Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Марта 2013 в 20:07, курсовая работа
Современные геоинформационные системы (ГИС) представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее существовавших автоматизированных систем (АС), с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных. Практически это определяет ГИС как многоцелевые, многоаспектные системы.
Рассмотренные понятия относятся к элементам системы (ГИС). Системный подход позволяет в равной степени анализировать как системы, так и процессы. Поэтому для интегрированных процессов обработки данных (в ГИС) иерархия понятий аналогично рассмотренной выше для систем будет выглядеть так:
Следует подчеркнуть разницу между
системным уровнем и
Системный уровень является описательным понятием, т.е. имеет технологическое назначение и может иметь (а может и не иметь) логическое описание.
Физическая реализация осуществляется обычно на уровне подсистемы. Определение основополагающих принципов функционирования любой автоматизированной системы (в том числе ГИС), достижение ее целостности, оптимизация структуры осуществляются на основе методов системного анализа.
Анализ, выполненный с использованием методов формализации общей теории систем, будет отвечать требованиям целостности и единства рассматриваемых проблем и задач, позволит определить структуру обобщенной ГИС и минимальные требования, которым должна удовлетворять такая система.
Для системного анализа обобщенной ГИС необходимо выбрать метод описаний разнородных процессов. Целесообразно использовать положения общей теории систем (ОТС), обоснованные в работах М.Дж. Месаровича и Ю.А. Урманцева, и методы структурного анализа, широко применяемые при разработке программных проектов и систем.
Отмеченные теоретические подходы имеют небольшие специфические различия в формах представления, но содержат концептуальное единство. Поэтому при их использовании будем применять положения, которые взаимно непротиворечивы и дополняют друг друга.
При практических исследованиях приходится иметь дело с функциональными системами. Для формализации этого класса систем более удобно описание, даваемое М. Месаровичем .
Системный подход позволяет представить процесс построения любой информационной системы в виде схемы, содержащей семь этапов (рис. 1.2), которые определяют создание системы от постановки задачи до ее реализации.
Первый этап - формирование основных требований к системе на словесном (вербальном) уровне без должной формализации.
Второй этап - определение концепции решения проблем и задач или построения системы.
Третий этап - детализация общей задачи создания и применения системы, определение системы описаний для перехода от словесных формулировок к схемному или логически взаимосвязанному описанию функций и задач системы, которое позволит разбить систему на основные составляющие ее части. Говоря другими словами, осуществляется формализованное представление взаимосвязи частей и процессов системы. В результате определится структурная схема системы.
На первых трех этапах происходит формирование инфологической модели.
Четвертый этап - алгоритмизация методов и решений задач, стоящих перед системой, выбор моделей данных, математических и технологических решений.
Пятый этап - оптимизация решений, осуществляемая на основе дополнительного исследования предметной области и специфики решаемых задач. Этим заканчивается построение системы на логическом уровне проектирования.
Шестой этап - реализация системы. В терминах проектирования говорят о переходе к физическому (уровню) построению системы.
Седьмой этап - модернизация создания информационной системы (в том числе ГИС), предусматривающая учет возможных ситуаций функционирования, а также тенденций развития программно-технологических средств.
В соответствии с этой схемой мы находимся на третьем этапе исследований и наша задача - представление обобщенной ГИС как сложной системы в виде основных составляющих ее частей. Для решения этой задачи используем метод общей теории систем (ОТС).
Определим функциональную систему S как отображение входного множества Х (множества первичных элементов ) на выходное множество Y. В формальном представлении ОТС это будет соответствовать записи:
S: Х® Y.
В общем случае любая сложная система считается неоднородной (гетерогенной), поэтому целесообразно разбить ее на однородные компоненты (подсистемы) путем построения стратифицированной (многоуровневой) системы (рис. 1.3).
Страты - это уровни, определяемые по совокупности сходных признаков. В зависимости от критериев оценки система может разбиваться по-разному, например на системные уровни, если критерием являются технологические признаки.
Стратификация (разделение системы S на уровни) возможна, если множества входной (X) и выходной (Y) информации неоднородны и представимы в виде декартовых произведений (Ä), т.е. если входная и выходная информация образует два независимых базиса Xi и Yi:
Х=(Х1ÄХi ... Хп);
Y= (Y1ÄYi ... Yn).
В этом случае система S может быть описана в виде совокупности п уровней. Для каждого уровня имеет место
S1: X1ÄW1®Y1;
Si: XiÄEiÄWi®Yi;
Sn: XnÄEn®Yn,
где Е, W- соответственно нисходящие и восходящие информационные потоки, обеспечивающие связь между уровнями (см. рис. 1.3).
Именно наличие нисходящих и восходящих потоков объединяет подуровни в единую систему. Отсутствие таких потоков приводит к тому, что исходная система 5 разбивается на совокупность независимых более мелких систем.
Возможность разложения входных/выходных данных на независимые группы (1.1) и выявление нисходящих и восходящих информационных потоков позволяет разбивать систему на системные уровни, системные уровни - на подсистемы, процессы - на задачи и т.д.
Многоуровневость может быть обусловлена различными критериями, в частности разнородностью входных/выходных данных или технологическими признаками. Например, выходные множества представляются в виде и документов, и информационных данных. Следовательно, выявление такой разнородности служит основой построения системы в виде совокупности уровней.
ОТС в равной мере применима для анализа как систем, так и процессов обработки данных. Это позволяет определить структуру создаваемой системы и описать ее технологии.
