авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Теоретические основы геоинформационной поддержки принятия решений при формировании систем технического наблюдения в аспекте гидрометеорологического обеспечени

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВАСИЛЕНКО СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ В АСПЕКТЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

25.00.35 - Геоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Российском государственном гидрометеорологическом университете» (РГГМУ)

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор А.С. Гаврилов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Г.В. Менжулин;

доктор технических наук,

профессор С.И. Биденко;

доктор физико-математических наук,

доцент И.В. Карпов

Ведущая организация: Военная инженерно-космическая академия

имени А.Ф.Можайского (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится «__» марта 2010 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.197.03 при Российском государственном гидрометеорологическом университете (корпус II) по адресу:

Санкт-Петербург, проспект Металлистов, дом 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан «__» января 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор Бескид П.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современные территориальные системы наблюдения характеризуются широким пространственным охватом, большим разнообразием технических средств наблюдения (ТСН) и сложными по содержанию процессами обработки геоинформации (ГИ) об окружающей природной и социальной среде.

Функционирование ТСН существенно зависит от состояния окружающей среды, поэтому широкое внедрение в практику охраны территорий перспективных ТСН предполагает детальный учет и обработку больших массивов ГИ о параметрах окружающей среды.

В настоящее время наиболее массовыми являются ТСН, функционирующие в оптическом и сантиметровом диапазонах электромагнитных волн. Условия распространения электромагнитных волн данных диапазонов существенно зависят от состояния атмосферы на пути их распространения. В зависимости oт вертикального распределения температуры, влажности, давления и водности формируются различные типы атмосферной рефракции и ослабления электромагнитных волн, которые существенным образом определяют характеристики обнаружения различных объектов.

Все это требует исследования гидрометеорологических аспектов наблюдений и создания геоинформационных систем с целью сбора, систематизации, анализа и распространения пространственно-координированных данных условий обнаружения различных объектов для внедрения в последующем практических методов эффективного планирования наблюдательных сетей с позиции минимизации затрат на их развертывание и обеспечение функционирования. Требуется специальная геоинформационная поддержка принятия решений по повышению эффективности систем технического наблюдения (СТН), под которой понимается совокупность процедур вычисления, хранения и обработки информации о характеристиках обнаружения различных объектов с использованием геоинформационных систем применительно к тем территориям, где специальные исследования в этом направлении никогда не производились и систематизированные данные отсутствуют.

Объектом исследования являются процессы обработки геоинформации при проектировании территориальных систем технического наблюдения.

Предмет исследования модели и методы представления и анализа пространственных параметров обнаружения территориальных объектов на основе гидрометеорологических характеристик геосреды.

Таким образом, основной целью диссертационного исследования является разработка научного аппарата представления и обработки геоинформации для оптимизации систем технического наблюдения на стадии их проектирования в аспекте гидрометеорологического обеспечения.

Выявленными противоречиями предмета исследования, которые определяют научную проблему и перечень научных задач, являются современные требования к СТН по эффективному обнаружению нарушителей границ охраняемых территорий с одной стороны, и отсутствие необходимого для этих целей адекватного гидрометеорологического обеспечения с другой.

Таким образом, для достижения сформулированной цели исследования необходимо решить крупную научную проблему, заключающуюся в необходимости создания высокоточного научного аппарата учета метеорологических факторов для обработки и анализа геоданных с целью надежного обнаружения и идентификации объектов современными техническими средствами наблюдения.

Для достижения поставленных целей в диссертационной работе были сформулированы следующие задачи:

- определить основные подходы к обработке разнородной гидрометеорологической информации для обеспечения эффективного обнаружения объектов техническими средствами наблюдения;

- разработать модели представления и пространственного отображения параметров характеристик обнаружения объектов на основе геоинформационных технологий;

- разработать геоинформационные методы преобразования и анализа гидрометеорологической информации при решении задач обнаружения объектов;

- разработать базу геоданных, обеспечивающую решение задач территориального анализа при обнаружении объектов.

Основными методами решения поставленных задач являются методы создания, использования, обработки и пространственного анализа геоинформации при обнаружении территориальных объектов.

Основу исследования составили теоретические и практические труды крупных специалистов в области геоэкологии, геоинформатики, физики атмосферы и распространения электромагнитных волн, в числе которых А.Е. Алоян, А.М. Берлянт, П.П. Бескид, С.И. Биденко, Э.К. Бютнер, Б.Г. Вагер, А.С. Гаврилов, В.А. Гаврилов, Л.Н. Гутман, В.В. Дмитриев, М.П. Долуханов, В.Е. Зуев, С.С. Зилитинкевич, Е.Г. Капралов, Н.В. Кобышева, К.Я. Кондратьев, А.В. Кошкарев, Д.Л. Лайхтман, Г.И. Марчук, Л.Т. Матвеев, А.С. Монин, А.М. Обухов, В.В. Пененко, В.Д. Степаненко, В.И. Татарский, В.С. Тикунов, К.С. Шифрин, А.М. Яглом и многие другие.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция геоинформационной поддержки формирования системы технического наблюдения на основе анализа метеорологических условий местности.

