Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Алгоритмическое и программное обеспечение геоинформационной системы для мониторинга мобильных объектов в дорожной сети : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.11

Год: 2010

Номер работы: 89310

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

5.8. Основные результаты и выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 8

В последние годы, особенно с развёртыванием отечественной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, наблюдается взрывное развитие технологий позиционирования объектов. Появляется всё больше доступных цифровых карт, дешевеет навигационное оборудование. Это даёт толчок к массовому распространению информационных систем, основанных на использовании данных о местоположениях мобильных объектов (МО), а также ведёт к появлению вокруг этих систем инфраструктуры сервисов, основанных на местоположени

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА МОНИТОРИНГА МОБИЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ В ДОРОЖНОЙ СЕТИ Под мобильными объектами (МО) в общем случае понимаются объекты, перемещающиеся в пространстве, PI местоположение (координаты) которых известны с определённой точностью в течение определённого времени. Под системой мониторинга МО (СММО) в общем можно понимать систему, которая получает, сохраняет и обрабатывает данные о местоположениях МО. В данной главе рассматриваются существующие системы мониторинга МО в ДС, особенности мод

В первую очередь, СММО могут быть классифицированы по типу МО, данные о местоположении которых поступают в систему. В качестве МО могут выступать люди, транспорт (морской, автомобильный, железнодорожный), летательные и космические аппараты и прочие движущиеся объекты. В данной работе интерес представляют МО, чьи перемещения ограничены дорожной сетью. Дело в том, что перемещение в заранее ограниченном одномерном пространстве, которое, фактически, представляет собой дорожная сеть, позволяет реш

В общем случае автомобильная навигационная система (АНС) состоит из двух подсистем — подсистемы определения местоположения МО и подсистемы позиционирования конструирование его на карте [5]. С инженерной системы точки зрения АНС сводится к созданию автоматического определения относительных или абсолютных (географических) координат автомобиля и последующему отображению местоположения автомобиля на цифровой карте местности. Современные АНС базируются на использовании сигналов ГНСС GPS NavS

Задачи, решаемые СМиДА. Данные системы решают следующие задачи [18]: • • • • • Контроль за целевым использованием транспорта. Контроль соблюдения графика движения. Сбор статистки и оптимизация маршрутов. Обеспечение безопасности. Помощь водителю в выборе маршрута на местности. Функции диспетчерских СММО. Самые распространённые функции, которые присутствуют в большинстве систем спутникового мониторинга. • • • • • Подключение и настройка трекеров в системе. Подключение и настройка датчиков в

LBS-услуга — это информационная услуга (сервис), которая предоставляет информацию, созданную, скомпилированную, выбранную или отфильтрованную с учетом текущего местоположения пользователя (пользователей), местоположения других людей или мобильных объектов [67]. LBS-услуги относят к категории т.н. контекстно-зависимых сервисов (context-aware services). Контекстно-зависимый сервис можно определить как сервис, который автоматически подстраивает свое поведение (например, 25 фильтрацию или предс

Концепция ИТС была предложена известным американским экспертом по дорожному планированию Д. Газисом [51]. Она включает в себя две основные составляющие: • координация светофоров (и в целом электроники, ответственной за контроль движения, - например, контроллеры при выезде на магистрали), • маршрутное ориентирование водителей. Помимо этих двух задач есть еще чуть менее значимые: управление парковками, управление общественным транспортом, логистика грузового транспорта, железнодорожные перев

Универсальные ГИС могут помочь в решении многих задач, связанных с управлением транспортом и дорогами. Во-первых, ГИС являются инструментом визуализации и позволяют отображать карты с дорогами, а многие — отображать движение транспортных средств. Во-вторых, ГИС позволяют описывать объекты на карте, и можно с их помощью управлять атрибутивной информацией, относящейся к дорогам. Тем не менее, для решения более сложных проблем, связанных с моделированием транспортных потоков или прокладкой мар

