CC BY
154
20. РозенбергИ.Н. Топосемантическое информационное соответствие в пространственном моделировании // Науки о Земле. 2017. № 3. C. 64-73.
21. Цветков В.Я. Решение проблем с использованием системного анализа // Перспективы науки и образования. 2015. № 1. C. 50-55.
22. Mordechai Ben-Ari. Mathematical Logic for Computer Science/ Third Edition. Springer London Heidelberg New York Dordrecht, 2012. 364 p. ISBN 978-1-4471-4128-0
23. Месарович М., Такахара Н. Общая теория систем: математические основы. - М.: Мир, 1978. 311 с.
24. Верещагин Н.К., Шень А. Лекции по математической логике и теории алгоритмов. Часть 2. Языки и исчисления / 4-е изд., испр. - М.: МЦНМО, 2012. 240 c. ISBN 978-5-4439-0013-1
25. Halstead, Maurice H. (1977). Elements of Software Science. Amsterdam: Elsevier North-Holland, Inc. ISBN 0-444-00205-7
26. Цветков В.Я., Буравцев В.А. Метрики сложной детерминированной системы // Онтология проектирования. 2017. Т. 7. № 3(25). С. 334-346. DOI: 10.18287/2223-9537-2017-7-3-334-346
27. Tsvetkov V.Ya. Logic units of information systems // Eurupean Journal of Natural History. 2009. № 2. P. 99-100.
28.ОжигановА.А., ТарасюкМ.В. Передача данных по дискретным каналам. - СПб.: Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики, 1999. 102 с.
29. Хелд Г. Технологии передачи данных / 7-изд. - СПб.: Питер, 2003. 720 с.
Сведения об авторе
Алексей Николаевич Щенников Директор Института информационных технологий и автоматизированного проектирования РТУ МИРЭА Россия, Москва
Эл. почта: [email protected]
Information about author
Alexey Nikolaevich Schennikov Director of the Institute of information technology and automated engineering RTU MIREA Russia, Moscow E-mail: [email protected]
УДК 528.9; 004.94; О.А. Андреева
ГРНТИ 36.33.85 АО «Транспутьстрой»
ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ
Развитие пространственных систем и систем управления территориями основано на получении и использовании пространственной информации. Это определяет важную роль геоинформационного моделирования в разработке и развитии методов проектирования пространственных объектов. Описана двойственность геоинформационного моделирования, которая является аргументом в организации проектирования. Показана связь графической информации в ГИС с базой данных ГИС. Это является преимуществом проектирования с использованием ГИС. Дополнительно ГИС дает возможность визуального моделирования, что дает возможность оптимизировать проекты с использованием эвристических технологий. Геоинформационное моделирование включает эти возможности. Статья раскрывает содержание специальных технологий геоинформационного моделирования, которых нет в других информационных системах и системах автоматизированного проектирования. Описано содержание технологии геогруппировки как между слоями, так и внутри слоев. Введен формализм геоинформационного моделирования. Показано как технология комбинирования объектов повышает качество проекта. Введено формальное описание геоинформационного моделирования на основе математической логики и теории множеств. Предложены модели и схемы, описывающие геоинформационное моделирование. Статья вводит новый формализм для геоинформационного моделирования. Описано применение геокодирования и буферизации при построении проектов пространственных объектов.
Ключевые слова: геоинформатика, проектирование, моделирование, геоинформационное моделирование, группировка, визуальное моделирование, база данных.
O.A. Andreeva JSC Transputstroy
GEOINFORMATIONAL MODELING FOR DESIGNING LINEAR OBJECTS
The development of spatial systems and territory management systems is based on the receipt and use of spatial information. This determines the important role of geo-information modeling in the design and development of methods for designing spatial objects. The duality of geoinformation modeling, which is an argument in the organization of design, is described. The connection of graphic information in the GIS with the GIS database is shown. This is an advantage of designing using GIS. Additionally, GIS allows visual modeling, which makes it possible to optimize projects using heuristic technologies. Geo-information modeling includes these features. The article reveals the content of special technologies ofgeoinformation modeling, which are not found in other information systems and computer-aided design systems. The content of the geo-grouping technology is described both between the layers and within the layers. The formalism ofgeoinformation modeling is introduced. It is shown how the technology of combining objects improves the quality of the project. A formal description of geoinformation modeling based on mathematical logic and set theory has been introduced. Models and schemes describing geoinformation modeling are proposed. The article introduces a new formalism for geo-information modeling. It describes the use of geocoding and buffering in building projects of spatial objects. Keywords: geoinformatics, design, modeling, geoinformation modeling, grouping, visual modeling, database.
