Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и разработка принципов построения сетевого комплекса для обучения в области геоинформационных систем на базе терминальной структуры с возможностью удаленного доступа

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка принципов построения сетевого комплекса для обучения в области геоинформационных систем на базе терминальной структуры с возможностью удаленного доступа"

На правах рукописи

Зеленое Иван Олегович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕВОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ В ОБЛАСТИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ТЕРМИНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УДАЛЕННОГО ДОСТУПА

Специальность 25.00.35 - «Геоинформатика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК).

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Майоров Андрей Александрович Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Цветков Виктор Яковлевич

кандидат географических наук Симонов Александр Васильевич

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский

институт информационных образовательных технологий (г. Москва)

Защита диссертации состоится «29» декабря 2005 г., в •/ 0 часов в аудитории 321 на заседании диссертационного совета Д212.143.03 при Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064, Москва, Гороховский переулок, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК).

Автореферат разослан «.....»...................2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета щмА---Климков Ю.М.

ШЗ з

Актуальность диссертационной работы: В настоящее время система образования во всем мире переживает переломный момент. Причем реформированию подвергаются не какие-то отдельные элементы, а вся инфраструктура образования в целом. Постоянно убыстряющиеся темпы научно-технического прогресса, многократно возросшие потоки информации, новые области наук, переоценка моральных ценностей - все это накладывает свой отпечаток в том числе и на учебно-образовательную деятельность. Складывающиеся веками традиции обучения сейчас глубоко переосмысливаются, вырабатываются совершенно новые принципы проведения учебной деятельности. Одним из таких принципов является открытое образование, которое находит все большее распространение во всем мире.

Не обязательно какому-либо образовательному учреждению открывать свои филиалы по всему миру, тем самым расходуя финансовые, человеческие, материальные ресурсы, если можно обойтись четко налаженной схемой дистанционного обучения, которая будет не менее действенна. С другой стороны, любой желающий сможет получить весь необходимый ему спектр образовательных услуг, где бы он ни находился. Наряду с новыми появляющимися образовательными учреждениями, которые делают ставку именно на дистанционное обучение, его важность и действенность поняли и многие старейшие и уважаемые университеты мира и активно продвигают его как один из видов своей деятельности.

Существуют несколько способов реализации дистанционного образования, и все они базируются на каких-либо системах связи, будь то почтовая служба, телевизионное вещание и т.д. Однако самым действенным на сегодняшний момент остается способ, основывающийся на компьютерных сетях. Локальные вычислительные сети (ЛВС), имеющие выход в глобальную сеть (такую, как исем известный Интернет)

- НАЦИОНАЛЬНА*] БИБЛИОТЕКА {

■ " М-^Г

- вот схема, по которой уже получили и получают образование миллионы людей. Инструментальная база этого способа настолько широка, что ее возможности кажутся поистине безграничными.

Более того, компьютеризированные комплексы на основе ЛВС широко используются во всех образовательных учреждениях, и объединив их функциональные возможности с функциями дистанционного обучения, мы получим эффективный инструмент с самыми широкими возможностями.

Данная диссертационная работа посвящена выработке методологии и разработке принципов построения одного из таких компьютерных обучающих комплексов на основе терминального класса оборудования, который будет использоваться для обучения в области геоинформационных систем, и учитывать его специфику и задачи.

Цель диссертационной работы: Исследование и разработка принципов построения сетевого комплекса для обучения в области геоинформационных систем на базе терминальной структуры с возможностью удаленного доступа.

Основные задачи исследования:

• Провести анализ дисциплин, связанных с разработкой ГИС с целью выявления критериев, которым должно отвечать выработанное решение;

• Определить специфику образовательной сферы с тем, чтобы привести выработанное решение в соответствие с условиями учебного процесса;

• Провести обзор, классификацию и анализ возможных решений, определение преимуществ и недостатков каждого с тем, чтобы выбрать наиболее рациональное;

• Разработать методологию, позволяющую конкретизировать варианты реализации комплекса в соответствии с выработанными критериями;

• Путём анализа выработать конкретные требования к характеристикам отдельных составляющих комплекса (аппаратной, программной);

• Выполнить экспериментальные исследования разработанного комплекса и проанализировать результаты его практического функционирования.

Научная новизна работы: Проведён анализ сферы применения геоинформационных систем с целью выявления критериев, которым должно отвечать выработанное решение, определены семь основных критериев: возможность обработки больших объёмов информации, возможность пересылки по каналам связи больших объёмов информации, работа с графической информацией, возможность обработки трехмерной графики, возможность передачи по каналам связи информации в реальном времени, совместимость с существующим программным обеспечением, возможность многопользовательской работы с БД;

Проведен обзор, классификация и анализ возможных решений путём математического моделирования, определены преимущества и недостатки каждого решения, выбран и обоснован метод решения проблемы, базирующийся на использовании терминальных структур;

Разработана методология, позволяющая конкретизировать варианты построения обучающего комплекса в соответствии с определенными ранее критериями, построены модели вариантов решений;

Путём анализа выработаны конкретные требования к характеристикам отдельных составляющих комплекса;

Выполнено экспериментальное исследование разработанного комплекса и проанализированы результаты его практического функционирования.