Модели ДС отличаются друг от друга, в основном, степенью подробности представления ими реальных ДС. Степень подробности описания зависит от предметной области, для которой создавалась система, использующая ту или иную модель. Например, задачи управления эксплуатацией ДС требуют описывать элементы дорог вплоть до их точных размеров, используемого покрытия, расположения элементов инфраструктуры, бордюрного камня и пр. Пример модели ДС в этой области приведён в [16]. В ГИС, предназначенных для р

На основании проведённого выше анализа ГИС и СММО можно сделать следующие выводы: 1. Исторически сложилось так, что универсальные ГИС и СММО развивались раздельно. СММО не требовали всего функционала универсальных ГИС (избыток которого им даже мешает), а поддержка мобильных объектов в универсальных ГИС не устраивала потребителей систем мониторинга (в том числе по цене такого решения). В результате развитие систем мониторинга тормозится необходимостью реализации функций, которые уже присутству

Рассмотрим какие теоретические основы есть для создания такой перспективной ГИСММО. Этот базис будет касаться СММО и ГИС. Важной является задача хранения пространственных и атрибутивных данных о МО, данных о ДС и картографических данных в этих системах. 34

Любая ГИС по определению оперирует данными о пространственных объектах. Современные ГИС являются достаточно сложными системами и работают с большими объемами данных, что требует наличия мощных пространственных СУБД. Фактически, именно геоинформационные системы являются главной движущей силой в развитии пространственных СУБД [56]. В данном подразделе рассматриваются ГИС, построенные по клиентсерверной архитектуре, поскольку настольные ГИС, как правило, не используют внешние БД, а хранят данны

Задача индексирования данных В [50] подробно описано большинство известных методов доступа к многомерным данным (multidimentional data access methods), к которым можно отнести и пространственные данные (spatial data). Также можно отметить ключевые в данной области работы [46,47, 48, 49, 56, 57, 59, 63, 102, 92]. Правильное использование индексов является решающим фактором при оптимизации запросов к БД. Ключевым параметром, обеспечивающим эффективность индекса, является селективность индексир

Одним из направлений развития пространственных БД стали БД, предназначенные для хранения данных о МО и получившие название БДМО (mobile objects databases). Однако, в отличие от пространственных типов данных и пространственного индексирования, реализованных в ряде универсальных СУБД, поддержки БДМО в этих СУБД пока нет. Причина этого, в первую - очередь, в том, что в области БДМО отсутствуют общепринятые стандарты моделей данных, а также нет универсального метода индексирования, пригодного

Определение позиции МО в ДС называется позиционированием (англ. mapmatching). Позиционирование МО необходимо для того, чтобы перейти от географических координат МО (получаемых, например, от GPS-приёмника) к его координатам в ДС. Алгоритм, выполняющий такой переход, называется алгоритмом позиционирования (АП). Классификация АП Основное разделение таких алгоритмов на классы осуществляется по времени работы АП — это деление на АП реального времени (АПРВ, online map-matching) и оффлайновые АП (

Приведённый выше анализ проблемы мониторинга МО в ДС позволяет сформулировать следующие цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание алгоритмического и программного обеспечения геоинформационной системы для мониторинга мобильных объектов (ГИСММО) в дорожной сети. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи. 1. На основе анализа существующих СММО и универсальных ГИС определить набор функций ГИСММО и ряд требований к ней. 2. Разработать принципы по

1.7. Основные результаты и выводы по главе 1. Сформулирована проблема мониторинга МО в ДС. 2. Проведён анализ существующих использовать СММО и ГИС, которые можно как инструмент для решения этой проблемы. Приведена классификация этих систем, их функции и принципы построения. Показано, что значительную часть СММО составляют системы мониторинга транспорта, движущегося, внутри ДС. Описан ряд задач, решаемых системами из этого сегмента, включая интеллектуальные транспортные системы. Показано, ч

