Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Программная технология открытых систем в автоматизации обработки данных геоинформационного мониторинга

Диссертация: Программная технология открытых систем в автоматизации обработки данных геоинформационного мониторинга
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В настоящее время основной тенденцией в построении крупных проблемно-ориентированных информационных систем является использование распределенных баз данных и знаний, использование ЭВМ различных классов и производителей, использование локальных и глобальных сетей. При этом возникают сложности в использовании информации баз данных и знаний, реализованных на различных СУБД и программного… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА
    • 1. 1. Общая характеристика дистанционных радиофизических методов
    • 1. 2. Возможности определения основных гидрофизических параметров водной поверхности по данным СВЧ-радиометрических измерений
    • 1. 3. Оценки атмосферных, ледовых и снежных характеристик по данным СВЧ-радиометрии
    • 1. 4. Общая характеристика классификация и электрические параметры ледовых покровов
    • 1. 5. Отражающие свойства и частотные характеристики морского льда
    • 1. 6. Влияние морских льдов на характеристики распространения
  • ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ — ИНТЕГРАЦИОННАЯ ОСНОВА СОЗДАНИЯ БАЗ ДАННЫХ ДЛЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА
    • 2. 1. Анализ принципов технологии открытых информационных систем
    • 2. 2. Формирование баз данных в геоинформационных мониторинговых системах (ГИМС)
    • 2. 3. Системы управления базами данных (СУБД) в ГИМС и их программные оболочки
    • 2. 4. Базы данных на основе языка
    • 2. 5. Основные требования к созданию автоматизированного банка дистанционных данных (АБДД)
  • ГЛАВА 3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИИ И АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ
    • 3. 10. методах и алгоритмах распознавания образов и анализа изображений
    • 3. 2. Применение методов кластерного анализа для классификации явлений на изучаемом пространстве
    • 3. 3. Среднесвязывающий метод (метод Кинга)
    • 3. 4. Метод дискриминантного анализа
    • 3. 5. Математические модели «пятнистости» фоновых характеристик изучаемого пространства
    • 3. 6. Структура программного обеспечения
    • 3. 7. Подсистема исследования характеристик «пятнистости»
    • 3. 8. Подсистема качественной интерпретации и визуализации данных геоинформационного мониторинга
  • ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ЛЕДОВЫХ ПОКРОВОВ
    • 4. 1. Анализ и общие характеристики дистанционных радиофизических экспериментов с ИСЗ
    • 4. 2. Особенности структуры и пространственно-временной привязки данных СВЧ-радиометрии
    • 4. 3. Уровень первичной готовности. Калибровка и анализ данных
    • 4. 4. Обработка данных с корректировкой искажений
    • 4. 5. Результаты обработки спутниковых измерений для районов Тихого океана и Северной Атлантики
    • 4. 6. Результаты обработки спутниковых измерений для районов Арктики

Программная технология открытых систем в автоматизации обработки данных геоинформационного мониторинга (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

В последнее время интенсивно ведутся работы по методическому и аппаратному обеспечению дистанционных исследований окружающей среды. Создаются аппаратурные комплексы для обеспечения зондирования земных покровов и акваторий. Разрабатываются методы и алгоритмы компьютерного анализа двумерных изображений земной поверхности. Ведется работа по построению моделей формирования этих двумерных полей и решаются задачи классификации явлений, анализа изображений на изучаемом пространстве.

Уже созданные методы и алгоритмы обладают способностью преодолевать такие трудности, как отрывочность и нестационарность информации, наличие малых статистически неоднородных выборок.

В настоящее время основной тенденцией в построении крупных проблемно-ориентированных информационных систем является использование распределенных баз данных и знаний, использование ЭВМ различных классов и производителей, использование локальных и глобальных сетей. При этом возникают сложности в использовании информации баз данных и знаний, реализованных на различных СУБД и программного обеспечения, разработанного на разных платформах.

Преодоление указанных сложностей основано на применении технологии открытых информационных систем, использующей стандартные интерфейсы между всеми программно-аппаратными компонентами среды. Важнейшим этапом является построение профиля — набора согласованных стандартов для данной области применения.

