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 |

Универсальные методики распределенной работы с массивами изображений внеземных территорий

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Зельков Константин Михайлович

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ РАБОТЫ С МАССИВАМИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ВНЕЗЕМНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Специальность 25.00.35 – геоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Шингарева Кира Борисовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Соловьев Игорь Владимирович

кандидат технических наук

Леоненко Сергей Михайлович

Ведущая организация: Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)

Защита состоится «23» декабря 2011 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.143.03 при Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064, Москва, Гороховский пер., 4, зал заседаний ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК).

Автореферат разослан «22» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Климков Ю.М.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Возврат к космическим исследованиям, в том числе в России, и их активизация в начале ХХI века привели к интенсивному развитию планетной картографии, которая будет играть все более важную роль в процессе освоения внеземных территорий. Неотъемлемой частью космических исследований являются съемки поверхности различных тел и дальнейшая фотограмметрическая обработка полученных результатов. Учитывая, что значительные успехи в области космических программ, освоении внеземных территорий и развитии космонавтики дали большое количество постоянно пополняющегося материала, научным коллективам, производящим как предварительную, так и полную обработку снимков, необходимы инструменты для получения, хранения и обмена данными, чему ранее не уделялось должного внимания.

Объект исследования и предмет исследования. Объектом исследования являются космические снимки внеземных территорий. Предметом исследования являются малые тела Солнечной системы.

Целью исследования является разработка методик, алгоритмов и инструментов чтения, хранения и интерактивного обмена систематизированной информацией по кадровым космическим снимкам малых тел Солнечной системы.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

  • изучить существующие информационные системы и базы данных, что должно включать в себя рассмотрение их структур, способов и форматов хранения данных;
  • изучить существующие методики и алгоритмы работы с массивами данных;
  • провести анализ и оценку систем управления базами данных (СУБД) и архитектур баз данных (БД), на основе которых выбрать наиболее приемлемое решение;
  • разработать, согласно имеющимся данным по выбранному объекту исследования, структуру БД;
  • на примере выбранного объекта исследования разработать алгоритмы получения и добавления информации в БД;
  • на примере обработки отдельных снимков произвести экспериментальную проверку разработанных алгоритмов и методик.

Научная новизна. Разработаны новые, эффективные методики работы с массивами изображений, позволяющие проводить совместный анализ и обработку данных научными коллективами. Разработана БД снимков внеземных территорий.

При разработке БД была описана методика формирования комплексной базы данных, а также методик и алгоритмов оптимизации работы с данными. В процессе создания базы данных была изучена информация на конкретном объекте, систематизации которой прежде не уделялось должного внимания.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

  1. Произведена оценка информативности имеющихся систем по планетной тематике;
  2. Обоснована необходимость разработки универсальных методик с необходимыми алгоритмами работы с информацией;
  3. Обоснована разработка интерактивной системы обмена данными;
  4. Обоснован выбор СУБД, необходимой для создания базы данных снимков малых тел Солнечной системы;
  5. Разработаны методики, содержащие необходимые алгоритмы чтения информации и база данных по выбранному объекту исследования.

Источниковая база. При создании информационной системы использовались кадровые снимки Фобоса и сопроводительная информация к ним, полученные из открытых источников, также рассмотренных в работе, в частности, Planetary Data System. Работа выполнялась с помощью системы управления базами данных Microsoft Access, средства разработки программного обеспечения Microsoft Visual Basic, системы управления реляционными базами данных Microsoft SQL Server, архитектуры компонентов базы данных OLE DB (включая дополнительные провайдеры Microsoft OLE DB Provider for SQL Server и Microsoft Office 12.0 Access Database Engine OLE DB Provider), программного обеспечения SPICE, ISIS, а также программы по распознаванию текстов Abbyy FineReader, графического редактора Adobe Photoshop CS2. При выполнении работы были использованы и проанализированы различные литературные источники, информационные системы по планетной тематике, геоинформационные системы.

Практическое значение. Разработанные методики, алгоритмы, программное обеспечение и база данных по космическим снимкам предоставляют пользователям способы быстрой и интерактивной работы с массивами данных. Сформированная в процессе разработки модель БД позволит сократить затраты на создание подобных баз данных в будущем.