ГЛАВА 2. СТРУКТУРА ГИС ДЛЯ МОНИТОРИНГА МОБИЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ В ДОРОЖНОЙ СЕТИ

На основе проведённого требования к ГИСММО: 1. Данные о местоположениях МО должны обрабатываться этой системой в режиме реального времени. 2. ГИСММО должна учитывать тот факт, что МО перемещаются в ДС по маршрутам. Это должно вести к реализации в системе аппарата теории графов, решению транспортной задачи, необходимости подсчёта статистик анализа можно сформулировать основные перемещений МО по маршрутам. 3. ГИСММО должны быть нацелены на решение широкого круга задач, обычно решаемых раздельн

Поскольку работа с ДС является одним из важнейших аспектов работы ГИСММО, ниже сформулируем используемой в ГИСММО: 1. Модель должна включать описание геометрии дорог (т.е. задавать форму дорог в географических координатах). 2. Очевидно, модель должна описывать топологические отношения между элементами дорог (пересечения, примыкания, пересечения на разных уровнях). 3. Модель должна включать возможность описывать дорожные подробные требования к модели ДС, ограничения: запреты поворотов, одност

2.1.2. Основные компоненты ДС На основе проведённого в главе 1 анализа существующих алгоритмов и программных продуктов, использующих дорожные сети, можно выделить в структуре ДС следующие основные компоненты: топология ДС, дорожные ограничения, геометрия ДС, атрибутивная информация о ДС. Топология ДС (или граф ДС). Как правило, это мультиграф, ребрам которого обычно соответствуют участки дорог, а узлам — места соединения дорог на одном уровне (перекрёстки). В некоторых случаях топология не за

На основе изложенных требований предложена концепция создания ГИСММО. Она выражается, в первую очередь, в виде ряда принципов: 1. Структура ГИСММО описывается на трёх уровнях абстракции: концептуальном, инструментальном и проблемно-ориентированном. , 2. На основе концептуальной структуры ГИСММО разрабатывается ряд структур инструментальных ГИСММО, их программные средства. 3. ПО каждой из инструментальных ГИСММО позволяет решать класс задач в той или иной предметной области. 4. С использование

Покажем, какие функции могут выполнять инструментальные ГИСММО для различных классов задач.

2.3.1. Инструментальная автонавигации ГИСММО для персональной К СММО для задач персональной автонавигации можно отнести АНС и персональные автомобильные навигаторы, устанавливаемые на мобильные 57 устройства. ГИСММО, решающие задачи персональной автонавигации, наследуют особенности этих СММО, добавляя более развитые функции обработки маршрутов и пространственного анализа. Для этих систем ха

Предлагаемая функциональная структура ГИСММО этого класса изображена на рис. 10. Её основные особенности: 1. Порталы LBS-услуг работают с большим количеством пользователей и данных. Поэтому для хранения данных используется мощная производительная СУБД, возможно, специализированная. 2. Портал LBS-услуг предоставляет набор услуг (сервисов), которые может выбирать пользователь (подписываться на услуги). 3. Информация о местоположении пользователя попадает только тем LBSуслугам, которыми он польз

2.4. Основные результаты и выводы по главе 1. На основе проведённого анализа были сформулированы требования к ГИСММО. 2. На основе сформулированных требований была предложена концепция построения ГИСММО, основанная, в первую очередь, на ряде принципов. Первый из них предлагает рассматривать структуру ГИСММО на трёх уровнях абстракции: концептуальном, На основе инструментальном концептуальной инструментальных и проблемноГИСММО из ориентированном. разрабатывается структуры ряд структур ГИСМ

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ В ДОРОЖНОЙ СЕТИ Как было сказано в главе 1, большое количество алгоритмов, таких, как алгоритмы маршрутизации, используют графовые модели дорожных сетей. Чтобы применять алгоритмы на графах в ГИСММО, необходимо от географических координат объектов (как мобильных, так и статичных, в том числе неточечных) перейти к их координатам в ДС. Процесс такого перехода называется позиционированием объектов в дорожной сети (англ. — тар matching). А

