Исследование качества работы алгоритмов отбора пространственно-распределенных объектов в МГИС

Андрианов Д.Е. ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ ОТБОРА ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ В МГИС

Под муниципальной геоинформационной системой (МГИС) следует понимать совокупность программных систем предназначенных для доступа к муниципальной информации, как атрибутивной, так и пространственной, причем зачастую требуется принципиальная возможность комплексного и эффективного доступа , которая является конечной целью при обеспечении принятия управленческих решений. При этом уровень сложности картографической информации довольно высок, что значительно усложняет анализ пространственной информации [1].

Потоки данных внутри муниципальной системы можно отобразить следующим образом (см. рис. 1.).

Рис. 1. Взаимодействие подсистем МГИС и ЛПР

Таким образом, задача доступа к муниципальной информации может решаться несколькими путями:

непосредственный доступ к ГИС и МИС, при этом данные этих подсистем выбираются по отдельности;

связанная работа - отбирая пространственные объекты, ЛПР может при желании получить любую связанную с ними атрибутику из МИС, и соответственно наоборот (найти интересующую ЛПР семантику и показать связанные с ней объекты на карте);

работа с пространственной информацией на основе топологических запросов, позволяющих организовать быстрый поиск требуемых объектов по заданным правилам, с последующим переходом к связанной атрибутивной информации, хранящейся в МИС.

Естественно, последний вариант является предпочтительным из-за наличия возможности сразу получить целостный спектр связанных атрибутивных данных, не проводя полного поиска по всей БД, которая в случае муниципалитета имеет очень большой объем записей таблиц (для среднего по размеру города —20000-30000).

В основу подхода заложен алгоритм топологического анализа, основанный на хранении информации о пространственных характеристиках объектов в виде топологических структур - многомерных матриц [2]. Матрицы хранятся в оперативной памяти, что ускоряет поиск информации в них.

Элементами матриц являются бинарные значения, указывающие наличие "1" или отсутствие "0" одного из отношений между объектами, определяемыми порядковыми номерами столбца и строки.

Пространственный запрос формирует выборку из объектов, топологические отношения между которыми удовлетворяют указанным в правиле отбора условиям. Количество и параметры топологических отношений, необходимых для построения МГИС, подробно рассмотрены [3]. Для конкретного класса картографических объектов задается бинарная структура отношений, поэтому в основу пространственного запроса закладываются бинарные операции сравнения.

Исследование алгоритма топологического анализа проводилось на тестовых и реальных городских картах, основное различие между ними состоит в разнообразии объектов и топологических отношений между ними.

Вначале изучалась работа отдельных расчетных топологических процедур - поиск объектов по простым топологическим правилам, поскольку это позволяет выявить наиболее трудоемкие этапы работы алгоритма для тех случаев, когда задается комплексное правило.

Рис. 2. Исследование алгоритма выборки данных на тестовых картах

Как видно из графиков рост сложности выполнения носит практически линейный характер, за исключением отбора по структурам, что связано с отсутствием разнообразия объектов на тестовой карте.

Рис. 3. Исследование алгоритма выборки данных на реальных картах

Как видно из данного графика рост сложности в зависимости от объема не линейный и носит экспоненциальный характер. Это связано со значительным разнообразием в структуре объектов и связей между ними. Обобщая графики можно указать на превосходство отбора по структурам - масштабирование для отображения составило 1000 раз.

Рис. 4. Исследование алгоритмов выборки данных на типовых запросах, тестовая карта Можно сделать следующие выводы по результатам исследования алгоритмов отбора пространственно-распределенных объектов:

типовые запросы на выборку картографических объектов в пределах зоны и в пределах границы работают довольно медленно как на реальной, так и на тестовой карте. Преимущество поиска в пределах границы обуславливается простотой определения вложенности, а не удаленности;

наиболее медленной расчетной процедурой является определение изолированности - именно она вносит наибольший вклад в итоговую расчетную сложность. Это позволяет сделать вывод о необходимости поочередного вызовов расчетных топологических процедур для оптимизации времени выполнения;

оптимален во всех случаях - матричный топологический отбор, который использует многомерное представление топологических межобъектных отношений. Отбор происходит за считанные секунды даже для нескольких тысяч объектов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Симаков Р.А. Концепция муниципальной информационной системы. Муром. ин-т Владимир. Гос. Унта - Муром, 2 0 03. Деп. в ВИНИТИ 06.06.03, №110 8-В2 0 03, 38 с.

2. Андрианов Д.Е. Создание метода представления топологических отношений в трехмерном пространстве для задач городских ГИС // Геоинформатика, М.: ФГУП ГНЦ РФ - ВНИИгеосистем, 2007, №2. С. 1-3.

3. Андрианов Д.Е. , Еремеев С.В., Садыков С.С. Теоретические основы описания и анализа плоских пространственно-распределенных объектов в ГИС / Д.Е. Андрианов, Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-

та,2007.110 с.