Методы построения информационно-измерительных систем глобального геомониторинга подвижных объектов в реальном времени
Диссертация
В беспроводных датчиках с буферными элементами памяти, компенсирующими потери связи с сервером информационно-измерительной системы геомониторинга, важной является задача сокращения избыточности и преобразования измерительной информации в более компактную форму представления. Аналогичных решений требует задача долговременного хранения результатов измерений на сервере измерительной информации… Читать ещё >
Содержание
- 1. Структура информационно-измерительных систем геомониторинга подвижных объектов
- 1. 1. Жизненный цикл измерительной информации
- 1. 2. Механизмы сжатия результатов измерений
- 1. 3. Модель геосферы
- 1. 4. Выводы
- 2. Информационно-измерительное обеспечение систем геомониторинга подвижных объектов
- 2. 1. Измерение позиции подвижного объекта с учетом избыточной информации
- 2. 2. Сжатие пакетов измерительной информации в датчике контроля состояния подвижного объекта
- 2. 2. 1. Адаптивное разностное кодирование сигналов и битовых полей
- 2. 2. 2. Префиксный код с регулируемым приращением
- 2. 3. Архивирование измерительной информации
- 2. 3. 1. Аффинно-разностное сжатие цифровых сигналов
- 2. 3. 2. Комбинаторное кодирование информации
- 2. 4. Прямая сегментация геосферы на основе пучков плоскостей
- 2. 5. Выводы
- 3. Разработка систем глобального геомониторинга подвижных объектов
- 3. 1. Построение протокола датчик-сервер
- 3. 2. Методика проектирования датчиков контроля состояния подвижного объекта
- 3. 3. Устройство архиватора измерительной информации
- 3. 4. Интеграция разработанного метода сегментации геосферы
- 3. 4. 1. Геозависимая обработка измерительной информации
- 3. 4. 2. Трехмерная визуализация
- 3. 4. 3. Импорт и экспорт картографического материала
- 3. 5. Выводы
- 4. Апробация результатов исследования систем геомониторинга подвижных объектов
- 4. 1. Тестирование фильтра данных о позиции объекта измерения
- 4. 2. Испытания механизмов сжатия результатов измерений
- 4. 2. 1. Оценка компактности протокола датчик-сервер
- 4. 2. 2. Показатели алгоритмов архивирования результатов измерений
- 4. 3. Сравнение методов сегментации геосферы
- 4. 4. Разработанное программное и аппаратное обеспечение
- 4. 5. Выводы
Список литературы
- Материалы общего характера
- Богачёв К.Ю. Основы параллельного программирования. М. .БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. — 342 с.
- Бугров Я. С., Никольский С. М. Высшая математика. Дифференциальные уравнения. Кратные интегралы. Ряды. Функции комплексного переменного: Учебник для вузов. 4-е изд. — Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 1998. — 512 с.
- Волынский Б.А. Сферическая тригонометрия / М.: Наука, 1977. 135 с.
- Выгодский М.Я. «Справочник по высшей математике» / М.: Астрель, 2008.-991 с.
- Клейн Ф. Лекции об икосаэдре и решении уравнений пятой степени: Пер. с нем./ Под ред. А. Н. Тюрина. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. -336 с. — ISBN 5−02−14 197−6.
- Коваленко И.Н., Филиппова A.A. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. Пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1973.-368 с.
- Ландау Л.Д., Лившиц Е. М. Теоретическая физика, т. V. Статистическая физика. Часть 1. -М.: Наука., 1976.
- Мандельброт Б.Б. Фрактальная геометрия природы. М.: Институт компьютерных исследований, 2002. 656с.
- Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов: учебник для вузов. 3-е изд. СПб.: Питер, 2009. — 384 с.
- Перов А.И. Статистическая теория радиотехнических систем— М.: Радиотехника, 2003. 400 с. — ISBN 5−93 108−047−3.
- Степанов H.H. «Сферическая тригонометрия» / М.-Л.: ОГИЗ, 1948.155 с.
- Тот А. Ф. Расположения на плоскости на сфере и в пространстве. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1958. — 363 с.
- Устян А.Е. Алгебра и теория чисел: В 2 ч. Учебное пособие. 4.1 / 2-е изд., доп. и перераб. Тула: Изд-во гос. пед. ун-та, 2002. — 236 с.
- Финкенцеллер К. RFID-технологии. М.: Додэка XXI, 2010. 496 с.
- Холстед М. Начала науки о программах. М.: Финансы и статистика, 1981.
