Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка информационной системы хранения и распространения аэрокосмических изображений

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Баклыков, Максим Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ.

1.1. Анализ современного состояния отрасли дистанционного зондирования Земли.

1.2. Физические основы дистанционного зондирования и методы получения данных.

1.3. Обобщенная структура системы приема, каталогизации и распространения космической информации.

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГЕОПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФРМАЦИИ В ИНТЕРНЕТ.

2.1. Обзор систем автоматизированного распространения аэрокосмической информации и анализ их основных возможностей.

2.2. Распределенные геоинформационные системы с доступом через Интернет.

2.3. Обзор технологий публикации геопространственных данных в Интернет.

2.4. Анализ программного обеспечения для публикации геопространственных данных в Интернет.

2.5. Анализ методов защиты информации в распределенных информационных системах клиент/сервер.

3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ХРАНЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

3.1. Постановка задачи на проектирование системы.

3.2. Анализ основных характеристик модели информации, получаемой аэрокосмическими системами.

3.3. Разработка логической модели данных.

3.4. Выбор формата хранения информации.

3.5. Анализ и выбор архитектуры построения системы.

3.6. Разработка модели архитектуры \¥ЕВ-сервера для распространения геопространственной информации.

3.7. Технология разработки динамических \УЕВ-приложений.

3.8. Обеспечение защиты информации с использованием технологии криптования передаваемой информации.

Выводы. Модель системы автоматизированного распространения космической информации и ее основные преимущества.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СИСТЕМЫ.

4.1.Основные функции и параметры системы.

4.2. Модульная структурно-логическую схема системы и этапы работ по ее реализации.

4.3. Разработка БД космических изображений.

4.4. Создание БД клиентов.

4.5. Разработка серверного блока системы.

4.6. Разработка клиентского приложения.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка информационной системы хранения и распространения аэрокосмических изображений"

Актуальность работы. В настоящее время информационное обеспечение является неотъемлемой составляющей общественной жизни любого государства. Важнейший вклад в информационное обеспечение общества на современном этапе развития вносят космические системы и средства. Космическая информация стала сегодня необходимой для большинства цивилизованных стран мира и находит все большее применение в различных сферах человеческой деятельности.

При решении большинства народнохозяйственных и специальных задач требуется подробная актуальная информация о местности и расположенных на ней объектах[14]. Причем возможна многократность использования одной и той же информации в различных отраслях: экономике, экологии, военном деле, при оценке масштаба катастроф и стихийных бедствий, а также для различных органов управления (международных, государственных, региональных).

Следует иметь в виду, что сам процесс получения космической информации невозможен без решения задач планирования и управления, приема и регистрации, структурного восстановления и качественной цифровой обработки данных, архивного хранения, а также средств приема заказов и отправки информационных продуктов конечному пользователю. Особое место среди этих задач занимает комплекс вопросов, связанных с информационным взаимодействием с потребителями космической информации, каталогизацией данных и доставкой готовой продукции. Как правило, данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) сосредоточены в специализированных архивах организаций, которые отвечают за эксплуатацию спутника. В то же время крайне актуальной является задача повышения эффективности доступа к этой информации конкретного потребителя, зачастую территориально удаленного от основного архива. Потребитель данных ДЗЗ должен получать их в нужном для него виде, а главное - своевременно. Зачастую пользователи сталкиваются с дефицитом информации, и это связано не столько с отсутст3 вием данных, сколько с невозможностью сопоставить и обработать большой объем различных типов космических материалов на район, интересующий заказчика. Как пример можно привести опыт эксплуатации космического аппарата (КА) «Ресурс». Для того, чтобы получить космические данные, сделав при этом конкретный заказ на съемку, нужно было ждать месяц, а иногда и больше. При этом информация теряет свою актуальность, и ее использование для решения многих оперативных задач становится невозможным. В то же время создание систем сбора и распространения данных, внедрение систем оперативного доступа к информации, а также современных систем каталогизации и архивирования помогает решить вопросы создания нового единого информационного пространства, так необходимого для решения многих социально-экономических задач.

В современном мире наиболее удобной и всеобъемлющей системой обмена информации является Интернет. Большое распространение приобретают информационно-поисковые системы, основанные на сочетании Интернет-технологий, обеспечивающих быстрый и свободный доступ к данным, и геоинформационных систем (ГИС), объединяющих различную геопространственную информацию, в том числе и данные, полученные с помощью систем ДЗЗ. При этом подобные Интернет-каталоги могут обеспечить получение информации о покрытии данными ДЗЗ интересующих районов местности в интерактивном режиме, упростят систему поиска и заказа космических изображений и способствуют более активному использованию огромного банка данных, полученных с различных космических систем.

