Результаты исследования геоинформационных систем в контексте инновационных технологий как среды визуализации и аналитической обработки данных в алгоритмах дополненной реальности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФИЦ «Информатика и управление» РАН

Результаты исследования геоинформационных систем в контексте инновационных технологий как среды визуализации и аналитической обработки данных в алгоритмах дополненной реальности

Воронин А.В.

к.т.н., доцент, в.н.с.

Ключевые слова: геоинформационные системы, ГИС, визуализация, анализ, ИГИС, геообъект, геоданные.

Keywords: Geoinformation systems, GIS, visualization, analysis, IGIS, geoobject, geodata.

Введение

Качественное решение задач практически всех направлений жизнедеятельности Человека на современном этапе осуществляется посредством использования центров поддержки принятия решений, одним из центральных элементов которых является геоинформационная система.

Применение ГИС и дополненной реальности обусловлено возможностью наглядного восприятия геообъектов по их управлению и контролю. Анализ системных связей, закономерностей функционирования и развития геоинформационных систем дает возможность определения функционала ГИС и перспектив инновационного развития.

Целью исследования, представленного в статье, является анализ и получение выводов о перспективах развития геоинформационных систем в динамике совершенствования инновационных технологий инфокоммуникационного мира.

Для достижения целевой установки решались задачи.

1. Анализ геоинформационных систем как среды визуализации и аналитической обработки данных в алгоритмах дополненной реальности в перспективе их развития.

2. Определение эффективности использования геоинформационной системы в перспективе эволюционного развития.

1. Анализ геоинформационных систем как среды визуализации и аналитической обработки данных в алгоритмах дополненной реальности в перспективе их развития

В документах OGC и OSGeo [1, 2] геоинформационная система определяется как компьютерная система для сбора, хранения, проверки, интеграции, управления, анализа, и отображения данных применительно к их расположению на поверхности Земли.

В работах Присяжнюка С.П., Филатова В.Н., Федоненкова [3, 6, 7] под геоинформационной системой понимают автоматизированную систему, предназначенную для обработки пространственно-временных данных, которые позволяют расширить знания о каком-либо явлении или предмете (объекте) реального мира (дополненная реальность), при этом основой их интеграции служит географическая информация.

Дополненная реальность, являющаяся результатом введения в поле восприятия сервисов, улучшающих визуализацию информации, является важной частью развития инфокоммуникационного мира и, как правило, имеет дело с динамически изменяющейся отображаемой ситуацией, большим числом объектов и метаданных, которые при отображении на экране формируют сложные представления.

С точки зрения выполнения основных функций в [3] дается определение ГИС как автоматизированной системы, предназначенной для сбора, обработки, анализа, моделирования и отображения данных, а также решения информационных и расчетных задач с использованием цифровой картографической, аналоговой и текстовой информации. Данное определение созвучно с определением OGC и OSGeo.

В работах Юсупова Р.М., Поповича В.В., Бернштейна Л. С., Розенберга И.Н., Белякова С.Л. [4, 5] определение ГИС рассматривается в широком и узком смыслах: в широком - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации; в узком - инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах.

Как видно из данных определений, геоинформационная система - это система, реализующая информационную с дополненной реальностью технологию по выполнению установленных функций: ввода, контроля целостности и хранения данных, преобразования форматов, разграничение прав доступа, выполнения геоинформационных задач, отображения геоданных и результатов анализа данных.

Перспектива развития ГИС неразрывно связана с развитием информационной технологии. Рассмотрим геоинформационные системы, представленные на рынке геоуслуг.

В [6, 7] предложена классификация ГИС по пространственной характеристике, региональной принадлежности, форме представления геоданных, используемым аппаратным средствам и области применения. Однако центральный элемент - реализуемый функционал (основные функции) - не рассматривался. Проанализируем технологии хранения данных и организации их взаимодействия, позволяющие выявить достоинства и недостатки геоинформационных систем.

1. Геоинформационные системы, состоящие из одной или нескольких программ. Данные системы просты в реализации и эксплуатации, имеются ограничения при совместном использовании геоданных в компьютерной сети (поддерживаются, как правило, функции сетевой операционной системы). Достоинства: возможность реализации уникальных алгоритмов обработки геоданных, простая трансформация в виду использования собственных форматов данных, высокое быстродействие. Недостатки: отсутствие возможности разработки уникальных алгоритмов обработки геоданных потребителями услуги, несовместимость с форматами данных других ГИС.

2. Геоинформационные системы, функционирующие с использованием технологии клиент-сервер. Системы предполагают наличие выделенного в сети сервера геоданных, однако его функциональность, как правило, ограничена. Сложность в эксплуатации систем требует наличия квалифицированного персонала. Достоинства: возможность реализации уникальных алгоритмов обработки геоданных, простая трансформация в виду использования собственных форматов данных, высокое быстродействие. Недостатки: отсутствие возможности разработки уникальных алгоритмов обработки геоданных потребителями услуг, несовместимость с форматами данных других ГИС.

