Принципи створення автоматизованої геоінформаційно-енергетичної системи

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Геоінформаційно-енергетичні системи » Принципи створення автоматизованої геоінформаційно-енергетичної системи

Розглянемо основні принципи створення АГІЕС, яка відповідала б зазначеним вимогам. Така система є синтезом та систематизацією відомих наробок в галузі геоінформаційних та енергетичних систем (мереж), а також інтегрування новітніх розробок для забезпечення якісного, швидкого та стабільного обміну інформацією. Створення системи пропонується на базі новітніх досягнень оптоелектронної техніки шляхом конструктивного поєднання середовищ передачі інформації та енергії, що є наслідком все більшого дослідження та розуміння людиною природи та всесвіту, де ці два поняття не є відокремленими.

Завдяки постійному зростанню енергетичних потреб та повному переході на електрику як на основний вид енергії, створювалась та розросталась електромережа, що зараз являє собою Єдину Енергетичну Мережу в рамках кожного континенту (окрім Антарктиди). Одночасно із цим науково-технічний прогрес приводить до значного зростання об’єму інформації та вимог щодо її обміну та обробки, що в сукупності із обмеженістю можливостей технічних засобів ставить нові глобальні проблеми перед науковцями.

Тобто, склалась ситуація, коли кількісний відокремлений розвиток інформаційної та енергетичної мереж приводить до їх якісного об’єднання, що є якісно новим етапом розвитку інформаційно-енергетичних технологій та утворює геоінформаційно-енергетичну систему (ГІЕС). Як засобом її реалізації пропонується використання бінарного провідника, що конструктивно поєднує середовища передачі інформації і енергії, та є першим етапом у створенні інформаційно-енергетичних технологій.

Протягом останніх десятиліть виникли розробки зі створення та впровадження інформаційних мереж, які можна відзначити не лише з боку створення глобальної інформаційної мережі Інтернет, але і з боку досить значної кількості варіантів підключення до неї. При цьому завжди виникала потреба створення нових шляхів проходження інформації. Серед найоптимальніших рішень слід відзначити можливість інформаційної передачі по вже наявних енергетичних та телефонних лініях (Home Plug та Home PNA). Але отримані при цьому показники якості та швидкодії не задовольняють сучасні вимоги до інформаційного обміну, хоч і вносять певну економію внаслідок відсутності потреби у створенні нового середовища обміну інформацією. Так, для 7-10 комп’ютерів, об’єднаних у мережу за стандартом HomePNA 1.0, характерні швидкісні показники у 1 Мбіт/с при дальності передачі порядку 100-150 м.

Для стандарту HomePlug заявлена максимальна швидкість – 14 Мбіт/с, а реальна середня швидкість передачі даних складає 5-6 Мбіт/с, причому швидкість пропорційно зменшується при збільшенні відстані (до 200-300 м) [5].

Як видно із характеристик двох розглянутих вище варіантів інтеграції зв’язку, вони не можуть відповідати всезростаючим об’ємам інформації, що передається на рівні мережних магістралей.

clip_image002

Рисунок 1.2 – Класифікаційний аналіз ГІЕС

Забезпечити ефективне передавання великих потоків даних на сьогодні може лише використання волоконно-оптичних ліній зв’язку (ВОЛЗ), що мають широку смугу пропускання (біля 1014 Гц) та низький рівень згасання сигналу (0,2-0,3 Дб/км на довжині хвилі 1,55 мкм), а також дозволяють будувати лінії зв’язку без ретрансляції до 100км (в порівнянні із 100-300 м для стандартів HomePNA 1.0 та HomePlug).

Виділяючи в єдине переваги різних засобів розповсюдження інформації можна стверджувати, що на даному етапі технологічного розвитку доцільним та можливим є створення потужної широкорозповсюдженої глобальної геоінформаційно-енергетичної мережі, яка обєднала б переваги уже існуючих методів. Оскільки широкорозповсюджена мережа на сьогодні вже існує у вигляді електромережі, то доцільним буде інтегрувати в неї середовище якісної передачі інформації, а саме ВОЛЗ, що дозволить створити єдину оптико-електронну геоінформаційно-енергетичну систему. Використання бінарного провідника, що містить середовища для розповсюдження інформації та електроенергії, дозволяє реалізувати вказані можливості та створити ГІЕС глобальної інформатизації суспільства та отримати такі можливості (рис. 1.3):

– швидкісний, якісний та стабільний обмін великими об’ємами інформації на значні відстані без ретрансляції;

– широка розповсюдженість та загальнодоступність системи;

– формування глобальної бази знань;

– моніторинг, поповнення бази знань;

– віддалене управління та координація (промислові процеси, транспортні потоки, стан здоров’я людини, інтелектуальний будинок, і т.д.);

– централізоване управління та моніторинг на різних рівнях ієрархії системи;

– використання у державних структурах та створення спеціалізованих галузевих мереж (медична, правоохоронна, транспортна, навчальна, комунальна, фінансова, та ін.)