Современный этап развития экспериментальных радиофизических методов исследования окружающей среды характеризуется переходом от пассивного сбора информации об изучаемом объекте к постановке целенаправленных экспериментов. Первостепенное значение при осуществлении таких экспериментов приобретают организации массового сбора информации об изучаемой системе, оперативность ее обработки и достоверная интерпретация данных наблюдений.

С практической точки зрения, важным является синтез комплексной системы сбора и обработки информации об окружающей среде, объединяющей дистанционные и контактные измерения, составляющие основу систем геоинформационного мониторинга.

Основной смысл концепции геоинформационного мониторинга состоит в соединении в систему средств сбора данных, методов их обработки, математических моделей природных объектов, компьютерных средств реализации алгоритмов и моделей с широким спектром сервисного обеспечения при визуализации результатов мониторинга.

Как один из важных моментов геоинформационного мониторинга, рассматривается автоматизация обработки данных дистанционных измерений с конечной целью решения задачи обнаружения и классификации того или иного явления на земной поверхности. Эффективное решение этих задач невозможно без широкого внедрения в практику исследований автоматизированных систем сбора, хранения и обработки данных на базе современных ЭВМ с применением технологии открытых систем. Таким образом, автоматизация геоинформационного мониторинга на всех его этапах, начиная со сбора информации и кончая созданием соответствующей автоматизированной системы обработки данных, оснащенной необходимым алгоритмическим и программным обеспечением, является актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение.

Целью диссертационной работы является разработка автоматизированной системы обнаружения и классификации явлений на водной поверхности и ледовых полях по данным геоинформационного мониторинга с применением методов математической статистики, распознавания образов, анализа изображений, математического моделирования, используя принципы технологии открытых систем.

Научная новизна. В настоящей работе:

— впервые разработана и реализована в виде программного комплекса новая автоматизированная система обнаружения и классификации явлений на изучаемом пространстве по данным геоинформационного мониторинга с применением технологии открытых систем;

— впервые разработаны программные средства качественной интерпретации данных геоинформационного мониторинга;

— показана принципиальная возможность использования математической модели «пятнистости» для обнаружения и классификации явлений на водной поверхности и ледовых полях. Разработана автоматизированная подсистема исследования и визуализации «пятнистости» акваторий и ледовых покровов на основе дистанционных измерений;

— впервые получены статистические характеристики «пятнистости» акваторий ледовых покровов для конкретных районов Арктики и Северной Атлантики на основе дистанционных СВЧ — радиометрических спутниковых измерений.

Практическая ценность. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение обнаружения и классификации явлений на водной поверхности и ледовых покровов по данным геоинформационного мониторинга значительно повышает эффективность исследований природной среды за счет комплексного и рационального использования экспериментального оборудования, оптимального использования данных дистанционных измерений.

Эффективность разработанной автоматизированной системы, ее алгоритмического и программного обеспечения подтверждена результатами обработки дистанционных СВЧ — радиометрических спутниковых измерений с ИСЗ «Космос-1151», «Космос-1500» и «Интеркосмос-21» районов Арктики, Северной Атлантики и Северной части Тихого океана.

Диссертация выполнялась в соответствии с планами ИРЭ РАН (НИР «Процесс-1», «Призма») и по проекту Миннауки РФ «Разработка программной среды открытых систем для баз знаний и данных при распознавании образов и анализе изображений в локальных гетерогенных и глобальных сетях» в рамках государственной научно-технической программы «Перспективные информационные технологии» РФ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Созданная автоматизированная система обработки данных геоинформационного мониторинга с соответствующим алгоритмическим и программным обеспечением, построенная на принципах открытости позволяет реализовать функции прогноза и принятия решений для обнаружения и классификации явлений на изучаемом пространстве.

2. Рекомендации по составу базы данных с учетом уровней их готовности для использования на различных этапах геоинформационного мониторинга, обеспечение возможности совместного использования баз знаний и данных, разработанных на разных СУБД и переносимости программных модулей между различными вычислительными платформами.

3. Проведенная на основе разработанной модели «пятнистости» обработка данных геоинформационного мониторинга, позволяет выделить вероятностные характеристики «пятнистости», являющиеся информативными признаками при обнаружении и классификации аномальных явлений на водной поверхности и ледовых покровов.

