Структуры САЗПР

Архитектура САЗПР — это общая логическая организация авто­матизированных землеустроительных систем, определяющая процесс обработки и интерпретации данных (включая средства их кодирова­ния, хранения, актуализации и визуализации), а также состав, на­значение, принципы взаимодействия технических средств и про­граммного обеспечения.

Данный подход можно представить в виде генерализованной информационно-логической модели (рис. 5). В соответствии с ней автоматизации проектных работ по землеустройству должна пред-

з*

шествовать автоматизация планирования и организации землеуст­роительных работ.

В функции подсистемы планирования и организации входят:

ведение базы нормативных данных (расценок на проектные и изыскательные работы и др.) по планированию землеустроитель­ных действий;

сбор сведений о наличии материалов различных обследований и изысканий по районам, землевладельцам и землепользователям;

регистрация данных о потребности в проектных и изыска­тельских работах на основе комплексных программ рационально­го использования земель и заявок заинтересованных предприятий;

составление оптимальных планов и сетевых графиков землеус­троительных работ;

выполнение автоматизированных расчетов по планированию численности, фонду зарплаты и материальному обеспечению про­ектных институтов, их филиалов и отделов.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Для обеспечения комплексности, сбалансированности и эф­фективности принимаемых решений в процессе разработки про­ектов и схем землеустройства, их осуществления и авторского надзора САЗПР должна иметь обеспечивающие средства методи­ческого, информационного, математического, технического и организационного обеспечения (рис. 6).

Аппаратное обеспечение САЗПР (аппаратные средства, аппара­тура, технические средства) — это техническое оборудование авто­матизированной системы землеустроительного проектирования, включающее собственно компьютер и иные механические, маг­нитные, электрические, электронные и оптические периферий­ные устройства или аналогичные приборы, работающие под уп­равлением ЭВМ или автономно, а также любые устройства, необ­ходимые для функционирования САЗПР.

Аппаратно-программное обеспечение САЗПР (программно-аппа­ратное обеспечение) — это совокупность аппаратного обеспече­ния и программного обеспечения систем автоматизированного землеустроительного проектирования.

Среди средств обеспечения САЗПР можно выделить соответ­ствующие базы данных, средства ввода-вывода информации, про­граммные средства подготовки текстовой и графической инфор­мации, текстовые и графические редакторы, пакеты прикладных программ для решения отдельных землеустроительных задач. Кроме того, отдельные массивы информации, содержащейся в базе данных, сами по себе требуют применения соответствующих экономико-статистических и экономико-математических методов

[

Методические

Единая система проектирования

Содержание (структура) схем и проек­тов

Система пока­зателей

Методы раз­работки схем и проектов

< -

Система показа­телей

Средства фор­мализованного описания дан­ных

Информацион­ный фонд

Средства орга­низации пото­ков информации

< -"

Система доку­ментации

Программные средства (ПС) об­щего назначения, операционные сис­темы, ПС для веде­ния файлов диагно­стики

Проектирование ^

Эксплуатация ^.

Организацион­ная структура

ПС автоматизации программирования и проектирования

Внедрение фонда документации

Правовые

нормы

< -

ПС методо-

ориентированных

расчетов

ПС организации

вычислительного

процесса

ПС функциональ­ного назначения САЗПР

Структура сетей ЭВМ (типы и конфигурация ЭВМ и перифе­рийных устройств)

Рис. 6. Классификация средств обеспечения САЗПР

планирования, программирования и оценки показателей (напри­мер, урожайность сельскохозяйственных культур, используемая в проектных расчетах по землеустройству), что предполагает нали­чие соответствующего программного обеспечения.

Средства обепечения разрабатываются для системы в целом, ее функциональных подсистем, блоков и комплексов задач, а также для отдельных задач.

В состав документации должны входить также инструкции и методики для работы с секретными материалами.

Для внедрения средств обеспечения САЗПР должны быть разра­ботаны технологии (методы) получения проектных решений по ох­ране и рациональному использованию земельных ресурсов на осно­ве тесной методологической, информационной и организационной увязки комплексов задач, решаемых на ЭВМ и традиционными способами. На этой базе, в свою очередь, должны быть созданы технологические схемы проведения расчетов на ПЭВМ.

Средства обеспечения САЗПР должны соответствовать следую­щим требованиям:

оперативность, вариантность, соблюдение установленных сро­ков, надежность и точность решения поставленных задач;

совершенствование технологии обработки информации, согла­сованность обеспечивающих средств различных подсистем;

экономное использование ресурсов и обеспечивающих средств системы.

Система автоматизированного землеустроительного проекти­рования реализуется через автоматизированные рабочие места (АРМ) землеустроителей-проектировщиков, создаваемые на базе персональных компьютеров с периферийными устройствами или локальных сетей ПЭВМ. На практике под АРМ землеустроителя обычно понимают набор аппаратных средств, которые совместно с геоинформационными системами (ГИС), автоматизированными информационными системами (АИС), программно-методически­ми комплексами (ПМК) обеспечивают автоматизированное реше­ние задач одного или нескольких взаимосвязанных технологичес­ких процессов.

Автоматизированное рабочее место землеустроителя (АРМЗ) — это индивидуальный комплекс аппаратных и программных средств, включающий: персональный компьютер или рабочую станцию, сканер, графопостроитель и другие периферийные уст­ройства, средства программной обработки данных, базовое про­граммное обеспечение машинной графики, набор пакетов при­кладных программ соответствующей ориентации, предназначен­ный для автоматизации профессионального труда специалиста-землеустроителя при ведении государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства, функционирую­щий в составе локальной или территориальной сети или в авто­номном режиме.

3. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ САЗПР

Концепция системы автоматизированного землеустроительно­го проектирования является теоретической основой ее создания; она включает как общие положения, характерные для любых ана­логичных направлений деятельности, так и частные, специфичес­кие для данной совокупности задач.