Требования к ДС и основные компоненты ДС были описаны в главе 2. Ниже опишем особенности модели разрабатываемой ГИСММО. Топология ДС описывается направленным мультиграфом, в котором узлы представляют пересечения дорог на одном уровне, а рёбра — сегменты дорог между пересечениями. Сегменты дорог с двусторонним движением могут быть ДС, используемой в проекте 65 представлены одним ребром графа, так же как и сегменты с односторонним движением (признак одностороннего движения задаётся отдельно для

Способ описания местоположений объектов будет зависеть от выбранной модели ДС. Например, модель с поддержкой полос движения подразумевает, что позиция МО в ДС, описанной такой моделью, будет включать не только 66 дорогу, по которой движется МО, но и полосу движения на этой дороге. Поэтому способ задания позиций объектов в ДС определяется моделью ДС и можно считать, что является частью этой модели. Ниже опишем способ задания местоположений объектов в представленной модели ДС. Мобильные объекты

На основе,имеющихся требований к ГИСММО, можно, в свою очередь, сформулировать требования к разрабатываемому АП: • Построение маршрутного пути. В общем случае знание пройденного пути даёт больше информации для анализа, чем просто текущее положение МО. • Работа в режиме реального времени. Это означает, что алгоритм получает на вход местоположения МО по мере движения МО и после каждого замера должен обновлять позицию МО в ДС и маршрутный путь. • Ошибки позиционирования отдельных позиций нежелат

В главе 1 при описании алгоритмов позиционирования была приведена общая схема работы АПРВ (рис. 6). Согласно этой схеме, на каждой итерации алгоритма после получения и первичной обработки данных о местоположении МО сначала происходит определение позиции МО в ДС (из сформированного списка возможных кандидатов), после чего происходит обновление маршрутного пути. Несмотря на то, что обновление пути происходит после определения позиции МО, алгоритм обновления будет описан в первую очередь. Это о

В процессе позиционирования МО алгоритм выбирает несколько сегменту- сегментов ДС в окрестности местоположения МО. Каждому кандидату можно сопоставить позицию на этом сегменте, которая получается проекцией координат МО на сегмент. Из полученного множества позицийкандидатов АП должен выбрать ту, которую считает наиболее подходящей (и на которой находится МО на самом деле). Для осуществления этого выбора в большинстве АП используется эвристический подход. Каждая позиция-кандидат оценивается

Для формирования критериев эффективности работы маршрутных АПРВ необходимо сформулировать более конкретно, что именно является корректным результатом работы АП. Маршрутный оффлайновый АП принимает на вход трек движения МО целиком. Корректным результатом на выходе является маршрутный путь, по которому двигался МО. Могут присутствовать дополнительные требования: • необходимо определять позицию МО в ДС для каждой точки трека; • кроме самого пути необходимо знать время проезда МО сегментов пути,

Оценить качество АП можно по количеству верно выполненных операций позиционирования (Correct Link Identification [85]). Обозначим этот показатель через QQU и определим как QcLI — NcorrectPos/NTotalPos, где NcorrectPos — количество верно определённых позиций МО, NTotaiPos общее количество замеров навигационных данных МО, поступившее на вход алгоритма. Параметр Оси является стандартным показателем качества работы АП. Значения QCu для различных АЛ приведены в [85]. Тем не менее, автор считает э

На рис. 17 показана ситуация, характерная для АП, использующего «осторожную» стратегию (иногда можно встретить термин «консервативная» [104]). Смысл такой стратегии заключается в том, что в ситуациях, когда вариантов привязки координат МО к ДС несколько, и высока вероятность ошибиться, алгоритм не выполняет позиционирование. На практике это может означать, например, что пока МО перемещается от позиции А в Б (рис. 17), последнее известное местоположение МО в ДС всё ещё А. Значение позиции МО о

Целью численного эксперимента является определение динамических характеристик разработанного маршрутного АПРВ. 98 Исходными данными для исследования являются: 1. Записи перемещений МО из проекта «Spar раа Farten»[72]. В рамках проекта была создана ISA-система, для апробации которой было привлечено несколько десятков добровольцев. За период нескольких месяцев 2007 - 2008 г.г. были записаны перемещения МО при помощи специальных устройств, установленных в личные автомобили добровольцев. Частот