– інші функціональні можливості.

Такі функціональні можливості містять у собі певні можливості технічних засобів, а саме:

— інтелектуальна система накопичування та зберігання інформації;

— якісна передача інформації із забезпеченням завадостійкості;

— паралельне введення/виведення просторової інформації;

— паралельна обробка просторової інформації.

АГІЕС може бути самодостатньою та раціональною в рамках широкого комплексного застосування сучасних оптико-електронних технологій передачі, обробки та відображення інформації, зокрема у поєднанні операційних екранів при обробці, відображенні і передачі інформації через ВОЛЗ в бінарному виконанні.

clip_image004

Рисунок 1.3 – Функціональні можливості автоматизованої ГІЕС та її технічних засобів реалізації

Структурно АГІЕС можна подати таким чином як показано на рис. 1.4. Глобальна АГІЕС складається із локальних мереж найнижчого рівня, що містять свої центри управління, моніторингу та координації, до складу яких входять сервер зберігання інформації, сервер документообігу, сервер обробки інформації та відеоінформації зображено на рис. 1.5, до яких під’єднані відповідні структури та заклади, що знаходяться на цій обмеженій території та енергостанції (чи лінії живлення). Центр керування, моніторингу та координації локального рівня виконує моніторинг та керування на локальному рівні, забезпечує зберігання та розповсюдження інформації, прийняття певних рішень, а також забезпечує зв’язок та обмін інформацією із центрами керування вищих рівнів ієрархії АГІЕС.

Такі локальні центри створюють інформаційно-енергетичну систему на рівні району, які об’єднуючись входять до інформаційно-енергетичної системи на рівні міста, регіону, країни і т.д. На кожній із цих ієрархій присутній свій центр управління, моніторингу, координації та прийняття рішень, який підтримується певним програмним, апаратним, інформаційним, нормативно-правовим, кадровим та організаційним забезпеченням. Таку ієрархічну структуру зображено на рисунку 1.6.

Слід зауважити, що на базі однієї технічної реалізації мережі локального рівня реалізують себе ряд систем спеціалізованого, галузевого призначення (див. рис. 1.4). Такі системи не перешкоджають одна одній за технічним аспектом та за функціональними можливостями, а навпаки, взаємодоповнюють одна одну, створюючи таким чином глобальну інформаційно-енергетичну систему. Зв’язки у такій мережі локального рівня налагоджені відповідно до потоків інформації. Всі вузли системи мають безпосередній зв’язок із локальним блоком управління, моніторингу та координації. На ряду із цим при постійній необхідності обміну інформацією між певними вузлами АГІЕС локального рівня, варто встановити відповідний прямий зв’язок між ними.

clip_image006

Рисунок 1.4 – Структурна організація оптико-електронної АГІЕС

Таким чином, кількість зв’язків на локальному рівні системи становитиме:

Р=Еclip_image008+Е=Е(clip_image008[1]+1),

де Е – кількість вузлів системи локального рівня;

clip_image008[2] — коефіцієнт необхідності зв’язків між вузлами локальної системи.

Отже, загальна кількість зв’язків у АГІЕС може бути визначена таким чином:

N=nЕ(clip_image008[3]+1)+т(k+1),

де n – кількість локальних систем найнижчого рівня у АГІЕС;

k – коефіцієнт зв’язків між локальними системами по всіх ієрархіях АГІЕС.

Процес геоінформаційного забезпечення в загальному випадку подано на рис.1.7 [6, 7]. В окремих випадках застосування сучасних вимірювальних засобів та обчислювальних пристроїв певні процеси можуть виконуватись паралельно та в режимі реального часу, що забезпечує суміщення процесів.

clip_image010

Рисунок 1.5 – Центр управління, моніторингу

та координації локального рівня

Для створення глобальної АГІЕС доцільним буде застосування практично всіх новітніх технологій та розробок, що дозволить оптимізувати процеси передачі даних, обробки та зберігання інформації. І оскільки обґрунтовано використання паралельних методів та засобів обробки інформації на основі оптико-електроніки та волоконних лінії зв’язку, то очевидно, що інформація буде передаватись у оптичному форматі. Розглянуті деякі перспективні напрямки для реалізації завадостійкої передачі інформації, паралельної обробки масивів даних, які будуть використані у концепціях створення автоматизованої геоінформаційно-енергетичної системи.

clip_image012

Рисунок 1.6 – Ієрархічна структура АГІЕС

Розглянемо орієнтовні етапи проходження та обробки інформації, що подані на структурній моделі обробки інформаційних даних у автоматизованій оптико-електронній ГІЕС на рис. 1.8.