К числу общих положений можно отнести следующие:

система и ее элементы — предметы научного исследования, су­ществующие объективно, независимо от нашего сознания и отно­шения к ним;

любая система — элемент системы более высокого порядка;

весь процесс проектирования может быть представлен как пос­ледовательность этапов, связанных с решением конкретной зада­чи; каждый этап реализуется в отдельном элементе системы;

теория и методы решения прикладных задач, доведенные до уровня математических алгоритмов и формализованных правил (однозначно описывающих последовательность, логические связи и способы решения, взаимодействия различных технологических процессов и информационных потоков и т.д.), реализуются в комплексах программно-технических средств в соответствующих конфигурациях, объединяемых в сети различного уровня сложно­сти;

разрабатываемая система иерархична в том смысле, что проек­тировщик выполняет в ней функциональные, интуитивные и ин­теллектуальные преобразования на верхних уровнях, а ЭВМ реша­ет задачи проектирования на нижних уровнях;

систему следует проектировать с учетом коммуникативных и кибернетических функций, выполняемых непосредственно чело­веком и машиной в процессе решения задач проектирования;

теория и методы САЗПР являются развитием и продолжением теории и методов решения землеустроительных задач традицион­ными методами.

Опыт создания систем автоматизированного проектирования свидетельствует о том, что они отличаются достаточной сложнос­тью, должны находиться в постоянном развитии и быть открыты­ми (то есть предусматривать возможность постоянного использо­вания информации, ее обмена между пользователями), а также ориентированными на получение оптимальных управленческих решений.

Указанные положения конкретизируются в ряде концепций (требований) применительно к построению системы автоматизи­рованного землеустроительного проектирования.

Концепция комплексности решения. Рассматривая проблему со­здания системы автоматизированного землеустроительного про­ектирования с системных позиций, мы исходим из того, что все

задачи землеустройства взаимосвязаны, поэтому они должны быть объединены в технологический процесс с жестко формализован­ными связями и отношениями.

Принцип системности заключается в комплексном анализе объектов проектирования, на основе которого должна быть прове­дена полная структуризация процесса проектирования с единых позиций, что позволяет организовать сквозной цикл проектирова­ния, находить рациональное распределение функций между под­разделениями, а также решать вопросы, регламентирующие ре­жим подготовки, оформления, прохождения и выпуска техничес­кой документации в условиях землеустроительного производства. В основе данной концепции лежит исследование системы авто­матизированного проектирования, направленное на поиск меха­низмов целостности всей системы, выделение составных элемен­тов и выявление связей между ними.

Системный подход позволяет провести общую оптимизацию проектирования, разработку и эксплуатацию автоматизирован­ной системы, а также обеспечивает программное решение про­блемной задачи проектирования (как в каждой части, так и с уче­том целого).

Известные принципы системного подхода в применении к проектированию и созданию САЗПР можно сформулировать сле­дующим образом:

САЗПР является системой иерархического типа, то есть каждая подсистема или элемент могут рассматриваться как самостоятель­ная система с заранее определенной последовательностью функ­ционирования и способами передачи и хранения данных;

эта система обладает структурностью, то есть может быть опи­сана с помощью коммуникационных связей между элементами;

общее описание системы может быть составлено на основе ре­зультатов математического моделирования;

формализация свойств системы осуществляется на основе ана­лиза и знания ее частей;

система, состоящая из оптимально спроектированных отдель­ных частей, не является в общем случае оптимальной; ее необхо­димо оптимизировать как единый объект того или иного целевого назначения;

каждый элемент системы должен оптимизироваться по крите­рию, отражающему цель оптимизации (например, получение оп­тимального варианта проекта);

САЗПР оптимизируется в условиях количественно определен­ных ограничений на оптимизируемые параметры.

Использование системного подхода позволяет учитывать фак­торы, которые влияют на процесс создания САЗПР, взаимосвязи этих факторов, выбрать вид, способы определения, число, уро­вень сложности, формы представления математических моделей и т.д.

Принцип совершенствования и непрерывного развития предпола­гает модернизацию сложившихся методов и приемов землеустрои­тельного проектирования в соответствии с новыми возможностя­ми и подходами. При разработке САЗПР должна обеспечиваться совместимость ручного и автоматизированного режимов проекти­рования.

Соблюдение данного принципа предполагает также необходи­мость организации системы в виде последовательности взаимо­связанных этапов разработки и внедрения отдельных ее элементов путем наращивания ее функциональных возможностей. САЗПР — это открытая развивающаяся система, в которой опыт разработчи­ка постепенно формализуется и трансформируется в алгоритмы, реализуемые на ЭВМ.

Принцип единства информационной базы требует накопления информации, единообразно характеризующей объекты проекти­рования. Во всех компонентах САЗПР должны использовать тер­мины, символы, условные обозначения и способы представления информации в соответствии с нормативными документами. Этот принцип диктует также безусловную согласованность информа­ционных потоков, адресуемых САЗПР в рамках всех имеющихся в стране информационно-вычислительных и информационно-справочных систем, касающихся земельных ресурсов, тесную ко­ординацию развития при совершенствовании смежных функцио­нальных систем и их подсистем.

Концепция инвариантности заключается в том, что каждый эле­мент системы должен иметь возможность функционировать как в рамках системы, так и вне ее, обеспечивая эффективные решения в различных условиях его использования. При разработке элемен­тов должны быть учтены все связи и условия, накладываемые сис­темой на ее части для успешного функционирования, а также воз­можность самостоятельного применения отдельных элементов в различных сочетаниях. Такой подход позволяет существенно по­высить гибкость системы и расширить сферу ее применения.

Принцип инвариантности обеспечивает организационную увязку задач, решаемых на разных этапах разработки проектных предложений, а также соответствующих пакетов прикладных про­грамм.

Компоненты САЗПР должны быть по возможности универ­сальными и типовыми, то есть инвариантными по отношению к объектам проектирования.

Принцип согласованности пропускных способностей предполага­ет использование всех ресурсов системы с учетом объемно-вре­менных характеристик программных и технических средств и про­изводительности труда персонала, а также согласованность в рабо­те технических средств САЗПР и других систем.

