Геоинформационное моделирование подземных инженерных коммуникаций и его программно-аппаратная реализация

Актуальность темы

Современные предприятия — сложные многофакторные комплексы природного и техногенного происхождения. Управление такими комплексами, характеризующимися большими объемами разнокачественной информации, является сложной задачей, решение которой зависит от методов обработки информации и форм ее представления.

Продолжительная эксплуатация предприятий приводит к полному или частичному изменению технологических схем, проектных контуров, замене оборудования, изменению конфигурации транспортных и других коммуникационных сетей, что обуславливает необходимость их реконструкции. Принятие соответствующих решений невозможно без налаженной информационной системы.

Значительную роль в обеспечении функционирования объектов инфраструктуры территорий, городов и предприятий играют информационные системы инженерных коммуникаций. Существующие автоматизированные геоинформационные системы (ГИС) используют методики анализа и представления информации, применение которых зачастую затруднительно или невозможно в сфере кадастра и обслуживания инженерных коммуникаций. В этой связи совершенствование методики ведения кадастровых работ, разработка способов согласования разнокачественной информации об элементах инженерных коммуникаций и оптимизация используемых геоинформационных моделей является актуальной задачей. Успешное ее решение позволяет повысить оперативность ввода-вывода информации и ее достоверность, повысить эффективность управления, снизить материальные расходы, использовать накопленные данные в других отраслях науки и производства.

Цель работы — разработка геоинформационной системы подземных инженерных коммуникаций путем совершенствования способов представления и обработки разнородной информации для обеспечения эффективного безаварийного режима эксплуатации.

Идея работы заключается в оптимизации геоинформационной модели автоматизированных информационных систем предприятий, что достигается разработкой и использованием методики согласования разнокачественной кадастровой и технической информации, стандартизацией процедур ввода, обработки и вывода цифровой топографической и инженерно-технической информации об объектах сетей, выбором эффективного программного обеспечения информационных систем.

Основные научные результаты и их новизна:

— предложена и разработана геоинформационная модель автоматизированной информационной системы подземных инженерных коммуникаций, основанная на совместном использовании цифровых топографических планов, кадастровых данных и специальной (технической) информации об элементах инженерных коммуникаций, обеспечивающая их непротиворечивость и эффективность использования;

— разработан комплексный классификатор цифровой топографической и инженерно-технической информации, обеспечивающий существенное повышение эффективности операций ввода-вывода и сохранение целостности структуры базы данных системы;

— выполнен анализ существующего программного обеспечения кадастровых геоинформационных систем (16 программных пакетов), на основе которого сделан вывод об оптимальности использования географической информационно-поисковой системы Мар1пй> в рамках разработанной геоинформационной модели.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

— 6- применением современных информационных технологий обработки пространственно распределенной информации;

— практическими разработками;

— положительным опытом использования предлагаемой методики ведения кадастровых работ и модифицированной геоинформационной модели на производстве.

Практическое значение работы. Предлагаемое усовершенствование способов представления и обработки разнокачественной информации о подземных инженерно-коммуникационных сетях позволяет:

— повысить оперативность проведения кадастровых и ремонтно-строительных работ;

— повысить достоверность и устранить противоречивость информации об инженерных коммуникационных сетях.

Комплексный классификатор цифровой топографической и инженерно-технической информации позволяет:

— стандартизировать процедуры ввода-вывода информации об объектах инженерных коммуникационных сетей;

— обеспечить корректность внутренней структуры цифровой базы данных;

— устранить неопределенность в описании объектов при вводе в базу данных.

Разработанное автором программное обеспечение реализует ранее недоступные функциональные возможности информационно-поисковой системы Мар1п1Ъ по реляционному взаимодействию таблиц базовых топографических данных и технических характеристик объектов цифровой карты.

Методика проведенного анализа программного обеспечения может быть использована для выбора оптимальных ГИС-оболочек при создании кадастровых систем различной отраслевой направленности и административного уровня.