- Численные методы. / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков. -6-е изд. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — 636 с.
- Douglas, Korry. PostgreSQL (Second ed.). Sams Publishing, Jul 26, 2005.- pp. 664. ISBN 672 327 562.
- О. K. Tonguz, G. Ferrari. Ad Hoc Wireless Networks: A Communication-Theoretic Perspective. Wiley. March 2006. 346 p. — ISBN 978−0-470−9 110−4
- Pearson, Karl. Historical note on the origin of the normal curve of errors. // Biometrika T. 16. pp. 402104.
- Компьютерная графика и трехмерное моделирование
- Галанин М.П., Щеглов И. А. Разработка и реализация алгоритмов трехмерной триангуляции сложных пространственных областей: прямые методы. М.: РАН Ордена Ленина Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша, 2006. — 32 с.
- Дональд Херн, М. Паулин Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL 3-е изд. — М.: «Вильяме», 2005. — 1168 с. — ISBN 5−8459−0772−1.
- GPU Gems 3. Addison-Wesley Professional. August 12, 2007. — P. 1008.- ISBN-10: 321 515 269. ISBN-13: 978−321 515 261.
- Hrvoje Lukatela. A Seamless Global Terrain Model in the Hipparchus System // International Conference on Discrete Global Grids, Santa Barbara, 26 28 March 2000.
- J. Schneider, R. Westermann. GPU-Friendly High-Quality Terrain Rendering / Journal of WSCG, 2006.
- B. D. Larsen, N. J. Christensen, Real-time Terrain Rendering using Smooth Hardware Optimized Level of Detail. Technical University of Denmark, 2003.
- Martin Andersson. Implementing Virtual Texturing. Lulea University of Technology, Computer Game Development, May 2010. — ISSN 1404−5494 / ISRN LTU-HIP-EX-10/009-SE / NR 2010:009
- Paolo Cignoni, Fabio Ganovelli, Enrico Gobbetti, Fabio Marton, Federico Ponchio, and Roberto Scopigno. Planet-Sized Batched Dynamic Adaptive Meshes (P-BDAM). In Proceedings IEEE Visualization. Pages 147−155. IEEE Computer Society Press, October 2003.
- Planetary terrain rendering. Organic Vectory. December 3, 2005. Electronic resource. URL: http://organicvectory.com
- Sean O’Neil. A Real-Time Procedural Universe, Part Two: Rendering Planetary Bodies / Gamasutra, August 10, 2001. Electronic resource. URL: http://www.gamasutra.com/view/feature/3042/arealtimeproceduraluniverse. php
- T. Gerstner. Multiresolution Compression and Visualization of Global Topographic Data / Department for Applied Mathematics, University of Bonn, Germany.
- Willem H. de Boer. Fast Terrain Rendering Using Geometrical MipMapping E-mersion Project, October 2000. Electronic resource. URL: http://www.flipcode.com/tutorials/tutgeomipmaps.shtml
- Сжатие и кодирование информации
- Амелькин В. А. Методы нумерационного кодирования. -Новосибирск: Наука, 1986. 158 с.
- Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. — 384 с.
- Касперски К. Могущество кодов Рида-Соломона или информация, воскресшая из пепла // Журнал «Системный администратор», Август 2003 Электронный ресурс. URL: http://samag.ru/archive/article/173 (дата обращения 15.10.2011)
- Левенштейн В.И. Об избыточности и замедлении разделимого кодирования натуральных чисел. // Проблемы кибернетики, вып. 20, Наука, Москва, 1968, 173−179.
- Симаков А. Код Хаффмана // Сыктывкарский Государственный Университет, Кафедра Прикладной Математики. Октябрь 2002 Электронный ресурс. URL: http://www.compression.ru (дата обращения 09.07.2010).
- Сэломон Д. Сжатие данных, изображений и звука. М.: Техносфера, 2004. — 368 с.
- Цымбал В.П. Теория информации и кодирование. К.:Выща Школа, 1977.-288 с.
- Bell Т., Witten I, Cleary J. Modeling for Text Compression // ACM Computing Surveys. Dec. 1989. — Vol. 21. — No. 4. — P. 557−591.
- Fenwick P. Punctured Elias Codes for variable-length coding of the integers. // Department of Computer Science, The University of Auckland. -Technical Report 137.-5 December 1996.
- H. E. Williams, J. Zobel. Compressing Integers for Fast File Access. // The Computer Journal, Vol. 43, No. 3, 1999. pp. 193−201.