Практическая значимость: Состоит в повышении качества и эффективности учебного процесса в сфере проектирования и эксплуатации ГИС путём внедрения разработанного решения в образовательный процесс.

Апробация работы: основные положения и тезисы исследований докладывались как очно, так и в виде тезисов на 56-й, 57-й и 58-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК, а также на международных конференциях в Нижнем Новгороде и Москве в 2001 и 2002 г.г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 4 статьи.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Диссертация содержит 128 страниц основного текста, 20 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 52 наименований, в том числе 7 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе проведён анализ специфики области, связанной с ГИС, и выработаны критерии, налагаемые этой областью:

• Возможность обработки больших объемов информации (своп-область не менее 2 Гб);

• Возможность пересылки по каналам связи больших объёмов информации (канал связи до 100 Мбит/с);

• Работа с графической информацией (объем ОЗУ не менее 562 Мб);

• Возможность обработки трехмерной графики;

• Возможность передачи по каналам связи информации в реальном времени (канал связи до 1 Гбит/с);

• Совместимость с существующим программным обеспечением;

• Возможность многопользовательской работы с БД. Проанализирована специфика образовательного процесса и

выработаны требования, предъявляемых данной спецификой:

• Чёткая дифференциация функций обучающего и обучаемого;

• Возможность одновременного обучения не менее чем 12 человек;

• Обеспечение четкого контроля преподавателя за всеми основными функциями комплекса;

• Информационная безопасность;

• Простота обслуживания;

• Оптимальное соотношение «цена/функциональность».

Построен алгоритм реализации поставленной задачи (рис. 1) и разработан механизм контроля соответствия хода работы и поставленной задачи (рис.2).

Методологические результаты по разработке

такого комплекса, полученные в ходе работы

Рис. 1. Алгоритм организации проведения работ по исследованию

Функционирующий аппаратно-программный терминальный комплекс

Результаты анализа существующих решений в данной области

и разработке комплекса.

Рис. 2. Алгоритм механизма контроля соответствия работы критериям выбранной области.

Во второй главе рассмотрены основные пути реализации поставленной задачи, проведено исследование различных типов локальных вычислительных сетей (рис. 3, 4, 5) - децентрализованной, среднецентрализованной и сильноцентрализованной. Такая классификация позволяет чётко проследить степень соответствия каждого сетевого решения для реализации поставленной задачи построения терминального комплекса. После проведения классификации математическими методами были проанализированы функциональные схемы решений.

Для этого была составлена таблица, где столбцами являлись методы решений комплекса, а строками являлись 13 критериев, определенные в предыдущей главе. Таким образом, каждая ячейка говорила о том, насколько соответствует та или иная схема конкретному критерию. После этого мы представили результаты анализа в явном виде. Для этого обозначили каждый столбец буквой (a, b и с), а каждую строку - цифрой. Каждая ячейка, таким образом, будет носить номер от al до с 12. В случае выполнения в данной ячейке критерия мы присвоим ей значение 1, в случае невыполнения - значение 0. При неоднозначном варианте ячейке будет присвоено значение 0,5.

Процентное соответствие каждого способа построения сети нужным требованиям рассчитывается по формуле:

X = (al + а2 + ... + an)/пх 100, где п - количество критериев, а Х- процентная эффективность способа.

Расчеты показали, что эффективность для каждого столбца (т.е. для каждого способа построения сети):

Для децентрализованной сети: А = 46% ; Для среднецентрализованной сети: В = 61 % ; Для сильноцентрализованной сети: С =92% .

Результаты анализа эффективности представлены в виде графика на рисунке 5:

Типы ЛВС

Рис. 3. Процентная эффективность различных видов ЛВС

Результаты анализа показали, что наиболее рациональным направлением реализации терминального комплекса является сильноцентрализованный способ сетевого взаимодействия.

Как один из способов реализации сильноцентрализованного способа построения была рассмотрена терминальная структура сети, в которой роль т.н. «ультратонких клиентов» (рабочих станций) выполняют терминалы, класс устройств, в отличие от ПК жёстко зависящих от центрального сервера.

Децентрализованная ЛВС

Среднецентрализованная ЛВС

Сильноцентрализованная ЛВС

Рис. 4. Схема использования аппаратных мощностей в различных видах ЛВС.

г

Общие данные хранятся на локальных машинах Общие данные хранятся на локальных машинах Общие данные хранятся на локальных машинах

Частные данные храня гея на локальных носителях Частные данные хранятся на локальных носителях Частные данные хранятся на локальных носителях

Децентрализованная ЛВС

Среднецентрализованная ЛВС

Сильноцентрализованная ЛВС

Рис. 5. Схема информационного взаимодействия в различных видах ЛВС.

Исследованы возможности, предоставляемые применением терминального метода (табл.1) и классифицированы терминальные методы решения (рис.7), а также с помощью того же математического способа обоснован выбор оптимальной функциональной схемы (рис.6).

Такой схемой стали аппаратно-зависимые терминалы с абсолютной централизацией управления.