3. Геоинформационные системы, функционирующие с использованием технологии клиент-сервер и хранящие данные с использованием одной из распространённых систем управления базами данных (Microsoft SQL Server, Oracle, My SQL, Postgre SQL). Системы ориентированы на использование внешней СУБД и современных средств работы с ней. Следовательно, сложность в эксплуатации систем (необходимы настройки ГИС, СУБД) требует наличие квалифицированного персонала. Достоинство - простая трансформация в виду использования собственных форматов данных. Недостатки: наличие ограничений на знание внутренней структуры СУБД и форматов данных, снижение быстродействия в виду необходимости передачи больших объемов данных по сети.

4. Геоинформационные системы, функционирующие с использованием технологии клиент-сервер и использующие в качестве хранилища геоданных специализированные расширения SQL-сервера (Oracle Locator/Spatial для Oracle SQL Server, Microsoft Spatial для Microsoft SQL Server, Post GIS для PostgreSQL). В рамках технологии предложены решения, реализующие распределенные геоинформационные системы (одно хранилище - несколько ГИС) и использующие WEB-браузер в качестве рабочего места пользователя. Системы предполагают использование программного обеспечения сторонних разработчиков (включая свободно распространяемого и распространяемого с открытым исходным кодом). Сложность в эксплуатации систем (необходимы настройки ГИС, СУБД) требует наличия квалифицированного персонала. Достоинства: независимость структуры хранения геоданных от разработчика ГИС, интеграция форматов геоданных различных ГИС, возможность использования произвольного браузера при использовании решения на базе WEB-технологии. Недостаток - снижение быстродействия при использовании решения на базе WEB-технологии.

Проведенный анализ позволяет рассмотреть развитие геоинформационных систем только с одной стороны - как компьютеризацию средств картографии отечественного и импортного производства. С другой стороны применение известных и хорошо апробированных алгоритмов функционирования ГИС, как правило, разработанных иностранными производителями, крайне ограничено. Производители не поставляют или ограничивают функциональность средств аналитической обработки информации или данных при решении широкого круга задач.

Требуется повышение функциональности геоинформационной системы, придание ей новых свойств, а также расширение хранилища данных, приводящее к необходимости увеличения ресурса сил и средств системы. Большой объем разнородной телекоммуникационной информации дополнительно формирует необходимость разработки методов и способ анализа, обработки и визуализации данных как составной подзадачи задачи синтеза управляющих решений.

В связи с этим перспектива развития геоинформационных систем предполагает их использование как средств поддержки принятия решения в системах реального и квазиреального времени. Геоинформационные системы являются основой для построения современных систем принятия решений, что обусловлено необходимостью соответствующего информационного обеспечения для качественного решения задач управления в различных сферах деятельности Человека.

Для информационных систем нового поколения ГИС должна не только отражать гео- и разнородную информацию в удобном электронном виде, но и помогать оператору в принятии решения. В рассмотренных же ГИС реализованы простые методы обработки информации, которые не позволяют автоматизировать процесс поддержки принятия управленческих решений и не являются средством интеграции полноценного анализа гео- и разнородной информации в среду поддержки принятия решений.

Следующий шаг развития информационных систем - использование ГИС в качестве пространственно-информационной основы, формируя «умные» (интеллектуальные) ИГИС. В работе Бернштейна Л. С., Розенберга И.Н., Белякова С.Л. [5] дается определение ИГИС - ГИС, реализующая функции обработки пространственных данных, которые обычно связывают с выработкой рекомендаций для лица, принимающего решение в условиях неполноты или нечеткости, а также качественного характера исходной информации, путем логического вывода.

Березко А.Е., Соловьев А.А., Гвишиани А.Д., Жалковский В.А. [8] определяют ИГИС как ГИС, которая включает в свой состав интегрированные средства (системы) искусственного интеллекта, а также прикладные компоненты, реализующие наукоемкие пользовательские модели количественного обоснования вырабатываемых рекомендаций с использованием дополненной реальности.

Ивакин Ю. и Сорокин Р. [9] конкретизируют прикладной характер определения ИГИС - сложный программный продукт, включающий большое количество программных компонент, реализующих как непосредственно саму географическую информационную систему, так и различные методы искусственного интеллекта для решения многих сложных задач, в том числе задач пространственного моделирования, поддержки принятия решения и интеллектуального анализа данных.

Функции, которые реализуют ИГИС, аналогичны функциям ГИС: анализ, обработка разнородных данных и их визуальное представление в удобном виде для восприятия дополненной реальности. Дополнительные функции ИГИС: получение массивов разнородных данных в реальном (квазиреальном) времени и реализация бизнес-аналитики - работы с данными на разных уровнях иерархии различных систем. Современные ИГИС реализуют аналитику обработки данных в виде концепций метаданных (данные, описывающие организацию других данных) и гармонизации (доступ и преобразование), интеграции (объединение) и слияния (комбинирование для анализа данных и комбинирование для получения знаний) данных. В рамках объектно-ориентированного подхода [4] концепции реализуются через иерархию классов, отражающих понятия предметной области анализа, и связей между ними, получивших название онтологий. Компоненты объединены в системе на основе единой структуры представления и обработки данных и знаний.

