Карпухин С.С., Кленов В.И., Никишин А.Н.
Госцентр «Природа»

Особенности и специфика технологии имитационного моделирования: имитационное моделирование базируется на растровой модели. Аналитические операции ГИС «Панорама» осуществляются на векторной (топологической) модели. Имитационного моделирование широко используется при анализе функционирования транспортной сети, при изучении характера распространения загрязнений, паводков, наводнений и других чрезвычайных ситуаций.

Интеграции технологий имитационного моделирования и информационных систем, строящихся на базе ГИС «Панорама»
Необходимость перехода к системному подходу обусловлена общими тенденциями к всеобъемлющему комплексированию и унификации, прослеживающихся во многих сферах современной научной, практической и информационной деятельности человека. Как одно из проявлений данных тенденций является унификация и комплексирование программных и технических средств, осуществляемое на базе современных компьютерных технологий. Данный подход обеспечивает создание универсальных (комплексных) систем и устройств, позволяющих функционально совместить все разнообразие применяемых систем, технологий, массивов информации с целью единого управления, манипулирования, преобразования и обмена данными и пр. действиями.

Круг проблем, которые необходимо решить при интеграции имитационной модели и традиционной ГИС, функционирующей в программной среде ГИС «Панорама», в значительной мере определяется спецификой и программно-технологическим особенностями каждой в отдельности. С этой целью следует отметить особенности каждой.

Особенности и специфика ГИС- технологии в условиях функционирования в программной среде ГИС «Панорама»
Геоинформационная система, основанная на функционировании в условиях использования средств программного обеспечения ГИС «Панорама» унаследовала свойства своего прототипа традиционной картографической системы, более известной под названием «Карта 2000» («Карта 2003») и предназначенной для обеспечения возможности отображения цифровыми методами традиционных картографических изображений, приоритетной целью которой являлось получение тиражных оттисков карт (на бумаге или ином твердом носителе). Развитие рынка геоинформационных технологий побудили разработчиков системы ввести в нее дополнительные модули, обеспечивающие функции геоинформационных систем. Модернизированное программное обеспечение ГИС «Панорама» позволяет эффективно создавать и эксплуатировать универсальные системы, разумно сочетающие свойства геоинформационной системы с присущими ей функциями анализа многочисленных геопространственных данных, сформированных в виде огромных массивов цифровых карт, в совокупности составляющих картографическое обеспечение страны. Такую систему следует рассматривать как аналитико-картографическую, в отличие от чисто аналитических, ориентированных на обработку цифровых данных вне зависимости или учета их пространственного распространения, и картографических, предназначенных для непосредственного отображения реальности посредством картографического моделирования.

Реализация картографических функций в ГИС «Панорама» осуществляется на базе цифровых карт, представляемых как в векторной, так и в аналоговой (растровой) форме, что открывает большие возможности в комплексном картографическом обеспечении любых территорий во всем многообразии масштабов, типов и содержания карт, времени их создания и обновления. Это позволяет многовариантное моделирование, позволяя в системе применять статические и динамические модели, модели и массивы разных масштабных уровней, временных срезов, обеспечивать отображение в различных формах картографических моделей (векторных, растровых). В системе обеспечиваются операции автоматической переструктуризации из вектора в растр. Проведение обратных операции (из растра в вектор) также обеспечиваются системой, правда это осуществляется в ручном (или полуавтоматическом) режиме, требующем больших трудовых и временных затрат, высокого профессионализма операторов и осуществления контроля данных. Применение классификатора цифровой карты обеспечивает унифицированное представление картографических знаков, целостность данных картографического покрытия и делает необязательным отдельное хранение атрибутивной информации, поскольку вся атрибутика, характеризующая индивидуальные объекты карты прописывается в семантике самих объектов, также определяемой классификатором.