Таблица 1. Преимущества терминального решения комплекса

«Толстый» клиент «Тонкий» клиент

11рограммнос обеспечение расположено и запускается с клиентских машин Всё программное обеспечение расположено и запускается с сервера управления терминалами

Рабочие материалы хранятся частично на файл-сервере, частично на локальной машине Все рабочие материалы хранятся на сервере

Клиентская машина использует только свои аппаратные мощности Клиентская машина использует аппаратные мощности сервера

Для повышения мощности рабочих станций надо проводить модернизацию на каждой машине Для повышения мощности рабочих станций достаточно лишь провести модернизацию сервера

Общая безопасность системы от утечек информации и вандализма варьируется в диапазоне от низкого до среднего Безопасность системы от утечек информации и вандализма поддерживается на более высоком уровне

Рис. 6. График эффективности типов терминальных сетей

100

О Апп.-незав. с абсолюта

централизацией

■ Апп.-незав. с иенгралю. ср степени

□ Апп.-завис. с цеэтралт. ср степени

□ Апп.-завис. с абсолютн. централизацей_

Рис. 7. Деление терминальных устройств по двум типам классификации.

В третьей главе разработаны принципы, логические схемы, варианты построения информационного взаимодействия между составляющими частями терминального комплекса (рис.8).

Логическая структура терминального комплекса представляет собой рабочие места (терминалы), а также управляющие элементы:

• Сервер «тонких» клиентов, который обеспечивает контроль всей терминальной сети;

• Сервер офисных приложений, посредством которого запускаются программы ведения документооборота, браузеры и т.д.;

• Файловый сервер, где хранятся исходные и конечные рабочие материалы пользователей;

• Сервер >¥т(1о\У5-приложений, посредством которого запускаются большинство ГИС-приложений.

Часть этих серверных функций может быть объединена в одном аппаратном решении, что позволит упростить физическую структуру комплекса.

Также предусмотрены реализация вывода картографических и других данных на печать и взаимодействие комплекса с внешними сетями.

После того, как логическая структура сети была преобразована в физическую схему, были разработаны схемы реализации аппаратной части с применением математических методов расчёта характеристик компонентов (в частности, для сервера рассчитывалась мощность 4 процессора, объем оперативной памяти и т.д.), а также предложена

ш

методика использования программного обеспечения, системных « приложений, ГИС-приложений, и разработана организация информационных потоков внутри комплекса (рис.9).

Методика была основана на структуризации всего программного обеспечения по его функциональным признакам: является ли данное ПО операционной средой, либо системным, служебным приложением, либо ГИС-обеспечением, прикладными пользовательскими приложениями.

Такая структуризация позволила свести всё многообразие способов информационного взаимодействия приложений внутри комплекса к четкой принципиальной схеме, которая и базируется на предложенной методике.

«Тонкие клиенты»

Рис. 8. Логическая схема сети терминального комплекса

По этой методике всё ПО было распределено по трём уровням с тщательной проработкой связей между ними и организацией информационных потоков. Отдельное внимание было уделено обеспечению удаленной работы с комплексом, а также вопросам совместимости с популярными ГИС-приложениями.

Рис. 9. Организация информационного взаимодействия внутри терминального комплекса.

В четвертой главе произведен выбор аппаратных решений на основе заявленных критериев соответствия и выявлены особенности их эксплуатации. Было выполнено построение комплекса по схеме, представленной на рис. 10. Был установлен сервер SunFire V210 на основе SPARC-процессора 1,34 ГГц, который обслуживал терминальную сеть Sun Ray 1. В качестве операционной среды использована ОС Solaris 10, на которую устанавливается Sun Ray Server Software 3.1 для организации работы с терминалами и Citrix ICA для обеспечения возможности работы с Windows-приложениями.

Рис. 10. Схема организации компонентов сети терминального комплекса

Во внешнюю сеть Сервер тонких клиентов Сервер офисных приложений Файловый сервер

Сетевой коммутатор общей сети 100 МБнт/с Ethernet

ЛППП1

Сервер

Wmdows-приложсний

Сетевой интерфейс сети тонких клиентов I ГБиг/с Ethernet

LIIMI Uli

Сетевой принтер

д

Сетевой коммутатор сети тонких клиентов 100 МБит/с Ethernet

X

• •

Рабочие места ( 12 шт.)

Произведен выбор программных решений на основе предложенной методики, проанализирована работа пакета ArcGIS фирмы ESRI и некоторых других. На разработанном и построенном комплексе проводилось одновременное обучение 12 специалистов с применением таких ГИС-решений, как ArcView 9 и др. В качестве практикума производился ряд работ, имеющий практическое значение в асбестодобывающей отрасли. Также проводилось обучение с применением удаленного доступа через терминал посредством внешней сети. Активно применялись такие операции, как:

• объединение и разбивка слоев, отражающих состояние района в различные временные периоды;

• работа с растровыми подложками аэрофотоснимков;

• перенос графических данных слоев между файлами;

• векторное построение границ карьеров и других объектов;

• наполнение баз данных координатной информацией.

В экспериментальных целях с помощью 3D Analyst было выполнено построение трехмерной модели одного из исследуемых участков.

fh «• »— у» И>

• I .........3 I-3 -> з!

* * т з А - u-1 ^ 3 т ь

О *■•>'•> • • ♦ Г1"^ 3 и А »

гтг=- *

« . а

•г ......;;

*

к

к «

1 ■■ ПТиТТТ

» □ - д-

Рис. 11. Пример работы в интерфейсе пакета ArcView 9.

