Разработка структуры специализированной базы геоданных структуры и базы данных состояния войск для применения в автоматизированных системах управления войсками

Анализ способов хранения геоданных в ГИС. Разработка классификатора базы геоданных. Основные методы визуализации геоданных. Понятие, назначение и структура СПО "Локальный клиент" Системы ГИС-3D. Расчет трудоемкости разработки программного обеспечения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Разработка структуры специализированной базы геоданных структуры и базы данных состояния войск для применения в автоматизированных системах управления войсками

Введение

Развитие современной армии, как и развитие современного общества в целом, базируется на внедрении и развитии информационных технологий. Важнейшей составной частью большинства технологий являются средства обработки цифровой информации о местности во взаимосвязи с многообразными данными о противнике и своих войсках.

Цифровое поле боя или электронное поле боя - новый термин, появившийся в последнее время, охватывает цифровую информацию о местности непосредственно по полю боя и средства ее эксплуатации в виде собственно самой ГИС. Электронное поле боя - серьезный качественный скачок в части применения ГИС для операций. Однако нельзя говорить, что произойдет полная замена бумажных карт на ЦИМ (цифровая информационная модель). Речь идет лишь о их совместном использовании и дополнении. Бумажные карты будут востребованы в течение обозримого будущего, однако командиры, органы управления будут располагать дополнительными источниками пространственной поддержки принятия решений, ранее доступные только командующим и стратегическим направлениям.

ГИС дает возможность создавать информационные продукты, отображающие информацию, точно соответствующую потребностям пользователя. Кроме того, нельзя не учитывать тот факт, что ГИС системы дают новые возможности трехмерной визуализации картографической информации, недоступные для бумажных карт. Трехмерное представление местности из конкретной точки местонахождения наблюдателя или виртуальный облет местности с нанесенной боевой обстановкой, даст более полную картину командиру любого звена, чем просто бумажная карта с нарисованными на ней объектами.

Одно из главных требований к карте военного назначения - поддержка ситуационного отображения. Карта действует как пространственная структура, на которую накладывается оперативно-тактическая обстановка, которая показывает текущее размещение сил и связанных с картой. Бумажная карта не способна быстро отразить ситуацию. ГИС спасает положение путем передачи по каналам связи только лишь оверлейных слоев с текущей обстановкой. Причем это может быть не только список координат, описывающих статус местоположения объектов, но и элементы, имеющие сложную пространственную структуру и пространственные отношения (оси движения в виде пространственного графа, границы с топологией, маршруты, минные поля и т.д.).

При размещении на местах воинских подразделений, они нуждаются в детальном понимании ландшафта, чтобы провести успешные действия.

Наиболее важные области применения ГИС:

— планирование движения техники с учетом конкретной боевой обстановки, состояния местности, скрытности, времени суток, характеристик конкретной боевой техники и т.д.;

— планирование полетов авиации и беспилотных летательных аппаратов с целью нанесения ударов, перевозки грузов и личного состава, ведения разведки;

— оптимизация расписания и маршрутов движения;

— определение наиболее возможных маршрутов передвижения противника и планирование размещения средств противодействия.

При разработке специализированной ГИС большую роль играет разработка классификатора. Классификатор отображает структуру ГИС, от этого зависит ее функциональность и производительность.

Для успешной разработки классификатора необходимо хорошо понимать механизмы хранения и визуализации данных. Также для ГИС военной направленности остро стоит вопрос надежной защиты данных.

Рассмотрению этих вопросов посвящена моя выпускная квалификационная работа.

1. Конструкторский раздел

1.1 Анализ способов хранения геоданных в ГИС

Рассмотрим и проанализируем представление и хранение информации на примере СУБД ArcSDE. Она использует объектно-реляционную модель данных. Эта модель данных позволяет описывать не только геометрию объектов, но и их поведение, правила, взаимосвязи с другими классами объектов и объектами базы геоданных. Эта интеграция поведения с геометрией позволяет создавать более сложные, расширенные модели ГИС-данных. База геоданных позволяет хранить как векторные (содержащие до четырех измерений), так и растровые (в виде мозаики или каталога растров) данные, а также топологические взаимоотношения, геометрические сети, метаданные, размерности и т.д.

