CC BY
77
2. Шишкина А.А. Аналитический метод выбора климатического оборудования в помещении промышленного назначения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 329-332.
3. Шишкина П.А. Математическое моделирование и сравнительный анализ работы оборудования для обеспечения комфортной температуры в производственном помещении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 276-279.
4. Чубова Е.В. Анализ этапов внедрения системы управления охраной труда // Известия Тульского государственногго университета. Технические науки. 2020. Вып. 7. С. 272-278.
5. Газаров А.Р. Применение метода конечных элементов для исследования аэродинамики зданий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 282-284.
6. Вайцель А.А., Сиренко Е.Р., Гаврюхина А.В. Анализ программного комплекса для расчёта гидродинамических процессов в водоснабжении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 102-105.
Шишкина Полина Андреевна, студент, shishkina5ap@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTER ANALYSIS OF THE IMPACT OF AN OPEN WINDOW TO PROVIDE COMFORTABLE
WORKING CONDITIONS
P.A. Shishkina
Using modern computer technologies, mathematical modeling was carried out in order to determine the impact of an open window on the working conditions and safety in the office space. The schemes of pressure and wind speed distribution with analytical interpretation of the obtained data are presented.
Key words: information, information processing, computer modeling, wind, working conditions, labor protection.
Shishkina Polina Andreevna, student, shishkina5ap@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.021
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-283-287
РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
А.В. Курагин, А.Н. Колесенков, Б.В. Костров
Рассмотрены актуальные подходы и методы проектирования геоинформационных систем. Для классического метода проектирования более детально описаны технологии кодирования геоданных с учетом источников этих данных и оценена степень их точности. Предложена модель развития адаптивного проектирования ГИС. Приведены особенности построения ГИС в зависимости от источников входных данных.
Ключевые слова: геоинформационная система, ГИС, проектирование, построение, адаптивное проектирование, моделирование.
Развитие современных программных и аппаратных средств создает множество возможностей их использования в решении задач, использующих методы геопозиционирования и геолокации. В качестве инструментов, обеспечивающих возможности разработки геоинформационных систем, выступают данные спутникового позиционирования, автоматизированные системы картографии.
Области применения геоинформационных систем (ГИС) достаточно обширны и включают [1]:
экологический мониторинг объектов и территорий;
управление автотранспортными средствами и обнаружение их местонахождения в режиме реального времени;
использование в компаниях, профилем деятельности которых является разработка месторождений;
использование в сельскохозяйственных организациях в техноло-гиях проектирования распределения площадей под посевы различных культур;
использование в технологиях строительства и обслуживания дорожной инфраструктуры;
технологии, предполагающие взаимодействие ГИС с мобильными устройствами;
использование в системах умного города, в системах охраны;
работа картографических технологий.
На сегодняшний день выделяют два основных подхода к проектированию ГИС. Первый подход - это классический подход (рис. 1), основанный на последовательном переходе от одного этапа к другому, причем каждый этап содержит большое число подэтапов [2].
Компоненты ГИС включают:
географические карты, представленные в виде шаблонов, настроенных в соответствии со спецификой решаемых задач;
прикладные данные, связанные с решением поставленных задач;
аппаратное обеспечение, позволяющее обнаруживать координаты объектов для передачи их в ГИС.
Формирование требований
Разработка концепции
Техническое задание
Эскизный проект
1
Тестирование
Ввод в действие
Рабочая документация
Технический проект
Рис. 1. Схема классического проектирования
Стадии создания ГИС включают:
постановку задач, требующих использования геоданных;
разработку информационной модели в соответствии с поставленными задачами;
построение координатной модели, в которой информация из базы данных сопоставляется с географическими координатами;
выбор технологии, позволяющей разрабатывать приложение, компонентами которого являются геоинформационные технологии;
заключительный этап - это контроль за системой с внесением корректировок для обеспечения гибкости и приспосабливаемости ГИС в целом.
Таким образом, современные ГИС представляют собой многофункциональные технологии для сбора, обработки геоданных и построения математических моделей [3,4].
В рамках данной статьи более подробно рассмотрим построение координатной модели для формирования понимания уровня различных компетенций, причем не одного специалиста по проектированию, а целой группы.
Моделирование географических объектов в ГИС производится посредством векторных, растровых методов, триангуляционных технологий [5].
Создание моделей с использованием векторных моделей предполагает представление объектов в системе координат, соответствующей широте, долготе и высоте над уровнем моря с дальнейшим построением линий уровня (соответствующих одинаковым отметкам по высоте).
В растровых моделях ГИС проводится разбиение карт на ячейки, внутри которых высоту над уровнем моря можно считать постоянной величиной, что позволяет строить модели через матрицу, элементами которой являются координаты ячеек и значение высоты над уровнем моря для каждой из них. При этом точность растровых моделей определяется размером ячеек и повышается с уменьшением их площади. Характеристикой точности растровых моделей является их разрешение (минимальный размер точки), выраженный в метрах [6,7].
