Автоматизированные системы землеустроительного проектирования
Составляющие информационной технологии
Принципы построения архитектуры ПК
Выделяют следующие основные составляющие информационной технологии (ИТ):
. Техническое обеспечение - это аппаратные средства и средства коммуникации, обеспечивающие работу ИТ. Как правило, включают персональный компьютер, периферийные устройства, линии связи, сетевое оборудование и т.д. От технического обеспечения зависит главным образом характер сбора и передачи данных.
. Программное обеспечение (ПО) непосредственно реализует функции накопления, обработки, хранения, отображения, поиска и анализа данных, обеспечивает взаимодействие пользователя с ЭВМ посредством пользовательского интерфейса. ПО находится в прямой зависимости от технического обеспечения.
. Информационное обеспечение представляет собой совокупность проектных решений по видам, объемам, способам размещения и формам организации информации, циркулирующей в информационных системах.
. Методическое обеспечение - это комплекс нормативно-методических и инструктивных материалов подготовки и оформления документов по эксплуатации технических средств, организации работы специалистов-пользователей и технического персонала. Организационное обеспечение представляет собой комплекс методов, средств и документов, регламентирующих взаимодействие персонала информационной системы с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы. Таким образом, организационное и методическое обеспечение увязывают действия персонала по работе с техническими и программными средствами в единый технологический процесс.
. Математическое обеспечение - это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при решении функциональных задач и в процессе автоматизации проектировочных работ автоматизированной информационной технологии. Математическое обеспечение включает средства моделирования процессов управления, методы и средства решения типовых задач управления, методы оптимизации запасов материальных ресурсов и принятия оптимальных управленческих решений.
. Правовое обеспечение - собой совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при создании, внедрении и использовании ИТ.
. Лингвистическое обеспечение включает совокупность научно-технических терминов и других языковых средств, используемых в ИТ, а также правил формализации естественного языка, включающих методы сжатия и раскрытия текстовой информации с целью повышения эффективности автоматизированной обработки информации и облегчающих общение человека с ЭИС. Они делятся на две группы: традиционные языки (естественные, математические, языки программирования и моделирования) и языки, предназначенные для диалога с ЭВМ (информационно-поисковые языки, языки СУБД, языки операционных сред и т.д.).
Архитектурой ПК называется его описание на некотором общем уровне включающее описание пользовательских возможностей программирования систем команд систем адресации организации памяти. Архитектура определяет принцип действия, информационные связи взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора; оперативного ЗУ, Внешних ЗУ и периферийных устройств.
Классические принципы построения архитектуры ЭВМ были предложены в 1946 году и известны как принципы фон Неймана.
Они таковы:
Использование двоичной системы представления данных.
Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации - текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Принцип хранимой программы Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) в современных компьютерах объединены в один блок - процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров "многоярусно" и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
ОЗУ - это устройство, хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы).
ВЗУ - устройства гораздо большей емкости, чем ОЗУ, но существенно более медленны.
Принцип последовательного выполнения операций:
Принцип произвольного доступа к ячейкам оперативной памяти Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.- базовая система ввода-вывода, хранящаяся в ПЗУ и предназначенная для выполнения базовых аппаратных функций с учетом особенностей аппаратной части конкретной ПЭВМ. Этим обеспечивается независимость операционной системы и прикладных программ от особенностей ПЭВМ, на которой они функционируют.
Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:
) Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).
) Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому принципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.
) Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.
На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер - техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Персональный компьютер типа IBM PC имеет довольно традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы: процессор, постоянную и оперативную память, устройства ввода/вывода, системную шину, источник питания.
Основные особенности архитектуры персональных компьютеров сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств.
Перспективы применения экспертных систем в землеустроительных САПР и ГИС
В последние годы в технологию ГИС стали широко внедряться экспертные системы. Экспертную систему можно определить как систему «искусственного интеллекта», использующую знания из сравнительно узкой предметной области для решения возникающих в ней задач, причем так, как это делал бы эксперт-человек. Компьютерные системы, которые могут лишь повторить логический вывод эксперта, принято относить к экспертным системам первого поколения. Экспертные системы, относящиеся ко второму поколению, называют партнерскими, или усилителями интеллектуальных способностей человека. Отличительная черта экспертных систем - это умение обучаться и развиваться, т.е. эволюционировать. Экспертные системы в географии используются для управления базами данных, для принятия управленческих решений, в вопросах классификаций в географии, возможности экологически безопасного размещения производства и т.д.
Для повышения САПР в землеустройстве, а также чтобы сделать их более удобными в обращении, необходимо использовать метод экспертных оценок, особенно при анализе данных и принятии проектных решений. При помощи этого метода, в частности, можно прогнозировать будущее состояние природной среды в результате землеустройства. Если ожидаются негативные изменения, проект пересматривают с целью их устранения. Использование экспертных оценок в землеустройстве необходимо рассматривать как один из этапов на пути создания землеустроительной экспертной системы, объединяющей эмпирические и формализованные знания о землеустроительном процессе.