2. Экспериментальные зависимости связи характеристик дальностей обнаружения различных объектов с метеорологическими условиями.

3. Методы расчета характеристик обнаружения различных объектов по данным стандартной гидрометеорологической информации и их пространственного анализа на основе геоинформационных технологий.

4. База пространственных данных для ГИС-поддержки территориального анализа параметров обнаружения объектов.

Научная новизна исследования

1. Концепция геоинформационной поддержки функционирования технических средств наблюдения базируется на расширенном составе параметров и характеристик геосреды ( и - индексы рефракции, и - вертикальные градиенты индекса рефракции, - высота волновода, - параметр «цель-качество», - структурная характеристика оптического индекса рефракции, - толщина слоя потери изображения от перепада температур «поверхность-воздух»), используемых в наблюдениях объектов, что обеспечивает повышение обоснованности их идентификации, а также уточнение характеристик функционирования средств наблюдения.

2. Модели представления параметров обнаружения объектов отличаются оригинальным составом используемых характеристик метеорологической составляющей геосреды ( - средняя водность в воздухе, - разность температур между подстилающей поверхностью и воздухом, V – метеорологическая дальность видимости), что позволяет более полно отображать состояние и пространственное определение технических средств наблюдения.

3. Методы обработки и пространственного анализа гидрометеорологической информации при обнаружении объектов отличаются переходом от статичных осредненных для метеостанций к динамическим территориально распределенным характеристикам, что обеспечивает повышение точности измерения и обоснованности идентификации наблюдаемых объектов.

4. База пространственных данных поддержки территориального анализа в функционирующих технических средствах наблюдения отличается содержательным составом геоинформации, ориентированным на задачи обнаружения объектов, что обеспечивает повышение оперативности пространственного анализа геоситуаций, непрерывность и согласованность процессов обработки разнородной гидрометеорологической информации.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждаются статистической обеспеченностью результатов экспериментальных исследований, строгой математической постановкой задачи о численном моделировании атмосферного пограничного слоя (АПС), а также статистической обеспеченностью рассчитанных на основе архивов стандартной гидрометеорологической информации характеристик обнаружения различных объектов.

Теоретическая и практическая ценность диссертации состоит в разработке оригинальных методов, позволяющих лишь на основе стандартной гидрометеорологической информации рассчитывать характеристики обнаружения различных объектов в сантиметровом и оптическом диапазонах и, в итоге, построить карты данных характеристик для любого региона РФ и сопредельных государств.

По теме диссертации опубликовано 44 (38 без соавторства) печатные работы, результаты исследований нашли отражение в 18 отчётах о НИР. В том числе основные результаты исследований опубликованы и реализованы в следующих материалах:

1. В монографии (Василенко С.В. Методы расчета и прогноза условий наблюдаемости объектов на охраняемых территориях. - Калининград: КПИ ФСБ России, – 2008. – 144 с.

2. В 24-х статьях, опубликованных в материалах всероссийских, международных конференций и в электронных научных изданиях за период с 1996 по 2008 годы, в том числе 11 статей в изданиях перечня ВАК: «Геоинформатика», «Радиотехника», «Естественные и технические науки».

3. В свидетельствах о государственной регистрации программы для ЭВМ и базы данных, а также в патенте на изобретение.

4. В отчётах по 18 заказным НИР (шифры: «Гольф» (заказ ДВ ФПС России); «Горизонт-15КС-04» (заказ ПНИИЦ ПС ФСБ РФ); «РССОИ» (заказ администрации Калининградской обл.); «Концепция» (заказ НИКИРЭТ «СНПО «Элерон» Минатома РФ); «Монитор» и «Радиопрогноз» (заказ в/ч 35533); «Затухание-2» (заказ ОАО НИИ «Стрела»); «Эффективность-2007» (заказ аппарата ВМФ РФ по вооружению) в том числе в 9 НИР по заказу КПИ ФСБ России).