284
В качестве источников исходных данных при реализации растровых моделей выступает информация топографических карт, данных, полученных с систем аэрофотосъемки, снимков, полученных со спутников. Для получения более точных ГИС используется информация с лазерных сканеров пространства, альтиметрических систем, систем геопозиционирования и других геодезических систем.
Для создания ГИС используются данные, полученные по результатам обработки данных указанными выше методами с использованием технологий морфометрии, систем анализа экспозиции, угловых параметров, расчета уровней кривизны географических объектов; изучение областей в зависимости от уровня освещенности. Данные, полученные по результатам обработки растровых блоков, являются основой цифровых профилей местности [8].
При построении моделей с использованием технологий триангуляции используются компоненты, включающие геометрические примитивы, посредством которых возможно провести приближенное описание географических объектов. С использованием указанной технологии местность описывается в виде последовательности узлов, ребер, треугольников, полигонов оболочек и топологии.
Наименьшими по размеру примитивами в триангулярной модели являются узлы, которые образуются через пересечение геометрических фигур, описывающих неровности на поверхности объектов.
Основной характеристикой узлов является высота (Z). Совокупность узлов, соединенных между собой, описывается через треугольники, соответствующие критерию триангуляции Делоне. Для треугольников характерно постоянство угла наклона и возможность приближения через двумерные модели. Модели ГИС на данной основе включают совокупность областей, заключенных в треугольники, для которых проведена нумерация и указаны координаты. Триан-гулярная модель в ГИС обладает более высоким уровнем точности в отличии от растровой.
На сегодняшний день в качестве источников данных для ГИС используются источники SRTM C-Band (имеющие пространственное разрешение 90 м), SRTM X-Band (с пространственным разрешением 30 м) и ASTER GDEM (с пространственным разрешением 30 м).
SRTM (Shuttle radar topographic mission) представляет собой комплекс данных, полученных с использованием систем радарной топографической съемки аппаратами моделей SIR-C и X-SAR [4]. Результатом съемки явились данные, позволяющие проводить интеграцию с ГИС различного профиля. Информация от SRTM X-band обладает качественными характеристиками по разрешающей способности, что позволяет максимально точно моделировать географические объекты.
Одним из источников геоданных является ASTER GDEM (Global Digital Elevation Model) - система, разработаная с использованием технологий программной обработки данных, полученных со снимков радиометра ASTER [9]. Характеристики системы позволяют создавать ГИС по земной поверхности в диапазоне широт между 83 градуса с.ш. и 83 градуса ю.ш. и включают 22 600 ячеек, заключенных в диапазоне 1 градус. Снимки представлены в расширении GeoTIFF в привязке к координатам WGS-1984 (без проекции) с разрешением 1 дюйм. Кодирование информации со спутника ASTER GDEM произведено в растровом виде, в котором значениям ячеек сопоставлена абсолютная высота местности. Степень точности данных ASTER GDEM с вероятностью 95 % соответствует 20 м по показателям высоты и 30 м в плане. При разрешении данных в 30 м, достоверное значение идентифицируемых элементов топографии составляет 100-120 м.
Таким образом, при построении ГИС необходимо провести выбор технологии кодирования данных (векторное, растровое, триангулярное), провести выбор источника информации с дальнейшим включением в системы кодирования геоданных.
Такой классический подход проектирования является сложным и длительным по времени с большими финансовыми и трудовыми затратами, что не всегда является приемлемым для конечного пользователя. Кроме того, большинство пользователей вообще не обладают компетенцией проектирования ГИС. Поэтому предлагается метод адаптивного проектирования, при котором пользователь имеет готовую ГИС с возможностью внесения изменений под конкретные задачи [10].
Пользователь проектирует только последние три этапа: Тестирование ^ Модернизация ^ Сопровождение. В качестве исходной модели применяется состояние системы «Как есть», на выходе получается состояние «Как должно быть». При данном подходе предлагается создать «банк» ошибок для накопления статистики и исключения повторного появления. Для перехода от состояния «Как есть» к состоянию «Как должно быть» создается пользовательский
Интерфейс, который может обрабатываться вручную или автоматически с использованием приложения в среде визуального программирования. Схема проектирования представлена на рис. 2.
Основой интерфейса является система управления базами данных, которая на основе исходных данных позволяет создавать векторные, растровые, матричные или комбинированные многослойные электронные карты. Визуализация происходит в общепринятых условных знаках, причем пользователь может создавать свои уникальные обозначения. Редактирование осуществляется с помощью большого набора сервисных функций с возможностью вывода на различные устройства [11].