Введение. При решении задач проектирования применяются разные виды моделирования: эвристическое [1], информационное [2], геометрическое и др. Большинство из этих видов моделирования могут использоваться в разных науках, системах проектирования и моделирования. В то же время в геоинформатике есть специфическое моделирование, которое применяется только в геоинформационных системах. Это геоинформационное моделирование [3, 4]. Геоинформационное моделирование состоит в построении и преобразование геоинформационных моделей. При проектировании линейных объектов возникает необходимость их моделирования. В Градостроительном кодексе Российской Федерации не определено понятие линейного объекта. В нем перечислены объекты, которые можно считать линейными: линии электропередачи, линии связи, трубопроводы, автомобильные дороги, железнодорожные дороги и др. Линейные объекты в геоинформатике составляют один из трех классов пространственных объектов. Это делает удобным использование геоинформационных технологий для моделирования линейных объектов. Эти объекты моделируются на электронной карте в виде прямых, кривых и полилиний. Эти геоинформационные модели имеют следующие геометрические характеристики: протяженность, шириной (для объектов постоянной ширины), ширина начальной и конечной точек, тип линии, координаты начальных, конечных и промежуточных точек. Линейные геоинформационные модели имеют следующие атрибутивные характеристики: пропускная способность, загруженность, допустимая максимальная скорость, связанность с другими объектами, оценка риска, экономическое значение, региональное значение, объем перевозок, срок эксплуатации, износ. В геоинформатике первая группа характеристики называется метрической, вторая атрибутивной [5]. Таким образом, возможности геоинформатики и геоинформационного моделирования полностью подходят под решение задач проектирования линейных объектов.
Геоинформационное моделирование учитывает пространственные отношения [6, 7, 8] и геореференции [9, 10]. Геоинформационное моделирование решает прикладные задачи - получение цифровых моделей [11, 12] и расчеты пространственных объектов [13, 14]. Геоинформационное моделирование позволяет получать пространственное знание [15, 16] и геознание [17-20]. Геоинформационное моделирование поддерживает качественные пространственные рассуждения [21].
Двойственность геоинформационного моделирования. Геоинформационное моделирование включает моделирование с использованием ГИС и пространственное аналитическое моделирование. Это позволяет говорить о двух моделях: модель геоданных ГИС (в дальнейшем модели ГИС) и пространственной модели.
Модель ГИС организована по дуальному принципу [22]. Модели ГИС включают табличную и графическую части некой более общей модели. Табличная часть геоинформационной модели является фрагментом базы данных ГИС. Она создает возможность хранения геоинформационной модели в базе данных и использования инструментария СУБД для обработки геоданных. Эту часть модели ГИС можно определить как базовую. Она хранится в базе данных и представляет собой организованные геоданные пространственной базы данных ГИС.
Графическая часть модели ГИС связана с табличной и является результатом визуализации геоданных, которые хранятся в базе данных. Она создает возможности визуального моделирования геоинформационной модели. По существу, графическая и базовая части модели ГИС дублируют друг друга. Это создает возможность двойственной работы с моделью ГИС: либо через визуальный редактор, либо через интерфейс базы данных.
Отсюда следует, что геоинформационная модель пространственного объекта, который хранится в ГИС, обладает одновременно свойствами визуальных моделей и моделей базы данных. Это определяет преимущество геоинформационных моделей перед другими.
Два вида моделирования в ГИС связаны. Визуальное моделирование [23] геоинформационной модели, состоящее в преобразование графического объекта, влечет преобразование табличных данных. И наоборот, преобразование табличных данных геоинформационной модели изменяет характеристики ее визуального отображения. Это одна из особенностей геоинформационного моделирования. Геоинформационное моделирование можно определить как класс моделирования над пространственными объектами, связанных с базами данных. Оно включает пять основных типов моделирования:
• Преобразование графической части модели, которое приводит к изменению графических и табличных данных;
• Преобразование табличных данных, что приводит к изменению графических и табличных данных;
• Преобразование графических объектов из одного типа в другой;
• Построение цифровых моделей явлений как серии моделей;
• Построение, редактирование или модификация графическое объектов на основе пространственных отношений между ними (оверлей).
