CC BY
282
УДК 001.891.5
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ГЕОИНФОРМАЦНОННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ТЕХНИЧЕСКИ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ
А. М. Михеев, И. Ю. Семочкина -
Безопасная эксплуатация пространственно-распределенных технически сложных объектов (РТСО) [1] предполагает осуществление мониторинга и контроля их технических состояний. Основная сложность построения систем мониторинга РТСО заключается в необходимости обеспечения существенного расширения территории контроля при сохранении оперативности предоставления информации лицу, принимающему решения (ЛПР). Обычно для обеспечения оперативного реагирования на нештатные и аварийные ситуации необходимо обеспечить работу в реальном времени [2, 3].
Для решения этой задачи информацию о РТСО, его структуре и параметрах элементов целесообразно представить в виде структуры данных, отражающих текущее техническое состояние РТСО с добавлением его позиции на карте местности.
Под словом «структура» (от латинского structura - строение, расположение, порядок) подразумевается «устойчивая картина взаимных отношений элементов целостного объекта». Под структурой информации будем также подразумевать систему взаимоотношений информационных объектов, а под структурированием информации - выделение информационных объектов из информационной среды соответствующей предметной области, и установление связей между информационными объектами, обеспечивающими адекватное восприятие информации в соответствии с выделенными целями.
Структурирование информации в виде совокупности информационных объектов и связей между ними должно обеспечить формирование цельного образа исследуемой информационной среды. Информационные объекты формируются в соответствии с целями и потребностями индивидуальных пользователей, их частными целями и решаемыми задачами, однако их структура главным образом определяется существующей инфраструктурой информационной среды, включающей системы сбора обработки и хранения информации.
Такая структура информации предоставляет возможность осуществить комплекс мероприятий, направленных на прогнозирование изменения технического состояния РТСО, что важно для его эффективной и безопасной эксплуатации. Для удобства принятия решений использовались алгоритмы интеллектуального анализа данных Data Mining [4], а также графические приложения, используемые в ГИС-технологиях.
Data Mining - технология интеллектуального анализа данных с целью выявления скрытых закономерностей в виде значимых особенностей, корреляций, тенденций и шаблонов. В основу технологии Data Mining положена концепция шаблонов, отражающих фрагменты многоаспектных взаимоотношений в данных. Эти шаблоны представляют собой закономерности, свойственные выборкам данных, которые могут быть компактно выражены в понятной человеку форме. Поиск шаблонов производится методами, не ограниченными рамками априорных предположений о структуре выборки и виде распределений значений анализируемых показателей.
Отображение структуры данных существенно влияет на адекватность решений, принимаемых ЛПР при мониторинге и контроле состояния РТСО. Последние достижения в области передачи и представления пространственной информации привели к тому, что современные геоин-формационные системы (ГИС) более активно используются в различных сферах: от сферы услуг до производства и безопасности. Применение ГИС для отображения пространственной инфраструктуры данных позволяет сделать этот процесс более наглядным и гармоничным. Они могут дать более полное представление о структуре РТСО, нежели экранные формы и мнемосхемы, и
имеют возможность просмотра объектов с любой точки пространства. Применение пространственной инфраструктуры РТСО в ГИС позволяет упростить процессы планирования, контроля и принятия решений, что особенно важно при контроле элементов РТСО. Таким образом, задача организации мониторинга и контроля текущего состояния РТСО уточнения их математических и информационно-структурных моделей для управления их состоянием и планирования адекватных мер по обеспечению безопасного функционирования с применением ГИС является актуальной.
В процессе проектирования и разработки информационной системы (ИС) мониторинга и контроля удаленного РТСО, для обеспечения возможности предоставления консолидированной информации о РТСО использовались алгоритмы интеллектуального анализа данных Data Mining [2], для визуального контроля распределенного РТСО было принято решение использовать возможности ГИС. Главными особенностями, реализованными в процессе разработки ИС мониторинга и контроля удаленного РТСО, включающей в себя интеллектуальные многофункциональные датчики, унифицирующие измерительные преобразователи, средства хранения и цифровой обработки информации, соединенные между собой каналами связи, являются обеспечение и соблюдение следующих основных требований:
- обмен данными между удаленным объектом и ИС;
- удаленный, визуальный контроль пространственной структуры с предоставлением консолидированной информации о состоянии физического объекта;
- визуализация пространственной информации, которая должна отображать объекты при ориентации на современные программные среды, привязывать к графическим объектам произвольную информацию, предоставлять возможность использования графических материалов, накопившихся при работе с другими графическими системами, а также обеспечивать ряд необходимых сервисных возможностей.