Основной проблемой при постановке численного эксперимента является' отсутствие фактических маршрутных путей МО. Исходными данными являются сами треки, но нет данных о том, по каким сегментам дорожной сети перемещались МО на самом деле. Поэтому сравнение АП по классическому критерию — QCLI — невозможно (по крайней мере, не совсем корректно). В том случае, если разные АП позиционируют МО на различные сегменты ДС, невозможно определить достоверно, какой из алгоритмов работает верно. Также нево

3.5. Основные результаты и выводы по главе 1. Сформулированы детальные требования, которым должен удовлетворять маршрутный АПРВ, работающий в составе ГИСММО. 2. Описана структура модели ДС, используемая в ГИСММО (и используемая, в том числе, маршрутным АПРВ). Модель ДС позволяет 104 позиционировать как точечные, так и площадные объекты. Маршрутные пути на графе ДС могут строиться не только между узлами-пересечениями дорог, но и между любыми позициями в ДС. 3. Разработан маршрутный АПРВ БРИТ

При реализации методов Z- и XZ-индексирования возникает задача квадрантного разбиения области пространства (описанная в главе 1). Прежде чем перейти к описанию алгоритмов индексирования, приведём использованный в их составе алгоритм квадрантного разбиения области пространства. Этот алгоритм аппроксимирует область пространства множеством квадрантов, покрывающих область. Поскольку затем каждому квадранту сопоставляется значение индекса или интервала индексов, существует ограничение на максим

При разработке адаптера ПД необходимо чтобы исследовать методы их пространственного индексирования, определить пределы применимости. Полученные результаты можно будет использовать и при создании других систем. Поэтому численные эксперименты были поставлены на модельных данных. В качестве универсальной СУБД была использована Microsoft SQL Server 2000/2005 (далее — MS SQL Server), а схема базы данных для экспериментов спроектирована в общем виде. Существует множество различных задач, которые т

В качестве основных критериев эффективности работы оконных запросов использовались 2 характеристики: • • время выполнения запроса (execution time); количество обращений к дисковой памяти (disk accesses). Время является конечной характеристикой для пользователя, но оно зависит от многих факторов, в том числе и случайных. Больше всего влияет 115 аппаратная конфигурация, поэтому результаты, полученные на одном компьютере, не будут совпадать с результатами на другой. Число обращений к дисковой

Общие условия проведения экспериментов Для проведения экспериментов в среде разработки Delphi 7 было разработано тестовое клиентское приложение. Серверная часть работала под управлением СУБД MS SQL Server 2000/2005. В данной СУБД нет поддержки пространственных индексирования. Геометрические объекты было решено представить в реляционной БД в виде MBR (прямоугольников), которые описываются в таблице набором четырех атрибутов: хО, xl, уО, yl. Для хранения дополнительной информации о геометрии об

Данный метод не использует пространственного индексирования. Смысл его использования в эксперименте заключается в оценке того, насколько стандартные средства могут быть хуже или лучше тех, которые предлагаются взамен. 119 Таблица с объектами имеет здесь структуру, показанную в табл. 3. Оконный запрос в данном случае представляет простую выборку на пересечении четырех диапазонов. Для окна запроса с координатами wxO, wxl, wyO, wyl его текст на языке T-SQL выглядит так: s e l e c t ObjID from

Входной информацией для алгоритма являются координаты окна запроса. На выходе формируется множество объектов, соответствующих окну. Последовательность действий такая: исходному 120 Начало Шаг 1. Преобразовать окно запроса в набор интервалов Z-значений.