Інформація в геоінфрмаційно-енергетичних системах передається за допомогою ліній зв’язку (ЛЗ). У випадку створення автоматизованої ГІЕС використовуємо волоконно-оптичні лінії зв’язку із бінарним провідником, що забезпечує швидкісну та якісну передачу великих об’ємів даних та електроживлення електричних складових автоматизованої ГІЕС.

Прийнята з ЛЗ інформація направляється до блока отримання інформації (БОІ) із зовнішніх пристроїв або із пристроїв ГІЕС. На наступному етапі відбувається фільтрація, попередня обробка та декодування інформації у блоці БФПД.

Розмежування інформації за напрямками та визначення каналів, в яких повинна відбуватись обробка, виконується на наступному етапі у блоці направлення передачі (БНП).

Надалі інформація надходить безпосередньо до блока обробки інформації (БОбІ), який побудований за принципами вищезгаданого око-процесора, та структурно складається із ряду обчислювальних приладів та пристроїв, взаємозв’язків та взаємовпливів між ними.

Функціонально БОбІ складається із багатьох блоків та підблоків різного призначення, серед яких операційний блок, що містить блок логічних операцій, блок арифметичних операцій, та ін.; блок обробки інформації у вигляді зображень, що включає в себе блок зсуву зображень, блок масштабування зображень, блок повороту зображень на заданий кут [31, 32], блок визначення центру зображень, блок виділення контурів зображень заданої товщини, блок виконання бітових логічних операцій, та інші.

clip_image014

Рисунок 1.7 – Процес геоінформаційно-енергетичного забезпечення

clip_image016

Рисунок 1.8 – Структурна модель процесу передачі і обробки інформації у оптико-електронній АГІЕС

Надалі інформація надходить до блока аналізу результуючих даних та прийняття рішення (БАРД), в якому відбувається формування відповідної реакції на запит та блока кодування й направлення вихідної інформації (БКН) для подальшої її обробки до користувача оптичними каналами ЛЗ. Функціонування останніх базується на розроблених завадостійких алгоритмах паралельно-ієрархічного Q-перетворення, при цьому виконано їх програмну реалізацію та імітацію каналу передачі інформації із визначенням завадостійкості методу паралельно-ієрархічного Q-перетворення інформації.

Створення паралельного векторно-матричного помножувача, що використовується у такому блоці етапів проходження інформації в ГІЕС як БОбІ, дозволяє значно розширити діапазон подання вхідних даних за рахунок організації матричного обчислення в формі з плаваючою комою, а також розроблені паралельні структури на їх базі дозволяють на порядок підвищити продуктивність обробки інформації.

Отже, автоматизована геоінформаційно-енергетична система – це глобальна інформаційно-енергетична мережа, яка забезпечуватиме функціонування практично всіх ланок діяльності людства та виконуватиме повсякчасний контроль над їх функціональністю. Така система розширяє можливості та функціональну придатність автоматизованої геоінформаційної системи. Крім того, автоматизовану геоінформаційну систему можна розглядати як окремий випадок автоматизованої геоінформаційно-енергетичної системи. Як уже зазначалось раніше, АГІЕС вміщує у собі мережі медичних структур, навчально-освітніх та бібліотечних закладів, правоохоронних органів, дорожньо-транспортних установ, комунальних інфраструктур, промислових об’єктів, пожежних служб, фінансових установ, владних органів, приватне користування та інші (див. рис. 1.2). Подамо розробку двох таких складових АГІЕС, а саме: геоінформаційно-енергетичної системи науково-освітніх та бібліотечних ресурсів та геоінформаційно-енергетичної системи медичного призначення.

В. П. КОЖЕМ’ЯКО, В. В. ДМИТРУК, Н. В. БЕЛІК

НАУКА І ТЕХНІЧНА ТВОРЧІСТЬ В НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ (ВІД АБІТУРІЄНТА ДО АСПІРАНТА)

Оставьте комментарий к статье