Апробация работы и публикации. Результаты, полученные в диссертации, докладывались на LUI, LV научных сессиях, посвященных Дню Радио (Москва, 1998, 2000 г. г.), на 3-м и 4-ом международных симпозиумах «Проблемы экоинформатики» (Москва 1998,2000 г.).

По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана автоматизированная система обнаружения и классификации явлений на изучаемом пространстве по данным геоинформационного мониторинга с необходимым алгоритмическим и программным обеспечением.

2. Разработаны новые принципы построения и структура комплекса алгоритмических и программных средств, обеспечивающих согласование режимов сбора данных с их первичной и тематической обработкой.

3. Разработана методика и автоматизированная подсистема качественной интерпретации дистанционных радиофизических измерений на основе кластерного и дискриминантного анализа.

4. Предложена методика и разработана автоматизированная подсистема исследования и визуализации «пятнистости» акваторий и ледовых покровов на основе данных геоинформационного мониторинга.

5. Разработан состав базы данных с учетом уровней их готовности для использования на различных этапах геоинформационного мониторинга на основе принципа технологии открытых систем.

6. Создана система формирования автоматизированного банка дистанционных данных (АБДД).

7. Получены результаты тематической обработки данных дистанционного зондирования ледовых покровов и акваторий для районов Арктики, Северной Атлантики и Тихого океана. Получены статистические характеристики «пятнистости», являющиеся информативными признаками при решении задач обнаружения и классификации явлений на водной поверхности.

8. Проанализированы отражающие, рассеивающие свойства и частотные характеристики морского льда.