Формализм геоинформационного моделирования. Теоретическую основу геоинформационного моделирования составляют преобразования, основанные на: теоретико-множественных отношениях, законах формальной логики, алгоритмах обработки изображений, технологиях работы с компьютерной графикой, технологиях СУБД, технологиях САПР и другом. Объектами геоинформационного моделирования являются пространственные объекты. Геоинформационное моделирование в ГИС включает следующие специальные технологии:
• геогруппировку - построение временной динамической модели путем объединения графических объектов в более крупные объекты;
• буферизацию - процедуру построения дополнительных объектов по заданным параметрам буферизации;
• генерализацию - процедуру интеграции объектов и изменения их видимости при изменении масштаба;
• комбинирование - процедуры композиции или декомпозиции графических объектов на основе отношений между ними;
• геокодирование - процедуру позиционирования (координатной привязки) данных одной таблицы к данным другой, позиционно определенной таблицы;
• обобщение данных - процедуру создания атрибутов новых объектов на основе отношений атрибутов первичных объектов;
• построение тематических карт на основе анализа и обработки атрибутивных данных;
• проведение автоматической классификации признаков графических объектов (включая растровые) по заданным критериям.
Формализация моделирования. При геоинформационном моделировании реальное пространственное явление или объект описываются с помощью специального аппарата. Такое описание называют формализованным. Оно служит для представления исследуемых элементов явлений и их взаимосвязей. Геоинформационное моделирование является технологическим. В отличие от теоретических методов моделирования оно взаимодействует с объектами базы данных ГИС.
Перед началом моделирования в распоряжении оператора имеется совокупность различных объектов, одни из которых могут участвовать в процессе моделирования другие - нет. Поэтому перед началом геоинформационного моделирования необходимо выделять слой, объект или объекты моделирования среди множества других, не участвующих в процессе моделирования.
Данная процедура называется активизацией объекта (объектов) и осуществляется по аналогии с процедурой активизации объектов во всех существующих графических редакторах.
Будем обозначать активизированный объект символом А, прочие объекты символом О. При геоинформационном моделировании могут использовать специальный объект 3, который применяют в качестве шаблона (маски). Объект, вновь создаваемый или модифицируемый, из изменяемого объекта обозначим символом М. В рамках такой модели обобщенная процедура геоинформационного моделирования описывается на основе отношений между А и 3.
А хЗ —М
Здесь: х - символ пространственного отношения; — импликация. В геоинформатике имеются три качественных типа графических векторных объектов: точечные (РО, линейные (¿п) и площадные (Аг) [5, 22]. Изменяемый объект А и 3 шаблон должны принадлежать к одному типу. Пространственный объект описывается двумя классами геоданных [24, 25]: позиционными (координатными или метрическими) и атрибутивными. Условимся обозначать совокупность атрибутов произвольного объекта О символом А((О ), совокупность позиционных данных символом Pos(O ).
Комбинирование выбранных объектов. Комбинирование выбранных объектов является одной из специальных процедур геоинформационного моделирования. Оно относится к пространственной части геоинформационной модели. При использовании ГИС такое моделирование осуществляют операции с графическими объектами. Активизированный объект А называют также изменяемым объектом, подчеркивая этим саму возможность его модификации и взаимодействия с другими подобными объектами, а не то, что этот объект надо в обязательном порядке изменять.
Объединение объектов. Наиболее распространенной процедурой комбинирования объектов является их объединение. Эту процедуру удобно использовать, когда один из объектов является определяющим, например, материковую часть государства и острова, относящиеся к нему, в одну территорию. Этот вид моделирования описывается теоретико множественным отношением объединения и не представляет сложности при его компьютерной реализации
А1 иА2 иАг uAk —М
к - число исходных объектов, участвующих в объединении.
В результате такого вида моделирования создается новый объект М и определяются, соответствующие ему метрические и атрибутивные данные. На рис.1 показано объединение трех объектов А1, А2, А3 в объект М.
А1 А2
С
Рис. 1. Комбинирование объектов на основе объединения
Выделение нескольких объектов из одного. Процедура выделения объектов является обратной процедуре комбинирования. Она позволяет разбить изменяемый объект на более мелкие объекты. При этом возможны два варианта.