На уровне картографической составляющей ГИС «Панорама» успешно решаются задачи эффективных методов сбора и первичной обработки, и обеспечивается подготовка к созданию и собственно создание унифицированных моделей, пригодных для эффективного использования разных видов моделирования, в первую очередь, аналитического.
Реализация геоинформационных функций в программной среде ГИС «Панорама» предусматривает осуществление различных видов анализа данных и моделирования, составляющих ядро ГИС-технологий. Особенности ГИС наличие множества технологий пространственного анализа данных. Один из основных видов анализа основан на рассмотрении объектов в связи с их нахождением относительно друг друга.

Аналитические функции предусматривают проведение следующих основных видов операций моделирования:
операций вычислительной геометрии (расчет площадей, длин, координат центроидов полигонов, периметра и пр.),
оверлейных операций, сопровождающихся наложением слоев с полигонами,
общеаналитических, графаналитических и моделирующих функций (расчет построения буферных зон, анализ сетей, цифровое моделирование рельефа).

Проблема оптимизации геоинформационного проектирования сводятся к разработке эффективных методов сбора и первичной обработки и к созданию унифицированных моделей, пригодных для эффективного использования разных видов моделирования, в первую очередь, аналитического. Поскольку все виды анализа в ГИС «Панорама» осуществляются на основе векторного топологического покрытия, основной проблемой является осуществление быстрого и надежного преобразования в векторную форму всех необходимых для анализа данных, существующих только в растровой (ячеистой) форме представления. Разработка эффективно работающего алгоритма для такого вида преобразований является до сих пор нерешенной задачей геоинформатики.

Проблемы создания интегрированной ГИС
Первоначальное понятие интегрированной ГИС (ISIS) определяется как независимый комплекс, в котором выполняются все процессы обработки, обмена и предоставления разнотипной информации, например картографических данных и дистанционных изображений. В связи с этим, любая ГИС, поскольку предусматривает обработку и представление данных на интеграционной основе, является интегрированной.
Проблемы интеграции в ГИС обусловлены спецификой геопространственных данных, проявленных в особенности их описания, предполагающего указание их позиционной и содержательной определенности (по аналогии с метрической и специальной нагрузкой карт). Учитывая основное предназначение ГИС обрабатывать геопространственные данные, эффективное оперирование позиционными (метрическими) характеристиками объектов, определяющими их форму, размеры и положение в пространстве, является приоритетным и определяющим при реализации всех ее функций.
В связи с разнообразием требований, предъявляемых со стороны различных функциональных подсистем ГИС, выбор наиболее оптимальной модели представления данных, в равной степени удовлетворяющей требованиям всех подсистем ГИС, оказывается невозможным. В связи с этим, разработанные к настоящему времени ГИС тяготеют, как правило, к одному типу представления структурному (векторному) или позиционному (как правило, растровому). В большинстве случаев выбор оптимальной модели для ГИС определяется типом помещаемой в нее информации: Для картографических покрытий оптимальны векторные (как правило, топологические) модели, обеспечивающие эффективный поиск и извлечение информации, анализ и точность преобразований данных, для материалов дистанционных съемок (ДЗЗ) и других изобразительных документов оптимально растровое представление, позволяющее упростить алгоритмы отображения (и соответственно, преобразования) информации, осуществление печати и пр.

Решение проблем оптимизации баз данных может быть осуществлено:
применением векторно-растрового представления в виде традиционной слоевой модели в условиях геореляционной (гибридной) модели взаимоотношения пространственной (метрической, позиционной, графической) и атрибутивной компоненты данных,
использованием интегрированной ГИС, в которой средства реляционной СУБД используются для хранения как пространственной (позиционной), так и атрибутивной информации.

В качестве первого шага в практической реализации предложенной концепции предлагается методика интеграции двух технологий, не первый взгляд несовместимых и взаимоисключающих совместное функционирование технологии имитационного моделирования, полностью базирующейся на растровой модели и методов пространственно-аналитических и оверлейных преобразований данных цифровых векторных карт, осуществляемых в программной среде ГИС «Панорама». Задача объединения их в одной системе и является предметом рассмотрения данной работы.