- Nelson M. Arithmetic Coding + Statistical Modeling = Data Compression. 1991 Electronic resource. URL: http://www.dogma.net/markn/articles/arith/partl.htm (access date 09.07.2010).
- Static Huffman compression/decompression by William Demas 14 August 1990. — Version 1.0 Electronic resource. URL: http://www.maxime.net.ru/lds (access date 09.07.2010).
- The Basel6, Base32, and Base64 Data Encodings. Copyright © The Internet Society (2006). Electronic resource., URL: http://tools.ietf.org/html/rfc4648
- Witten I.H., Neal R.M., Cleary J.G. Arithmetic Coding For Data Compression // Communications of the ACM. June 1987. — Vol. 30. — No. 6. — P. 520−540.
- Y. Ma. Companding Techniques for High Dynamic Range Audio CODEC Receiver Path. S.B. EE, MIT, 2009. — P. 72.
- Цифровая обработка сигналов и измерений
- Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1990. — 192 с.
- Давыдов A.B. Цыфровая обработка сигналов: Тематические лекции. / Екатеринбург: УГГУ, ИГиГ, кафедра геоинформатики. 2007. Электронный ресурс. URL: http://www.prodav.narod.ru/dsp/index.html
- Князев Б.А., Черкасский B.C. Начала обработки экспериментальных данных. Электронный учебник и программа обработки данных для начинающих: Учебное пособие // Новосиб. унт. Новосибирск, 1996. 93 с.
- Савельева А.И., Фетисов И. Н. Обработка результатов измерения при проведении физического эксперимента: Методические указания к лабораторной работе М-1 по курсу «Общая физика» / Под ред. С. П. Ерковича. М.: Изд-во МГТУ, 1990.-32 с.
- Обработка данных о позиции подвижного объекта
- Дубинин М.Ю. Оценка точности GPS-измерений с помощью вычисления СЕп. Электронный ресурс. URL: http://gis-lab.info/qa/cep.html
- Забегаев А.Н., Павловский В. Е. Адаптация фильтра Калмана для использования с локальной и глобальной системой навигации // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2010. № 82. 24 с. URL: http -.//library .keldy sh.ru/preprint.asp?id=2010−82
- Никишин В.Б., Шорин B.C., Лесицкий Д. Л. Построение алгоритмов функционирования системы ориентации и навигации транспортных роботов. // Материалы конференции УКИ-2010. Электронный ресурс. URL: http://cmm.ipu.ru/proc/index2.html
- Congwei Hu, Wu Chen, Yongqi Chen, Dajie Liu. Adaptive Kalman filtering for vehicle navigation. // Journal of Global Positioning Systems. 2003. Vol. 2, No. 1: 42−47.
- David L. Wilson’s GPS Accuracy Web Page. Electronic resource. URL: http://users.erols.com/dlwilson/gps.htm
- Jeffrey Hemmes, Douglas Thain, Christian Poellabauer. A Practical Approach to Cooperative Localization in GPS-Limited Urban Environments / Technical Report 2008−14.
- J.J. Wang, J. Wang, D. Sinclair, L. Watts. Neural network aided Kalman filtering for integrated GPS/INS geo-referencing platform. 5th Int. Symp. on Mobile Mapping Technology, Padua Italy 29−31 May 2007.
- Paul A Zandbergen. Positional Accuracy of Spatial Data: Non-Normal Distributions and a Critique of the National Standard for Spatial Data Accuracy // Transactions in GIS, 2008, 12(1) P. 103−130.
- R. S. Ivanov. On-line GPS Track Simplification Algorithm for Mobile Platforms // Journal «Information Technologies and Control», No. 1/2010.
- Serrano, J.I., Alonso, J., Castillo, M.D., Naranjo J.E. Evolutionary optimization of autonomous vehicle tracks, IEEE Congress on Evolutionary Computation, Vol.2, pp. 1332−1339, 2005.
- Vikas Kumar N. Integration of Inertial Navigation System and Global Positioning System Using Kalman Filtering. M.Tech. Dissertation. Mumbai July 2004. — P. 69.
- Информационно-измерительные системы
- Волков В. Л. Измерительные информационные системы. Учебное пособие с грифом УМО. Н. Новгород: НГТУ, 2009. — 241 с.
- Назаров А.В., Козырев Г. И., Шитов И. В., Обрученков В. П., Древин А. В., Краскин В. Б., Кудряков С. Г., Петров А. И., Соколов С. М., Якимов В. Л., Лоскутов А. И. Современная телеметрия в теории и на практике. Учебный курс. СПб.: Наука и техника, 2007. — 672 с.