Принцип оперативности взаимодействия требует учета человеко-машинного характера системы, возможности коллективного дос-

тупа к ней, создания контролируемой системы, ее защиты от не­санкционированного доступа.

Концепция разбиения и локальной оптимизации. Система автома­тизированного землеустроительного проектирования структурно может быть представлена как совокупность подсистем, обеспечи­вающих автоматизацию процессов:

подготовки, ввода и хранения исходной информации;

обмена информацией между задачами;

моделирования;

решения проектной задачи и сопряженных с ней задач;

определения стоимостных и нормативных характеристик;

интерпретации полученных результатов;

графического отображения входных и выходных данных;

оценки полученного варианта проекта и др.

Каждая подсистема САЗПР предназначена для решения доста­точно сложных задач. Применение концепции разбиения позво­ляет свести их к решению более простых задач с учетом взаимо­связей между ними. Принцип локальной оптимизации дает воз­можность улучшать параметры решения в рамках каждой простой задачи и в итоге всей задачи в целом.

Концепция абстрагирования. При создании САЗПР большую роль играет диапазон конкретных требований и внешних условий, в пределах которого она может работать, то есть ее универсаль­ность и независимость от особенностей и ограничений исходной информации, конфигурации технических средств, жестко опреде­ленных входных и выходных форм. Одно из средств достижения этой цели — применение принципа абстрагирования; суть его в том, что для каждой решаемой задачи разрабатываются формаль­ные математические модели, отражающие все значимые связи, от­ношения и основные ограничения, и специальный математичес­кий аппарат, также основанный на фиксированной логике и по­зволяющий пользователю абстрагироваться от конкретных требо­ваний.

Одним из средств абстрагирования является генерализация ис­следуемых объектов и явлений — отбрасывание несущественных факторов, обобщение количественных и качественных характери­стик объектов, их интеграция и получение значимых оценок по основным направлениям ведения сельскохозяйственного произ­водства.

Для реализации концепции абстрагирования используют кон­верторы исходных данных, генераторы отчетов, систему ведения открытых справочников, адаптацию программного обеспечения к ПЭВМ различной конфигурации и т. д.

Концепция модульности. Любой элемент САЗПР можно пред­ставить в виде совокупности блоков, имеющих законченный ха­рактер и обеспечивающих выполнение отдельно взятой функции системы. Все блоки являются независимыми с точки зрения их

О

Р7 Л 31

В]Ц Вц₂...В_1П В, 21 В_]22...В₁₂[ В_]т1 В_1т2...В_1тн

Е₂ I----------- 1------- 1_______ I_____ I____ I----------- 1------- 1------- 1---- ■

--------------- 1--------------------------- 1--------------------------- 1

Р_2| Р22.-Р2к

I----- ~П--------- 1 I 71 1 I-------- 1------ 1

В2П В₂]2...В₂1_Ч В₂21 В₂₂2...В₂2₈ В₂к1 В₂к2 —В₂кг

I________ 1______ |________ |_______ II ________ |______ |______ |__

Е„

<

р ' р ' р '

¹ II1 * П2 ■ ••¹ Гф

I------------- 1---------- 1 I---------- 1----- 1 I I I

В_ПЦ В„12...В_пц' В„21 В_П22 ••■ В_п2(. В_пр1 В_пр2...В_прь
I______ I_____ I_______ I_____ I___ I________ 1_____ I_____ I__

м

М, |М₂ |М₃ |М₄ |...М₂

Рис. 7. Граф модульного представлеия САЗПР

программной реализации, но объединенными между собой после­довательностью функционирования и способами обмена инфор­мацией. Каждый из них может быть представлен совокупностью модулей, связанных управляющей программой и ориентирован­ных на решение как часто встречающихся примитивов, так и ло­гически законченных подзадач (которые нецелесообразно пред­ставлять в виде нескольких модулей).

Графическая интерпретация данной концепции приведена в виде графа на рис. 7. Вершинами 8₀, Е_п, Р_1т, Р_2к, Р_пр, В_1тЬ В_2кг, В_прЬ являются управляющие программы системы (8₀), ее элемен­тов (Е_п), подсистемы (Р_пр) и блоков (В_прЬ, входящих в подсистему п элемента р блока Ь), которые обеспечивают последовательность функционирования и обмен информацией. Вершина М представ­ляет собой управляющую программу, формирующую необходи­мую комбинацию модулей (вершины М₂) для каждого блока. Реб­рами графа являются интерфейсы системы.

Концепция повторяемости. Сущность ее заключается в возмож­ности многократного использования одних и тех же данных при работе различных элементов системы в разное время и в исполь­зовании накопленного опыта проектирования, нормирования и оценки.

Практическая реализация данной концепции сводится к разра­ботке элементов системы, которые позволяют:

хранить в течение заданного промежутка времени исходную информацию, варианты решения проектов и их частей;

находить во внешней памяти системы различные типовые ре­шения;

формулировать критерии оптимального решения;

выбирать по ним наилучший вариант;

корректировать его в соответствии с исходными условиями;

выполнять экономическую оценку и нормирование.

Особое внимание при реализации концепции следует обращать на форматы используемых данных, что позволит осуществлять об­мен информацией между элементами системы.

Концепция развивающихся стандартов. При проектировании ис­пользуют различные ограничения и допуски, регламентируемые многочисленными нормативными актами и документами; некото­рые из них меняются в заданном диапазоне в зависимости от раз­личных внешних условий. При создании системы автоматизиро­ванного проектирования нормативную базу следует рассматривать не как нечто постоянное и неизменное, а как динамически меня­ющуюся в зависимости от реальных условий. Такой подход приво­дит к созданию элементов системы, которые обеспечивают:

хранение нормативной базы и статистической информации по применению нормативов;

динамическое изменение существующих норм на основе стати­стических данных и реальных условий проектирования;

в случае изменения нормативов — прогнозирование возмож­ных событий, оценку вероятности их последствий;

определение целесообразности изменения норм.