Реализация результатов работы. Результаты исследований реализованы и внедрены на предприятии теплои санитарно-технического обеспечения (ТиСТО) екатеринбургского аэропорта «Кольцово» по договору № 7036 от 15 сентября 1996 г. в виде автоматизированной информационной системы кадастра и обслуживания подземных инженерных коммуникаций (акт внедрения от 3 марта 1998 г.).

В 1999 г. начато ее внедрение в Управлении капитального строительства завода «Уралэлектромедь» в г. Верхняя Пышма.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Уральской государственной горно-геологической академии в 1996, 97 гг., ХХХУ1 Научной конференции (УрГСХА, г. Екатеринбург, 1997 г.), Республиканской научно-технической конференции «80 лет Федеральной службе геодезии и картографии России» (ЕоАгоР, г. Екатеринбург, 1999 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 4 печатных работы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, 3 приложений, изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 10 таблиц, библиографию из 64 наименований.

— 105-ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации дано новое решение актуальной научной и практической задачи совершенствования способов представления, обработки и выдачи разнородной информации в рамках автоматизированной геоинформационной системы для обеспечения эффективного безаварийного режима эксплуатации подземных инженерных коммуникаций.

1 В результате выполненных исследований выявлены основные недостатки традиционного способа ведения кадастровых работ, которые не обеспечивают своевременного и правильного принятия решений при учете, эксплуатации, ремонте и модернизации инженерных коммуникационных сетей.

2 Предложена методика согласования разнородной кадастровой и технической информации в рамках единой непротиворечивой системы на предприятиях, ведущих учет и эксплуатацию инженерных сетей, которая позволила:

— обеспечить целостность семантической структуры системы;

— повысить достоверность информации о подземных инженерно-коммуникационных сетях;

— повысить оперативность проведения кадастровых и ремонтно-строительных работ;

— обеспечить своевременное проведение согласований по взаимодействию различных эксплуатационных служб.

3 Разработан комплексный классификатор цифровой топографической и инженерно-технической информации, который позволяет:

— стандартизировать способы геометрического представления объектов в виде примитивов;

— 106- организовать корректную топологическую структуру, согласно требованиям к пространственно-логическим отношениям между объектами;

— соблюсти корректность иерархической и внутрислоевой структуры базы данных информационной системы;

— обеспечить заполнение базы данных первичной информациейклассификационными именами, идентификаторами и кодовыми обозначениями объектов.

4 Проведен анализ программного обеспечения геоинформационных систем, методика которого может быть использована для выбора оптимальных ГИС-оболочек при создании автоматизированных информационных систем инженерных коммуникаций различной отраслевой направленности.

5 Разработанное автором программное обеспечение реализует ранее недоступные функциональные возможности информационно-поисковой системы МарМо по реляционному взаимодействию таблиц базовых топографических данных и технических характеристик объектов цифровой карты.

6 Внедрена первая очередь автоматизированной геоинформационной системы кадастра и обслуживания подземных инженерных коммуникаций екатеринбургского аэропорта «Кольцово», которая обеспечивает учет и обслуживание 400 км коммуникаций на территории площадью 3.5 км2 и успешно эксплуатируется в рабочем режиме.

Екатеринбург 1996.

— 1081 Введение.

Создание информационных систем продиктовано необходимостью повышения эффективности управленческих решений, прямо зависящих от полноты, достоверности и оперативности используемой информации. Эффективный поиск, хранение, выдача необходимой пользователю информации в удобной для него форме, связь текстовой информации с картографической позволяют применить цифровую карту с заполненным информационным банком в области кадастра и обслуживания инженерных сетей.

2 Основания для разработки.

Настоящее техническое задание является приложением к договору № 7036 от 15 сентября 1996 г. ТЗ может дорабатываться и уточняться в процессе разработки в виде отдельного, согласованного протокола.

3 Назначение разработки.

3.1 Информационная система (ИС) создается с целью автоматизации процесса сбора, хранения, обработки и выдачи картографической и текстовой информации об инженерных сетях аэропорта и пгт. Кольцо-во.

3.2 Программные средства ИС поставляются в режиме минимально необходимого набора пользовательских функций, с возможностью их дальнейшего расширения.

— 1093.3 ИС имеет в своем составе два взаимосвязанных компонента: цифровую карту местности и базу данных по инженерным сетям.