Методы исследования. Решение поставленных задач выполнено с использованием методов анализа литературы и информационных систем по проблеме исследования, методов и принципов построения реляционных БД, методов объектно-ориентированного программирования. Экспериментальные исследования осуществлены с помощью систем управления базами данных Microsoft Access, Microsoft SQL Server, средства разработки программного обеспечения Microsoft Visual Basic, с использованием материалов космических съемок.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 60 наименований источников и 3 приложения. Общий объем диссертации: 73 страницы текста и 15 страниц приложения, в том числе 10 таблиц и 32 рисунков в тексте.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК России, промежуточные и окончательные результаты работы представлены в 3 сборниках международных конференций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыты актуальность темы, цель и задачи, научная новизна и практическая ценность работы.

Глава 1. Космические исследования малых тел Солнечной системы. Существующие сервисы хранения информации по космическим исследованиям

Малые тела Солнечной системы исследуются уже много веков, но по настоящему серьезные исследования стали возможны лишь в эпоху космических полетов. Рассмотренные в первой главе миссии, такие как «Вега-1, 2», «Deep Space 1», «Stardust», «Mars Express» и другие внесли существенный вклад в исследования малых тел и предоставили значительные объемы информации.

Основой получения информации для дальнейшей обработки являются информационные системы хранения данных и дополнительные источники. В настоящее время существует ряд порталов планетной тематики. Наиболее крупные из них:

  1. Planetary Data System (PDS) - информационная система, которую NASA использует для хранения данных, собранных в результате миссий по изучению Солнечной системы и наземных исследований. Эти данные, как правило, получены из прошлых и настоящих планетных миссий (исследований, космических полетов).
  2. JPL Photojournal - ресурс, который входит в состав PDS. В нем собраны изображения планет, спутников, полученные в результате проведения различных космических программ NASA.
  3. Map-a-Planet - ресурс также входит в состав PDS. В нем собраны изображения планет и спутников, сделанные в результате различных миссий по изучению космоса.
  4. United State Geological Survey (USGS) - Информационная система USGS — это разработка Геологического института США (United State Geological Survey), который является многопрофильной научной организацией, занимающейся изучением вопросов биологии, географии, геологии, геопространственной информации и водных ресурсов. На этом ресурсе приводятся описания тел Солнечной системы (планет, спутников, метеоритов и т.д.), а также космических программ, проводимых NASA.
  5. The SAO/NASA Astrophysics Data System (ADS) - электронная библиотека, состоящая более чем из 8,4 млн. документов по астрономии и физике с начала XIX века как из рецензируемых, так и из нерецензируемых источников. Основная часть данных ADS состоит из библиографических записей и отсканированной астрономической литературы.
  6. NASA/IPAC Extragalactic Database - является базой данных, которая собирает и осуществляет взаимную корреляцию астрономических данных о внегалактических объектах (галактики, квазары, радио, рентгеновские и инфракрасные источники и т.д.).
  7. SIMBAD - SIMBAD (the Set of Identifications, Measurements, and Bibliography for Astronomical Data) представляет собой базу данных астрономических объектов за пределами Солнечной системы.
  8. The Planetary Society - Планетное сообщество является крупной общественно поддерживаемой, неправительственной и некоммерческой организацией, которая возглавляет множество научно-исследовательских проектов, связанных с астрономией.
  9. Malin Space Science Systems - американская компания, основанная в 1990 году, которая проектирует, разрабатывает и эксплуатирует камеры и другие инструменты для полетов на беспилотных космических аппаратах. Информационная система представлена блоком программ для образовательных и рекламных целей, ориентированных на отдельные миссии или только на исходные первичные данные, нуждающиеся в дальнейшей обработке.
  10. Center for Mars Exploration (СМЕХ) - Информационная система СМЕХ была создана в 1994 году агентством NASA для сбора и публикации материалов, полученных в результате изучения Марса и его спутников Фобоса и Деймоса.

На сегодняшний день наиболее полным хранилищем информации по космическим телам является Planetary Data System (PDS). Однако даже такая объемная база как PDS не содержит исчерпывающей информации, порой необходимой специалистам при решении поставленных задач. В этом случае используется стороннее программное обеспечение, такое как SPICE.