Концепция оценочности вариантов. Элемент системы Е_п пред­назначен для управления, решения и анализа результатов реше­ния задачи землеустройства. На рис. 8 представлена обобщенная структурная схема элемента САЗПР «Оценка вариантов».

Каждый элемент системы является замкнутым и состоит из трех подсистем, обеспечивающих на уровне подзадач оптимиза­цию решаемой задачи в соответствии с концепцией разбиения и локальной оптимизации.

Положим, что Р(1) = {Р^О, Р₂(1), Р₃(1),..., Р_П(1)} —п-мерный вектор параметров, определяющий желаемый результат решения проблемной задачи. Поскольку Р_п(1) известны не для всех подза­дач, то вектор Р(!) можно сформировать на основании имеющихся данных. При этом он будет содержать значения параметров для

Рис. 8. Обобщенная структурная схема элемента автоматизированной подсистемы

«Оценка вариантов»

некоторого начального решения каждой подзадачи и определять задающее воздействие Р(г). Тогда подсистема УПЗ сформирует вектор параметров \](1) управляющего воздействия:

Щ1) = {Щ1), 1Ш, Щ0,..., 1Ш}.

Он позволит локально оптимизировать каждую подзадачу и выбирать наилучшее решение проблемной задачи.

На РПЗ помимо 1_Г(1) поступает также матрица V/ исходной ин­формации, элементы которой не могут быть изменены в процессе решения задачи. В итоге работы РПЗ формируется вектор СКг):

0(0 = {01(0, 0л(0, 0з(0,..., 0п(0},

который содержит параметры, характеризующие полученное ре­шение по каждой из подзадач.

Функциями ФРО будут фиксация полученного в ходе решения результата и оценка его на основании вектора СХ1) и матрицы V, элементы которой содержат необходимые нормативные и оценоч­ные параметры, а также все критерии локальной оптимизации. На выходе данной подсистемы формируется вектор 2(1), анализ кото­рого передает управление либо следующему элементу, либо воз­вращает УПЗ, где на основе полученной информации пользова­тель скорректирует воздействие Р(г).

Таким образом, в ФРО с помощью критериев и норм, зафикси­рованных в матрице V, оценивается каждый вариант решения проблемной задачи; автоматически изменяя в УПЗ входные пара­метры, получают необходимые варианты решения.

Концепция интерактивности. Ее сущность заключается в рацио­нальном распределении функций между персоналом и системой автоматизированного проектирования, в организации наиболее эффективного диалога между ними. Получение варианта проекта, соответствующего заданным условиям, является творческим про-

цессом, эту задачу невозможно полностью переложить на ЭВМ. Поэтому возникает необходимость в организации оптимального взаимодействия человека и машины. Разрабатываемая автомати­зированная система должна быть приспособлена к проектировщи­ку, выполняющему функции ее пользователя, и обеспечивать ему гибкую и оперативную связь с ЭВМ, позволяя своевременно вли­ять на ход решения задачи.

Концепция реализуется в разработке диалоговых подсистем, которые позволяют:

оперативно перестраивать стратегию решения на основе полу­чаемых результатов;

выбирать альтернативный вариант решения из множества воз­можных, реализованных в системе;

в любое время возвращаться в некоторые контрольные точки, переключаться на работу с другой подсистемой и т. д.;

осуществлять поиск нужной информации и работать с ней (ре­дактировать, преобразовывать, выводить и т. д.).

Концепция эвристичности. Любая интерактивная система тем лучше, чем проще в ней диалог между пользователем и ЭВМ. Это достигается с помощью специального разработанного элемента системы, который связан со всеми расчетными элементами по­средством интерфейсов, входящих в состав диалоговой подсисте­мы, и обеспечивает моделирование отдельных творческих функ­ций. Обобщенная схема этого элемента изображена на рис. 9.

Концепция эвристичности реализуется при возникновении си­туации, когда необходимо принять решение, которое ранее не было формализовано и введено в программные блоки системы. Она сводится к тому, что программа расчетного элемента системы передает управление рассматриваемому элементу, который пыта­ется смоделировать необходимое решение. За проектировщиком остается право согласиться на предложенное решение, откоррек-

ЩХ)

Комплекс программ, формирую­щих формальные параметры для работы эвристических программ

-^ Комплекс эвристических программ

V/

Комплекс интерфейсных про­грамм, формирующих базу знаний и обслуживающих эвристические О программы

База

Комплекс интерфейсных про­грамм, обеспечивающих взаи­мосвязи программ экспертной системы с эвристическими про­граммами и базой знаний

Комплекс программ экспертной системы

0(1)

Рис. 9. Обобщенная схема элемента, обеспечивающего интеллектуальные функции

тировать его, забраковать (в этом случае система передает вектор 2(1) с выхода подсистемы ФРО на вход подсистемы УПЗ, после чего подсистема РПЗ вырабатывает новый вариант решения) или изменить ход решения задачи, выбрав альтернативную цепочку управления.

Использование так называемого искусственного интеллекта в автоматизированных системах, предназначенных для целей земле­устройства, основывается на базе знаний и комплексах различных программ.

База знаний создается с учетом опыта землеустроителя-проек­тировщика. В ней накапливаются информация, знания о предмете и деятельности проектировщика, формируются правила, выводы и знания об организации данных в системе и правила манипули­рования ими.

Комплекс эвристических программ моделирует одну из творчес­ких функций, основываясь на опыте землеустроителя-проекти­ровщика и эвристических приемах. Эвристический подход не тре­бует точного, однозначного и полного математического описания. Для решения задачи привлекаются практические приемы и прави­ла, которыми руководствуется проектировщик, и они задаются лишь приблизительно. При разработке эвристических программ отпадает необходимость дифференциации процесса автоматиза­ции на элементарные логические операции. Опытный проекти­ровщик, используя специальный формальный аппарат эвристи­ческого характера, оценивает ситуацию и учитывает сложные кор­реляционные связи между объектами проектирования.

Комплекс программ экспертной системы позволяет выбирать из нескольких возможных эвристических решений одно. Такие про­граммы основываются на данных, содержащихся в базе знаний и эвристических правилах, соответствующих условиям решаемой задачи.