Визуализация пространственной структуры РТСО осуществляется за счет использования API, реализованных в библиотеке OpenLayers [5]. В качестве программной платформы для разработки использовалась MS Visual Studio 2010 , язык программирования - C# [6] и JavaScript [7].
Библиотека OpenLayers позволяет очень быстро и легко создать web-интерфейс для отображения картографических материалов, представленных в различных форматах и расположенных на различных серверах. Благодаря OpenLayers предоставляется возможность создать, к примеру, собственную карту, включающую слои, предоставляемые WMS (и WFS) серверами, такими как OpenStreetMap или Geoserver, и данными картографических сервисов Google. Помимо собственно визуализации WMS и WFS слоев на единой web-карте, а также редактирования предоставляемых данных (только для WFS-T серверов) OpenLayers обладает следующими возможностями:
- добавления на карту панели навигации (включена по умолчанию). На панели находятся кнопки сдвига карты (север-юг, запад-восток), увеличение и уменьшение масштаба;
- сдвиг карты с помощью мыши;
- изменение масштаба карты при прокрутке среднего колеса мыши;
- получение координат точки, над которой находится указатель мыши;
- добавление панели управления видимостью/невидимостью слоев карты;
- выбор произвольного объекта и получение атрибутивной информации о нем;
- управление прозрачностью используемых слоев карты;
- добавление к карте определяемых пользователем элементов (точек, линий, полигонов).
В OpenLayers API есть два основополагающих понятия, идентичных аналогичным предложениям Mapserver, - это объекты Map и Layer. Map хранит информацию о проекции, географическом охвате, единицах измерения и других параметрах карты в целом. Внутри карты (Map) данные задаются посредством одного или нескольких объектов Layer. Layer содержит информацию о слоях данных, которые будут помещены на карту, и о том, как каждый из этих слоев должен отображаться на карте. Алгоритм настройки объекта для визуализации пространственной информации включает в себя следующую последовательность:
1. Создание и настройка объекта Settings. В контексте данного объекта осуществляются настройка параметров позиционирования карты, адресов серверов с пространственной информацией, настройка параметров масштабирования и разрешения изображений, параметры измерения и буферизация.
2. Создание слоя карты для визуализации основной ландшафтной информации и слоя для осуществления обработки действий пользователя.
3. Инициализация объекта Map и передача ему соответствующих настроек и параметров. Далее на рис. 1 представлен листинг на языке JavaScript, на котором представлен механизм настройки объекта map, обеспечивающего отображение информации об исследуемом РТСО на карте местности.
var Settings = {};
Settings.mapBounds = [488000, 5884000, 516000, 5905000]; var map;
var bounds = new OpenLayers.Bounds(Settings.mapBounds[0], Settings.mapBounds[1], Set-
tings.mapBounds[2], Settings.mapBounds[3]);
var popupBounds = new OpenLayers.Bounds(50, 50, 50, 50);
var options = { maxExtent: bounds, controls: [], numZoomLevels: 4, resolutions: [30, 14,
6, 2.5, 1.2, 0.5], projection: "EPSG:4326", units: "degrees", paddingForPopups: popupBounds, buffer: 1 }; var map; var map;
var fixSize = function () { window.scrollTo(0, 0); document.body.style.height = '100%';
if (!(/(iphone|ipod)/.test(navigator.userAgent.toLowerCase()))) { if (document.body.parentNode) {
document.body.parentNode.style.height = '100%';
}
}
};
setTimeout(fixSize, 1500); var init = function () {
map = new OpenLayers.Map('map', options); var iMap = new OpenLayers.Layer.WMS(
"buffer 0 OpenLayers WMS", Settings.tileServers,
{ layers: 'basic' },
{ transitionEffect: "resize", IsBaseLayer: true }
);
var openStreetMap = new OpenLayers.Layer.OSM("OpenStreetMap", null, { transitionEffect: 'resize'
});
var vector = new OpenLayers.Layer.Vector("Vector Layer", {}); map.addLayers([iMap, vector]);
map.addControl(new OpenLayers.Control.Attribution());
map.addControl(new OpenLayers.Control.TouchNavigation({ dragPanOptions: { enableKinet-ic: true} }));
map.addControl(new OpenLayers.Control.Zoom()); map.zoomToMaxExtent();
};
Рис. 1. Настройка объекта map для визуализации пространственной информации.