Как показал проведенный анализ, рассмотренные в главе информационные системы хранения изображений малых тел и дополнительные источники данных предоставляют пользователям существенные массивы информации. Более того, работая над определенной задачей, у исполнителя могут возникать некоторые промежуточные данные (например, уточненные параметры орбиты, исправленные снимки, и т.д.). Эти данные могут быть полезны его коллегам, чтобы не проделывать эту же работу заново.

Оптимальным решением поставленной задачи хранения и обработки подобных массивов данных является создание методик и алгоритмов работы с ними, а также разработка специализированной БД и инструментов, позволяющих оперативно добавлять уже имеющиеся данные.

Глава 2. Массивы данных при фотограмметрической обработке снимков. Выбор объекта исследования. Существующая информация, методы ее хранения и получения. Базы данных

Вторая глава посвящена выбору объекта исследования, анализу имеющихся материалов, способов их получения, хранения и совместного использования. Также сформулированы основные этапы и требования к БД космических снимков.

Учитывая особенности фотограмметрической обработки снимков, можно описать технологию их обработки в общем виде следующей схемой (рис. 1):

 Рис. 1: Методика обработки космических снимков В рамках проводимой работы в качестве-1

Рис. 1: Методика обработки космических снимков

В рамках проводимой работы в качестве объекта исследования был выбран Фобос – один из спутников Марса. В связи с тем, что данное малое тело за последние несколько лет активно изучается различными научными институтами, актуальность выбора является очевидной.

Анализ материала показал, что данные изображений хранятся в виде текстового заголовка файла (Header), либо в XML формате. Это приемлемо в том случае, если данные считываются специализированным программным обеспечением. Однако в том случае, если в программном обеспечении не предусмотрена функция считывания подобной информации, пользователь вынужден просматривать ее вручную, что сказывается на скорости, а зачастую и невозможности поиска для неподготовленного пользователя, что, в свою очередь, требует разработки алгоритмов и инструментов их чтения и представления в удобном для пользователя виде.

Глава 3. Разработка методик и алгоритмов работы с массивами информации. База данных космических снимков

Первая часть главы посвящена концепции оптимальной обработки существующих материалов, в частности, разработке алгоритмов и программного обеспечения для автоматизированного чтения заголовков файлов снимков в различных форматах, а также промежуточным вычислениям возможной дополнительной информации.

Также разработаны алгоритмы пакетного добавления полученной информации в базы данных посредством SQL запросов (рис. 2).

Оригинал тестового заголовка снимка
Считанный заголовок с рассчитанными дополнительными параметрами
SQL Update / Insert Экспорт считанной информации

Рис. 2: Методика работы с заголовком изображения

Вторая часть главы посвящена разработке концепции и базы данных снимков малых тел Солнечной системы на примере Фобоса на основе выбранной СУБД. В результате эксперимента была создана БД, содержащая основную информацию об изображениях и миссии: данные изображений (в том числе результаты первичной и последующих обработок), каталог камер (в том числе все возможные параметры и типы камер), каталог миссий и объектов съемки (рис. 3):

Рис. 3: Структурная схема базы данных

Рис. 4: Интерфейс добавления изображения в базу данных

Структурированная подобным образом БД, позволяет пользователям производить добавление, поиск, сортировку и выборку информации в базе данных, а пользователям с соответствующими правами - добавлять, удалять и изменять записи в БД.

Кроме того, был разработан интерфейс работы с созданной БД: добавление изображений, данных, поиск и редактирование (рис. 4).

Несмотря на то, что существует множество СУБД, большинство из них опираются на единый комплекс основных понятий. Это дает возможность рассмотреть одну систему и обобщить ее понятия, что, в свою очередь, означает возможность в будущем реализации предложенной логической модели на любой из существующих СУБД, учитывая лишь ее специфику.

 Рис. 5: Архитектура «клиент-сервер» на базе Microsoft Access и Microsoft SQL Server с использованием-6
Рис. 5: Архитектура «клиент-сервер» на базе Microsoft Access и Microsoft SQL Server с использованием интерфейсов OLE DB


Pages:   || 2 |
 





 
© 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.