1.1. Разбить окно на квадранты,

1.2. каждый квадрант преобразовать в соответствующий интервал,

1.3. выполнить слияние близких интервалов из полученного набора. Шаг 2. По набору интервалов сформировать и выполнить SQL-запрос. Ш

Общая последовательность шагов алгоритма, реализующего оконный запрос по методу XZ-индексирования, совпадает с той, что используется в методе Z-индексирования. Начало Шаг 1. Преобразовать окно запроса в набор интервалов Z-значений.

1.1. разбить окно на квадранты,

1.2. каждый квадрант преобразовать в соответствующий интервал,

1.3. слить близкие интервалы из полученного набора Шаг 2. По набору интервалов сформировать и выполнить SQL-запрос. Шаг 3.Дополнительно отфильтровать по

Эксперименты проводились на 9 наборах сгенерированных данных. В наборах варьировалось количество объектов (200 000, 600 000, 1000 000) и размер объектов: и точечный, большой средний (5,8-10" площади моделируемого Возможные пространства) (5,8-10"6 площади пространства). комбинации количества объектов и размера дают 9 вариантов тестовых наборов данных. На каждом наборе данных проводилось измерение времени и количества дисковых операций для оконного запроса с использованием каждог

В качестве программных платформ для разработки инструментальной ГИСММО были выбраны .NET Framework и .NET Compact Framework. В качестве средства разработки на этих платформах была выбрана среда Microsoft Visual Studio 2005 и язык программирования С#. Выбор этих платформ и среды разработки обусловлен следующими причинами: 1. Среда разработки Microsoft Visual Studio позволяет разрабатывать как настольные приложения в операционной системе Windows, так и мобильные для операционной системы Windows

Созданный автором пакет библиотек является базовым ПО для всех разработанных инструментальных ГИСММО. Список основных классов и интерфейсов ArdaMap приведён в табл. 7. В ней отображено соответствие классов библиотеки функциям инструментальных ГИСММО, описанным в главе 2. Упрощённая диаграмма классов, реализующих модель ДС, изображена на рис. 28. Поскольку пакет библиотек был написан на платформе .NET (использован язык программирования С#), это позволило сделать значительную часть кода перенос

Структура разработанного ПО инструментальной ГИСММО МиДА показана на рис. 30. Основой для этой структуры служит функциональная структура такой ГИСММО, описанная в главе 2. В этой инструментальной ГИСММО программно реализованы функции контроля движения по маршруту (модуль RouteMonitor), функции прокладки маршрута (модуль RouteFinder), функция предсказания маршрута пользователя (модуль RoutePredictor) и модуль управления объектами карты (площадными объектами и POI, модуль MapObjectsManager).

Структура разработанного ПО инструментальной ГИСММО для оказания LBS-услуг показана на рис. 31. Из этого рисунка следует, как функции (группы функций) инструментальной системы, описанные в главе 2, реализованы в виде программных модулей. Программные интерфейсы $ Информационный обмен Данные о местоположениях МО, позиционированные в ДС Исходные данные о местоположениях МО Контекст пользователя t Адаптеры доступа к данным Рис. 31. Структура ПО инструментальной ГИСММО для оказания LBSуслуг

5.6. Проблемно-ориентированная диспетчеризации автомобилей такси ГИСММО для В соответствии с концепцией построения ГИСММО, изложенной в главе 2, на основе инструментальной ГИСММО создаются проблемно- ориентированные системы, каждая из которых предназначена для решения конкретной задачи мониторинга МО. Ниже в качестве примера реализации этого принципа описывается проблемно-ориентированная ГИСММО для диспетчеризации таксопарка. Эта ГИСММО должна выполнять следующие функции: • Отображение н

Разработанное ПО инструментальных ГИСММО и отдельные созданные модули были внедрены в ряд организаций. Ниже это описано более подробно.

5.7.1. ПО инструментальных ГИСММО мобильных сервисов StreamSpin В университете г. Ольборга (Дания) создана платформа мобильных сервисов, получившая название StreamSpin. Это экспериментальная платформа для внедрения инновационных технологий мобильных LBS-услуг, позволяющая осуществлять быстрое внедрение и «доставку» LBS-услуг до конечного пользователя [9