И наконец рассмотрены и проанализированы результаты экспериментальной апробации комплекса, организации обучения пользователей, анализ соответствия этих результатов поставленной задаче.

Одним из наиболее наглядных показателей, полученных в результате анализа, является зависимость суммарного размера своп-файлов от количества сессий. При количестве до 15 одновременно запущенных пользовательских сессий размер своп-файла возрастает полого, что свидетельствует о достаточном размере оперативной памяти и, таким образом, обеспечечивает быструю и стабильную работу с ГИС-приложениями. И лишь при дальнейшем увеличении количества сессий начинает сказываться нехватка оперативной памяти.

Кол-во сессий

Рис. 12. Зависимость размера своп-файлов от количества пользовательских сессий

В заключении подведены итоги проделанной работы, выполнена оценка научной и практической значимости разработки и сделаны основные выводы и рекомендации по данному исследованию.

Выводы и основные результаты.

1. Проведён анализ сферы разработки и эксплуатации ГИС с целью выявления критериев, которым должно отвечать выработанное решение, определены семь основных критериев: возможность обработки больших объёмов информации, возможность пересылки по каналам связи больших объёмов информации, работа с графической информацией, возможность обработки трехмерной графики, возможность передачи по каналам связи информации в реальном времени, совместимость с существующим программным обеспечением, возможность многопользовательской работы С БД.

2. Проведен обзор, классификация и анализ возможных решений, определены преимущества и недостатки каждого, выбран и обоснован метод решения проблемы, базирующийся на терминальной структуре обучающего комплекса.

3. Разработана методология, позволяющая конкретизировать варианты решений комплекса в соответствии с разработанными критериями, построены модели вариантов решений.

4. Разработаны: архитектура обучающего комплекса, структурные и функциональные схемы информационного взаимодействия внутри обучающего комплекса.

5. Путём анализа выработаны конкретные требования к характеристикам отдельных частей комплекса (аппаратной, программной), выполнено экспериментальное построение обучающего комплекса и проанализированы результаты его практического функционирования.

Список публикаций

1. Зеленое И.О., Кудж С.А. Аппаратно-программный обучающий комплекс в области картографо-геодезических наук на базе терминального класса с возможностью удаленного доступа // Известия высших учебных заведений (геодезия и аэрофотосъемка), Москва, 2001, стр.51-52.

2. Зеленое И.О., Кудж С.А. Использование терминального класса оборудования в качестве универсального обучающего комплекса с возможностью удаленного доступа // Известия высших учебных заведений (геодезия и аэрофотосъемка), Москва, 2001, стр.53-54.

3. Зеленое И.О., Кудж С.А., Трофимов C.B. Разработка электронной обучающей системы для локальной сети и глобальной сети ИНТЕРНЕТ // Известия высших учебных заведений (геодезия и аэрофотосъемка), Москва, 2002, стр. 45-46.

4. Зеленое И.О. Концепция использования терминально-серверной структуры сети с возможностью удаленного доступа как реализации системы дистанционного образования // Известия высших учебных заведений (геодезия и аэрофотосъемка), Москва, 2003, стр.49-50.

í

«23755

РНБ Русский фонд

2006-4 25153

у

Подписано в печать 24.11.2005. Гарнитура Тайме Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,5; Тираж 80 экз. Заказ №224 Цена договорная УПП «Репрография» МИИГАиК, 105064, Москва, Гороховский пер., 4

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Зеленов, Иван Олегович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1.1 Анализ специфики ГИС, влияющей на процесс информатизации образовательной деятельности. Выработка критериев, налагаемых этой областью.

1.2 Анализ специфики образовательного процесса. Выработка требований, предъявляемых данной спецификой.

1.3 Построение алгоритма реализации поставленной задачи. Разработка механизма контроля соответствия хода работы и поставленной задачи.

1.4 Результаты проведенного анализа области ГИС-обучения.

Глава 2. ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЛЕКСА

2.1 Основные пути реализации поставленной задачи. Анализ функциональных схем решений с применением математического моделирования.

2.2 Исследование возможностей, предоставляемых применением терминального метода в сфере ГИС-обучения.

2.3 Классификация терминальных методов решения, выбор оптимальной функциональной схемы с применением математического моделирования.

2.4 Выводы, полученные при исследовании вариантов решения обучающего комплекса.

Глава 3. ПРОВЕДЕНИЕ КОНКРЕТИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ ОБУЧАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА

3.1 Разработка принципов, логических схем, вариантов построения информационного взаимодействия между составляющими частями комплекса.

3.2 Разработка схемы реализации аппаратной части с применением математических методов расчёта.

3.3 Методика использования программного обеспечения, системных приложений, ГИС-пакетов, организация информационных потоков.

3.4 Результаты разработки параметров комплекса для обучения ГИС-системам.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕРМИНАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

4.1 Экспериментальное исследование аппаратных решений на основе заявленных критериев соответствия. Особенности их эксплуатации.

4.2 Исследование функционирования программных решений на основе предложенной методики.