Первый вариант основан на использовании отношения принадлежности элементов множества к своим подмножествам. Если имеется множество М (х;, Х2, хз, Хп), в котором можно выделить характерные элементы (х;, х2, х3, хп}, каждый из которых характеризует не пересекающееся подмножество (X;, Х2, Хз, Хп), данного множества, то процедура выделения имеет вид [26]
ЬбСг еМ (х1, х2, хз, хп); (х1 лх2 лхз лхп )—Хг,
Этот вариант используется, когда задано пространство признаков, которые в явной форме можно отделить друг от друга.
Второй вариант выделения пространственных объектов основан на использовании заданных шаблонов. Этот вариант используют при геоинформационном проектировании и межевании земель [27, 28]. Исходным условием является наличие общего ареала (множества), в котором необходимо создать непересекающиеся множества. Эта задача всегда возникает при выделе участков в садовом товариществе или ином образовании. С помощью набора шаблонов можно разбить большую территорию на составляющие части.
А П З1 —М1; А П 32 —М2; ..... А П Зп —Мп.
М
Шаблоны могут задаваться морфологически как паттерны или аналитически, путем измерения на местности по определенным правилам.
Удаление фрагментов объектов. Удалить фрагмента изменяемого объекта осуществляют также как операцию моделирования с несколькими объектами. Удалить часть изменяемого объекта можно путем наложения на него объекта-шаблона. Это удаление по совпадению с образцом.
А - -А П ^ — М
Другой путь - удаление фрагмента изменяемого объекта, который не совпадает с объектом-шаблоном. Это удаление по несовпадению с образцом.
А П ^ — М
Например, чтобы удалить из объекта, обозначающего границы административной единицы, территорию некоторого участка, надо создать его как шаблон и с помощью команд ГИС удалить его как фрагмент из административной единицы, включающей данный участок.
Добавление узлов путем комбинирования объектов. Эта топологическая процедура моделирования «Добавления узлов» применима только к линейным объектам. Она позволяет создать новые точки в полигинии с сохранением топологии или с ее изменением, если добавляемый узел соединяет линейный объект с другим.
В отличие от обычной процедуры графического редактирования, добавление узлов как процедура геоинформационного моделирования основана на взаимодействии не менее двух линейных объектов. Само добавление узлов осуществляется автоматически, как результат суперпозиции графических объектов, а не с помощью указаний оператора как в технологиях компьютерной графики.
3(А1, А2) : Pos(А1) лPos(А2) —Pos(M)
Подобная процедура нужна, например, при внесении на карту новой улицы, соприкасающейся с уже существующими улицами. Она позволяет точно задать места пересечения улиц в виде узлов. Данная процедура используется при геоинформационном проектировании, например при выносе железнодорожной трассы в натуру.
Атрибутивное моделирование. Комбинированию пространственной части геоинформационной модели должно соответствовать изменение атрибутов. Однако в ГИС существует возможность комбинирования пространственной части путем изменения атрибутов. Это именуют атрибутивным моделированием. При создании нового объекта необходимо определить его атрибуты, т.е. сопоставить ему таблицу с данными. Объект может создаваться путем укрупнения или на основе разбиения более крупного.
При объединении (композиции) более мелких, имеющих табличные данные, необходимо задать правила вычисления атрибутов аналогичных данных для создаваемого нового объекта. Такие процедуры геоинформационного моделирования называют обобщением данных исходных объектов. В процессе обобщения вычисляются данные для создающегося объекта в зависимости от заданного метода отношений атрибутов. Большинство ГИС - технологий содержит следующие методы обобщения данных при объединении объектов:
Сумма - значения атрибутов, соответствующих исходным объектам, складываются, и сумма присваивается новому объекту.
At(М) = Е At(Аi ) 1=1.......к
к - число исходных объектов.
Среднее - вычисляется среднее значение атрибутов исходных объектов и присваивается атрибуту нового объекту.
At(М) = Е At(Аi ) / .к 1=1.......к
Взвешенное среднее - разные значения для исходных объектов умножаются на различные коэффициенты (веса) р. Веса можно брать из любого числового поля таблицы или вычислять по значению характеристики пространственного объекта (например, использовать его площадь или периметр, которые могут отсутствовать в таблице.)
At(М) = Е р At(Аi ) / .к i=1.......к
Значение - атрибуту нового объекта присваивается указанное значение 2.
At(М) = 2
Информационное соответствие [29, 30, 31] - это условие, согласно которому атрибуту нового объекта присваивается значение, соответствовавшее исходному объекту.