- Новоселов О.Н. Цифровые информационно-измерительные системы. Теория и практика. / О. Н. Новоселов, А. Ф. Фомин и др. СПб.: Диалог, 1999.
- Сидякин И.В. Система обратимого сжатия телеметрической информации. Диссертация кандидата технических наук. Москва, 2007. — 130 с.
- Цапенко, М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системно техническое проектирование: Учеб. пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 438 с.
- Системы геомониторинга подвижных объектов
- Диденко С.В. Разработка алгоритмического и программного обеспечения системы сопровождения подвижных объектов. Диссертация кандидата технических наук. Томск, 2004. — 150 с.
- Гурин С.Е. Применение сетевых спутниковых радионавигационных систем второго поколения ГЛОНАСС/GPS для целей управления инфраструктурой железнодорожного транспорта. Диссертация кандидата технических наук. Москва, 2002. — 223 с.
- Тимошенко Д.А. Сетевая радиосистема мониторинга подвижных объектов на базе спутниковых технологий местоопределения. Диссертация кандидата технических наук. Омск, 2003. — 143 с.
- Картография и геоинформационные системы
- Антонов Н.Г. Методика обработки геоинформации в системе освещения обстановки флота. Диссертация кандидата технических наук. -Санкт-Петербург, 2007. 177 с.
- Гусленко А. Вся планета Земля на вашем ПК. WebCite, 21 декабря 2005 Электронный ресурс. URL: http://www.webcitation.org/61HwiqOAY (дата обращения 09.05.2008)
- Краснобородько A.B. Исследование и разработка структур баз геоданных информационно-телекоммуникационных систем. Диссертация кандидата технических наук. Москва, 2007. — 102 с.
- Курпичев A.B. Разработка методики создания хранилища геоданных по отечественным космическим программам. Диссертация кандидата технических наук. Москва, 2005. — 187 с.
- Леоненко С.М. Разработка методики и технологии создания специализированной геоинформационной системы по планетной картографии. Диссертация кандидата технических наук. Москва, 2005. — 200 с.
- Мазина А.С. Исследование технологии визуального моделирования в геоинформатике. Диссертация кандидата технических наук. Москва, 2004. -157 с.
- Мазуров Н.В. Разработка и исследование принципов построения центра высокопроизводительной обработки геопространственных данных. Диссертация кандидата технических наук. Москва, 2005. — 117 с.
- Рис У. Г. Основы дистанционного зондирования М.: Техносфера, 2006.-336 с.
- Серапинас Б.Б., Математическая картография: Учебник для вузов / Балис Балио Серапинас. М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 336 с. ISBN 5−7695−2131−7.
- Чандра A.M., Гош С.К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. -М.: Техносфера, 2008. 312 с.
- A New Earth Reference, Copyright 2009 PYXIS innovation inc. Electronic resource. URL: http://www.pyxisinnovation.com (access date 05.11.2010)
- ArcGIS 9 Картографические проекции. Copyright © 1994—2000 Environmental Systems Research Institute, Inc. Электронный ресурс. URL: http://www.alphagis.ee/data/img/ArcGIS9MapProj ections. pdf
- Celestia User’s Guide. Rev 1.5.1 July 2008 Electronic resource., URL: http://www.shatters.net/celestia/documentation.html
- F. Ramm, J. Topf, S. Chilton. OpenStreetMap: Using and Enhancing the Free Map of the World. UIT Cambridge, 1st edition, 2010 ISBN 978−1-90 686−01−0 -386 pp.
- R.B. Fuller, Cartography. U.S. Patent number: 2 393 676 — Feb 25, 1944.
- Глобальные навигационные системы
- Гурин С. Е. Спутниковые радионавигационные системы ГЛОНАСС/GPS на железнодорожном транспорте. Часть I: Учебное пособие для студентов специальности «Строительство железных дорог. Путь и путевое хозяйство». М.:МИИТ, 2004. — 55 с.
- Малышев В.В., Куршин В. В. Электронный учебник «Спутниковые навигационные системы» МАИ каф.604, 2005 Электронный ресурс. URL: http ://www.aerokos.ru/navigation/SNS .pdf
- Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования: Учеб. изд. -М.: ИКФ «Каталог», 2002. 106 с.