4.3 Результаты экспериментальной апробации комплекса в сфере ГИС, анализ их соответствия поставленной задаче.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и разработка принципов построения сетевого комплекса для обучения в области геоинформационных систем на базе терминальной структуры с возможностью удаленного доступа"

В настоящее время система образования во всем мире переживает переломный момент. Причем реформированию подвергаются не какие-то отдельные элементы, а вся инфраструктура образования в целом. Постоянно убыстряющиеся темпы научно-технического прогресса, многократно возросшие потоки информации, новые области наук, переоценка моральных ценностей - все это накладывает свой отпечаток в том числе и на учебно-образовательную деятельность. Складывающиеся веками традиции обучения сейчас глубоко переосмысливаются, вырабатываются совершенно новые принципы проведения учебной деятельности. Одним из таких принципов является открытое образование, которое находит все большее распространение во всем мире.

Если вкратце объяснить суть открытого образования, то она состоит в том, чтобы сделать процесс обучения во всех его аспектах максимально гибким, отвечающим интересам именно сегодняшнего дня. Для этого оно должно отвечать определенным требованиям, одним из важнейших которых является принцип географической и временной независимости. В настоящее время, когда тенденция во всем мире такова, что график жизни людей становится все более и более загруженным, доступ к получению образования, специальности, повышению квалификации и т.д., должен быть максимально удобным, быстрым, действенным. Одним из методов, который позволяет провести вышесказанное на практике, является дистанционное образование.

Нет необходимости какому либо образовательному учреждению открывать свои филиалы по всему миру, тем самым расходуя финансовые, человеческие, материальные ресурсы, если можно обойтись четко налаженной схемой дистанционного обучения, которая будет не менее действенна. С другой стороны, любой желающий сможет получить весь необходимый ему спектр образовательных услуг, где бы он ни находился.

Наряду с новыми появляющимися образовательными учреждениями, которые делают ставку именно на дистанционное обучение, его важность и действенность поняли и многие старейшие и уважаемые университеты мира и активно продвигают его как один из видов своей деятельности.

Существуют несколько способов реализации дистанционного образования, и все они базируются на каких-либо системах связи, будь то почтовая служба, телевизионное вещание и т.д. Однако самым действенным на сегодняшний момент остается способ, основывающийся на компьютерных сетях. Локальные вычислительные сети (ЛВС), имеющие выход в глобальную сеть (такую, как всем известный Интернет) - вот схема, по которой уже получили и получают образование миллионы людей. Инструментальная база этого способа настолько широка, что ее возможности кажутся поистине безграничными.

Более того, компьютеризированные комплексы на основе ЛВС широко используются во всех образовательных учреждениях, и объединив их функциональные возможности с функциями дистанционного обучения, можно получить эффективный инструмент с самыми широкими возможностями.

Например, «тонкие» клиенты от компании Sun, которые будут рассматриваться в данной работе, установлены в НАСА, Donnely Communications, ВМФ США, университетах Джорджа Вашингтона, Оксфорде, Стенфорде и Вестминстере, а также в Датском техническом университете, государственных начальных школах Амстердама, Cooperative Bank и многих других организациях. В России их использует сотовая сеть "Мегафон", мэрия Санкт-Петербурга, Балтийский завод, Инженерный центр Восточно-Сибирской железной дороги, Уральский электрохимический комбинат, "Татнефтегеофизика", а также ряд образовательных заведений, среди которых МГУ, МИФИ, МФТИ, ЛИТМО, СпбГТУ и многие другие.

Данная диссертационная работа посвящена выработке методологии и разработке одного из таких компьютерных комплексов на основе терминального класса оборудования, который будет использоваться для обучения геоинформационным системам, и будет учитывать его специфику и задачи.

Итак, цель работы: предложить терминальное решение для реализации аппаратно-программного комплекса, позволяющего проводить образовательные и научно-исследовательские работы в сфере эксплуатации и разработки ГИС.

Задачи, которые необходимо решить для достижения выбранной цели:

• Провести анализ сферы ГИС с целью выявления критериев, которым должно отвечать выработанное решение

• Определить специфику образовательной сферы с тем, чтобы привести выработанное решение в соответствие с условиями учебного процесса

• Провести обзор, классификацию и анализ возможных решений, определение преимуществ и недостатков каждого с тем, чтобы выбрать оптимальное

• Разработать методологию, позволяющую конкретизировать варианты решений комплекса в соответствии с нужными критериями

• Путём анализа выработать конкретные требования к характеристикам отдельных частей комплекса (аппаратной, программной)

• Выполнить экспериментальное построение комплекса и проанализировать результаты его практического функционирования

В ходе работы, в первой главе проведён анализ специфики ГИС, влияющей на процесс информатизации образовательной деятельности и выработаны критерии, налагаемых этой областью. Затем проанализирована специфика образовательного процесса и выработаны требования, предъявляемые данной спецификой. После чего построен алгоритм реализации поставленной задачи и разработан механизм контроля соответствия хода работы и поставленной задачи.

Во второй главе рассмотрены основные пути реализации поставленной задачи и проанализированы функциональные схемы решений. После чего исследованы возможности, предоставляемые применением терминального метода и классифицированы терминальные методы решения, а также обоснован выбор оптимальной функциональной схемы.

В третьей главе разработаны принципы, логические схемы, варианты построения информационного взаимодействия между составляющими частями комплекса. После этого разработаны схемы реализации аппаратной части с применением математических методов расчёта, а также предложена методика использования программного обеспечения, системных приложений, организация информационных потоков.