Результаты исследований апробированы и получили положительную оценку на 25 научно-практических конференциях различного уровня за период с 1996 по 2008 год в городах Москва, Санкт-Петербург, Калининград, в том числе на 6 международных: «Посвященной 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственного образования в России» (Калининград, 1998 г.); «Перспективные направления технического развития пограничных органов Федеральной службы безопасности России» «Граница-2005» (Москва, 2005 г.); «Использование современных информационных технологий в правоохранительной деятельности и региональные проблемы информационной безопасности» (Калининград, 2006 г.); «Инновации в науке и образовании-2006» (Калининград, 2006 г.); «Энергосбережение. Энергооборудование. Энергопотребление» (Санкт-Петербург, 2006 г.); «Посвященной 50-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле» (Калининград, 2008 г.); 2 всероссийских и более 18 региональных и ведомственных научно-практических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Всего в работе 252 страницы, приложение, 93 рисунка и 12 таблиц. Список источников включает 145 наименований, в том числе 18 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна, теоретическая и практическая ценность диссертации, определяются цель и задачи работы.

Первая глава диссертационной работы посвящена разработке концепции геоинформационной поддержки формирования систем технического наблюдения (СТН) на основе анализа особенностей нижней тропосферы как среды распространения электромагнитных колебаний, а также принципов построения и функционирования территориальных систем наблюдения.

СТН должны обеспечивать автоматический (автоматизированный) геоинформационный анализ территории функциональной активности, прогнозирование последствий природно-социального регулирования с отображением результатов на электронную карту (ЭК). Структурными единицами таких систем являются ТСН. Пример пространственного распределения ТСН в СТН приведен на рисунке 1.

 Схема пространственного распределения ТСН. Параметры и характеристики -11

Рис. 1. Схема пространственного распределения ТСН. Параметры и характеристики

геосреды, влияющие на зоны действия ТСН:

- давление воздуха; - абсолютная температура; - парциальное давление водяного пара; и - индексы рефракции; и - вертикальные градиенты индекса рефракции; - высота волновода; - относительная влажность; - средняя водность в воздухе; – метеорологическая дальность видимости

Существующие методы поддержки принятия решений при размещении объектов СТН учитывают множество влияющих на эффективность подобной системы параметров, но все что касается влияния факторов окружающей среды учитывается лишь на основе самых общих представлений, либо не учитывается вообще. Между тем, влияние состояния атмосферы на эффективность функционирования СТН оказывается чрезвычайно изменчивым как во времени, так и в пространстве (рис. 1). За последние десятилетия в теоретической физике атмосферы достигнут значительный прогресс в описании физических механизмов тех или иных явлений в атмосфере, определяющих дальность обнаружения различных объектов с использованием разнообразных ТСН. Это обстоятельство открывает возможность существенно повысить степень пространственной детализации учета параметров окружающей среды при планировании размещения объектов СТН, что на современном уровне наиболее целесообразно осуществлять с использованием геоинформационных технологий.

Таким образом, общая концепция данного диссертационного исследования базируется на существенном расширении состава лимитирующих параметров и характеристик геосреды применительно к решению практических задач повышения эффективности систем технического наблюдения, функционирующих в оптическом и сантиметровом диапазонах электромагнитных волн. Целью такого рода геоинформационной поддержки использования ТСН является обеспечение возможности оперативного предоставления структурам управления достоверной информации об инфраструктуре территориальной системы наблюдения региона в территориально-временном разрезе для обеспечения качественной реализации функций управления на основе анализа метеорологических условий местности.

В плане обоснования сформулированной концепции в данной главе рассмотрены существующие результаты исследования вертикальной структуры атмосферного пограничного слоя (АПС) – слоя атмосферы высотой 1,5-2 км, примыкающего к поверхности Земли, наиболее важного с точки зрения поставленной задачи.

Структура АПС значительно отличается от структуры вышележащей, так называемой «свободной» атмосферы, формирующейся под воздействием крупномасштабных (синоптических) атмосферных процессов. Приземный слой (ПС) атмосферы – нижняя часть АПС толщиной несколько десятков метров, структура которого полностью определяется процессами взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью.

Проблема обнаружения различных объектов в атмосфере неразрывно связана с понятием метеорологической дальности видимости (МДВ).

МДВ (V, м) – весьма специфическая характеристика прозрачности атмосферы применительно к диапазону видимой части спектра (0,3 - 0,8 мкм). Она определяется как «наибольшее расстояние, с которого в светлое время суток перестает быть видимым абсолютно черный объект размером более 20 угловых минут, проектирующийся на фон неба у горизонта» (Матвеев Л.Т, 1984).

Метеорологическая дальность видимости – единственный параметр атмосферы, входящий в набор стандартных метеорологических наблюдений на метеостанциях, с помощью которого удается оценить фактические значения оптического коэффициента ослабления атмосферы. При этом оказывается справедливой следующая приближенная формула взаимосвязи водности и МДВ:

, (1)


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.