Моделі, методи та засоби формування динамічних сценаріїв у навігаційних геоінформаційних системах реального часу (стр. 1 )

Національна академія наук України

Інститут кібернетики імені

ІВАНИК Юлія Юріївна

УДК 004.94: 528.8:656.052.1:631

МОДЕЛІ, МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ФОРМУВАННЯ

ДИНАМІЧНИХ СЦЕНАРІЇВ У НАВІГАЦІЙНИХ ГЕОІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ

05.13.06 – інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2015

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті кібернетики імені НАН України.

Науковий керівник:	доктор технічних наук, професор Васюхін Михайло Іванович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, завідувач кафедри комп’ютерних систем і мереж.
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Павленко Петро Миколайович, Національний авіаційний університет заступник директора з науково-методичної роботи Інституту інформаційно-діагностичних систем, кандидат технічних наук, доцент Лобанчикова Надія Миколаївна, Житомирський військовий інститут імені .

Захист відбудеться «___» ______________ 2016 р. о (об) __ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.194.03 в Інституті кібернетики імені

НАН України за адресою:

03680, МСП, Київ-187, проспект Академіка Глушкова, 40.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічному архіві Інституту кібернетики імені НАН України за адресою:

03680, МСП, Київ-187, проспект Академіка Глушкова, 40.

Автореферат розісланий «___» _______________ 2015 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради В. О. РОМАНОВ

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сьогодні у нашій країні особливої актуальності набуває проблема ефективності управління в агропромисловому комплексі, що є ключем для підвищення рівня продовольчої безпеки держави. У таких країнах як Сполучені Штати Америки, Канада, Німеччина, Франція та Велика Британія ця проблема успішно вирішується за допомогою технології точного або точніше точкового (point agriculture) землеробства (ТЗ), інтелектуальним ядром якої є навігаційна геоінформаційна система (ГІС).

Основними задачами ГІС точного землеробства є введення, обробка, зберігання і виведення відповідно до запитів вимог системи управління різноманітних картографічних даних про стан земельних ділянок і даних про динамічні рухомі об’єкти, що здійснюють поточну господарську діяльність у реальному часі (РЧ). Інтелектуальним ядром такої системи є навігаційні ГІС реального часу, які дозволяють без затримок відображати інформацію про поточну обстановку на екрані оператора.

Для вирішення таких задач важливе значення мали роботи: , , іна, М. І. Васюхіна, Л. В. Аніскевича, В. І. Кравчука, В. В. Цісаржа, Р. І. Марусика, ія, , В. Є. Ходаковa,

, і, іліна та інших.

Аналіз доступних публікацій дає підстави стверджувати, що в даний час немає відкритих для вітчизняних розробників моделей, методів і засобів побудови динамічних сценаріїв, які створюються за допомогою навігаційних ГІС РЧ, які б дозволяли вести оперативний контроль за станом посівів та управляти агротехнічними операціями у режимі реального часу. Така інформація є у закордонних розробників, що ретельно приховується з огляду на комерційні інтереси фірм-монополістів і недоступна для вітчизняних інженерів та науковців.

В результаті аналізу та узагальнення досліджень моделей, методів та засобів формування динамічних сценаріїв у навігаційних геоінформаційних системах знайдено аналоги та обрано прототипи таких систем, виявлено їх суттєві недоліки, серед яких основними є такі:

− використання як фону динамічного сценарію картограм, які не мають властивостей електронних карт, тобто подають зображення місцевості схематично з великим ступенем спотворення;

− відсутність прив’язки рухомих об’єктів космічного, повітряного і наземного базування до світових систем координат та їх відображення на картографічному фоні в реальному часі;

− відсутні ефективні моделі й методи формування динамічних сценаріїв, які включають динамічні об’єкти космічного, повітряного та наземного базування;

− потребують вдосконалення пакети прикладних програм формування динамічних сценаріїв реального часу для навігаційних ГІС РЧ.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до плану наукових досліджень Інституту кібернетики імені і Національного університету біоресурсів і природокористування України, в рамках науково-дослідних тем:

− НДР «Моделі, методи та засоби побудови програмно-технічних систем забезпечення захисту інформаційних ресурсів від несанкціонованого доступу», шифр М/232-2010 (№ держреєстрації 0107U007588, 2010 рік) за етапом 3;

− ВФК 205.28 «Розробити теоретичні засади, методи та інформаційні технології побудови комп’ютерних засобів та систем на основі інтегрованого використання методів обробки знань, редукційного паралелізму та реконфігурування» (№ держреєстрації 0112U002255, 2013 рік), за етапом 3 «Онтологізація наукових досліджень предметної області»;

− ВФ.205.31 «Розробити теоретичні основи, методи та засоби інформаційних технологій підтримки трансдисциплінарних досліджень»

(№ держреєстрації 0114U001056, 2014 рік) за етапом 1 «Розробка теоретичних засад онтологічного опису предметної області стосовно Semantic Web»;

− НДР «Теоретичні основи і технологія побудови геоінформаційної системи точного землеробства» (№ держреєстрації 0113U003858, 2015рік).