В четвертой главе произведен выбор аппаратных решений на основе заявленных критериев соответствия и выявлены особенности их эксплуатации. Также произведен выбор программных решений на основе предложенной методики. И, наконец, рассмотрены и проанализированы результаты экспериментальной апробации комплекса, анализ их соответствия поставленной задаче.

В заключении подведены итоги проделанной работы и сделаны выводы о соответствии результатов работы поставленной цели.

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Зеленов, Иван Олегович

4.4 Выводы и результаты экспериментального исследования обучающего комплекса.

В четвёртой главе были выполнены следующие задачи: На основе технических характеристик, которые выработаны в третьей главе, был произведен подбор конкретных аппаратных решений. В частности, произведено техническое воплощение центрального сервера и сервера Windows-приложений, обоснован выбор конкретных терминальных устройств, все эти элементы в ходе экспериментальных исследований были соединены в работоспособную терминальную сеть.

Далее было выбрано определенное программное обеспечение. Это и операционные системы, и служебные приложения, и пакеты ГИС. Выбор был произведен на основе разработанной в главе 3.3 трехуровневой модели взаимодействия информационных потоков.

Наконец, на данном комплексе была проведена экспериментальная апробация учебного процесса в области ГИС. Рассмотрю, как были выполнены в ходе этой апробации критерии, которые определены в главах 1.1 и 1.2:

Семь основных критериев сферы ГИС:

• возможность обработки больших объёмов информации (своп-область не менее 2Гб)

Цель была достигнута посредством обеспечения необходимых мощностных характеристик центрального сервера и сервера Windows-приложений. Экспериментальные работы, проведенные в пакете Arc View, подтвердили эту возможность.

• возможность пересылки по каналам связи больших объёмов информации (скорость канала не менее 100 Мбит/с)

Обеспечивается каналами связи с высокой (до 1 Гбит/с) пропускной способностью. Одновременная работа 12-ти пользователей не вызвала перегрузки каналов связи.

• работа с графической информацией, возможность обработки трехмерной графики (объем оперативной памяти не менее 256Мб)

Цель была достигнута посредством обеспечения необходимых мощностных характеристик центрального сервера, кроме того, так как данный комплекс позволяет работать с существующими приложениями в средах Win32 и Unix, то все операции по работе с графикой, которые возможно осуществить в данных приложениях, возможно осуществить в данном комплексе. В частности, использовались графические возможности пакета ArcGIS.

• возможность передачи по каналам связи информации в реальном времени (скорость канала связи не менее 1 Гбит/с)

Обеспечивается каналами связи с высокой (до 1 Гбит/с) пропускной способностью. Одновременная работа 12-ти пользователей не вызвала перегрузки каналов связи.

• совместимость с существующим программным обеспечением

В комплексе установлены ОС Windows 2000 и Solaris 10, которые позволяют работать со всем спектром современного ПО - как ГИС-пакеты, так и текстовые и графические редакторы и прочие приложения.

• возможность многопользовательской работы с БД

Эта возможность была в частности обеспечена установкой приложения ArcSDE, экспериментальные исследования подтвердили факт его нормального функционирования в данном комплексе. Специфика образовательной сферы:

• чёткая дифференциация функций обучающего и обучаемого Выполнение этого условия было обеспечено различием рабочих профилей пользователей в среде Solaris 10, в профиле преподавателя было прописано больше прав доступа и большие функциональные возможности, чем у обучаемых.

• возможность предоставления обучения не менее 12 человек одновременно

В ходе эксперимента было установлено 12 терминалов Sun Ray 1, с возможностью их одновременной работы.

• обеспечение чёткого контроля преподавателя за всеми основными функциями комплекса

Условия было достигнуто путём обучения преподавателя базовым навыкам администрирования терминального комплекса.

• информационная безопасность

В ходе практической реализации комплекса информационная безопасность обеспечивалась применением смарт-карт, ограничением прав пользователей-обучаемых, применением криптографической защиты данных при пересылки по сети, централизованным хранением информации.

• простота обслуживания

В ходе практической апробации комплекса для администрирования использовался веб-интерфейс, входящий в пакет Sun Ray Server Software 3.1, что позволило облегчить администрирование лицам, не имеющих глубоких познаний в области Unix-систем.

• оптимальное соотношение параметра «цена/функционалыюсть»

При модернизации и ремонте комплекса необходимо производить замену аппаратного и программного обеспечения не на всех рабочих станциях, а только на серверах, что выгодно отличает терминальный способ построения сети от других решений.

Таким образом, экспериментальными исследованиями были подтверждены теоретические результаты данной работы, обеспечено выполнение условий и критериев, составивших исходные условия работы, что позволяет определить практические результаты эксперимента как успешные.

121

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении подведу итоги работы, проанализирую выполненные задачи и проведу оценку результатов данного исследования.

Цель работы, заключающаяся в том, чтобы предложить терминальное решение для реализации аппаратно-программного комплекса, позволяющего проводить образовательные и научно-исследовательские работы в сфере наук, связанных с ГИС, была достигнута. Путём системного подхода было разработано решение такого комплекса, заключающееся в системе критериев и требований, определяющих создание комплекса, а также в методологическом описании разработки и создания такого комплекса. Верность проделанной работы была подтверждена успешной практической реализацией данного комплекса.