At(М ) = At(A )
При декомпозиции пространственных объектов используют следующие методы преобразования атрибутов:
Пусто - удаляет значение, которое соответствовало изменяемому объекту.
Сохранение - сохраняет значение, которое соответствовало изменяемому объекту.
Пропорционально размеру - вычитает из значения (которое соответствовало изменяемому объекту) долю, пропорциональную размеру вырезанного фрагмента.
Рассмотренные процедуры легко реализуются в системах баз данных, электронных таблицах, пакетах статистической обработки в виде стандартных функций.
Геоинформационное моделирование с применением геогрупп. Технология моделирования, называемая геогруппировкой, основана на аналоге - процедуре из пакетов компьютерной графики САПР, которая создает устойчивые связи между ранее разрозненными объектами. В терминах топологии геогруппировка создает связанность между пространственными объектами. В терминах вычислений геогруппировка создает возможность потоковой обработки объектов или их координат для всей группы за один цикл. Альтернативой является отдельная обработка координат каждого объекта. Например, изменение масштаба, трансформирование или смещение, копирование - выполняется для всей группы. Процесс геогруппировки наряду с объединением графических объектов сопровождается автоматическим объединением их атрибутов, хранящихся в базе данных, связанной с графическими объектами.
Процесс геогруппировки важен при проектировании. Все элементы проекта, например, трассы железной дороги объединяются в единое целое и могут перемещаться, масштабироваться под разные карты и масштабы. Процесс геогруппировки применяют при создании слоев. Например, подземные коммуникации объединяют в один слой.
Геогруппировка может задавать иерархию отношений. Например, геогруппа - слой может содержать геогруппы ареальных объектов (дома на городской территории), линейных объектов (границы, дорожная сеть), точечные объекты. Для геогруппы дома можно создавать группы: коммуникации, кровля, поэтажные планы. Сама по себе геогруппировка также создает стратификацию слоев.
Поэтому данный вид моделирования создает стратифицированную модель, которую удобно обрабатывать и анализировать. Особенно в условиях больших данных. Процесс моделирования включает также возможность создавать копии слоев или геогрупп. После этого можно видоизменять их и либо принимать изменения, либо их отклонять. Это особенно важно при выносе проекта в натуру и анализе его композиции с существующим рельефом местности.
Построение новых графических объектов на основе слияния атрибутивных данных.
Атрибутивные данные хранятся в табличной форме в базе данных ГИС. Поэтому построение новых объектов на основе слияния их атрибутов использует возможности интерфейса ГИС по работе с табличной информацией, в частности на использовании команд типа «Слияние в таблице». Формализовано данная процедура может быть описана секвенцией вида
At(А1 ),... At(Аn ) ^ А1 ,... АП
и отношением вида
A1 и A2 и А\ и Ak — М
Процедуры слияния атрибутивных данных в таблице позволяют создавать новые графические объекты путем объединения существующих объектов подобно процессу геогруппировки. Атрибутивные данные нового объекта, полученного таким способом, вычисляются на основе процедур обобщения. Отличие данной процедуры от геогруппировки технологическое. В данном
случае соединение объектов происходит по табличным данным без использования графических объектов.
В процедуре геогруппировки соединение происходит по графическим объектам без привлечения табличных данных. В обеих случаях создается временная модель, которая может быть зафиксирована при необходимости.
Буферизация. Буфером или буферной зоной называют ареальную область, которая охватывает объект (точечный, линейный, площадной) на заданном расстоянии от выбранного объекта. Процесс буферизации означает построение зоны с помощью процедур геоинформационного моделирования. Буферная зона может строиться не только на постоянном расстоянии от объекта, но и в соответствии некой пространственной функцией. Например, ширина полосы отвода зависит от высоты насыпи или от глубины выемки.
При буферизации дополнительно к объектам заданного типа (точечный, линейный, площадной) создаются объекты ареального типа. Так линейный или точечный объекты служат основой для создания площадных объектов. Форма буферной зоны определяется его дистанцией зоны и формой объекта, вокруг которого строится буфер и способом построения буфера. Для точечных объектов при постоянной дистанции буферная зона имеет вид круга с объектом в центре. Для других объектов форма буферной зоны является частичным аналогом формы объекта. Поскольку в компьютерной графике кривые представляют отрезками прямых, то для графического представления буфера в некоторых ГИС необходимо указать гладкость (число сегментов для буферной кривой).
