Системы автоматизированного проектирования, используемые для создания геоинформационных систем.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) – это сложные платформы, включающие не только программное и информационное обеспечение, но и мощный математический аппарат, необходимый для разработки физических объектов. Заложенные в САПР широкие функциональные возможности позволяют использовать их в различных отраслях. В сами системы закладывается определенная специализация, позволяющая наиболее эффективно использовать их для выполнения поставленных задач. Выбор конкретного программного продукта зависит от того, что именно проектируется. Системы автоматизированного проектирования представляют собой комплекс подсистем, обеспечивающих автоматизацию цикла работ.

Автоматизированная обработка информации в ГИС предполагает использование ряда технологических процессов из различных смежных предметных областей: фотограмметрии, САПР и т.д.

Технологии САПР служат основой интеграции всех прочих технологий в ГИС. Основное назначение САПР – получение оптимальных проектных решений – отвечает требованиям ГИС на уровне моделирования и хранения и проектирования (карт) на основе уже собранной, унифицированной информации.

Проектирование в САПР осуществляется путем декомпозиции проектной задачи с последующим синтезом общего проектного решения. В процессе синтеза проекта используются информационные ресурсы базы данных в условиях диалогового взаимодействия проектировщиков с комплексом средств автоматизации проектирования.

Технологии проектирования в САПР базируются на следующих принципах:

- использование комплексного моделирования;

- интерактивное взаимодействие с цифровой моделью;

- принятие проектных решений на основе математических моделей и проектных процедур, реализуемых средствами вычислительной техники;

- обеспечение единства модели проекта на всех этапах и стадиях проектирования;

- использование единой информационной базы для автоматизированных процедур синтеза и анализа проекта, а также для управления процессом проектирования;

- проведение многовариантного проектирования и комплексной оценки проекта с применением методов оптимизации;

- обеспечение максимальной инвариантности информационных ресурсов, их слабой зависимости от конкретной области применения, простоты настройки на отраслевую специфику.

Все перечисленные принципы приемлемы для моделирования и проектирования в ГИС.

Проектирование. Анализ технологических процессов в САПР позволяет дать простую классификацию типов проектных работ по степени (уровню) интеграции процессов, вполне подходящую для решения задач ГИС:

- процедура – элементарная операция обработки информации;

- задача – совокупность процедур для получения одного вида проектной продукции;

- функция (группы специализированных задач) – технологический процесс, в ходе которого выпускается специализированный комплект проектных документов;

- комплекс работ – совокупность работ, заканчивающихся выпуском общего комплекта проектных документов;

- интегрированные работы – выпуск комплекта документов;

- поддержка и автоматическое обновление базы данных;

- внесение данных в экспертную систему;

- выдача наряду с типовым комплектом документации прогнозов, рекомендаций, экспертных оценок проекта;

- информационный обмен с сетями баз данных.

Одна из основных технологических групп задач – разработка и автоматизация типовых проектных процедур, включающих декомпозицию, симплификацию, унификацию, композицию и синтез, взаимосвязана с группой задач оптимальной классификации и кодирования входной информации.

Поскольку невозможно для ряда задач полностью автоматизировать процесс проектирования, актуальным является эффективное интерактивное общение пользователя с ЭВМ. Этот подход особенно важен при использовании ГИС, так как большое количество информации в таких системах требует специальных экспертных решений, не входящих в методы типового проектирования или моделирования. Интерактивная обработка для удобства общения пользователя с ЭВМ требует специального лингвистического обеспечения. Как вспомогательная возникает задача автоматизированного обучения пользователя ГИС.

В процессе проектирования наиважнейшими остаются задачи оптимизации, например задача оптимального выбора структуры процесса проектирования или оптимизации самого проектного решения. Оптимальные решения можно выбирать разными путями, используя метод имитационного моделирования, векторные критерии оценки качества и т.п.

В большинстве САПР проект создается на основе типовых проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов проекта. Этот подход полностью приемлем для ГИС, но при наличии хорошо организованной базы данных и интегрированной информационной основы.

Таким образом, эффективность применения технологий САПР в ГИС определяется, прежде всего, степенью интеграции информационной основы ГИС.

В ГИС графическая информация значительно сложнее и больше по объему по сравнению с аналогами в САПР. Кроме того, в ГИС возможно наличие видео баз данных для хранения видеоинформации, а в САПР такие базы, как правило, отсутствуют. Следовательно, разработка и эксплуатация БД в ГИС должны проводиться более углубленно по сравнению с САПР. Простой перенос технологий БД или использование систем управления базами данных (СУБД) без технологических изменений, учитывающих специфику данных и их методов обработки в ГИС, не обеспечит максимального эффекта от применения баз данных в ГИС.

Моделирование. Выбор методов моделирования определяется главным образом предметной областью объекта моделирования. Построение моделей основано на их представлении в виде совокупностей декларативных, процедурных, семантических, метрических информационных массивов.

Моделирование с использованием аналитических моделей находит широкое применение для тех классов объектов, которые легко описываются аналитическими выражениями.

В случае использования неоднородных компонентов применяется структурно-процедурная модель процессов автоматизации проектирования, учитывающая свойства этих компонентов.

Для моделирования проектируемого объекта используют двухкомпонентную модель, включающую структурно-иерархическую и функционально-геометрическую части. Такой же подход применяется в некоторых ГИС.

Для САПР, имеющих разнородную (гетерогенную) структуру, на ранней стадии проектирования целесообразно моделирование для устранения погрешностей и сокращения общего времени проектирования.

В большинстве случаев эффективность проектирования обусловлена возможностью использования наборов базовых моделей для решения многих задач. Для многократного использования модели целесообразно ее хранение в виде компонентов, определенных на заданных общих типах или подклассах моделей данных. Это относится как к цифровой модели местности, так и к цифровой модели объекта.

В САПР применяют только цифровые модели объекта с высокой степенью типизации информации. В ГИС цифровое моделирование значительно сложнее, а класс цифровых моделей включает большее число типов, чем в САПР, причем типизация цифровых моделей в ГИС меньше, чем в САПР.

При проектировании нетиповых и сложных объектов используют интерактивное и логическое проектирование, реализуемое в большинстве случаев с помощью сценария, как в САПР, так и в ГИС.