Рис. 2. Схема адаптивного проектирования
Таким образом, применение адаптивного проектирования является гораздо менее затратным процессом, по сравнению с классическим способом, как с точки зрения времени и финансов, так и с точки зрения уровня знаний. К процессу привлекаются конечные пользователи с меньшими компетенциями или компетенциями из смежных областей науки, что предполагает невероятный охват различных сфер научных интересов, исследуемых и применяемых на практике с помощью современных ГИС [12]. Дальнейшая модель развития адаптивного проектирования заключается в том, что профессиональным командам стоит сосредоточиться на создании более качественных базовых ГИС, возможности которых позволят большему кругу конечных пользователей решать свои конкретные задачи, находясь в тесной взаимосвязи с разработчиками.
Список литературы
1. Чечушкова А.А. Применение корпоративных ГИС на основе технологий с открытым исходным кодом // Геоинформационные системы в управлении: Сборник трудов научно-практического семинара. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2017. С. 79-87.
2. Симонова А.В. Геоинформационные системы и Интернет: учебное пособие. Ярославль: Издательский дом ЯГТУ, 2018. 55 с.
3. Геоинформатика: в 2 кн. Кн. 2: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарёв, В.С. Тикунов и др.; под ред. В.С. Тикунова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Издательский центр «Академия», 2010. 432 с.
4. Колесенков А.Н., Несова А.В. Алгоритмы сетевого анализа в геоинформационных системах мониторинга чрезвычайных ситуаций // Вопросы науки. 2015. Т. 3. С. 101105.
5. Котиков Ю.Г. Геоинформационные системы: учебное пособие. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский гос. архитектурно-строит. ун-т, 2016. 220 с.
6. Колесенков А.Н. Технологические аспекты геоинформационной системы индексации и распространения аэрокосмических изображений // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2017. № 2(67). С. 135-145. DOI 10.17212/1814-11962017-2-135-145.
7. Газизов Т.Т. Моделирование систем: учебное пособие. Томск: Томский государственный педагогический университет, 2015. 230 с.
8. Блануца В.И. Информационно-сетевая география: монография. М.: Инфра-М, 2019.
242 с.
9. Дышленко С.Г. Разработка технологии адаптивного проектирования ГИС : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.35 / Дышленко Сергей Геннадьевич. М., 2011. 131 с.
10. Колесенков А.Н. Современные подходы к обработке данных при построении геоинформационных систем экологического мониторинга // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 9. С. 103-112.
11. Костров Б.В., Трушина Е.А. Разработка интегральной модели человеко-машинного взаимодействия в автоматизированной информационной системе // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 10. С. 64-69.
12. Kudzh S.A., Tsvetkov V.Ya. Geoinformatics Ontologies // European Researcher. 2013. No 11-1(62). P. 2566-2572.
Курагин Антон Валерьевич, аспирант, krgn2003@mail.ru, Россия, Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина,
Колесенков Александр Николаевич, канд. техн. наук, доцент, sk62@mail.ru, Россия, Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина,
Костров Борис Васильевич, д-р техн. наук, профессор, kostrov.b.v@evm.rsreu. ru, Россия, Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина
DEVELOPMENT AND ANALYSIS OF METHODS, DESIGN OF GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS
A.V. Kuragin, A.N. Kolesenkov, B.V. Kostrov
The current approaches and methods of designing geoinformation systems are considered. For the classical design method, the technologies of encoding geodata are described in more detail, taking into account the sources of this data, and the degree of their accuracy is estimated. A model for the development of adaptive GIS design is proposed. The features of GIS construction depending on the input data sources are given.
Key words: geoinformation system, GIS, design, construction, adaptive design, modeling.
Kuragin Anton Valerevich, postgraduate, krgn2003@mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan state radio engineering University,
Kolesenkov Aleksandr Nikolaevich, candidate of technical science, docent, sk62@mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan State Radio Engineering University,
Kostrov Boris Vasilevich, doctor of technical science, professor, kostrov.b.v@evm.rsreu.ru, Russia, Ryazan, Ryazan State Radio Engineering University
УДК 004.94; 331.45
АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ УСЛОВИЙ ТРУДА И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
А.А. Шишкина
Проводится компьютерное моделирование работы системы отопления и кондиционирования с использованием стационарных источников тепла, вытяжной и приточной системы вентиляции для оценки условий труда в офисном помещении.
Ключевые слова: сравнительный анализ, обработка информации, программное обеспечение, математическое моделирование, условия труда, охрана труда.
Исследование условий охраны труда возможно с использованием программного обеспечения и компьютерных моделирований. Так возможно исследование вибрационных нагрузок, температурных, иных климатических условий на жизнь и здоровье человека [1-4]. Кроме того, возможна оценка оборудования на безопасность, строений на эксплуатацию при сейсмических и иных внешних воздействиях [5-7]. Перечисленные выше возможности реализуются с помощью программных комплексов Ansys и иных подобных программ, отличающихся между собой функциональными возможностями, удобством использования и точностью решения.
287