Радиус буферной зоны может задаваться также в виде значений из столбца таблицы базы данных ГИС. Например, чтобы создать вокруг городов буферные зоны, которые отражали бы численность их населения, можно выбирать значения радиуса буфера из колонки «Население». Такой прием применяют в статистике и в экономической географии.
Можно создавать единый буфер вокруг нескольких выбранных объектов или отдельные буферные зоны вокруг каждого объекта. На рис. 2, рис.3 показаны разные типы буферных зон.
На рис.2 О - означает объект вокруг которого строится буферная зона, БЗ - означает буферная зона.
На рис.3 показана буферная зона, которая может служить основой для полосы отвода при проектировании железных дорог. Следует отметить, что полоса отвода чаще всего не параллельная трассе, поскольку ее ширина зависит от условий рельефа, типа почвы, условий снегозанесе-ния и других причин.
Геокодирование. Процессом позиционирования или технологией геокодирования называют процесс присвоения пары координат XY описанию места путем сравнения описательных элементов, специфичных для местоположения, с элементами в справочных данных [32]. Геокодирование применяется не только в пространственном моделировании [33, 34], но и в медицине [35] и в криминалистике [36]. При геокодировании используют атрибутивные данные. Атрибутивные данные могут собираться как семантика при геодезических измерениях и независимо от геодезических измерений. Например, статистические данные о субъектах федерации собираются в Госкомстате. Эти данные необходимо привязать к соответствующим изображениям этих субъектов на карте.
Для геокодирования необходимо, чтобы имелась хотя бы одна таблица (например, с кадастровыми номерами субъектов федерации) была связана с картографическими отображениями этих объектов. Процедура геокодирования позволяет связывать таблицы, у которых есть хотя бы один столбец с одинаковыми атрибутивными данными. Такая связь позволяет связывать вновь собранные данные с графическим отображением соответствующих объектов. В результате геокодирования таблица с новыми данными становится позиционированной, т.е. ее данные получают пространственную привязку. Поскольку сравнение данных таблиц можно проводить разными путями, существуют разные способы геокодирования.
Рис. 2. Буферные зоны
Рис.3. Буферная при проектировании железных дорого
При геокодировании по полному адресу сравниваются адреса в кодируемой таблице с информацией об улицах и адресах в таблице специального формата, которая поставляется как дополнительное приложение к конкретной ГИС.
При геокодировании таблицы по областям (площадным объектам) сравнивают название области в записи из кодируемой таблицы с названиями областей в таблице поиска. В этом случае записи таблицы присваивает координаты X и Y центроида соответствующей области из таблицы поиска. Центроид области - это примерная точка центра области (координаты центра описанного вокруг области прямоугольника). Существует грубое геокодирование. Оно заключается не в точном определении местоположения объекта (например, адреса), а в указании района его расположения. Для этого достаточно использовать в качестве таблицы поиска файл, содержащий координаты центроидов районов.
По этой причине в ГИС предусмотрены режимы автоматического и ручного геокодирования. Во многих методах геокодирования могут возникнуть ситуации, в которых нельзя добиться полного совпадения. Результаты геокодирования могут быть записаны в поле таблицы, в виде числа, показывающего, какие действия по сравнению были произведены или почему поиск не удался. С помощью кода результата можно находить разные типы необработанных записей. Процесс геокодирования позволяет организовать поиск местоположения объекта на графическом изображении карты по заданным атрибутам. Найденный объект отмечается символом, определенным заранее в системных параметрах ГИС.
Заключение. Геоинформационное моделирование является полной системой для моделирования линейных объектов типа железнодорожный путь. Особенность этого подхода в том, что он позволяет начать моделирование на уровне концепций и развивать модель до уровня технологий. Особенность геоинформационного моделирования в возможности визуального моделирования и подключение когнитивной области к процессу моделирования. Геоинформационное моделирование создает условия для моделирования и проектирования пространственных объектов, которые не могут обеспечить другие системы моделирования, например САПР. Следует подчеркнуть, что геоинформационное моделирование полностью решает задачи проектирования и размещения. Это дает возможность сочетать имитационное моделирования при анализе проекта как конструктивной модели с практической реализацией рабочего проекта. Этим исключается семантический разрыв между теорией проектирования и практической реализацией. Дополнительным преимуществом использования геоинформационного моделирования при проектировании является возможность создания пространственной основы для наложения проекта. Это создается путем предварительного цифрового моделирования рельефа и органического использования этой модели при наложении на нее проекта, например проекта железной дороги. Таким образом, геоинформационное моделирование является основой пространственного проектирования. Однако существует много направлений развития этого направления и это определяет его перспективу.