К недостаткам ИГИС следует отнести отсутствие (кроме онтологии) механизмов (методов и способов) анализа и получения массивов гео- и разнородных данных, обработки данных по реализации аналитики и визуальное представление результатов аналитической обработки информации в дополненной реальности. Так же отсутствуют механизмы составления (трансформации) метаданных.

Следующий шаг развития ГИС - «умные» специализированные геоинформационные системы (СИГИС) - ИГИС для качественного решения задач управления в специализированной сфере деятельности Человека. Сложность, разнообразие и уникальность сфер деятельности обусловливают уникальность управленческих решений, следовательно, требуют применения СГИС как пространственно-информационных основ систем контроля обстановки и принятия решения.

геоинформационный инновационный визуализация

2. Определение эффективности использования геоинформационной системы в перспективе эволюционного развития

Оценка эффективности использования геоинформационной системы в рамках ее эволюционного развития целесообразна рассмотрением показателя качества визуализации и затрат на конструктивное исполнение технической части, реализующей визуализацию, а также аналитическую обработку данных, соотнесенного с показателем предшествующего образца [10, 11].

В качестве такого показателя эффективности использования ГИС предлагается интегральный показатель эффективности использования геоинформационной системы, позволяющий объединить оценку качества визуализации гео- и метаданных по критерию наглядности и конструктивного исполнения собственно технической части геоинформационной системы, соотнесенный с показателем обычной (эволюционно предшествующей) ГИС.

Интегральный показатель эффективности использования геоинформационной системы позволяет объединить оценку качества визуализации гео- и метаданных по критерию наглядности и конструктивного исполнения собственно технической части геоинформационной системы, реализующей визуализацию, а также аналитическую обработку данных, и рассмотреть положение ГИС в эволюционном ряде разработок геоинформационных систем, определяя направления их последующего совершенствования и развития.

Заключение

В ходе проведенного исследования целевая установка - анализ и получение выводов о перспективах развития геоинформационных систем в динамике совершенствования инновационных технологий инфокоммуникационного мира - достигнута. Определены достоинства и недостатки ГИС, перспектива их развития. Геоинформационные системы развиваются в направлении использования технологии клиент-сервер, специализированных расширений для распространенных SQL-серверов, решений на основе WEB-браузеров, открытых форматов и кодов программ, реализуя распределенные интеллектуальные ГИС. Динамика развития современных ГИС - «умные» специализированные геоинформационные системы для качественного решения задач управления в различных сферах деятельности Человека, требующие разработки методов и способов их функционирования. Оценка эффективности использования геоинформационной системы в рамках ее эволюционного развития целесообразна рассмотрением показателя качества визуализации и затрат на конструктивное исполнение технической части, реализующей визуализацию, а также аналитическую обработку данных, соотнесенного с показателем предшествующего образца. Показатель позволяет рассматривать положение ГИС в эволюционном ряде разработок геоинформационных систем и определять направления последующего их совершенствования и развития.

Список литературы и источников

1. OGC Standards. 2016. - http://www.opengeospatial.org/docs/is

2. The Open Source Geospatial Foundation. 2016. - http://www.osgeo.org

3. Присяжнюк С.П., Филатов В.Н., Федоненков С.П. Геоинформационные системы военного назначения. - Санкт-Петербург: Балт. гос. техн. ун-т, 2009.

4. Интеллектуальные географические информационные системы для мониторинга морской обстановки / Под общ. Р.М. Юсупова, В.В. Поповича. - Санкт-Петербург: Наука, 2013.

5. Розенберг И.Н., Беляков С.Л. Программные интеллектуальные оболочки геоинформационных систем / Под ред. Бернштейна Л.С. - М.: Научный мир, 2010.

6. Присяжнюк С.П., Осипов Г.К. Научно-методические основы создания территориальных информационно-аналитических систем для органов местного самоуправления // Информация и космос. 2007. - № 2. - С. 7-9.

7. Присяжнюк С.П., Филатов В.Н. Автоматизированная поддержка принятия решения на геоинформационных системах // Информация и космос. 2004. - № 2. - С. 4-8.

8. Березко А.Е., Соловьев А.А., Гвишиани А.Д., Жалковский В.А. и др. Интеллектуальная географическая информационная система «Данные наук о Земле по территории России» // Инженерная экология. 2008. - № 5. - С. 32-40.

9. Ивакин Ю., Сорокин Р. Применение методов искусственного интеллекта в геоинформационных системах // Информация и географические системы. 2005. - № 25-27. - С. 105-114.

10. Воронин А.В. Разработка метода трансформации структур тематических и метаданных для визуализации информации в ГИС // СВД. 2018. - Т. 14, № 5. - С. 12-18.

11. Зацаринный А.А., Воронин А.В., Ионенков Ю.С. Особенности оценки эффективности геоинформационной системы как элемента ситуационного центра // ССИ. 2018. - Т. 28, № 2ю - С. 75-87.

Размещено на Allbest.ru