Комплекс интерфейсных программ обеспечивает обработку ин­формации из базы знаний, использование ее в эвристических и экспертных программах.

Концепция психофизиологических особенностей пользователя. Работа землеустроителя-проектировщика с автоматизированной системой землеустроительного проектирования заключается в ряде последовательных приближений, при которых непрерывно проверяется соответствие полученных результатов поставленным требованиям. Процесс проектирования при этом представляет со­бой структуру с обратной связью.

Цель концепции — описание деятельности пользователя в сис­теме человек — машина, выявление ограничений, накладываемых комплектом электронно-вычислительных средств и системным программным обеспечением на деятельность человека, а также ус­тановление требований к выбору параметров аппаратуры.

При проектировании САЗПР необходимо учитывать антропо-

метрические характеристики пользователя, определяющие рабо­чее пространство и зоны досягаемости, показатели восприятия и обработки информации человеком, показатели моторных дей­ствий, уровень обученности, физиологические и психологические потребности, индивидуальные качества. Все эти характеристики влияют на эффективность системы и производительность труда персонала. В теоретическом плане концепция базируется на раз­работке критериев эффективности создаваемой системы и мате­матических моделей деятельности человека, учитывающих его психофизиологические параметры и предназначенных для созда­ния единой схемы функционирования САЗПР.

Концепция открытости заключается в том, что любой элемент в процессе функционирования системы можно добавлять, изменять или снимать, и эти операции не должны отражаться на состоянии системы в целом или требовать ее перепроектирования.

Концепция надежности. Одним из основных показателей работы автоматизированной системы является надежность; ее параметры закладываются в процессе концептуальной отработки и физичес­кой реализации системы. Для этого необходимо решить вопросы, связанные с нормированием надежности каждого элемента; обес­печением требуемого уровня надежности, контрольной апробаци­ей (тестированием) системы в различных режимах ее функциони­рования.

Чтобы обеспечить необходимый уровень надежности САЗПР, необходимо провести:

качественный и количественный анализы способов ее достиже­ния;

выбрать наиболее эффективные методы и средства для дости­жения надежности всех элементов системы;

сравнить альтернативные варианты и выбрать наилучшее про­ектное решение.

Определить действительные возможности и надежность разра­батываемой автоматизированной системы можно только в ходе экспериментальной апробации и опытно-производственной эксп­луатации, после чего необходимо устранить все выявленные недо­статки.

Концепция клиент-сервер. Архитектура клиент-сервер позволяет оптимально распределять вычислительные ресурсы сети, чтобы все группы пользователей могли использовать их совместно.

Основу технологии клиент-сервер составляют:

рабочие станции (клиенты), через которые пользователи обра­щаются в систему;

общие ресурсы (серверы), выполняющие специальные задания по запросам устройств, которым требуется обслуживание;

сети, объединяющие клиентов и серверы;

программное обеспечение, которое связывает три перечислен­ных выше компонента в единую логическую архитектуру.

Предложенная общая концепция создания САЗПР, включаю­щая различные частные концепции (принципы, требования), по­зволяет рассматривать ее как единую кибернетическую систему, состоящую из организованного множества взаимодействующих и взаимосвязанных элементов, объединенных в единую логико-ма­тематическую систему, предназначенную для решения землеуст­роительных задач.

Контрольные вопросы и задания

1. Что представляет собой структура САЗПР?

2. Какой принцип построения функциональной системы САЗПР отражает ге­нерализованная информационно-логическая модель?

3. Перечислите основные подсистемы автоматизации различных видов земле­устроительного проектирования, входящие в САЗПР.

4. Что необходимо учитывать на этапе разработки и практического создания системы?

5. Что включают в себя обеспечивающие средства САЗПР?

6. Какова классификация средств обеспечения?

7. Какие требования предъявляются к средствам обеспечения?

8. Дайте краткое описание теоретических и методических основ построения и функционирования САЗПР.

9. Как представляется процесс землеустроительного проектирования при со­здании САЗПР?

10. Как следует проектировать САЗПР?

11. Перечислите основные концепции построения автоматизированной систе­мы проектирования в землеустройстве.

12. В чем заключается концепция комплексности решения?

13. Какие основные процессы включает в себя САЗПР?

14. В чем суть концепции абстрагирования?

15. Объясните содержание принципа системности.

16. В чем суть концепции инвариантности?

17. Опишите структуру процесса проектирования задач на основе концепции системности и разбиения.

18. В чем суть концепции повторяемости?

19. В чем заключается концепция развивающихся стандартов при использова­нии элементов автоматизированной системы?

20. Каково содержание концепции оценочности вариантов, инвариантности?

21. В чем суть концепции эвристичности?

22. Опишите содержание концепций открытости и надежности.

4 — 6993

Глава IV

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ И ЭЛЕМЕНТОВ САЗПР

1. ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ РЕЖИМЕ

Внедрение компьютерных технологий в практику землеустрои­тельных работ предполагает автоматизацию получения, накопле­ния и обработки информации о земельных ресурсах и процессе организации использования земель, разработку новых теоретичес­ких положений в области землеустройства, а также перестройку технологии работ на основе использования информации, отража­ющей пространственные аспекты землепользования.

Компьютерные технологии — это сочетание программных средств, реализующих функции хранения, обработки и визуализации данных в определенной организационной структуре с использованием выбранного комплекса технических средств.

Современные методические, программные и технические средства позволяют отказаться от многих рутинных процессов, улучшить качество выходных документов, ликвидировать многие промежуточные звенья традиционных технологий, облегчить про­цесс использования графических материалов за счет перевода в цифровую форму в процессе автоматизированного проектирова­ния.