Разнообразие тематических задач, использующих для своего решения в качестве исходной информации актуальные данные космической съемки, с одной стороны, и развитие телекоммуникационных возможностей, с другой, позволяют сформулировать главную цель настоящей работы.

Цель и задачи работы. Основная цель работы заключается в разработке комплексной технологии создания системы автоматизированного распространения космической информации, позволяющей широкому кругу 4 пользователей получить быстрый доступ к космическим данным на соответствующие территории. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: разработка комплексной модели системы и технологий оптимального взаимодействия подсистем хранения, поиска, заказа и визуализации данных; разработка универсальной структуры БД различных типов космических изображений и ее наполнение; разработка принципов формализованного взаимодействия с клиентами и создание технологии многопользовательского интерактивного доступа к информации о данных ДЗЗ и самим космическим изображениям, а также практическое применение полученных результатов.

Научная новизна. В диссертации предлагаются новые подходы к формированию системы автоматизированного распространения космической информации, которые, в отличии от уже существующих, позволяют с максимальной эффективностью, в сжатые сроки и при минимальных трудозатратах создать и вести БД различных типов космических изображений.

Разработана оптимальная модель информационно-поисковой системы с доступом через Интернет, которая позволяет в интерактивном режиме производить поиск материалов космической съемки, предоставляет информацию для анализа качества и других характеристик доступных данных ДЗЗ, реализует функции заказа данных, а также ведения и анализа статистики запросов.

Практическое значение работы. Разработанная система позволяет оптимизировать процесс доступа к данным космической съемки на основе применения сочетания ГИС-технологий и широко распространенных Интернет-технологий, которые обеспечивают удобство использования системы, независимость от типов аппаратных и программных средств, установленных у клиента. В то же время, обеспечивается оперативная и достоверная оценка наличия данных ДЗЗ при минимуме временных затрат пользователя. Это упрощает процедуру доступа к космической информации и способствует более активному использованию огромного банка данных, полученных с советских/российских систем ДЗЗ.

Разработан пакет программ для ЭВМ, имеющий следующие возможности:

• Формирование и ведение БД космических изображений;

• Доступ к системе через Интернет, не требующий установки дополнительных специализированных программ;

• Определение параметров поиска в виде текстового запроса или графическим путем на интерактивной карте;

• Поиск и заказ материалов в архиве данных ДЗЗ;

• Визуальное представление географического расположения найденных изображений на интерактивной карте;

• Предоставление справочной информации о космических данных, удовлетворяющей критерию поиска;

• Визуальная оценка качества материалов и наличия облачности;

• Защита от несанкционированного доступа, регистрация пользователей и ведение статистики запросов.

Новые подходы повышают эффективность систем дистанционного зондирования Земли в области создания баз данных дистанционных наблюдений, взаимодействия с клиентами и оперативности предоставления информации о данных ДЗЗ, а также способствуют более активному использованию существующей архивной информации космической съемки, что особенно важно при создании единого информационного пространства. Основные защищаемые положения.

1. Модель единой базы данных космических изображений, позволяющая провести сопряжение различных систем дистанционного зондирования Земли;

2. Структурно-логическая схема архитектуры системы модульного типа для автоматизированного хранения и распространения космической информации;

3. Методика упорядоченного оперативного информационного взаимодействия с клиентом.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК (г. Москва, 2004 г.); окружной научно-технической конференции «ГИС - интегрированное решение муниципальных задач» (г. Екатеринбург, 2004 г.); седьмой международной научно-практической конференции «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости» (г. Москва, 2003 г.); XI Всероссийской конференции «Муниципальные геоинформационные системы-2002» (г. Обнинск 2002 г.); Всероссийском учебно-практическом семинаре «ГИС и САПР в Интернет/Интранет» (г. Москва 2001 г.)

Защищаемая методика, алгоритмы и сопутствующее программное обеспечение внедрены в практическое использование в ЗАО «СОВИНФОР-МСПУТНИК».

