связь с ЭВМ, позволяя своевременно влиять на ход решения задачи. Концепция реализуется в разработке диалоговых подсистем, которые позволяют: оперативно перестраивать стратегию решения на основе получаемых результатов; выбирать альтернативный вариант решения из множества возможных, реализованных в системе; в любое время возвращаться в некоторые контрольные точки, переключаться на работу с другой подсистемой и т. д.; осуществлять поиск нужной информации и работать с ней (редактировать, преобразовывать, выводить и т. д.). Концепция эвристичности. Любая интерактивная система тем лучше, чем проще в ней диалог между пользователем и ЭВМ. Это достигается с помощью специального разработанного элемента системы, который связан со всеми расчетными элементами посредством интерфейсов, входящих в состав диалоговой подсистемы, и обеспечивает моделирование отдельных творческих функций. Обобщенная схема этого элемента изображена на рис. 9. Концепция эвристичности реализуется при возникновении ситуации, когда необходимо принять решение, которое ранее не было формализовано и введено в программные блоки системы. Она сводится к тому, что программа расчетного элемента системы передает управление рассматриваемому элементу, который пытается смоделировать необходимое решение. За проектировщиком остается право согласиться на предложенное решение, откоррек- ЩХ) Комплекс программ, формирующих формальные параметры для работы эвристических программ -^ Комплекс эвристических программ
V/ Комплекс интерфейсных программ, формирующих базу знаний и обслуживающих эвристические О программы База Комплекс интерфейсных программ, обеспечивающих взаимосвязи программ экспертной системы с эвристическими программами и базой знаний
Комплекс программ экспертной системы 0(1) Рис. 9. Обобщенная схема элемента, обеспечивающего интеллектуальные функции тировать его, забраковать (в этом случае система передает вектор 2(1) с выхода подсистемы ФРО на вход подсистемы УПЗ, после чего подсистема РПЗ вырабатывает новый вариант решения) или изменить ход решения задачи, выбрав альтернативную цепочку управления. Использование так называемого искусственного интеллекта в автоматизированных системах, предназначенных для целей землеустройства, основывается на базе знаний и комплексах различных программ. База знаний создается с учетом опыта землеустроителя-проектировщика. В ней накапливаются информация, знания о предмете и деятельности проектировщика, формируются правила, выводы и знания об организации данных в системе и правила манипулирования ими. Комплекс эвристических программ моделирует одну из творческих функций, основываясь на опыте землеустроителя-проектировщика и эвристических приемах. Эвристический подход не требует точного, однозначного и полного математического описания. Для решения задачи привлекаются практические приемы и правила, которыми руководствуется проектировщик, и они задаются лишь приблизительно. При разработке эвристических программ отпадает необходимость дифференциации процесса автоматизации на элементарные логические операции. Опытный проектировщик, используя специальный формальный аппарат эвристического характера, оценивает ситуацию и учитывает сложные корреляционные связи между объектами проектирования. Комплекс программ экспертной системы позволяет выбирать из нескольких возможных эвристических решений одно. Такие программы основываются на данных, содержащихся в базе знаний и эвристических правилах, соответствующих условиям решаемой задачи. Комплекс интерфейсных программ обеспечивает обработку информации из базы знаний, использование ее в эвристических и экспертных программах. Концепция психофизиологических особенностей пользователя. Работа землеустроителя-проектировщика с автоматизированной системой землеустроительного проектирования заключается в ряде последовательных приближений, при которых непрерывно проверяется соответствие полученных результатов поставленным требованиям. Процесс проектирования при этом представляет собой структуру с обратной связью. Цель концепции — описание деятельности пользователя в системе человек — машина, выявление ограничений, накладываемых комплектом электронно-вычислительных средств и системным программным обеспечением на деятельность человека, а также установление требований к выбору параметров аппаратуры. При проектировании САЗПР необходимо учитывать антропо- метрические характеристики пользователя, определяющие рабочее пространство и зоны досягаемости, показатели восприятия и обработки информации человеком, показатели моторных действий, уровень обученности, физиологические и психологические потребности, индивидуальные качества. Все эти характеристики влияют на эффективность системы и производительность труда персонала. В теоретическом плане концепция базируется на разработке критериев эффективности создаваемой системы и математических моделей деятельности человека, учитывающих его психофизиологические параметры и предназначенных для создания