3.4 ИС должна обеспечивать принципиальную возможность интеграции с другими информационными системами, на основе поддержки наиболее часто используемых стандартов и протоколов обмена информацией.

3.5 ИС должна иметь документацию, полностью описывающую процесс установки и работы системы.

4 Требования к продукции.

4.1 Требования к банку данных.

4.1.1 Банк данных (БД) состоит из цифровой карты местности, содержащей пространственные объекты расположенные на, над и под поверхностью земли и реляционной базы данных, содержащей атрибутивные данные по этим объектам, при этом должна обеспечиваться связь между графическими и текстовыми данными.

4.1.2 Цифровая карта создается в топологическом формате, учитывающим пространственно-логические отношения между объектами, что позволяет в дальнейшем использовать ее в автоматизированных системах управления и экспертных системах.

4.1.3 Цифровая карта создается по исходным оригиналам карт масштаба 1:500 и инвентаризационным картам БТИ и должна содержать все сведения, представленные на них.

— 1104.1.4 Точность цифровой карты должна быть не хуже 0.30 мм в масштабе исходного оригинала.

4.1.5 Цифровая карта организуется в виде слоев, построенных по тематическому признаку. Водопровод, канализация, электрические и тепловые сети должны быть выделены в отдельные слои.

4.1.6 Атрибутивные данные должны быть организованы в виде реляционных таблиц. Каждой записи реляционной таблицы должен быть поставлен в соответствие графический объект на цифровой карте.

4.1.7 Организацию и разработку структур данных в таблицах и цифровых картах предоставляется выбрать Исполнителю, на основе прилагаемых к данному ТЗ образцов картматериалов и описательных (текстовых) данных.

4.1.8 Атрибутивная информация для банка данных берется из двух источников: путем дешифрирования карт (подписей характеристик объектов) и из технических паспортов водопроводных, канализационных и тепловых сетей. Полнота содержания цифровой информации должна соответствовать полноте исходной информации.

4.2 Требования к базовому программному обеспечению.

4.2.1 Программное обеспечение (ПО) должно обеспечивать ввод, редактирование, отбор, и отображение (в виде графиков, цифровых тематических карт, таблиц и т. д.) всей хранимой в банке данных информации.

— 1114.2.2 ПО должно иметь встроенные средства для формирования следующих выходных документов.

1 цифровых карт (изображенных в условных знаках и подписях максимально приближенных к стандартным, в пределах технической возможности);

2 цифровых тематических карт (в условных знаках изображающих значения параметра, взятого из атрибутивных данных);

3 реляционных таблиц;

4 смешанных форм отчетов, содержащих цифровые карты, пояснительные подписи, таблицы и легенды.

4.2.3 В режиме минимальных функциональных возможностей система должна обеспечивать выдачу следующих документов на принтер:

1 цифровой карты на произвольный, выбираемый оператором участок местности, оформленную согласно п. 4.2.2;

2 технического паспорта на инженерные коммуникации (в виде таблиц);

3 цифровой карты колодцев (схема).

4.2.4 ПО должно иметь средства для отбора информации из БД по значениям атрибутивных данных и по пространственно-логическим отношениям.

4.2.5 ПО должно иметь средство для разработки приложений, в виде встроенного языка программирования, имеющего доступ ко всем средствам и инструментам системы.

— 1124.2.6 ПО должно поддерживать протоколы обмена информацией в среде Windows 95 такие как ODBC, DDE и ClipBoard, быть сервером OLE для цифровых карт и иметь средства для конвертирования цифровых карт в формат DXF и таблиц в формат DBF.

5 Исходные материалы для создания банка данных.

5.1 Для создания цифровой карты местности используются стандартные номенклатуры масштаба 1:500, на пластиковой основе в количестве 50 шт., на территорию пгт. Кольцово.

5.2 Для дополнения цифровой карты используются инвентаризационные карты инженерных сетей масштаба 1:1000, нестандартного размера.

5.3 Для заполнения банка данных по инженерным коммуникациям используются инвентаризационные ведомости инженерных сетей (технические паспорта).

— 113.