По результатам исследований опубликовано 5 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация написана на русском языке, включает 130 страниц текста, в том числе введение, 3 главы, список литературы из 92 наименования, 25 рисунков, 11 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Баклыков, Максим Александрович

выводы

1. В результате проведенных исследований разработана комплексная методика и алгоритмы создания системы для хранения космической информации и автоматизированного взаимодействия с потребителями;

2. Разработана новая модель БД космических изображений, которая позволяет хранить информацию о различных типах данных дистанционного зондирования Земли, имеет гибкую структуру и широкие возможности дальнейшего наращивания при появлении новых типов сенсоров. Данная модель позволяет оптимизировать процесс формирования и наполнения БД;

3. Разработана и реализована новая модель информационно-поисковой системы с доступом через Интернет, которая дает возможность в интерактивном режиме производить поиск материалов космической съемки, предоставляет информацию для анализа качества и других характеристик доступных данных ДЗЗ, реализует функции заказа данных, а также ведение и анализа статистики запросов;

4. Предложен новый механизм взаимодействия с клиентом. Практическое применение разработанной системы автоматизированного взаимодействия с потребителями в ЗАО «Совинформспутник» продемонстрировало его высокую эффективность;

5. Следует отметить, что созданная система, в сравнении с остальными, применяющимися в России комплексами взаимодействия с потребителем, предоставляет наиболее полный набор пользовательских, графических и служебных интерфейсов на основе использования сочетания ГИС-технологий и Интернет-технологий. Система обеспечивает оперативную и достоверную оценку наличия данных ДЗЗ при минимуме временных затрат пользователя.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Баклыков, Максим Александрович, Москва

1. Аванесов Г.А., Киенко Ю.П. Цифровые аэросъемочные комплексы // Геопрофи. 2004 - № 1. - с. 8-12

2. Андреев М.В., Ильин В.О., Крашенинникова Ю.С., Лупян Е.А., Мазуров

3. Асмуса В.В., ,Милехина O.E. Справочник потребителя спутниковой информации // СПб.- Гидрометеоиздат 2002 - 168 с.

4. Асмус В.В., Бурцева Т.Н Система для оперативного доступа удаленных пользователей к спутниковым данным // СПб.- Гидрометеоиздат 2002 -54 с.

5. Арманд H.A., Кравцов Ю.А., Кудашев Е.Б., Мясников В.П., Саворский

6. B.П., Смирнов М.Т., Тищенко Ю.Г. On-Line Электронная Библиотека космической информации для экологических и природо-ресурсных программ // Труды 1 Всероссийской научной конференции «Электронные Библиотеки» СПБ Университет. - 1999 - с. 229 - 235.

7. Ави Зильбершатца, Майка Стоунбрейкера и Джеффа Ульмана Базы данных: достижения и перспективы на пороге 21-го столетия // Системы Управления Базами Данных # 3/96 - с. 103-117

8. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. // М Финансы и статистика - 1983. - 320 с.

9. Ю.Баклыков М.А., Захаров Н.В., Орловский A.B. Оперативный анализ результатов аэрофотосъемки // ArcReview 2005 - №1 (32) - с. 17 -18.

10. Н.Балашов А.Д., Д.П. Грицив, Е.Б.Кудашев, А.Н. Филонов. Электронная Библиотека исследования Земли из космоса // Научная конференция. Ломоносовские чтения. Секция механики 2003- Москва - МГУ им. М.В. Ломоносова. - с.23 - 24.

11. Берлянт, А.Р. Аляутдинов, О.Р. Мусин, А.П. Платонов Картографирование телекоммуникационных сетей России / A.M. // ГИС обозрение - 1995 с.10-12.

12. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем // М. Финансы и статистика - 1989 - 351 с.

13. БЕРЛЯНТ A.M. Географические информационные системы в науках о Земле // НАУКИ О ЗЕМЛЕ 1999 - 56 с.

14. Веселовский A.B., Кожаринов A.B. Построение базы запросов пользователя в экологической информационной системе. // "Проблемы окружающей среды и природных ресурсов" ВИНИТИ - М - вып. № 9 - 2000 - с. 16 -27.

15. Веселов В. Долженков А. ТЕХНОЛОГИЯ XML НОВАЯ СТРАНИЦА В РАЗВИТИИ СУБД // Открытые системы - 2001 - с. 16 -23

16. Вон. К. Технология для объектно-ориентированных баз данных. // Открытые системы 1994 — с. 22 -23

17. Гармиз И.В., Кошкарев A.B., Тикунов B.C., Трофимов A.M. Теоретические и методологические аспекты развития географических информационных систем // География и природ. Ресурсы 1991 - № 1.

18. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. //М.: Издательство А и Б 1997 - 296 с.

19. Геокадов A. GEONET почему нет? // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, №4, 1998 - с.75-76.

20. Геворков В.Р, Характеристики спутников высокого разрешения //Пространственные данные 2005 - №1 - 28 с.

21. Гершензон В.Е., Кучейко A.A. ДЗЗ это просто // Пространственные данные - 2005 - №1 - С. 24 - 27

22. Дейт К. Руководство по реляционной СУБД DB2. М.: Финансы и статистика, 1988. - 320 с.

23. Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микроЭВМ//М.: Мир 1991. -252 с.

24. Информационно-технический дайджест // "Все о САПР"- 2002 -№5- с. 1718

25. Иванченко В.А. Высокодетальная геоинформация и шпионские страсти, или как Microsoft сделала свою "терру" // Компьютерра 1999 - №20 - с. 9-10

26. Иванников А.Д., КулагинВ.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. //Геоинформатика. М.: МАКС Пресс - 2001 г. - с. 28 - 32

27. Коз лов Д. И. Автоматические космические аппараты для оптико-фотографического наблюдения земной поверхности // Космонавтика и ра-кетосторение -1996 № 6 - с. 54-60.

28. Книжников Ю.Ф. Основы аэрокосмических методов в географических исследованиях // МГУ, Москва 1980 - 137 с.

29. Кошкарев A.B. Пространственные данные и источники их получения // Пространственные данные 2005 - №1 - С. 6-8

30. Кравцова В.И. Космические методы изучения природной среды. Современный фонд космических снимков // МГУ, Москва 1992 - 136 с.

31. Космическая съемка Земли // Научно-техническое, справочно-аналитическое издание. Москва ИПРЖР- 2002.

32. Космическая съемка Земли Спутники оптической съемки Земли с высоким разрешением. // Под ред. Кутейко A.A. Москва, ИПРЖР, 2003

33. Кудашев Е.Б. Электронная библиотека аэрокосмического образования // Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции. Труды Четвертой Всероссийской научной конференции. RCDL'2002. Т. 1. Изд. Объединенного

34. Института ядерных исследований 2002 - С. 65-74

35. Кузнецов С. Д. Проектирование и разработка корпоративных информационных систем // Центр Информационных Технологий 1998 - 56 с.

36. Кузнецов С. Д. Объектно-ориентированные базы данных основные концепции, организация и управление: краткий обзор. // http://www.citforum.ru/database/articles/index.shtml электронный ресурс.

37. Коджесян В. Работа с картами в Интернет на основе Java-апплетов. http://cgit.kem.uiggm.nsc.ru/vlad/About.htm электронный ресурс.

38. Кириллов B.B. Структуризованный язык запросов SQL. // электронный ресурс.

39. Лурье И.К., Косиков А.Г Теория и практика цифровой обработки изображений // Научный мир -2003 с. 30 - 33

40. ЛупянЕ.А., Мазуров A.A., P.P. Назиров, A.A. Прошин, Е.В. Флитман Универсальная технология построения систем хранения спутниковых данных // Препринт ИКИ РАН Пр-2024. М.- 2000 - 22 с.

41. Г. Ладыженский, Г. Барон. "Ingres современные тенденции в архитектуре сервера базы данных" // Открытые Системы - Осень 1993.

42. Марков Б. Л. Организация данных в системах мониторинга. // Высокопроизводительные вычислительные системы и микропроцессоры. Сборник научных трудов ИМВС РАН 2000г.

43. Миллер С.А. Мировые тенденции технологического развития в области создания пространственных данных // Пространственные данные 2005 -№1 - С. 9-15

44. Макурин А. И Открытое взаимодействие на основе ГИС-технологии Oracle // CAD-мастер 2004 - №3 - с.25-26

45. Малышев В.В Спутниковые системы мониторинга. Анализ, синтез, управление // МАИ 2000 - 568 с.

46. Мейер М. Теория реляционных баз данных // М.: Мир 1987 - 608 с.

47. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. // М.: Финансы и статистика 1984 - 196 с.

48. Нейман Е.А., Кривко H.H. Применение малых ЭВМ для обработки и анализа данных в геофизике и петрофизике.// М.: РИО МИНХиГП

49. Орловский A.B. Разработка Информационно-Поисковой Системы МА «Совинформспутник») //ArcReview, №4 1997 - с. 13 - 14.

50. Покровский О.М. Оптимальное планирование космических систем дистанционного зондирования. // Труды ГГО 1988 - Вып.518 - с.28-35.

51. Российские космические аппараты для изучения Земли как единой экологической системы. Пр-1916. ИКИ РАН - 1995 - 72 с.127

52. Роджер Томлинсон Думая о ГИС // ESRI press 2003 -56 с.

53. Роджер Томлинсон Думая о ГИС // ESRI press -2003 с. 173 - 180

54. Салганик И.О., Ефремов Г.А., Неронский JI. Б. и др. Радиолокационное зондирование Земли с ИСЗ "Космос-1870". // Исслед. Земли из космоса. 1990 -N2 С.70-79.

55. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования. // М.: Картгеоцентр-Геодезиздат 2001 - 228 с.