единой схемы функционирования САЗПР. Концепция открытости заключается в том, что любой элемент в процессе функционирования системы можно добавлять, изменять или снимать, и эти операции не должны отражаться на состоянии системы в целом или требовать ее перепроектирования. Концепция надежности. Одним из основных показателей работы автоматизированной системы является надежность; ее параметры закладываются в процессе концептуальной отработки и физической реализации системы. Для этого необходимо решить вопросы, связанные с нормированием надежности каждого элемента; обеспечением требуемого уровня надежности, контрольной апробацией (тестированием) системы в различных режимах ее функционирования. Чтобы обеспечить необходимый уровень надежности САЗПР, необходимо провести: качественный и количественный анализы способов ее достижения; выбрать наиболее эффективные методы и средства для достижения надежности всех элементов системы; сравнить альтернативные варианты и выбрать наилучшее проектное решение. Определить действительные возможности и надежность разрабатываемой автоматизированной системы можно только в ходе экспериментальной апробации и опытно-производственной эксплуатации, после чего необходимо устранить все выявленные недостатки. Концепция клиент-сервер. Архитектура клиент-сервер позволяет оптимально распределять вычислительные ресурсы сети, чтобы все группы пользователей могли использовать их совместно. Основу технологии клиент-сервер составляют: рабочие станции (клиенты), через которые пользователи обращаются в систему; общие ресурсы (серверы), выполняющие специальные задания по запросам устройств, которым требуется обслуживание; сети, объединяющие клиентов и серверы; программное обеспечение, которое связывает три перечисленных выше компонента в единую логическую архитектуру. Предложенная общая концепция создания САЗПР, включающая различные частные концепции (принципы, требования), позволяет рассматривать ее как единую кибернетическую систему, состоящую из организованного множества взаимодействующих и взаимосвязанных элементов, объединенных в единую логико-математическую систему, предназначенную для решения землеустроительных задач. Контрольные вопросы и задания 1. Что представляет собой структура САЗПР? 2. Какой принцип построения функциональной системы САЗПР отражает генерализованная информационно-логическая модель? 3. Перечислите основные подсистемы автоматизации различных видов землеустроительного проектирования, входящие в САЗПР. 4. Что необходимо учитывать на этапе разработки и практического создания системы? 5. Что включают в себя обеспечивающие средства САЗПР? 6. Какова классификация средств обеспечения? 7. Какие требования предъявляются к средствам обеспечения? 8. Дайте краткое описание теоретических и методических основ построения и функционирования САЗПР. 9. Как представляется процесс землеустроительного проектирования при создании САЗПР?
10. Как следует проектировать САЗПР? 11. Перечислите основные концепции построения автоматизированной системы проектирования в землеустройстве. 12. В чем заключается концепция комплексности решения? 13. Какие основные процессы включает в себя САЗПР? 14. В чем суть концепции абстрагирования? 15. Объясните содержание принципа системности. 16. В чем суть концепции инвариантности? 17. Опишите структуру процесса проектирования задач на основе концепции системности и разбиения. 18. В чем суть концепции повторяемости? 19. В чем заключается концепция развивающихся стандартов при использовании элементов автоматизированной системы? 20. Каково содержание концепции оценочности вариантов, инвариантности? 21. В чем суть концепции эвристичности? 22. Опишите содержание концепций открытости и надежности. 4 — 6993 Глава IV ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ И ЭЛЕМЕНТОВ САЗПР 1. ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ РЕЖИМЕ Внедрение компьютерных технологий в практику землеустроительных работ предполагает автоматизацию получения, накопления и обработки информации о земельных ресурсах и процессе организации использования земель, разработку новых теоретических положений в области землеустройства, а также перестройку технологии работ на основе использования информации, отражающей пространственные аспекты землепользования. Компьютерные технологии — это сочетание программных средств, реализующих функции хранения, обработки и визуализации данных в определенной организационной структуре с использованием выбранного комплекса технических средств. Современные методические, программные и технические средства позволяют отказаться от многих рутинных процессов, улучшить качество выходных документов, ликвидировать многие промежуточные звенья традиционных технологий, облегчить процесс использования графических материалов за счет перевода в цифровую форму в процессе автоматизированного проектирования. Автоматизированная система, обеспечивающая решение отдельных задач землеустроительного проектирования