- Jean-Marie Zogg, Основы GPS. U-Blox, 2007. — 94 е., Электронный ресурс, Gps-x-2 007-R.pdf, 1.8МЬ. URL: http://www.u-blox.com
- Richard В. Langley, Dilution of Precision, GPS World 2000. Ссылка на перевод статьи: http://www.navgeocom.ru/gps/dop/
- Техническая документация, спецификации и стандарты
- ANTARIS Positioning Engine Protocol Specification, Copyright 2003 © u-blox AG
- Extensible Markup Language (XML) 1.1 (Second Edition) Electronic resource. URL: http://www.w3.org/TR/xmlll/
- GNU MP Manual. / Free Software Foundation, Inc. 2008. Electronic resource. URL: http://gmplib.org/
- Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Vol. 1. — Order Number: 253 665−034US. — March 2010 Electronic resource. URL: http://www.intel.com/Assets/PDF/manual/253 665.pdf (access date 09.07.2010)
- Meiligao GPRS Communication Protocol Between GPS Tracker and Server. Version 1.47. Electronic resource. URL: http://www.meitrack.net/support/ protocols
- OGC® KML. Copyright © 2007, 2008 Open Geospatial Consortium, Inc. Version: 2.2.0. Reference number: OGC 07−147r2 Electronic resource. URL: http://www.opengeospatial.org/standards/kml/
- OpenDMTP Protocol Definition Reference Manual. Copyright © 20 062 008 GEOTelematic Solutions, Inc. Electronic resource. URL: http://www.opendmtp.org/
- OpenMP Application Program Interface. Version 3.0 May 2008. Copyright © 1997—2008 OpenMP Architecture Review Board.
- Wialon IPS v.1.1 коммуникационный протокол. Электронный ресурс. URL: http://gurtam.com/hw/cfg/Wialon%20IPS.pdf
- Публикации по теме диссертации
- Гришин M. JL, Данилкин Ф. А. Метод быстрой фильтрации потока данных о глобальной позиции наблюдаемого объекта на примере GPS-телеметрии // Геоинформатика. 2008. № 3. С. 21 28.
- Гришин М.Л., Данилкин Ф. А. Метод сегментации сферы при моделировании поверхности планет // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 213−221.
- Гришин М.Л., Данилкин Ф. А. Применение рекурсивных и комбинаторных методов при сжатии массивов натуральных чисел с нулем // Приборы и управление: Сборник статей молодых ученых. Вып. 8 / Под общ. ред. Е. В. Ларкина. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. — С. 39−47.
- Гришин М.Л., Данилкин Ф. А. Проектирование устройств для сбора данных о позиции и другой телеметрии подвижного объекта в реальном времени // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2010. № 2 (выпуск 32). С. 55−60.
- Гришин М.Л., Данилкин Ф. А. Специальная система координат для моделирования планет // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2010. № 10. С. 21 -25.
- Гришин M.JI. Аффинно-разностное кодирование цифровых сигналов / Интеллектуальные и информационные системы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции / Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 87−89.
- Гришин M.JI. Быстрая фильтрация потоков данных о глобальной позиции объекта на примере GPS-телеметрии / Интеллектуальные и информационные системы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции / ТулГУ. Тула, 2007. — С. 78−79.
- Гришин M.JI. Метод сжатия потоков телеметрии в системе мониторинга подвижных объектов / Вычислительная техника и информационные технологии. Сборник научных статей. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.-С. 85−93.
- Данилкин Ф.А., Гришин М. Л. Комбинаторное кодирование для сжатия данных // Известия ТулГУ. Технические науки. Выпуск 2. 2008. С. 251 -258.
- Данилкин Ф.А., Гришин М. Л. Разработка устройств сбора телеметрии подвижного объекта / Интеллектуальные и информационные системы: Материалы Всероссийской научно-технической конференции / Тула: Изд-во ТулГ, 2009. С. 85.
- Данилкин Ф.А., Гришин M.JI. Учет семантики векторных карт при анализе телеметрии перемещающегося объекта // ТулГУ, Приборы и управление: Сборник статей молодых ученых. 2008. Выпуск 6. С. 15−22.
- Сидельников Ю.В., Гришин M.JI. Современный подход к проектированию систем мониторинга для служб быстрого реагирования командного типа // Технологии гражданской безопасности. Научно-технический журнал, Том 8, № 1. ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ). М: 2001, С. 64−73.
- M.L. Grishin. The direct method of the sphere segmenting at 3d-modeling of the Earth surface. / 4th International Conference Earth From Space: The Most effective Solutions. Abstracts. 2009. P. 109−110. — ISBN 978−5-9518−0378−8.