В ходе работы, в первой главе проведен анализ специфики наук, связанных областью ГИС, влияющей на процесс информатизации образовательной деятельности и выработаны критерии, налагаемых этой областью. Затем проанализирована специфику образовательного процесса и выработаны требования, предъявляемых данной спецификой. После чего построен алгоритм реализации поставленной задачи и разработан механизм контроля соответствия хода работы и поставленной задачи.

Во второй главе рассмотрены основные пути реализации поставленной задачи и проанализированы функциональные схемы решений. Потом исследованы возможности, предоставляемые применением терминального метода и классифицированы терминальные методы решения, а также обоснован выбор оптимальной функциональной схемы.

В третьей главе разработаны принципы, логические схемы, варианты построения информационного взаимодействия между составляющими частями комплекса. После этого разработаны схемы реализации аппаратной части с применением математических методов расчёта, а также предложена методика использования программного обеспечения, системных приложений, организация информационных потоков.

В четвертой главе произведен выбор аппаратных решений на основе заявленных критериев соответствия и выявлены особенности их эксплуатации. Также произведен выбор программных решений на основе предложенной методики. И наконец рассмотрены и проанализированы результаты экспериментальной апробации комплекса, анализ их соответствия поставленной задаче.

В ходе исследования были решены следующие задачи:

Проведён анализ сферы геоинформационных систем с целью выявления критериев, которым должно отвечать выработанное решение, определены семь основных критериев: возможность обработки больших объёмов информации, возможность пересылки по каналам связи больших объёмов информации, работа с графической информацией, возможность обработки трехмерной графики, возможность передачи по каналам связи информации в реальном времени, совместимость с существующим программным обеспечением, возможность многопользовательской работы с БД.

Определена специфика образовательной сферы и выявлены следующие условия учебного процесса: чёткая дифференциация функций обучающего и обучаемого, возможность предоставления обучения не менее 12 человек одновременно, обеспечение чёткого контроля преподавателя за всеми основными функциями комплекса, информационная безопасность, простота обслуживания, оптимальное соотношение параметра «цена/функциональность».

Проведен обзор, классификация и анализ возможных решений путём математического метода, определены преимущества и недостатки каждого, выбран терминальный метод решения проблемы;

Разработана методология, позволяющую конкретизировать варианты решений комплекса в соответствии с нужными критериями, построены модели вариантов решений;

Путём анализа выработаны конкретные требования к характеристикам отдельных частей комплекса (аппаратной, программной)

Выполнено экспериментальное построение комплекса и проанализированы результаты его практического функционирования.

Информатизация системы образования является неотъемлемым условием повышения его эффективности, и предложенное решение безусловно способствует его росту в сфере наук в области геоинформационных систем. В том случае, если данная разработка будет введена в практическое использование, она послужит эффективным инструментом в образовании.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Зеленов, Иван Олегович, Москва

1. «Об информации, информатизации и защите информации.» Федеральный закон №24-ФЗ от 20.02.1995 г.

2. Jim Mauro "Solaris Internals: Core Kernel Architecture", Prentice Hall PTR, 2000, ISBN 0130224960

3. David W. S. Wong, Jay Lee "Statistical Analysis of Geographic Information with ArcView GIS And ArcGIS", John Wiley & Sons, 2005, ISBN 0471468991

4. Бабанский Ю.К. Методы обучения в современной общеобразовательной школе.-М.: Просвещение, 1985

5. Белов В.П., Ткачев В.М., Формы применения информационных средств в учебных процессах. // Опыт информатизации образования в высшей школе: Состояние и перспективы. Сб. ст. к конф. / Иван. гос. арх. -строит, акад. Иваново, 1996, с. 24-27

6. Богатырь Б.Н. и др. Концепция системной интеграции информационных технологий в высшей школе. // Рос. НИИ систем, интеграций. М.: 1993, с. 71

7. Цветков В .Я., Бугаевский Л.М. Геоинформационные системы. -М.: Златоуст, 2000,224 с.

8. Цветков В.Я., Бугаевский Л.М., Флейс М.Э. Терминологическая основа и вопросы обучения ГИС // Информационные технологии, 2000, №11, с. 11-16

9. Вдовюк В.И., Шабанов Г.А. Педагогика высшей школы: Современные проблемы. М.: ВУ, 1996, - 68 с.

10. Верников Г. Технологическая эволюция корпоративных информационных систем, http://www.cfin.ru/vernikov/

11. Давыдов Н.А. Педагогика М.: ИЭП, 1997, 134 с.

12. Дистанционное образование // Проблемы информатизации высшей школы. Бюллетень, 1995; №3

13. Домрачев В.Г. Дистанционное обучение: возможности и перспективы // Высш. образ, в России, №3, 1994

14. Загидуллин P.P., Зориктуев В.Ц. Концептуальные вопросы дистанционного образования. Информационные технологии, 1999, №5

15. Цветков В.Я., Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н. Геоинформатика. -М.: МаксПресс, 2001, 347 с.

16. Цветков В.Я., Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н. Информационная безопасность в геоинформатики. М.: МаксПресс, 2004, 334 с.