с системных позиций, является частью единой интегрированной системы землеустроительного проектирования. Необходимо отказаться от еще достаточно распространенных взглядов на возможность создания таких систем как автономных и тем более от взглядов, которые трактуют автоматизированную систему как простой набор самостоятельных задач по автоматизации расчетов и графического проектирования в сфере землеустройства. Такой упрощенный подход не приносит ожидаемого эффекта, так как требует создания для каждой отдельной задачи своей информационной базы и технологии ее получения, нормативной базы, технологии использования результатов каждой задачи в проектировании, что приводит к параллелизму и дублированию при сборе и предварительной обработке информации. Система автоматизированного землеустроительного проектирования в процессе функционирования должна обеспечивать: обработку первичной информации о земельных ресурсах (их качестве, количестве и распределении по землепользователям), результатах использования земель и осуществлении в натуре землеустроительных мероприятий; накапливание информации и ее генерализацию в соответствующих базах данных на каждом иерархическом уровне системы; аккумулирование и поддержание на различных уровнях системы экономических и технологических нормативов, связанных с организацией использования земельных ресурсов; генерирование ответов на стандартные и нестандартные справочные запросы конечных пользователей САЗПР. Состав программных модулей, включенных в систему, должен обеспечивать комплексное решение взаимосвязанных задач землеустройства с получением экономического эффекта от внедрения средств автоматизации по следующим направлениям: автоматизация типовых решений, когда однократно проведенная работа по трудоемкой обработке и вводу нормативно-справочной и исходной информации в последующем может многократно использоваться на однотипных объектах; сокращение затрат трудовых ресурсов в связи с ликвидацией ручной обработки; повышение качества землеустроительных проектных решений за счет использования комплексного экономико-математического моделирования, многовариантной проработки проектов, современных методов и технических средств, расширяющих диапазон возможностей проектировщика в принятии решений; понижение квалификационных требований в области землеустройства к пользователям автоматизированных систем (так как в них реализованы всесторонне обоснованные математические алгоритмы, - система новейших методов и технологий решения землеустроительных задач). Качество программного обеспечения — это совокупность его свойств, обеспечивающих удовлетворение требований пользователей: правильность, надежность, модифицируемость, экономичность, мобильность {возможность переноса его из одной среды функционирования в другую с минимальными затратами). Программно-техническим комплексом (ПТК) называется взаимосвязанная совокупность программно-методических комплексов и средств технического обеспечения. При проектировании и создании элементов системы автоматизированного землеустроительного проектирования следует базироваться на рассмотренные выше концептуальные положения. При этом в соответствии с концепцией надежности целесообразно использовать единые требования к ее элементам (которые, являясь системой формальных показателей, обеспечивают сопоставимость в подходах к этим элементам и их оценке). Учитывая многообразие возможных программных реализаций для землеустройства, рассмотрим только те из них, которые укла- 4*
планово-картографического материала для обработки на ЭВМ Подготовка параметрических данных для выполнения расчетных операций
Ввод исходной информации Выбор метода решения I Обработка исходных данных (получение варианта решения) Вывод результатов обработки на заданное устройство
Оформление полученных результатов Рис. 10. Общая технологическая схема выполнения работ при землеустроительном проектировании дываются в систему схема — проект — рабочий проект. Общая технологическая схема работ при землеустроительном проектировании показана на рис. 10. Плановый материал при землеустройстве может быть представлен штриховыми контурными планами (или фотопланами), тематическими картами и схемами (почвенными, геоботаническими и т. д.), а также аэро- и космическими фотоснимками. В зависимости от вида используемого планового материала и программных средств применяют различные технологии обработки и представления планового материала в цифровом формате. Ввод графических данных может осуществляться с помощью сканеров и дигитайзеров, прочей информации — в режиме диалогового и пакетного вводов. Возможно также считывание информации любого типа с магнитных носителей электронных тахеометров, кассет стриммера, дискет, СОК, ОУО и т. д. Сканер (сканирующее устройство) — это устройство аналого-цифрового преобразования изображения для его автоматизированного ввода в ЭВМ в растровом формате; сканированием называется преобразование изображения в цифровую растровую