Comparative analysis of the composition of geoinformation systems functions

Постановка задачи. Геоинформационная система – автоматизированная ИС, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация [1].

Данные системы явялются инструментарием, с помощью которого пользователи имеют возможность найти, проанализировать и редактировать цифровые карты, включая дополнительную информацию об объектах.

Геоинформационные системы находят широкое применение в геологии, картографии, землеустройстве, метеорологии, экологии, муниципальном управлении, экономике, транспорте, здравоохранении, обороне и во многих других областях.

На данный момент существует большое количество различных геоинформационных систем, поэтому потенциальному пользователю трудно выбрать достойную ГИС из множества существующих.

В статье показана возможность, корректность и обоснованность использования алгоритма [2, 3] (Khubaev, 1989; Khubaev, 1998) для оценки функциональной полноты (functional plenitude – FP) геоинформационных систем.

Алгоритм и пример оценки. Алгоритм оценки состава функций рассмотрим на примере сравнительного анализа функциональной полноты геоинформационных систем с использованием программного продукта [4] (Khubaev, Shcherbakov, Aruchidi, 2009).

Пусть Z=|𝑍𝑖|, (i=1,2,…,6) – множество ГИС. Материалы обследования предметной области представляются в виде таблицы {𝑥_ij} (табл. 1). При этом

𝑥_ij=

Выделим ГИС 𝑍𝑖 и 𝑍𝑘 (i, k =1, 2,…,5) и введем следующие обозначения: 𝑃𝑖𝑘(11) – число функций и функциональных особенностей, принадлежащих одновременно 𝑍𝑖 и 𝑍𝑘, т.е. 𝑃𝑖𝑘(11)=|𝑍𝑖∩ 𝑍𝑘| – мощность пересечения множеств 𝑍𝑖={𝑥𝑖𝑗} и 𝑍𝑘={𝑥𝑘𝑗} (𝑗∈ 1,𝑚;𝑥 ¦ 𝑥𝑖𝑗,𝑥𝑖𝑗=1); 𝑃𝑖𝑘(10) – число функций, входящих в 𝑍𝑖, но отсутствующих в 𝑍𝑘, т.е. 𝑃𝑖𝑘(10)=|𝑍𝑖/ 𝑍𝑘| – мощность разности множеств 𝑍𝑖={𝑥𝑖𝑗} и 𝑍𝑘={𝑥𝑘𝑗}; 𝑃𝑖𝑘(01) – число функций, отсутствующих в 𝑍𝑖, но входящих в 𝑍𝑘, т.е. 𝑃𝑖𝑘(01)=|𝑍𝑘/ 𝑍𝑖|.

Для сравнительной оценки характеристик геоинформационных систем выбрано пять самых популярных представленных на рынке услуг: GeoMedia, ArcGIS, GeoGraphics, MapInfo, AtlasGIS. С использованием таблицы случайных чисел этим ГИС присвоены идентификаторы Z1–Z5.

Таблица 1

Обобщенный состав функций программных продуктов

P_ik⁽⁰¹⁾ = ; P_ik⁽¹¹⁾ = ;

P_ik⁽¹⁰⁾ = .

Для того чтобы определить меру рассогласования между строками Z_{i и} Z_k, возьмем величину S_ik,= /( + ), а чтобы определить степень поглощения системой Z_k системы Z_{i –} величину h_ij= / + ).

Далее начнем строить матрицы P={ }, S={S_ik}, G={g_ik}, H ={h_ik}(i,k g_ik = / + )+ – мера подобия Жаккарда.

S = ;

G =

H =

Далее преобразуем имеющиеся матрицы P, S, G и H в логические матрицы отношения поглощения (включения) для таких значений: 𝜀𝑝=5, 𝜀𝑠=0,72, 𝜀𝑔=0,44, 𝜀ℎ=0,72.

𝑃0={𝑝𝑖𝑘0}, 𝑆0={𝑠𝑖𝑘0}, 𝐺0={𝑔𝑖𝑘0}, 𝐻0={ℎ𝑖𝑘0} (𝑖,𝑘∈ 1,𝑛),

их элементы определяются следующим образом:

= =

= =

где ɛ – выбранные пороговые значения.

P₀ = S₀ =

G₀ = H₀ =

Анализ матрицы показывает, что по функциональной полноте бесспорным лидером является геоинформационная система 𝑍₁, поскольку у сравниваемых ГИС отсутствует ряд важных для потенциальных пользователей функций:

- наличие механизмов защиты информации;

- «открытость» архитектуры ГИС;

- четкая организация структуры цифровых картографических слоев.

На графах, построенных по матрицам G_{0 и} H₀, можно ясно увидеть разницу в функциональных возможностях рассматриваемых нами геоинформационных систем.

Граф взаимосвязи геоинформационных систем по составу функций, построенный по матрице G₀, для 𝜀𝑔=0,44, представлен на рисунке 1.

Степень подобия ГИС можно оценить, анализируя матрицу 𝐺={𝑔𝑖𝑘}. В результате анализа оказалось, что ГИС группы А: Z₁ и Z₂ подобны только на 44 %, т.е. Z1 не имеет 66% функций, которые есть в Z₂ .

Рисунок 1. Граф взаимосвязи между геоинформационными системами

Граф поглощения, построенный по матрице 𝐻0, для 𝜀ℎ = 0,72 представлен на рисунке 2.

В результате анализа выявлено, что 𝑍5 почти полностью поглощает (степень поглощения равна 72 %) 𝑍1, 𝑍2, 𝑍3.

Рисунок 2. Граф поглощения

Заключение

1. По итогу проведенных вычислений установлено, что, хотя наиболее распространенные геоинформационные системы имеют схожие функции, в некоторых из них отсутствуют такие, как наличие механизмов защиты информации, «открытость» архитектуры ГИС, четкая организация структуры цифровых картографических слоев и другие.

2. Продемонстрирована возможность оперативно с минимальными затратами времени систематизировать сведения о функциональной полноте геоинформационных систем, выявить полный список функций исследованных ГИС, оценить ряд других характеристик потребительского качества.

3. Результаты сравнительной оценки функциональной полноты позволяют разработчикам геоинформационных систем обоснованно проектировать ГИС, показав, какие функции следует реализовать, чтобы сделать конкретную ГИС более удобной для использования покупателем, создать условия, при которых будет расти спрос на разработанную геоинформационную систему.