17. Sandra Henry-Stocker, Evan R. Marks "Solaris Solutions for System Administrators: Time-Saving Tips, Techniques, and Workarounds, Second Edition" Wiley, 2003, ISBN 047143115X

18. Майкл де Мере. Географические информационные системы. Основы. М.: издательство ДАТА+, 1999

19. Цветков В.Я., Максудова Л.Г., Савиных В.П. Интеграция наук об окружающем мире геоинформатики // Исследование Земли из космоса. -№1,2000, с. 46-50

20. Цветков В.Я., Максудова Л.Г. Классификация информационных ресурсов // Геодезия и аэрофотосъёмка, 2000, №4, с. 140-149

21. Цветков В.Я., Максудова Л.Г. От информации к информационным ресурсам // Геодезия и аэрофотосъёмка, 2000, №1, с. 93-98

22. Малыгин Е.Н. и др. Автоматизированная лаборатория удалённого доступа «Проектирование и эксплуатация технологических систем». Информационные технологии, 1999, №11

23. Adrian Cockcroft "Sun Performance and Tuning: Sparc & Solaris" -Prentice Hall, 1994, ISBN 01311496425

24. Основы геоинформатики. В 2-х кн./ Под ред. B.C. Тикунова. М.: «Академия», 2004, Кн. 1 359 е., Кн. 2 - 480 с.

25. Открытое образование: Предпосылки, проблемы, тенденции развития / Под ред. В.П. Тихомирова // Изд-во МЭСИ, М.: 2000

26. Полат Е.С., Моисеева М.В., Петров А.Е., Бухаркина М.Ю., Аксёнов Ю.В., Горбуньков Т.Ф. Дистанционное обучение. М.: ВЛАДОС, 1998, 192 с.

27. Allan N. Packer "Configuring and Tuning Databases on the Solaris Platform", Prentice Hall PTR, 2001, ISBN 0130834173

28. Постановление Правительства РФ №630 от 28.08.2001 г. «О федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 г.г.)»

29. Путилов Г.П. Концепция построения информационно-образовательной среды технического вуза. М.: МГИЭМ, 1999

30. Советов Б.Я.; Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: ВШ, 1995

31. Трифонов В.В. Учебный процесс и его методическое обеспечение. М.: 1993, ВА им. Ф.Э.Дзержинского, - 262 с.

32. John Chirillo, Edgar Danielyan "Sun Certified Security Administrator for Solaris 9 & 10 Study Guide" McGraw-Hill Osborne Media, 2005, ISBN 0072254238

33. Указ Президента РФ «Об основах государственной политики в сфере информатизации» №170 от 20.01.1994 г.

34. Усков B.JL, Ускова М. Информационные технологии в образовании. Информационные технологии, 1999, с. 31-37

35. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии М.: Финансы и статистика, 1998, 278 с.

36. Цветков В.Я. Стандартизация информационных программных средств и программных продуктов. М.: МГУГиК, 2000, 116 с.

37. Paul Watters "Solaris 10: The Complete Reference" McGraw-Hill Osborne Media; 2005, ISBN 0072229985

38. Зеленов И.О., Кудж С.А. Использование терминального класса оборудования в качестве универсального обучающего комплекса с возможностью удаленного доступа // Известия высших учебных заведений (геодезия и аэрофотосъемка), Москва, 2001, стр.53-54

39. Зеленов И.О., Кудж С.А., Трофимов С.В. Разработка электронной обучающей системы для локальной сети и глобальной сети ИНТЕРНЕТ // Известия высших учебных заведений (геодезия и аэрофотосъемка), Москва, 2002, стр. 45-46

40. Зеленов И.О. Концепция использования терминально-серверной структуры сети с возможностью удаленного доступа как реализации системы дистанционного образования // Известия высших учебных заведений (геодезия и аэрофотосъемка), Москва, 2003, стр.49-50

41. А. Трифонова, Н. В. Мищенко, А. Н. Краснощеков. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях. М., «Академический проект», 2005 г.

42. И. К. Лурье, А. Г. Косиков, JI. А. Ушакова, J1. Л. Карпович, М. Ю. Любимцев, О. В. Тутубалина. Компьютерный практикум по цифровой обработке изображений и созданию ГИС. М. «Научный мир», 2004 г.

43. Jones, С. «Geographic Information Systems and Computer Cartography», Longman, 1997

44. Серпик Г. А. Современные системы управления документальными средами // Делопроизводство. 1999. - №1. - С.24.

45. Мелюхин И.С. Организация и использование информационных ресурсов // Информационные ресурсы России. №1. - 1999. - С.11-14.

46. Ю.М.Арский, Р.С.Гиляровский, И.С.Гуров, А.И.Черный. Инфосфера: Информационные структуры, системы и процессы в науке и обществе. -М.: ВИНИТИ, 1996.

47. Концепция системной интеграции информационных технологий в высшей школе. М.: РосНИИС, 1993.

48. Дмитриев В.Н. Прикладная теория информации. М: Высшая школа, 1989.

49. Колмогоров А.Н. Теория информации и теория алгоритмов. М: Наука, 1987.

50. Губарев В.В. Концептуальные основы информатики: Учеб. Пособие: Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001г.

51. JI. Черняк. Интеллектуальная сеть хранения данных. М., Jet Info, 1998