форму. Дигитайзер — это устройство для ручного цифрования картографической и графической документации в виде последовательности точек методом потокового ввода, при котором генерируется поток координатных пар через равные промежутки времени. Исходную информацию, а также данные, полученные в результате ее обработки (как графические, так и текстовые), удобнее хранить рассортированными по тематическим слоям в базах данных. При этом графические базы данных должны быть связаны с текстовыми таким образом, чтобы по любому изображению можно было легко найти соответствующую текстовую информацию, и наоборот. Для работы в любой автоматизированной системе пользователь создает проект, который позволит корректно хранить и обрабатывать данные, относящиеся к определенному объекту, и управлять ими. Поэтому система должна обеспечивать следующие функции: создание набора директорий, в которых будет размещаться входная, выходная и служебная информация; генерирование баз данных; описание таблиц семантических баз данных, в том числе для интегрированных слоев; задание установочных параметров системы (разрешение, цензы, точности, единицы измерения, параметры переходов в разные системы координат и т. д.); описание слоев пользователя, классификаторов, их привязки к слоям; регистрирование пользователей, паролей, разграничение уровня доступа для разных пользователей и т. д. Изображение на исходном графическом материале практически всегда имеет какие-либо погрешности (например, связанные с деформацией носителя). В одних случаях их удается исключить полностью, в других — частично. Для этой цели применяются специальные процедуры коррекции, которые должны позволять: приводить изображение на карте к теоретической трапеции по координатам углов рамки и координатной сетке; оценивать точность результатов коррекции; корректировать отсканированное изображение по точным значениям координат опорных точек различными методами (например, аффинного, проективного, полиномиального или иного преобразования). Для обработки фотоснимков необходимо, чтобы САЗПР осуществляла цифровое ортофототрансформирование. Метод коррекции выбирает пользователь. Довольно распространена ситуация, когда исходное изображение сканируется по частям. В этом случае возникает необходимость в объединении фрагментов в единое изображение с геометрической коррекцией, контролем и редактированием по линии сшивки. Более общей является проблема объединения нескольких карт со сводкой и редактированием изображения по рамкам. Исходная графическая информация может иметь различную геодезическую и математическую основу. Для совместной обработки и дальнейшего использования таких данных необходимы функции преобразования — из одной картографической проекции в другую, из прямоугольных координат проекции в геодезические, из одной системы геодезических координат в другую, с эллипсоида на эллипсоид, из местной системы координат в государственную и наоборот (по заданным ключам перехода или на основе установления аналитических зависимостей). Вся графическая информация должна распределяться по тематическим слоям (например, топография и угодья; кадастровые границы; границы земель с ограничениями в их использовании; деградированные земли и т. д.). Число, тематика и названия слоев должны определяться пользователем на этапе проектирования. Слой — это совокупность однотипных (одной мерности) пространственных объектов, относящихся к одной теме (классу объектов) в пределах некоторой территории и в системе координат, общей для набора слоев. Необходимо, чтобы одному и тому же слою могли принадлежать точка, линия, полигон, внемасштабный условный знак и текст, а каждому из слоев при необходимости могли быть приписаны свои классификаторы типов точек, линий, полигонов, заливок, штриховок и условных знаков. Перечисленные объекты можно определить следующим образом. Точка — это объект, характеризуемый координатами и ассоциированными с ними атрибутами. Узел — это начальная или конечная точка дуги в векторном представлении пространственных объектов типа линии или полигона, имеющая атрибуты и устанавливающая топологическую связь со всеми замыкающимися в ней дугами. Линия — пространственный объект в векторном представлении, образованный последовательностью не менее двух точек с известными плановыми координатами. Полигон — двухмерный объект в векторном представлении, образованный замкнутой последовательностью дуг или сегментов, идентифицируемый внутренней точкой и ассоциированными с ней значениями атрибутов. Всегда целесообразно выделять базовый и вспомогательные слои. С базовым слоем в отличие от вспомогательных можно активно работать. Последние могут быть выведены на экран, но при этом недоступны для работы (например, для редактирования изображения). Возможность работы со всеми слоями обеспечивает механизм отключения и включения временных слоев, а также переназначения базового слоя во временный и наоборот. 2. ГРАФИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ САЗПР Составной частью САЗПР является графический редактор, обеспечивающий преобразование растрового изображения в векторную форму. Растр — это цифровая прямоугольная матрица элементов изображения (пикселов); пиксел — элемент изображения (наименьшая из его составляющих), получаемый в результате дискретизации изображения. Растровое представление (растровая модель данных) — это цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта. Пространственно-локализованные данные (данные о пространственных объектах, пространственные данные, географические данные) — это цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их локализации в пространстве и свойствах (пространственные и непространственные атрибуты). Графический редактор должен обладать набором функций, обеспечивающих редактирование цифрового изображения на экране монитора с автоматической коррекцией соответствующей позиционной составляющей БД САЗПР. Любой растровый редактор имеет набор функций, обеспечивающих редактирование растра на экране монитора. Растрово-векторное преобразование (векторизация) — это процедура преобразования растрового представления пространственных объектов в векторное; векторизатор — программное средство для выполнения растрово-векторного преобразования. Векторизация — один из наиболее трудоемких процессов для оператора; поэтому необходимы развитый интерфейс пользователя и наличие функций, максимально способствующих быстрому, удобному и качественному решению данной задачи. К таким функциям относятся: автоматическая скелетизация; линг; открытие нескольких окон, в том числе на разных мониторах; создание нового объекта (точка, линия, контур); удаление всего объекта или его части; корректировка существующего объекта; разделение объекта (контур, полилиния); рисовка правильной геометрической фигуры (прямоугольник, окружность и т. д.); ипйо (отмена последней команды); ручной обвод линии; формирование контуров из уже имеющихся отрезков без их повторной векторизации или копирования и т. д. Один из альтернативных методов приведения исходного графического материала в цифровую форму основан на применении дигитайзеров. В настоящее время используется аппаратура разных типов и фирм-производителей, действительные точностные характеристики которой (средняя квадратическая погрешность определения координат) неизвестны. Поэтому возникает необходимость в тестировании дигитайзера, а следовательно, в состав программного обеспечения должны входить соответствующие модули. Кроме того, для работы на дигитайзере необходимы процедуры контроля за положением листа, калибровки, визуализации кодируемого объекта на экране и оперативного редактирования. Векторным представлением {векторной моделью данных) называется цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар {векторов). Векторно-растровое преобразование (растеризация) — это преобразование векторного представления пространственных объектов в растровое путем присваивания элементам растра значений, исходя из принадлежности или непринадлежности к ним элементов векторных записей объектов. Векторное нетопологическое представление данных — разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов с описанием их геометрии в виде неупорядоченного набора дуг или совокупности сегментов. Векторно-топологическое представление {линейно-узловое представление) — разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологические отношения между ними и образующими их элементами {полигонами, дугами и узлами). При использовании режима непрерывной дигитализации появляется избыточное число точек, характеризующих положение объекта. Для сжатия полученной информации должны предусматриваться специальные функции. При решении прикладных задач оцифрованным графическим объектам необходимо приписать соответствующую семантику. Для этого может быть использована одна из следующих схем: автоматический обход всех объектов с интерактивным вводом информации; ручной выбор объекта с вводом необходимых данных; автоматическое или ручное присвоение номеров объектам с пакетным вводом семантики; дополнительный пакетный ввод информации для объектов, по которым часть ее была введена ранее. Для облегчения работы можно использовать классификаторы (справочники), которые должны быть легкодоступны, изменяемы и не «зашиваться» жестко в программы. При проектировании графического редактора немаловажное значение имеет модель представления данных, влияющая на возможности их использования, анализа и манипулирования ими. В самых простых форматах содержатся только геометрические связи объектов, в более сложных — информация о топологических сущностях объектов и их атрибутах. Атрибут данных в САЗПР — это свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его местоуказанием) и ассоциированный с его уникальным номером (идентификатором). Качество получаемых при проектировании результатов зависит от многих факторов, в том числе от корректности информации в базе данных, которая