Инструментальная среда разработки геоинформационных систем поддержки принятия решений по управлению урбанизированными территориями

• Автор: Загарских, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Обзор состояния дел предметной области
1.1 Визуализация проблемно-ориентированных динамических сцен в системах
поддержки принятия решений
1.2 Визуализация служебных динамических сцен в системах поддержки принятия
решений
1.3 Технологии визуализации геоданных и геоинформационные системы
1.4 Использование социальных медиа в задачах управления крупными городскими
территориями
1.5 Выводы по главе
Глава 2 Архитектура и принципы функционирования
инструментальной среды
2.1 Требования к перспективным СППР управления КГТ
2.2 Состав и общая архитектура ИС РГИС
2.3 Интеграция с внешними источниками данных и средствами моделирования
2.4 Построение и визуализация социально-экономических индексов, характеризующих
развитие КГТ
2.5 Выводы по главе
Глава 3 Геовизуальная оболочка ИС РГИС
3.1 Виртуальный земной шар
3.2 Визуализация земной поверхности и проблема дребезга вершин
3.3 Визуализация геоданных
3.4 Визуализация графа
3.5 Выводы по главе
Глава 4 Экспериментальные исследования и приложения ИС РГИС
4.1 Экспериментальные исследования производительности и быстродействия ГО
4.2 Система поддержки принятия решений для предотвращения угрозы наводнений..
4.3 Система поддержки принятия решений для предотвращения распространения эпидемий в городской среде
4.4 Выводы по главе
Заключение
Список использованных источников
Введение
Актуальность темы обусловлена развитием информационно-коммуникационных технологий в области, связанной с изучением крупных городских территорий (КГТ) - т.н. CityScience. С одной стороны, такие технологии должны опираться на классические ГИС, с другой - соответствовать принципам неогеографии, что делает необходимым интеграцию в данные решения возможностей обработки больших данных. При этом необходимо учитывать, что городская среда сама по себе является сложной системой, для моделирования которой необходимо применять мощные вычислительные ресурсы, доступные через распределенные среды. Таким образом, создание систем поддержки принятия решений (СППР) по управлению КГТ в целом связано с объединением различных компьютерных технологий обработки данных в рамках общей геовизуальной оболочки, обеспечивающей пользователю всестороннее отображение моделируемых процессов. Поскольку создание таких решений «с нуля» требует существенной квалификации разработчиков (владение всеми перечисленными технологиями), для оптимизации этого процесса целесообразно рассмотреть модульный подход, реализуемый в рамках готовой инструментальной среды, ориентированной на задачи City Science.
Целью работыявляется разработка методов и технологий разработки геоинформационных систем поддержки принятия решений по управлению КГТ.
Задачи исследования включают в себя:
- Обоснование требований к перспективной инструментальной среде разработки (ИС РГИС) геоинформационных систем поддержки принятия решений по управлению КГТ на основе анализа состояния дел предметной области;
- Проектирование общей архитектуры ИС РГИС с учетом функции сбора и обработки больших данных из различных источников, выполнения ресурсоемкого компьютерного моделирования и представления результатов в системах научной визуализации и виртуальной реальности;
- Разработка методов и алгоритмов визуализации динамических сцен, связанных с проблематикой КГТ, и проектирование геовизуальной оболочки (ГО), интегрирующей возможности ИС РГИС для взаимодействия с пользователем;
- Разработка и отладка ГО и ее интеграция с внешними подсистемами ИС РГИС;
- Экспериментальные исследования производительности ИС РГИС на синтетических примерах;
- Апробация ИС РГИС на прикладных задачах создания СППР, включая СППР управления комплексом защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений.

палитры. Теплокарта представляет собой растровое изображение, каждый тексель которого отображает данные с помощью цветового кодирования [93]. Процесс построения теплокарты происходит следующим образом: Исходя из положения географического объекта определяется соответствующий тексель. Значение в нем увеличивается на определенный уровень, после чего все значения в текселях нормализуются. Полученные значения используются при визуализации для определения того, какой цвет необходимо выбрать из палитры. Таким образом, на теплокарте достаточно отчетливо видны большие скопления географических объектов.
Визуализация с помощью векторов. В тех случаях, когда размерами объекта невозможно пренебречь, географические объекты отображают в виде контуров, состоящих из множества векторов. Векторы визуализируются с помощью графических примитивов, а именно линий. Этот подход не отличается от визуализации векторных карт. Однако у него есть одна особенность: в процессе работы может возникнуть необходимость визуализации плоских географических объектов поверх трехмерных ландшафтов. Такие объекты, как правило, представлены в виде контуров, лежащих в горизонтальной плоскости, и в том случае, если контуры пересекают поверхность ландшафта, их следует спроецировать на данную трехмерную поверхность. Поскольку контуров может быть огромное множество, процесс проецирования потребует значительного объема аппаратных ресурсов. В работе [94] предложен алгоритм быстрого проецирования векторов в экранном пространстве, позволяющий отображать большое число контуров на глобальной карте.
Технологии визуализации трехмерных объектов. Когда для целей визуализации имеет значение объем визуализируемых географических объектов или их высота, или для повышения информативности сцены в ГИС географические объекты могут отображаться в трехмерном виде. Для визуализации в трехмерном виде используется, как правило, графический примитив — треугольник. Объекты в таком случае представляют собой сетку из треугольников, аппроксимирующую поверхность объекта. Кроме того, для визуализации трехмерных объектов могут быть использованы воксели [95]. В открытом доступе сложно найти подходящие трехмерные здания, однако можно получить их контуры. Получив контуры из картографических веб-сервисов ОрепЗпеШМар или У11атар[а и триангулировав их, можно восстановить трехмерную модель [96]. Как правило, точная высота зданий в таких источниках не указывается, однако для некоторых зданий известно количество этажей, благодаря чему можно определить их приблизительную высоту. Еще один подход к восстановлению трехмерных зданий