Автоматизированная система, обеспечивающая решение от­дельных задач землеустроительного проектирования с системных позиций, является частью единой интегрированной системы зем­леустроительного проектирования. Необходимо отказаться от еще достаточно распространенных взглядов на возможность создания таких систем как автономных и тем более от взглядов, которые трактуют автоматизированную систему как простой набор само­стоятельных задач по автоматизации расчетов и графического проектирования в сфере землеустройства. Такой упрощенный подход не приносит ожидаемого эффекта, так как требует созда­ния для каждой отдельной задачи своей информационной базы и технологии ее получения, нормативной базы, технологии исполь­зования результатов каждой задачи в проектировании, что приво­дит к параллелизму и дублированию при сборе и предварительной обработке информации.

Система автоматизированного землеустроительного проекти­рования в процессе функционирования должна обеспечивать:

обработку первичной информации о земельных ресурсах (их

качестве, количестве и распределении по землепользователям), результатах использования земель и осуществлении в натуре зем­леустроительных мероприятий;

накапливание информации и ее генерализацию в соответству­ющих базах данных на каждом иерархическом уровне системы;

аккумулирование и поддержание на различных уровнях систе­мы экономических и технологических нормативов, связанных с организацией использования земельных ресурсов;

генерирование ответов на стандартные и нестандартные спра­вочные запросы конечных пользователей САЗПР.

Состав программных модулей, включенных в систему, должен обеспечивать комплексное решение взаимосвязанных задач зем­леустройства с получением экономического эффекта от внедрения средств автоматизации по следующим направлениям:

автоматизация типовых решений, когда однократно проведен­ная работа по трудоемкой обработке и вводу нормативно-справоч­ной и исходной информации в последующем может многократно использоваться на однотипных объектах;

сокращение затрат трудовых ресурсов в связи с ликвидацией ручной обработки;

повышение качества землеустроительных проектных решений за счет использования комплексного экономико-математического моделирования, многовариантной проработки проектов, совре­менных методов и технических средств, расширяющих диапазон возможностей проектировщика в принятии решений;

понижение квалификационных требований в области землеус­тройства к пользователям автоматизированных систем (так как в них реализованы всесторонне обоснованные математические ал­горитмы, - система новейших методов и технологий решения зем­леустроительных задач).

Качество программного обеспечения — это совокупность его свойств, обеспечивающих удовлетворение требований пользователей: правильность, надежность, модифицируемость, экономичность, мо­бильность {возможность переноса его из одной среды функционирова­ния в другую с минимальными затратами).

Программно-техническим комплексом (ПТК) называется взаимо­связанная совокупность программно-методических комплексов и средств технического обеспечения.

При проектировании и создании элементов системы автомати­зированного землеустроительного проектирования следует бази­роваться на рассмотренные выше концептуальные положения. При этом в соответствии с концепцией надежности целесообраз­но использовать единые требования к ее элементам (которые, яв­ляясь системой формальных показателей, обеспечивают сопоста­вимость в подходах к этим элементам и их оценке).

Учитывая многообразие возможных программных реализаций для землеустройства, рассмотрим только те из них, которые укла-

4*

Подготовка исходного

планово-картографического

материала для обработки на ЭВМ

Подготовка параметрических данных для выполнения расчетных операций

Корректировка исходных данных, ввод дополнительных параметров

Ввод исходной информации

Выбор метода решения

I

Обработка исходных данных (получение варианта решения)

Вывод результатов обработки на заданное устройство

Оформление полученных результатов

Рис. 10. Общая технологическая схема выполнения работ при землеустроительном

проектировании

дываются в систему схема — проект — рабочий проект. Общая тех­нологическая схема работ при землеустроительном проектирова­нии показана на рис. 10.

Плановый материал при землеустройстве может быть представлен штриховыми контурными планами (или фотопланами), тематичес­кими картами и схемами (почвенными, геоботаническими и т. д.), а

также аэро- и космическими фотоснимками. В зависимости от вида используемого планового материала и программных средств применяют различные технологии обработки и представления планового материала в цифровом формате.

Ввод графических данных может осуществляться с помощью сканеров и дигитайзеров, прочей информации — в режиме диало­гового и пакетного вводов. Возможно также считывание информа­ции любого типа с магнитных носителей электронных тахеомет­ров, кассет стриммера, дискет, СОК, ОУО и т. д.

Сканер (сканирующее устройство) — это устройство аналого-цифрового преобразования изображения для его автоматизированно­го ввода в ЭВМ в растровом формате; сканированием называется преобразование изображения в цифровую растровую форму.

Дигитайзер — это устройство для ручного цифрования картогра­фической и графической документации в виде последовательности точек методом потокового ввода, при котором генерируется поток координатных пар через равные промежутки времени.

Исходную информацию, а также данные, полученные в резуль­тате ее обработки (как графические, так и текстовые), удобнее хранить рассортированными по тематическим слоям в базах дан­ных. При этом графические базы данных должны быть связаны с текстовыми таким образом, чтобы по любому изображению мож­но было легко найти соответствующую текстовую информацию, и наоборот.

Для работы в любой автоматизированной системе пользователь создает проект, который позволит корректно хранить и обрабаты­вать данные, относящиеся к определенному объекту, и управлять ими. Поэтому система должна обеспечивать следующие функции:

создание набора директорий, в которых будет размещаться входная, выходная и служебная информация;

генерирование баз данных;

описание таблиц семантических баз данных, в том числе для интегрированных слоев;

задание установочных параметров системы (разрешение, цен­зы, точности, единицы измерения, параметры переходов в разные системы координат и т. д.);

описание слоев пользователя, классификаторов, их привязки к слоям;

регистрирование пользователей, паролей, разграничение уров­ня доступа для разных пользователей и т. д.

Изображение на исходном графическом материале практичес­ки всегда имеет какие-либо погрешности (например, связанные с деформацией носителя). В одних случаях их удается исключить полностью, в других — частично. Для этой цели применяются спе­циальные процедуры коррекции, которые должны позволять:

приводить изображение на карте к теоретической трапеции по координатам углов рамки и координатной сетке;

оценивать точность результатов коррекции;

корректировать отсканированное изображение по точным зна­чениям координат опорных точек различными методами (напри­мер, аффинного, проективного, полиномиального или иного пре­образования).