В настоящее время быстро возрастает объем и увеличивается разнообразие пространственно локализованных данных, которые могут сохраняться и обрабатываться геоинформационными системами. Часто их обработка замедляется из-за неэффективности соответствующих процедур. Распространенные до недавнего времени ГИС имели ограниченные возможности как при работе с данными дистанционного зондирования, так и с разнообразными картами, поскольку первые имеют растровое представление, а вторые оцифрованы в векторном формате. Но этот недостаток постепенно устраняется, по мере того как САПР включают гибридные технологии (векторно-растровые).
Применение экспертных систем в САПР не является обязательным во всех случаях. По сравнению с базами данных ЭС представляют гораздо более жесткие требования, как к организации решения задач, так и к наличию необходимого минимума данных и формализованных знаний.
При создании экспертных систем возникает, как минимум, три проблемы:
обеспечение достаточной полноты информации. Это требует выделения ключевых (основополагающих) знаний и установления их взаимосвязи в структуре данных, а также создания и использования такой системы кодирования, которая позволила бы эффективно применять эту информацию для решения практических задач;
получения эффективной оценки качества функционирования ЭС и выработка соответствующих критериев. Проблема заключается в том, что знания специалистов - это не просто сумма сведений и фактов. Формальные попытки учета многомерности связей путем добавления новых могут привести к чрезмерной перегруженности (жесткости) системы, она станет закрытой для добавления новых элементов и установления связей с уже существующими;
возможность получения недостоверного результата из-за вероятностного характера структуры решаемых задач и синтеза знаний.
Можно выделить несколько групп задач, требующих применений экспертных систем в землеустроительных ГИС: обработка видеоизображений; преобразование растровых изображений в векторные графические модели; обработка картографической информации; обработка и упорядочение разнородной информации; построение моделей объектов или местности; анализ моделей ГИС; получение проектных решений на основе геоинформации.
В землеустройстве практически все вопросы, касающиеся организации территории сельскохозяйственных предприятий, можно решать при помощи землеустроительной ЭС.
Экспертные системы качественно отличаются от различных информационных систем, и, прежде всего тем, что оперируют не данными, а знаниями. Они должны обладать математическим обеспечением, позволяющим описывать знания, пополнять их с помощью специалистов (экспертов), а главное - формировать новые знания, используя старые.
Системы автоматизированного проектирования являются одной из основных областей приложения экспертных систем. Эти системы, рассматриваемые в качестве прикладных систем искусственного интеллекта, развиваются в сторону расширения их интеллектуальных возможностей.
Основные преимущества ЭС перед другими автоматизированными системами:
возможность решения, оптимизации или получения оценок новых классов трудноформализуемых задач, реализация которых на ЭВМ до недавнего времени считалась затруднительной или невозможной;
обеспечение возможности рядовому пользователю вести диалог на естественном языке и применять методы визуализации информации для эффективного использования ЭВМ и решения землеустроительных задач;
накопление данных, знаний, правил использования знаний, правил самообучения ЭС для получения все более достоверных и квалифицированных выводов или решений;
решение вопросов или проблем, которые сам пользователь не в состоянии решить либо из-за отсутствия у него информации, либо из-за ее многообразия, либо из-за длительности обычного решения даже при помощи ЭВМ;
возможность создания индивидуальных специализированных ЭС за счет использования развитых инструментальных средств и личного опыта разработчика системы;
использование нетрадиционной дополнительной информации при землеустроительном проектировании;
существенное увеличение числа вариантов, рассматриваемых при проектировании;
повышение точности и качества проектных решений за счет снижения риска ошибки проектирования.
Подводя итог, можно сказать, что ЭС в землеустройстве - это система специальных средств, предназначенных для представления на ЭВМ знаний квалифицированных специалистов (экспертов) в области землеустройства, позволяющая использовать их рядовыми исполнителями при решении землеустроительных задач.
Разработка и внедрение ЭС в землеустройство должно привести к созданию новой технологии проектирования, при которой традиционный комплекс этапов разработки проекта будет рассматриваться как единая задача во всей сложности ее взаимосвязей.
Список использованной литературы
автоматизированный землеустроительный проектирование
1.Волков С.Н. Системы автоматизированного проектирования в землеустройстве. Том 6. - М.: Колос, 2002. - 328 с.
2.Кузнецов А.А. и др. Основы информатики. - М.: Дрофа, 1998.
.Александровская Л.А. Системы автоматизированного землеустроительного проектирования: курс лекций для студ. заоч. формы обучения спец. 120301 - «Землеустройство». / Л.А. Александровская; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2006. - 67 с.
.Александровская Л.А. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве: метод. указ. по изучению дисциплины и вып. контр. работы студ. заоч. формы обучения спец. 120301 - «Землеустройство». / Л.А. Александровская; Новочерк. гос. мелиор. акад., каф. Землеустройства - Новочеркасск, 2007. - 17 с.