Показать весь текст

Список литературы

  1. М.А., Браверман Э. М., Розоноэр Л. И. Метод потенциальных функций в теории обучения машин. М.: Наука, 1970, 383 с.
  2. А.Б., Арманд H.A., Гагарин С. П. и др. Определение температуры поврехности океана и других геофизических измерений на спутнике «Космос 1151». В сб. Исследование океана дистанционными методами. Севастополь: МГИ АН УССР, 1981, с. 131 — 138.
  3. Дж., Нильсон Э., Уолш Дж. Теория сплайнов и ее приложения. М.: Мир, 1972,316 с.
  4. Я.Л. Распространение радиоволн в ионосфере. М.: ГТИ, 1947.
  5. А.К. Автоматизация трансект анализа при исследовании гидрофизических полей в океане. В сб.: Алгоритмы машинной обработки данных в задачах радиотехники и электроники. М.: ИРЭ АН СССР, 1986, с. 42 -46.
  6. А.К. Некоторые результаты исследования океанических полей методом трансект характеристик. В кн.: Подводные технические средства исследования океана. М.: Институт океанологии РАН, с. 6 — 11.
  7. .А., Калинин Г. П., Комаров В. Д. Курс гидрологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, 366 с.
  8. H.A., Крапивин В. Ф., Мкртчян Ф. А. Методы обработки данных радиофизического исследования окружающей среды. М.: Наука, 1987, 270 с.
  9. H.A., Егоров С. Т., Курская A.A., Кутуза Б. Г. Некоторые результаты исследования арктического льда со спутника «Космос1151». В сб. Исследование океана дистанционными методами. Севастополь: МГИ АН УССР, 1981, с. 137 144.
  10. И.Н., Гайкович В. Ю., Тютюнников H.H. Реляционные СУБД: какую выбрать ?// Мир ПК, 1991, № 3, с. 25−30.
  11. Ю.А., Нелепо Б. А., Селиванов A.C. и др. Программа экспериментов «Космос 1500».// Исследование Земли из космоса. 1985, № 3, с. 3 — 8.
  12. А.Е., Флейшман Б. С. Методы статистического последовательного анализа и их приложения. М.: Сов. Радио, 1962, 352с.
  13. А.Е., Гурвич A.C., Егоров С. Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974, 212 с.
  14. А.Е., Курская A.A. Различение возрастных категорий морских льдов при радиолокационных и радиотепловых наблюдениях в СВЧ диапазоне.// Радиотехника, 1979, т. 34, № 4, с. 31 — 35.
  15. Ю.М., Галактионов В. А., Михайлова Т. Н. Графор: Графическое расширение ФОРТРАНА. М.: Наука, 1985, 288 с.
  16. Р.Б. Расчет излучательной способности ледяного и снежного покрова в СВЧ диапазоне.// Труды ГосНИИЦИПР. Л.: 1984, Вып. 18. с.91−102.
  17. Р. Теория решения задач. М.: Мир, 1972. 224 с.
  18. В.В., Трипольников В. П. Электромагнитные характеристики морского льда в диапазоне 30−40 МГц.// ДАН СССР, 1973, т. 213, № 3, с. 577−579.
  19. И.Л. Эволюционное моделирование и его приложения. М.: Наука, 1979. 230 с.
  20. И.Л., Шаров А. М. Методы теории распознавания образов и перспективы их применения. Препринт № 2(116). М.: ИРЭ АН СССР, 1973, 56 с.
  21. А. Последовательный анализ. М.: Физматгиз, 1960, 328 с.
  22. В.Н., Червоненкис А. Я. Теория распознования образов. М.: Наука, 1974,415 с.
  23. В.И. Статистические методы в геоботанике. М.: Наука, 1969, 232 с.
  24. Выбор СУБД. Базы данных и гипертекстовые системы. 1991, № 10, с. 10 -187.
  25. А.Д., Топчян Б. Х. СУБД: так какая же быстрее ?//Мир ПК, № 2,1992, с. 59−62.
  26. В. Интерактивная машинная графика. М.: Мир, 1981, 380 с.
  27. А.Г., Либерман Б. М., Шутко A.M. Об оценке физико-химических параметров поверхностных вод акваторий по собственному СВЧ излучению. РЭ, 1981, т.26, № 3, с. 624.
  28. Ю.В., Олейников А. Я. Технология открытых систем основное направление информационных технологий.// Информационные технологии и вычислительные системы, 1997, № 3, с. 4 — 14.
  29. A.C., Егоров С. Т., Кутуза Б. Г. Радиофизические методы зондирования атмосферы и поверхности океана из космоса.// Исследование Земли из космоса, 1981, № 1, с. 63 70.
  30. П.П. Оптимальные процедуры обучения принятию статистических решений.// Радиотехника и электроника, 1965, № 10, с. 1774- 1782.
  31. К. Введение в системы баз данных. М.: Наука, 1980, 360 с.
  32. С.А., Наумов А. П. К расчету коэффициента поглащения сантиметровых и миллимитровых радиоволн в атмосферном кислороде.// Радиотехника и электроника. 1965, т. 10, № 6, с.987 996.
  33. Н.Г. Методы распознавания и их применение. М.: Сов. радио, 1972, 206 с.
  34. А.Г. Системы эвристической самоорганизации в технической кибернетике. Киев: Техника, 1971, 372 с.
  35. А.Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем. Киев: Наукова думка, 1982, 296 с.
  36. Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1980, 283 с.
  37. А.И., Пичугин А. П., Цымбал В. Н. Определение поля приводного ветра радиолокационной системой бокового обзора ИСЗ «Космос 1500». // Исследование Земли из космоса. 1985, № 4, с. 65 — 67.
  38. В.А. Открытые информационные системы. М.:Финансы и статистика. 1999, 224 с.
  39. К.Я. Спутниковая климатология. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, 261 с.