Таким образом, разработан макетный образец, который предоставляет возможность осуществить визуализацию пространственной структуры данных описывающей РТСО на карте местности. Расширение зоны контроля и выделение структуры РТСО в виде пространственной информации позволяет оперативно реагировать на предотвращения критического состояния РТСО. Применение современных ГИС-технологий и алгоритмов интеллектуального анализа данных позволило существенно упростить процесс мониторинга и контроля состояния РСТО. Визуализация пространственной информации осуществляется средствами OpenLayers.
Список литературы
1. Системы интеллектуального анализа данных: методология, реализация, приложения : моногр. / под науч. ред. А. Г. Дмитриенко. - Пенза : Приволжский Дом знаний, 2012. - 164 с.
2. Юрков, Н. К. Интеллектуальные компьютерные обучающие системы : моногр. / Н. К. Юрков. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. - 304 с.
3. Модели объекта изучения интеллектуальной компьютерной обучающей системы / Н. К. Юрков,
В. А. Трусов, И. Д. Граб, В. Я. Баннов, А. В. Затылкин // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2009. - Т. 1. - С. 237-239.
4. Барсегян, А. А. Технологии анализа данных / А. А. Барсегян // Data Mining, Visual Mining, Text Mining, OLAP. - СПб. : БХВ-Петербург, 2007. - 384 с.
5. Hazzard, E. OpenLayers 2.10 Beginner’s Guide / E. Hazzard. - N.Y., 2011. - 372 с.
6. Эспозито, Д. Microsoft ASP.NET 2.0 базовый курс / Д. Эспозито. - М. : Вильямс, 2007. - 688 с.
7. Флэган, Д. JavaScript. Подробное руководство / Д. Флэган. - М., 2008. - 992 с.
УДК 001.891.5
Михеев, А. М.
Интеллектуальная геоинформационная система мониторинга и контроля состояний пространственно распределенных технически сложных объектов / А. М. Михеев, И. Ю. Семочкина // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - № 3. - С. 48-51.
Михеев Алексей Михайлович аспирант,
кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры,
Пензенский государственный университет 440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40 8-987-503-35-42 E-mail: dagas_88@mail.ru
Cемочкина Ирина Юрьевна
кандидат технических наук, доцент, кафедра информационных технологий и систем, Пензенский государственный технологический университет,
440039, Россия, г. Пенза, проезд Байдукова/ ул. Гагарина, 1а/11 8-905-015-89-90 E-mail: ius@pgta.ru
Аннотация. Процессы, реализуемые системами мониторинга и контроля распределенных технически сложных объектов (ТСО), носят сложный, динамичный и, как правило, случайный характер. При управлении такими процессами возникает проблема принятия обоснованных решений в условиях дефицита времени и необходимости обобщения и структурирования большого количества информации для обеспечения их безопасной эксплуатации. Одним из путей решения этой проблемы является применение геоинформационных систем в составе системы мониторинга и контроля распределенного ТСО.
Ключевые слова: интеллектуальные геоинформаци-онные системы, мониторинг, технически сложные системы.
Mikheev Aleksey Mikhaylovich postgraduate student, sub-department of radio equipment design and production,
Penza State University
440026, 40 Krasnaya street, Penza, Russia
8-987-503-35-42
E-mail: dagas_88@mail.ru
Semochkina Irina Yur'evna candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of information technologies and systems, Penza State University of Technology,
440039, 1a/11 Baydukova lane/Gagarina street,
Penza, Russia 8-905-015-89-90 E-mail: ius@pgta.ru
Abstract. The processes realized by systems for monitoring and control of distributed technically complex objects are complex, dynamic, and usually. In managing such processes a problem is to make decisions under time pressure and the need for generalization and structuring large amounts of data to ensure their safe operation. One solution to this problem is the use of geoinformation systems in the monitoring and control of distributed technically complex objects.
Key words: intellectual geoinformation systems, monitoring, technically complex objects.