Роль автора в науково-дослідних роботах та проектах полягає у розробці моделей, методів та засобів формування динамічних сценаріїв у навігаційних геоінформаційних системах реального часу, які забезпечують підвищення адекватності відображення і сприйняття оточуючої обстановки в районах руху об’єктів космічного, повітряного та наземного базування.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка моделей, методів і засобів формування динамічних сценаріїв для навігаційних геоінформаційних систем pеального часу для підвищення адекватності представлення і сприйняття оточуючої обстановки, яка включає рухомі об’єкти космічного, повітряного та наземного базування.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати наступні взаємопов'язані задачі:

–  розробити моделі та методи побудови статичної та динамічної складових навігаційних ГІС реального часу;

–  створити технологію інтеграції прикладних програм обробки даних аерофотознімання для створення електронних карт заданого масштабу;

–  запропонувати методи та засоби формування динамічних сценаріїв для навігаційних ГІС реального часу;

–  на основі запропонованих моделей, методів та алгоритмів створити програмні засоби формування динамічних сценаріїв навігаційних ГІС РЧ.

Об’єкт дослідження – процеси формування та відображення переміщень космічних, повітряних та наземних рухомих об’єктів на тематичному картографічному фоні в навігаційних геоінформаційних системах реального часу.

Предмет дослідження – моделі, методи та засоби формування динамічних сценаріїв у навігаційних геоінформаційних системах реального часу.

Методи дослідження. Для розв’язання поставлених задач був використаний комплекс методів: для розробки моделей статичної та динамічної складової навігаційної ГІС РЧ – системний аналіз , теорія множин, теорія графів; для формалізації представлення знань предметної області – методи дискретної математики та математичного моделювання; для створення бази картографічних даних – методи фотограмметрії та комп’ютерної графіки; для програмної реалізації моделей та алгоритмів формування динамічного сценарію – методи структурного, модульного та об’єктно-орієнтованого програмування.

Наукова новизна отриманих результатів. Основні результати роботи, які визначають наукову новизну і виносяться на захист, полягають у наступному:

–  вперше запропоновано модель взаємодії прикладних програм обробки даних аерофотознімання та технологію їх інтеграції, які включають блок обробки навігаційних даних та блок корекції сканованого зображення місцевості, що працюють паралельно та дозволяють створити ортофотоплан заданої ділянки місцевості без втрати якості та зі значною економією часу, що, у цілому, дозволяє будувати крупномасштабні карти будь-якого тематичного змісту;

–  вперше представлено модель бази картографічних даних, сутність якої є диференціація зв’язків картографічних об’єктів (концептів) з виділенням тематичної, графічної і просторової множин на основі єдності їх концептуалізації та інтерпретації в електронну карту у вигляді одного файлу (в прототипах 5 і більше);

–  удосконалено технологію відображення символів рухомих об’єктів за рахунок створення бази символьних даних зі складною атрибутикою для наземних агрегатів, космічних і повітряних об’єктів у залежності від їх типу, структури та функціонального призначення, набув подальшого розвитку метод відображення переміщень символів рухомих об’єктів на картографічному фоні з частотою відновлення динамічної сцени 50 разів у секунду, що забезпечує плавність відображення та, в свою чергу, більш адекватне сприйняття динамічної ситуації людиною-оператором;

–  удосконалено модель функціонування динамічних сценаріїв у навігаційній ГІС РЧ. Сутність удосконалення полягає у новій формалізації опису складових об’єктів, які рухаються у космічному, повітряному та наземному просторах, та використанні методу трансформації символів таких рухомих об’єктів синхронно з масштабом картографічного фону, що дозволяє максимально адаптувати динамічну сцену відповідно до запитів оператора.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що вони дозволяють створити прикладне програмне забезпечення навігаційної ГІС РЧ для формування динамічних сценаріїв космічної, повітряної та наземної обстановки за допомогою масштабного ряду тематичних карт у реальному часі (на побудову кадра обстановки відводиться 20 мсек., тобто 50 разів у секунду), що забезпечує плавність відображення переміщень динамічних об’єктів та, в свою чергу, більш адекватне сприйняття динамічної ситуації людиною-оператором.