Литература
1. Ожерельева Т.А. Организационное эвристическое управление // Государственный советник. 2014. № 4. С. 69-75.
2. Лотоцкий В.Л. Пространственное информационное моделирование // Образовательные ресурсы и технологии. 2016.№ 3(15). С. 114-122. DOI: 10.21777/2312-5500-2016-3-114-122.
3. Цветков В.Я. Геоинформационное моделирование // Информационные технологии. 1999. № 3. С. 23- 27.
4. Савиных В.П. Геоинформационное моделирование в космических исследованиях // Образовательные ресурсы и технологии. 2017. № 3(20). С. 109-117.
5. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. - М.: Финансы и статистика, 1998. 288 с.
6. Бахарева Н.А. Пространственные отношения как фактор оценки земель // ИТНОУ: Информационные технологии в науке, образовании и управлении. 2018. № 6. С. 61-69.
7. Цветков В.Я. О пространственных и экономических отношениях // Международный журнал экспериментального образования. 2013. № 3. С. 115-117.
8. Васютинская С.И. Пространственные отношения в кадастре недвижимости // Славянский форум. 2015. № 4(10). С. 89-96.
9. Майоров А.А., Цветков В.Я. Геореференция как применение пространственных отношений в геоинформатике // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2012.
№ 3. С. 87-89.
10. Кулагин В.П. Геореференция в пространственных отношениях // Образовательные ресурсы и технологии. 2016. № 5(17). С. 80-86.
11. Зайцева О.В. Развитие цифрового моделирования // Славянский форум. 2015. № 3(9). С.105-112.
12. Павлов А.И. Цифровое моделирование пространственных объектов // Славянский форум. 2015. № 4(10). С. 275-282.
13. Омельченко А.С. Информационные модели пространственных объектов в геоинформационных системах // Качество, инновации, образование. 2006. № 3. С. 14-17.
14. Павлов А.И. Пространственная информационная ситуация // Славянский форум. 2016. № 4(14). С. 198-203.
15. Цветков В.Я. Пространственные знания // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 7. С. 43-47.
16. Кужелев П.Д. Пространственные знания для управления транспортом // Государственный советник. 2016. № 2. С. 17-22.
17. Кулагин В.П., Цветков В.Я. Геознание: представление и лингвистические аспекты // Информационные технологии. 2013. № 12. С. 2-9.
18. РозенбергИ.Н., ВознесенскаяМ.Е. Геознания и геореференция // Вестник Московского государственного областного педагогического университета. 2010. № 2. С. 116-118.
19. Ожерельева Т.А. Геознания // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 5. (часть 4). С. 669-669.
20. Савиных В.П. Геознание. - М.: МАКС Пресс, 2016. 132 с.
21. Wallgrun, J.O. Exploiting qualitative spatial reasoning for topological adjustment of spatial data. In Proceedings of the 20th International Conference on Advances in Geographic Information Systems pp. 2012. November. 229-238.
22. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика. - М.: МАКС Пресс, 2001. 349 с.
23. Васютинская С.И. Динамические визуальные модели в образовательных технологиях // Современное дополнительное профессиональное педагогическое образование. 2016. № 2. с.70-83.
24. Омельченко А.С. Геоданные как инновационный ресурс // Качество, инновации, образование. 2006. № 1. С. 12-14.
25. Savinykh V.P., Tsvetkov V.Ya. Geodata As a Systemic Information Resource. Herald of the Russian Academy of Sciences. 2014. Vol. 84. No. 5. P. 365-368. DOI: 10.1134/S1019331614050049.
26. Раев В.К. Дихотомический метод уменьшения информационной неопределенности // Перспективы науки и образования. 2017. № 2(26). C. 7-11.
27. Гальченко С.А. Межевание земель населенных пунктов в условиях уплотненной застройки // Имущественные отношения в Российской Федерации. 2008. № 5. C. 41-48.
28. Гришина О.В. Границы муниципальных образований и закрепление их на местности (на примере Московской области) // Журнал российского права. 2005. № 7(103). C. 138-144.
29. Цветков В.Я. Информационное соответствие // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 1-3. C. 454-455.