Для обработки фотоснимков необходимо, чтобы САЗПР осу­ществляла цифровое ортофототрансформирование. Метод кор­рекции выбирает пользователь. Довольно распространена ситуа­ция, когда исходное изображение сканируется по частям. В этом случае возникает необходимость в объединении фрагментов в еди­ное изображение с геометрической коррекцией, контролем и ре­дактированием по линии сшивки. Более общей является проблема объединения нескольких карт со сводкой и редактированием изображения по рамкам.

Исходная графическая информация может иметь различную геодезическую и математическую основу. Для совместной обра­ботки и дальнейшего использования таких данных необходимы функции преобразования — из одной картографической проекции в другую, из прямоугольных координат проекции в геодезические, из одной системы геодезических координат в другую, с эллипсои­да на эллипсоид, из местной системы координат в государствен­ную и наоборот (по заданным ключам перехода или на основе ус­тановления аналитических зависимостей).

Вся графическая информация должна распределяться по тема­тическим слоям (например, топография и угодья; кадастровые границы; границы земель с ограничениями в их использовании; деградированные земли и т. д.).

Число, тематика и названия слоев должны определяться пользователем на этапе проектирования.

Слой — это совокупность однотипных (одной мерности) про­странственных объектов, относящихся к одной теме (классу объек­тов) в пределах некоторой территории и в системе координат, об­щей для набора слоев.

Необходимо, чтобы одному и тому же слою могли принадле­жать точка, линия, полигон, внемасштабный условный знак и текст, а каждому из слоев при необходимости могли быть припи­саны свои классификаторы типов точек, линий, полигонов, зали­вок, штриховок и условных знаков. Перечисленные объекты мож­но определить следующим образом.

Точка — это объект, характеризуемый координатами и ассоции­рованными с ними атрибутами.

Узел — это начальная или конечная точка дуги в векторном пред­ставлении пространственных объектов типа линии или полигона, имеющая атрибуты и устанавливающая топологическую связь со всеми замыкающимися в ней дугами.

Линия — пространственный объект в векторном представлении,

образованный последовательностью не менее двух точек с известны­ми плановыми координатами.

Полигон — двухмерный объект в векторном представлении, обра­зованный замкнутой последовательностью дуг или сегментов, иден­тифицируемый внутренней точкой и ассоциированными с ней значе­ниями атрибутов.

Всегда целесообразно выделять базовый и вспомогательные слои. С базовым слоем в отличие от вспомогательных можно ак­тивно работать. Последние могут быть выведены на экран, но при этом недоступны для работы (например, для редактирования изображения). Возможность работы со всеми слоями обеспечива­ет механизм отключения и включения временных слоев, а также переназначения базового слоя во временный и наоборот.

2. ГРАФИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ САЗПР

Составной частью САЗПР является графический редактор, обеспечивающий преобразование растрового изображения в век­торную форму.

Растр — это цифровая прямоугольная матрица элементов изобра­жения (пикселов); пиксел — элемент изображения (наименьшая из его составляющих), получаемый в результате дискретизации изобра­жения.

Растровое представление (растровая модель данных) — это циф­ровое представление пространственных объектов в виде совокупнос­ти ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта.

Пространственно-локализованные данные (данные о простран­ственных объектах, пространственные данные, географические дан­ные) — это цифровые данные о пространственных объектах, включа­ющие сведения об их локализации в пространстве и свойствах (про­странственные и непространственные атрибуты).

Графический редактор должен обладать набором функций, обеспечивающих редактирование цифрового изображения на эк­ране монитора с автоматической коррекцией соответствующей позиционной составляющей БД САЗПР. Любой растровый редак­тор имеет набор функций, обеспечивающих редактирование рас­тра на экране монитора.

Растрово-векторное преобразование (векторизация) — это проце­дура преобразования растрового представления пространственных объектов в векторное; векторизатор — программное средство для выполнения растрово-векторного преобразования.

Векторизация — один из наиболее трудоемких процессов для оператора; поэтому необходимы развитый интерфейс пользовате­ля и наличие функций, максимально способствующих быстрому,

удобному и качественному решению данной задачи. К таким функ­циям относятся: автоматическая скелетизация; линг; открытие не­скольких окон, в том числе на разных мониторах; создание нового объекта (точка, линия, контур); удаление всего объекта или его части; корректировка существующего объекта; разделение объекта (контур, полилиния); рисовка правильной геометрической фигу­ры (прямоугольник, окружность и т. д.); ипйо (отмена последней команды); ручной обвод линии; формирование контуров из уже имеющихся отрезков без их повторной векторизации или копиро­вания и т. д.

Один из альтернативных методов приведения исходного гра­фического материала в цифровую форму основан на применении дигитайзеров. В настоящее время используется аппаратура разных типов и фирм-производителей, действительные точностные ха­рактеристики которой (средняя квадратическая погрешность оп­ределения координат) неизвестны. Поэтому возникает необходи­мость в тестировании дигитайзера, а следовательно, в состав про­граммного обеспечения должны входить соответствующие моду­ли. Кроме того, для работы на дигитайзере необходимы процедуры контроля за положением листа, калибровки, визуали­зации кодируемого объекта на экране и оперативного редактиро­вания.

Векторным представлением {векторной моделью данных) называ­ется цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар {век­торов). Векторно-растровое преобразование (растеризация) — это преобразование векторного представления пространственных объек­тов в растровое путем присваивания элементам растра значений, исходя из принадлежности или непринадлежности к ним элементов векторных записей объектов.

Векторное нетопологическое представление данных — разновид­ность векторного представления линейных и полигональных про­странственных объектов с описанием их геометрии в виде неупорядо­ченного набора дуг или совокупности сегментов.

Векторно-топологическое представление {линейно-узловое пред­ставление) — разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не толь­ко их геометрию, но и топологические отношения между ними и об­разующими их элементами {полигонами, дугами и узлами).

При использовании режима непрерывной дигитализации появ­ляется избыточное число точек, характеризующих положение объекта. Для сжатия полученной информации должны предусмат­риваться специальные функции.