1.1.1 Организация хранения векторных данных

Векторные данные в схеме ArcSDE образуют классы. Под классом понимается таблица, которой приписывается «поведение». Строки в таблице соответствуют записям для отдельных объектов, которые имеют свое «поведение» в ГИС. Например, к классу объектов могут быть отнесены объекты типа «собственник земельных участков». Пользователь может устанавливать взаимоотношения между полигональными векторными объектами для земельных участков и объектами класса собственников.

Каждый объект описывается атрибутами, которые хранятся как данные в полях таблицы для класса векторных объектов. Атрибуты определяют стандартные и частные свойства векторных объектов и могут быть численными, текстовыми или описательными идентификаторами.

Каждый объект на логическом уровне имеет пространственную привязку - систему наземных координат, в которой представлен набор данных. Привязка служит для описания реального положения набора данных на земле. Пространственная привязка включает такие характеристики, как тип картографической проекции, дату, допустимый диапазон значений координат (например, для координат x, y или x, y, z).

В схеме ArcSDE существуют подтипы - наборы классов для отдельных представителей класса векторных объектов. Класс векторных объектов может содержать векторные объекты, которые имеют одинаковое «поведение» и одинаковые свойства, но их значение или роль в данной модели могут отличаться.

Векторные объекты в ArcSDE объединяются в наборы - совокупность классов векторных объектов с одинаковой пространственной привязкой. Классы векторных объектов в наборе векторных объектов могут быть организованы в виде сетей или пространственных топологий. Наборы векторных объектов аналогичны покрытиям, в которых они являются совокупностью связанных классов векторных объектов, однако, наборы векторных объектов имеют меньше ограничений и более функциональны, чем покрытия. Наборы векторных объектов становятся особенно полезными, когда необходимо моделировать пространственно связанные векторные объекты, такие, например, как производственные сети, дороги, слои, характеризующие окружающую среду, географические регионы и т.п.

ArcSDE реализует в своей архитектуре геометрические сети - определяемый пользователем набор классов векторных объектов, которые образуют часть неразрывной сети, состоящей из краевых элементов, переходов и поворотов.

Набор классов векторных объектов, которые используют общую геометрию, определяемый пользователем, называется пространственной топологией. Пространственная топология позволяет использовать один общий набор линий, для представления геометрии ряда классов векторных объектов. Например, такие классы объектов, как типы почв, растительность, модель местности и водные объекты, могут использовать совместно общие границы полигонов. Любое изменение, внесенное в общую границу, автоматически обновляет коллективно используемые границы для всех векторных объектов. Классы векторных объектов, которые участвуют в пространственной топологии, организуются в такие же наборы векторных объектов.

Для определения допустимых значений для атрибутов в виде диапазона или набора значений используются домены.

Правила проверки корректности являются одним или более ограничением, накладываемым на значения атрибутов, топологию или положение векторных объектов, для обеспечения единства «поведения» векторных объектов. Например, правила неразрывности накладывают ограничения на места соединений в сетях.

1.1.2 Организация хранения растровых данных

Базы геоданных могут содержать наборы растровых данных. Каждый растр представляет изображаемое пространство в виде одинаковых по размерам элементов или пикселей. Набор растровых данных хранится в виде двумерной матрицы с определенным значением параметра для каждого элемента изображения. Каждый элемент изображения имеет одинаковые размеры по высоте и ширине. Положение (географические координаты) верхнего левого угла сетки вместе с размерами элемента и числом элементов в строках и столбцах определяет пространственный экстент растрового набора данных.

Растровые данные представляют собой обособленный класс данных, используемый в ГИС. ArcSDE обеспечивает возможность работы с достаточно большим количеством растровых форматов.

ArcSDE работает с растровыми данными также хорошо, как и с векторными. Когда создается бизнес-таблица со столбцом растрового типа, ArcSDE рассматривает этот столбец как набор растровых данных. Набор растровых данных может иметь множество изображений, составляющих этот набор, но геопривязанные изображения не могут соединиться в один растровый слой с непривязанными изображениями. Информация о растровом столбце, хранится в одной из системных таблиц ArcSDE, называемой raster_columns.

Растровые наборы данных содержат один или более слоев, называемые полосами (bands). Например, обычное цветное изображение состои...