30. Булгаков С.В. Информационное соответствие в геоинформационном моделировании // Славянский форум. 2017. № 4(18). С. 7-13.
31. Ожерельева Т.А. Информационное соответствие и информационный морфизм в информационном поле // ИТНОУ: Информационные технологии в науке, образовании и управлении. 2017. № 4. С. 86-92.
32. Zandbergen P.A. A comparison of address point, parcel and street geocoding techniques //Computers, Environment and Urban Systems. 2008. V. 32. N. 3. P. 214-232.
33. Cayo M.R., Talbot T.O. Positional error in automated geocoding of residential addresses // International journal of health geographics. 2003. V. 2. N. 1. P. 10.
34. Goldberg D. W., Wilson J. P., Knoblock C. A. From text to geographic coordinates: the current state of geocoding //URISA journal. 2007. V. 19. N. 1. P. 33-47.
35. Jacquez G.M. A research agenda: does geocoding positional error matter in health GIS studies? //Spatial and spatio-temporal epidemiology. 2012. V. 3. N. 1. P. 7-16.
36. Ratcliffe J.H. Geocoding crime and a first estimate of a minimum acceptable hit rate //International Journal of Geographical Information Science. 2004. V. 18. N. 1. P. 61-72.
Сведения об авторе
Ольга Александровна Андреева Зам. гендиректора АО «Транспутьстрой» Россия, Москва
Эл. почта: [email protected]
Information about author
O.A. Andreeva deputy general Director JSC Transputstroy Russia, Moscow
E-mail: [email protected]
УДК 528.9; 004.94 ГРНТИ 36.33.85
2,
О.А. Андреева1, С.Г. Дышленко2 1АО «Транспутьстрой» ФНЦ НИИ системных исследований РАН
2
ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ
Статья исследует новую технологию геоинформационного проектирования. Раскрываются основы трехмерного моделирования. Показана связь трехмерного моделирования и проектирования. Раскрываются основы трехмерного геоинформационного моделирования и трехмерного геоинформационного проектирования. Показано сходство и различие между технологиями САПР и технологиями геоинформационного проектирования. Описана методика трехмерного геоинформационного моделирования. Доказана возможность использования дополненнойреаль-ности при геоинформационном проектировании. Статья раскрывает содержание пространственных моделей как основы геоинформационного проектирования. Показано различие между цифровой моделью и пространственной моделью. Описаны принципы трехмерного геоинформационного проектирования. Статья описывает особенности формирования трехмерных карт для отображения трехмерной реальности. Описана схема системного трехмерного геоинформационного проектирования. Статья доказывает, что геоинформационное проектирование является полной технологической системой.
Ключевые слова: геоинформатика, геоинформационное проектирование, геоинформационное моделирование, пространственные модели, цифровые модели, дополненная реальность, технологическая система, системность.
GEOINFORMATIONAL DESIGN OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS
The purpose of the work is the study of new technology ofgeoinformation design. The article describes the basics of three-dimensional modeling. The relationship of three-dimensional modeling and design is shown. The article describes the basics of three-dimensional geo-information modeling and three-dimensional geo-information design. The similarities and differences between CAD technologies and GIS design technologies are shown. The technique of three-dimensional geo-information modeling is described. The article proves the possibility of using augmented reality in geographic information design. The article reveals the content of spatial models as the basis of geo-information design. The distinction between the digital model and the spatial model is described in the article. The principles of three-dimensional GIS design are described in detail. The article describes the features of the formation of three-dimensional maps to display three-dimensional reality. The technological scheme of the system three-dimensional geo-information design is described in the article. The article proves that geo-information design is a complete technological system.
Keywords: geoinformatics, geoinformation design, geoinformational modeling, spatial models, digital models, augmented reality, technological system, systematic.
Трехмерное проектирование - это процесс разработки пространственной формы поверхности или объекта (неодушевленного или живого) в трех измерениях с помощью специализированного технологического и программного обеспечения [1]. Такой проект называется 3D-модель. Иногда трехмерность может отображаться в виде двумерного изображения с помощью процесса, называемого 3D-рендерингом, или использоваться при компьютерном моделировании физических явлений. Трехмерные проекты и модели могут быть созданы автоматически или вручную. Процесс ручного (технологического) проектирования подготовки геометрических данных для
O A. Andreeva1, S.G.Dyshlenko2 JSC Transputstroy
2niisi ras
2
2
Введение