При решении прикладных задач оцифрованным графичес­ким объектам необходимо приписать соответствующую семан­тику. Для этого может быть использована одна из следующих схем: автоматический обход всех объектов с интерактивным

вводом информации; ручной выбор объекта с вводом необходи­мых данных; автоматическое или ручное присвоение номеров объектам с пакетным вводом семантики; дополнительный пакет­ный ввод информации для объектов, по которым часть ее была введена ранее.

Для облегчения работы можно использовать классификаторы (справочники), которые должны быть легкодоступны, изменяемы и не «зашиваться» жестко в программы.

При проектировании графического редактора немаловажное значение имеет модель представления данных, влияющая на воз­можности их использования, анализа и манипулирования ими. В самых простых форматах содержатся только геометрические связи объектов, в более сложных — информация о топологических сущ­ностях объектов и их атрибутах.

Атрибут данных в САЗПР — это свойство, качественный или ко­личественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его местоуказанием) и ассоциированный с его уни­кальным номером (идентификатором).

Качество получаемых при проектировании результатов зависит от многих факторов, в том числе от корректности информации в базе данных, которая обеспечивается применением различных процедур (контроль за полнотой ввода семантики по обязатель­ным полям, вводом двух и более различных описаний, относя­щихся к одному и тому же графическому объекту, делением или объединением двух и более объектов без принудительного редак­тирования соответствующей семантической информации, удале­нием графического объекта при удалении его описания и наобо­рот и т. д.). Кроме того, САЗПР должна обеспечивать:

доступ к метрической и семантической составляющим любого объекта из внешних прикладных программ пользователя;

конвертирование данных из внутренних форматов в заданные и наоборот;

слияние графических и семантических баз данных (БД), подго­товленных на разных машинах, с центральной БД;

сетевой вариант ввода и обработки информации.

Процесс графического автоматизированного проектирования состоит из нескольких этапов.

1. Преобразование исходного графического материала в рас­тровую форму (например, с помощью стандартных программ, вхо­дящих в поставку сканера).

2. Преобразование растрового изображения в цифровую век­торную форму (векторизация растра) с использованием моду­лей АШоСАБ, Мар1п/о, Агс1п/о или других программных продук­тов.

3. Обработка цифрового графического изображения. После векторизации получают карту, объектами которой можно манипу­лировать, например, в формате АШоСАВ (качественное оформле-

ние чертежа, зарамочное оформление, надписи, условные знаки, штампы и др.).

4. Получение производных карт (уклонов местности, экспози­ций). Для этого используются специальные пакеты, содержащие функцию ЗО-преобразования. Вводится рельеф местности, запус­каются специальные модули (Агс1п/о, М1сго5Ш1юп и др.), позволя­ющие получить цифровую модель рельефа (ЦМР); далее запуска­ется стандартный модуль ПП для получения карты уклонов, экс­позиций, почвенных карт и др.

5. Процесс проектирования и размещения полей и элементов проекта на компьютере происходит так же, как и вручную, только осуществляется на полученной векторной карте при помощи вы­шеперечисленных программных продуктов.

6. Выполнение автоматизированных расчетов по профилю ре­шаемой задачи. Те из них, которые нужны в процессе проектиро­вания, осуществляются с помощью стандартных функций исполь­зуемой программы (например, вычисление площадей, расстоя­ний, периметров, панорамирование, изменение угла зрения, 30-преобразование). Расчеты, необходимые для обоснования проектных землеустроительных решений, выполняются путем вы­зова соответствующих внешних программ.

7. Запись результатов расчетов и графического проектирования в файлы и их вывод на внешние устройства (принтер, плоттер).

3. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ КОНТУРНЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ

Одна из наиболее распространенных задач, которая будет ре­шаться с помощью автоматизированной системы проектирова­ния, — вычисление площадей контурных и линейных объектов с увязкой в пределах карты для любого слоя (в том числе и резуль­тирующего). При решении этих задач желательно использование карт, составленных в равновеликих проекциях, на которых отсут­ствуют искажения площади.

В состав САЗПР должны входить процедуры, обеспечиваю­щие идентификацию контурных объектов и контроль их замкну­тости; идентификацию линейных и точечных объектов, отражае­мых внемасштабными условными знаками, построение буфер­ных зон в соответствии с их линейными размерами; вычисление площадей всех объектов с учетом выделенных буферных зон; учет площадей вложенных (вкрапленных) объектов; увязку пло­щадей в рамках секций, планшетов; наложение на планшет но­вого контура по геодезическим координатам и при необходимос­ти переувязку контуров на планшете; деление объекта или объе­динение двух и более контуров в один по заданному значению площади.

Подсистема ввода и пред­варительной обработки изображений контурных карт

Подсистема вычисления площадей контуров

Подсистема

ввода

семантики

I

База контурных карт (метрика)

Подсистема справочников и классификаторов

База контурных карт (семантика)

А А А

Подсистема про­смотра и редакти­рования вектори­зованных изо­бражений

Интерфейс «метрика — семантика»

Подсистема оформления картографиче­ского материала

Подсистема

формирования

запросов

Вывод результатов на заданное устройство

Ввод карт, ма­териала в уст­ройство

Конвертирование данных в за­данные форматы

Интерфейс пользователя

Пользователь

Рис. 11. Схема вычисления площадей контуров в автоматизированном режиме

Укрупненная схема решения данной задачи по вычислению площадей контуров на ЭВМ в автоматизированном режиме пред­ставлена на рис. 11.

В зависимости от используемых аппаратных средств и специа­лизированных программных пакетов приведенная схема может изменяться. Тем не менее блок вычисления площадей в том или

ином виде имеет место практически в любой автоматизированной системе, предназначенной для нужд землеустройства.

Использование в САЗПР принципа наложения выдвигает со­ответствующие требования к программному обеспечению. В част­ности, должна обеспечиваться потребность пользователя в ин­тегрированной информации при графическом и логическом на­ложении слоев для точки, контура, группы контуров (например, по их номерам), для произвольной области карты по границе, взятой из другого слоя, и т.д. Справка должна строиться по