обеспечивается применением различных процедур (контроль за полнотой ввода семантики по обязательным полям, вводом двух и более различных описаний, относящихся к одному и тому же графическому объекту, делением или объединением двух и более объектов без принудительного редактирования соответствующей семантической информации, удалением графического объекта при удалении его описания и наоборот и т. д.). Кроме того, САЗПР должна обеспечивать: доступ к метрической и семантической составляющим любого объекта из внешних прикладных программ пользователя; конвертирование данных из внутренних форматов в заданные и наоборот; слияние графических и семантических баз данных (БД), подготовленных на разных машинах, с центральной БД; сетевой вариант ввода и обработки информации. Процесс графического автоматизированного проектирования состоит из нескольких этапов. 1. Преобразование исходного графического материала в растровую форму (например, с помощью стандартных программ, входящих в поставку сканера). 2. Преобразование растрового изображения в цифровую векторную форму (векторизация растра) с использованием модулей АШоСАБ, Мар1п/о, Агс1п/о или других программных продуктов. 3. Обработка цифрового графического изображения. После векторизации получают карту, объектами которой можно манипулировать, например, в формате АШоСАВ (качественное оформле- ние чертежа, зарамочное оформление, надписи, условные знаки, штампы и др.). 4. Получение производных карт (уклонов местности, экспозиций). Для этого используются специальные пакеты, содержащие функцию ЗО-преобразования. Вводится рельеф местности, запускаются специальные модули (Агс1п/о, М1сго5Ш1юп и др.), позволяющие получить цифровую модель рельефа (ЦМР); далее запускается стандартный модуль ПП для получения карты уклонов, экспозиций, почвенных карт и др. 5. Процесс проектирования и размещения полей и элементов проекта на компьютере происходит так же, как и вручную, только осуществляется на полученной векторной карте при помощи вышеперечисленных программных продуктов. 6. Выполнение автоматизированных расчетов по профилю решаемой задачи. Те из них, которые нужны в процессе проектирования, осуществляются с помощью стандартных функций используемой программы (например, вычисление площадей, расстояний, периметров, панорамирование, изменение угла зрения, 30-преобразование). Расчеты, необходимые для обоснования проектных землеустроительных решений, выполняются путем вызова соответствующих внешних программ. 7. Запись результатов расчетов и графического проектирования в файлы и их вывод на внешние устройства (принтер, плоттер). 3. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ КОНТУРНЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ Одна из наиболее распространенных задач, которая будет решаться с помощью автоматизированной системы проектирования, — вычисление площадей контурных и линейных объектов с увязкой в пределах карты для любого слоя (в том числе и результирующего). При решении этих задач желательно использование карт, составленных в равновеликих проекциях, на которых отсутствуют искажения площади. В состав САЗПР должны входить процедуры, обеспечивающие идентификацию контурных объектов и контроль их замкнутости; идентификацию линейных и точечных объектов, отражаемых внемасштабными условными знаками, построение буферных зон в соответствии с их линейными размерами; вычисление площадей всех объектов с учетом выделенных буферных зон; учет площадей вложенных (вкрапленных) объектов; увязку площадей в рамках секций, планшетов; наложение на планшет нового контура по геодезическим координатам и при необходимости переувязку контуров на планшете; деление объекта или объединение двух и более контуров в один по заданному значению площади.
Подсистема вычисления площадей контуров Подсистема ввода семантики I
Подсистема справочников и классификаторов База контурных карт (семантика) А А А
Интерфейс «метрика — семантика»
Подсистема формирования запросов Вывод результатов на заданное устройство
Конвертирование данных в заданные форматы
Пользователь Рис. 11. Схема вычисления площадей контуров в автоматизированном режиме Укрупненная схема решения данной задачи по вычислению площадей контуров на ЭВМ в автоматизированном режиме представлена на рис. 11. В зависимости от используемых аппаратных средств и специализированных программных пакетов приведенная схема может изменяться. Тем не менее блок вычисления площадей в том или ином виде имеет место практически в любой автоматизированной системе, предназначенной для нужд землеустройства. Использование в САЗПР принципа наложения выдвигает соответствующие требования к программному обеспечению. В частности, должна обеспечиваться потребность пользователя в интегрированной информации при графическом и логическом наложении слоев для точки, контура, группы контуров (например, по их номерам), для произвольной области карты по границе, взятой из другого слоя, и т.д. Справка должна строиться по
|