При системном подходе процесс разработки ГИС интерпретируется как поиск оптимальной структуры системы путем разбиения ее на подсистемы. При этом реализуется концепция разработки "сверху вниз".
Построение схемы обобщенной ГИС можно осуществить на основе анализа входных/выходных информационных потоков, функционирующих в автоматизированной системе,
Совокупность входных и
Эти условия являются достаточными для того, чтобы представить входные Х и выходные Y потоки обобщенной ГИС в виде независимых совокупностей (в форме декартовых произведений), аналогично выражению (1.1):
Х=(X1ÄT3cÄT3мÄT3п); Y=(Xy ÄЦММÄЦМК), ( 1.2.)
где ТЗс - техническое задание на сбор информации;
ТЗм - техническое задание на хранение, обновление и моделирование;
ТЗп - техническое задание на представление данных после окончательной обработки;
Х1 - множество первичных данных, измеряемых или собираемых с помощью различных технологий
Хy - множество унифицированных данных, получаемых после сбора и первичной обработки;
ЦММ - цифровая модель местности, хранимая в базе данных ГИС;
ЦМК - цифровая модель карты, сгенерированная для визуального представления на дисплее или для печати.
В рамках данной теории цифровая модель карты представляет собой отображение цифровой модели местности с помощью средств компьютерной визуализации. Применение ЦММ и ЦМК наглядно прослеживается в технологии работы модульной системы MGE (Modular GIS Environment) и ряда других пакетов ГИС. В этой системе аналогом цифровой модели местности выступают объекты базы данных и графическая информация, аналогом цифровой карты — проект (карты). Для отображения проекта осуществляют преобразование проекта в чертеж - генерацию чертежа. Визуальному представлению ЦМК соответствует сгенерированный чертеж. Другими словами, ЦМК можно определить как результат формирования ЦММ для визуального отображения в виде карты.
Множество Х представляет собой сложную совокупность данных, получаемых с помощью разных технологий: по фотоснимкам, геодезическими методами на местности, с карт, при помощи систем GPS (Global Position System), из архивных табличных данных и т.д.
На основе ОТС с учетом выражения (1.2.) представим обобщенную ГИС в виде стратифицированной трехуровневой структуры (рис. 1.4):
УСО: X1 ÄТЗс ÄНТм®Xy;
УМХ:Xy Ä TЗм Ä НТп®ЦММ;
УП: ТЗпÄ ЦММ®ЦМК,
где УСО - системный уровень сбора и первичной обработки информации;
УМХ - системный уровень моделирования, хранения и обновления;
УП - системный уровень представления данных;
НТм, НТп - нормативные требования к данным при моделировании и представлении информации соответственно; они являются аналогами промежуточных восходящих информационных потоков.
Для концептуального построения ГИС согласно (1.3.) необходимо определить НТм, НТп , т.е. информационную основу.
Таким образом, применяя системный подход, можно построить структурную схему обобщенной ГИС в виде трехуровневой системы (см. рис. 1.4) и по этим уровням проводить сравнение различных ГИС между собой, а также сравнение ГИС и других автоматизированных систем.
Нормативные требования в (1.3) определяются при дальнейшем анализе, т.е. при переходе к следующим этапам построения.
Мы употребляем термин обобщенная ГИС, так как абстрагируемся от конкретного ее применения.
Функционирование обобщенной ГИС согласно ее формализованному описанию (1.3) и схеме (см. рис. 1.4) осуществляется следующим образом. На первом системном уровне (УСО) происходит сбор первичных данных X1, получаемых с помощью разных методов и технологий и потому имеющих разные структуру, формат и представление. В ходе первичной обработки эти разнородные данные корректируются и унифицируются. В результате формируется некое унифицированное подмножество данных Хy, которое частично хранится в виде архивов и полностью передается на уровень моделирования и хранения.
На втором системном уровне (УМХ) осуществляются: анализ унифицированной информации Хy, установление связей между частями модели; устранение избыточности, если такая имеется; проверка на целостность и непротиворечивость данных; определение первичных и внешних ключей; формирование метаданных и т.д. Подмножество Ху содержит необходимые данные для построения цифровой модели местности, которая хранится в базе данных в виде совокупности графической и символьной информации. ЦММ служит основой для решения прикладных задач на базе различных методов моделирования. Эти процессы также происходят на уровне УМХ. В результате обработки сформированная цифровая модель или результат ее использования подготавливаются для визуального представления. Для этого она передается на третий системный уровень.
На третьем системном уровне (УП) ЦММ преобразуется в цифровую модель карты, которая и служит основой представления информации.
Анализируя группы задач обработки данных на трех системных уровнях, можно отметить следующее.
На первом уровне наиболее широко представлены задачи первичной обработки информации: распознавания, структуризации, декомпозиции, компоновки, измерения, сжатия, контроля, унификации.
Для второго уровня определяющими являются задачи типизации, геометрического преобразования, экспертного типа, построения цифровых моделей, синтеза и т.п.
На третьем уровне наиболее значимы задачи оптимизации, компоновки, синтеза и т.п.
Естественно, что различные задачи и методы моделирования могут в разной степени присутствовать на каждом уровне, но вид уровня определяет их значение.
В общем виде ГИС может включать следующие подсистемы:
При сборе первичной информации основным является семантическое моделирование. Инвариантное моделирование имеет приоритет на втором уровне. Эвристическое моделирование занимает ведущее место при интерактивной обработке и в процессах контроля и коррекции. Наконец, информационное моделирование является основным в подсистемах документационного обеспечения.