56. Сорокин B.C. От "Янтаря-1" до "Кометы"// Новости космонавтики.-1998. -№12 (179).- с. 44- 46.

57. Финкелыптейн М.И., Кутев В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии // М.: Недра 1986.

58. Тарасенко М.В. "Космос-2358" и "Космос-2359" на орбите // Новости космонавтики. 1998 - № 14 (181) - с. 10-12

59. Тарасенко М.В. В полете спутник предупреждения о ракетном нападении "Космос-2351" // Новости космонавтики. 1998 - № 11 - с. 14.

60. Тарасенко М.В. Отечественная система оперативного дистанционного зондирования Земли//Новости космонавтики. 1997.-№ 17/18 (184/185).-с. 36-38.

61. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных // М.: Мир -1985 320 с.

62. Ульман Дж. Базы данных на Паскале. // М.: Машиностроение 1990 -386с.

63. Уилл Фасти Основы технологии "клиент-сервер" //PC Magazine №9 -1999

64. Цикритизис Д., Лоховски Ф. Модели данных. // М.: Финансы и статистика 1985 - 344 с.

65. Йордон Э., Аргила С. CASE: Объектно-ориентированный анализ и проектирование // М., Лори 1998 - 53 с.

66. Фролов А. Профессиональный Web-cepeep этапы подготовки и создания // http://www.datarecovery.ru электронный ресурс.

67. Хаббард Дж. Автоматизированное проектирование баз данных. // М.: Мир, 1984-294 с.7360.Baronas Tomas. Architekturos ansamblio geoinformacines sistemos for-mavimo technology a// Geod. Ir kartogr. (Lietuva) 2002 - 28 p.

68. Cicone R.C., MetzlerM.D. Comparison of Landsat MSS, Nimbus-7 CZCS, and NOAA-7 AVHRR features for land-use analysis. // Remote Sens. Environ. -1984 Vol.14 - p.257-265.

69. Charles Mondeo, George F. Hepner, Ray A. Williamson. Прогноз развития рынка ДЗЗ на ближайшие 10 лет // Американское общество фотограмметрии и дистанционного зондированияhttp://www.asprs.org/asprs/news/forecast.html электронный ресурс.

70. Christian Rouzies , Claude Fratter , Marc Bernard , Laurent Maggiori HRS: A MASSIVE ALONG THE TRACK STEREOSCOPIC CAPABILITY FOR SPOT 5 // электронный ресурс.

71. DeMers, M.N. Fundamenatals of Geographic Information Systems (2nd Ed) // Wiley-2000

72. Erdas Field Guide, 5nd // Ed. ERDAS Inc., Atlanta Georgia - 1999 - 672 p.

73. Efim B. Kudashev. From Data Bases to Digital Library of Remote Sensing Data // Proceedings 23 EARSeL Symposium. Univ. of Ghent 2003

74. C. Fratter, M. Moulin, H. Ruiz The SPOT 5 mission 52nd // International As-tronautical Congress 2001 - p. 2 -14

75. Gangemi A.R., Ypung F.R. Multimedia mapping: a special purpose pilot project // Cartography (Australia) 2001 - 30 p.

76. Mitshell A., The ESRI Guide to GIS-analysis. Volume I: Geographic Patterns & Relationships // ESRI Press -1999

77. The Standish Group. "Client-Server Goes Business Critical. Transaction Processing Monitors, Key to Next Generation of Applications".

78. Bernhardsen, T. Geographic Information Systems // Vitak IT 1992 - p.42129

79. Davis, B.E. Geographic Information Systems: a visual approach // OnWord Press -1996

80. Jones, C. Geographic Information Systems and Computer Cartography // Longman -1997

81. Heywood, I., Cornelius, S. & Carver, S. An introduction to geographical information systems // Longman 1998

82. Viktor N. Lavrov SPACE SURVEY PHOTOCAMERAS FOR CARTOGRAPHIC APPLICATIONS // XVIH International ISPRS Congress -June 1996-p. 106-108

83. Xiao Tian-he // Xi'en xueyuan xuebao J. Xi'an Univ. Sei. And Technol. 2001. -21 p.

84. Understanding GIS. The Arc-INFO Method // Environmental Systems Research Institute, Inc. Fourth edition, ESRI 1999

85. Zeiler M. Modeling our World // ESRI Press 1999 - 195 p.

86. Zicone R.C., Metzler M.D. Comparison of Landsat MSS, Nimbus-7 CZCS, and NOAA-7 AVHRR features for land-use analysis. // Remote Sens. Environ -1984-Vol.14.-P.257-265.