  40. В.В., Крапивин В. Ф., Мкртчян Ф. А., Ничипор А. Е. Методы классификации и качественной интерпретации данных дистанционного мониторинга окружающей среды.// Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2000, № 11, с. 10 -17.
  41. В.В., Крапивин В. Ф., Мкртчян Ф. А., Ничипор А. Е. Технология открытых систем в задачах распознавания образов и анализа изображений для геоинформационного мониторинга.// Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2000, № 11, с. 18 24.
  42. Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975, 648 с.
  43. В.Ф., Шутко A.M., Мкртчян Ф. А., Реутов Е. А., Новичихин Е. П. Геоинформационная мониторинговая система (основы, структура и примеры использования). Препринт № 23(524) ИРЭ АН СССР. Москва, 1989, 34 с.
  44. В.Ф., Олейников А. Я. Разработка программной среды открытых систем для баз знаний и данных в глобальномгеоинформационном мониторинге.// Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 1998, № 10, с. 2 9.
  45. В.Ф. Радиоволновой экологический мониторинг. В кн.: Безопасность России, под ред. В. В. Клюева, М.: Знание, с. 295 -311.
  46. В.Ф. Теоретико игровые методы синтеза сложных систем в конфликтных ситуациях. М.: Сов. радио, 1972, 192 с.
  47. В.Ф. О теории живучести сложных систем. М.: Наука, 1978, 248 с.
  48. .Г., Смирнов М. Т. Влияние облачности на усредненное радиотепловое излучение системы «атмосфера поверхность океана».// Исследование Земли из космоса. 1980, № 3, с. 76−83.
  49. Д. 15 реляционных баз данных. Простота доступа, мощные программные средства. PC Magazine, 1991, № 2, с. 77 90.
  50. Э. Проверка статистических гипотиз. М.: Наука, 1964, 408 с.
  51. .М., Гительсон A.A., Шутко A.M. О погрешности определения минерализции и температуры водных объектов по данным самолетных СВЧ радиометрических измерений.// Метеорология и гидрология. 1987, № 12, с. 107 — 110.
  52. В.Д. Математические методы в распознавании образов в решении задач планирования и управления. Свердловск: Средне -Уральское книжное издательство, 1977, 48 с.
  53. В.Д. Плохо формализуемые задачи планирования технико-экономических систем. Свердловск: Средне Уральское книжное издательство, 1983, 63 с.
  54. М.С., Косолапов B.C. О возможности дистанционного определения вертикального профиля влажности облаков.// Исследование Земли из космоса. 1981, № 6, с. 63 72.
  55. Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980.
  56. JI.M. Излучательные характеристики водной поверхности (обзор). Обнинск: 1978, 65 с.
  57. Д. Дистанционное исследование Земли из космоса. М.: Мир, 1985,229 с.
  58. Метод комитетов в распознавании образов. Свердловск: Институт математики и механики УНЦ АН СССР, 1974, 164 с.
  59. Ф.А. Оптимальное различение сигналов и проблемы мониторинга. М.: Наука, 1982,186 с.
  60. Ф.А., Ничипор А. Е. Информационная база геоинформационного мониторинга. Материалы 3-го международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». М.: 1998, с. 70 75.
  61. Ф.А., Ничипор А. Е. Автоматизированная система качественной интепретации данных дистанционных измерений на основе кластерного анализа. Материалы 4-го международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». М.: ИРЭ РАН, 2000, с. 54 -58.
  62. Ф.А., Ничипор А. Е. Информационная структура подсистем первичной и тематической обработки данных геоинформационных мониторинговых систем (ГИМС). Материалы 4-го международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». М.: ИРЭ РАН, 2000, с. 73 -77.
  63. Ф.А., Ничипор А. Е. Результаты обработки спутниковых измерений для районов Арктики. Материалы 4-го международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». М.: ИРЭ РАН, 2000, с. 146 — 152.
  64. H.A. Машинный алгоритм привязки данных экспериментальных измерений к единому моменту времени. Препринт № 17 (435) ИРЭ АН СССР. М.: 1985, 20 с.
  65. .А., Коротаев Г. К., Суетин B.C., Терехин Ю. В. Исследование океана из космоса. Киев: Наукова думка, 1985, 168 с.
  66. .А., Арманд H.A., Хмиров Б. А. и др. Эксперимент «Океан» на искусственном спутнике Земли «Космос 1076» и «Космос — 1151».// Исследование Земли из космоса. 1982, № 3, с. 5 — 12.
  67. А.Е. Технология открытых систем и задачи обработки данных в геоинформационном мониторинге. Материалы 3-го международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». М.: 1998, с. 117 120.
  68. Н. Обучающиеся машины. М.: Мир, 1967.
  69. Номенклатура морских льдов. Условные обозначения для ледовых карт. JL: Гидрометеоиздат, 1974, с. 86.
  70. Э. Физика льдов. М.: Мир, 1967, с. 192.
  71. Ю.М. Метод агрегирования иммитационных моделей сложных систем. В сб.: Алгоритмы машинной обработки данных в задачах радиотехники и электроники. М.: ИРЭ АН СССР, 1986, с.134 138.
  72. H.A. Выбор принципов обеспечения географической привязки измерений. В сб.: Исследование океана дистанционными методами. Севастополь, МГИ АН УССР, 1981, с. 37 44.78.79,80.81,82,83,84
Заполнить форму текущей работой

На отлично!