Автоматизированная графическая система «Дежурный генплан инженерных сетей ННЦ со РАН» Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 528.936

A.С. Железняк, П.А. Калантаев, С.С. Легачев, В.Д. Набивич, В.П. Пяткин, А.Н. Тимофеев,

B.М. Трубников

ИВМиМГ СО РАН, ОАО «Стройизыскания», Новосибирск

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА «ДЕЖУРНЫЙ ГЕНПЛАН ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ ННЦ СО РАН»

1. Введение

Актуальность применения компьютерных методов в муниципальных инженерных коммуникациях во многом обусловлена интенсивным внедрением цифровой телекоммуникационной и измерительной техники, образующей информационные технологические контуры (циклы) компьютерной (безбумажной) обработки данных. Интеграция разнородных технологических данных выполняется на адресной (координатной) основе схем (карт) инженерных сетей с использованием ГИС. Однако в процессе эксплуатации инженерных сетей возникает много специфических вопросов, прямо не связанных с ГИС. Это, например, проведение специальных расчетов (гидродинамических, тепловых, электрических и т. д.), моделирующих какие-то процессы в сетях. Практически все специальные расчеты для инженерных сетей анализируют сеть как граф. Основная сложность использования ГИС для моделирования инженерных сетей - поддержка целостного математического графа сети многоуровневой структуры, учитывающей прикладную специфику формирования графа для различных инженерных сетей.

2. АГС Академгородка

Разработанная в ИВМиМГ СО РАН Автоматизированная графическая система (АГС) обеспечивает информационные запросы подразделений инженерных служб Новосибирского Академгородка, предоставляя общую для всех коммуникаций информационную среду на базе единого инженерно-топогра-фического плана города масштаба 1 : 500. Единый инженернотопографический план города является элементом государственного фонда материалов инженерных изысканий. Он предназначен для проектирования, строительства, эксплуатации и ликвидации объектов, обслуживания различных инженерных служб города (водоканал, тепловые, электрические сети и т. д.), а также создания и ведения государственных кадастров [1]. Это позволило создать автоматизированные рабочие места диспетчерских служб, служб режимов и производственно-технических отделов. На рис. 1 представлена общая структурная схема АГС «Дежурный генплан инженерных сетей ННЦ СО РАН». С помощью АГС ведется «Дежурный генеральный план Академгородка» [2] и обеспечивается эффективное решение следующих задач:

- Развитие и проектирование инженерных сетей; при проведении специальных расчетов помимо знания физической модели процессов, внешних граничных условий, используется геореляционная модель данных АГС конкретной инженерной сети;

- Инвентаризация объектов инженерных сетей; БД АГС, основанная на геореляционной модели, содержит связанные графический и не графический компоненты, пространственный и описательный (атрибутивный) компоненты; в качестве атрибутов графических объектов выступают не только их характеристики, но и детальные чертежи, схемы;

- Оперативное диспетчерское управление в нормальном режиме эксплуатации; графическое отображение состояния объектов сети по данным телеметрии, отображение получаемых телеметрией с удаленных датчиков числовых характеристик состояния объектов и процессов;

- Оперативное реагирование на аварии и чрезвычайные ситуации; расчеты по модели распространения загрязнения в природных средах. В общем случае это расчеты на регулярных сетках - растре ^ЯГО-модель, цифровая модель рельефа и др.).

Рис. 1. Структурная схема АГС«Дежурный генплан инженерных сетей ННЦ

СО РАН»

3. Модель данных

В качестве графической основы АГС используются схемы инженерных сетей. Отличительной особенностью схем является наличие структурных элементов сетей: источников, колодцев, задвижек, потребителей и др. Схематическое представление сетей позволяет решать задачи паспортизации, аварийно-диспетчерские задачи, однако не всегда может использоваться в таких случаях как, например согласование при планово-ремонтных и аварийных работах, когда требуется знать точное взаимное расположение всех сетей на данном участке. На топографическом плане содержится информация о точном местоположении инженерных коммуникаций. Однако отображение на нем лишь части структурных элементов сетей не позволяет использовать его в качестве основы для решения большинства задач, стоящих перед инженерными службами. Так, например, на топографическом плане происходит прерывание трубопровода в колодцах и входе трубопровода в здания, в действительности труба продолжается как в колодце, так и проходит в здании. Оптимальным решением при создании цифрового плана инженерных коммуникаций является комбинация (объединение) на нем информации, содержащейся на топографическом плане и схемах коммуникаций. Это позволяет описать инженерные сети в виде математического графа, вершинами которого являются структурные элементы сети, в сочетании с точным местоположением объектов. Граф является основой математической модели для расчетов инженерных сетей. В любой сети можно выделить свой набор узловых элементов, источники, потребители, трансформаторы, выключатели и т. д. Дугами графа являются участки сети: трубопроводы, кабели. Исходными данными при создании цифрового плана инженерных коммуникаций в АГС являются:

- Инженерно-топографические планы масштаба 1 : 500;

- Схемы инженерных сетей;

- Схемы структурных элементов сетей (узлов);

- Табличные данные элементов сетей в виде журналов, паспортов и

др.;

- Технические коридоры зданий;

- Цифровой адресный план.

Для совместного отображения в АГС топографической модели местности и элементов инженерных схем разработана библиотека условных специальных знаков, отображающих на плане структурные элементы сетей: задвижки, переходники, лотки, краны, трансформаторы и др. При этом линейные объекты сети отображаются ломаными линиями, разделенными узлами на сегменты, а точечные объекты - условными знаками, отображающими внутреннее строение объекта. Площадные объекты формируются по контуру объекта на плане (рис. 2). Размещение задвижек,

переходников и лотков выполняется в соответствии со схемами инженерных сетей. Данные АГС цифруются и систематизируются в отдельных сегментах (слоях) инженерных схем в соответствии с иерархическим классификатором объектов, в структуре которого пространственные данные представлены координатами планового расположения и атрибутивными (качественными и количественными) характеристиками объектов [2].

Геореляционная модель данных АГС (в табл. 1 - 3 представлен пример данных городской застройки и водоканализационной сети) формируется в виде проекта ГИС Мюг^а^оп Gеographics. Файл проекта «Цифровой план инженерных коммуникаций» содержит набор геоединиц, категорий, карт и вспомогательных определений, используемых для организации географической информации. Геоединицы используются для моделирования объектов реального мира. Категорией является группа однотипных геоединиц. Геоединица определена графическим типом элемента, символикой и содержит атрибутивную информацию в таблице внешней базы данных MS Accеss. Связь таблицы БД с графическими объектами осуществляется через системные поля ш$1шк и шарМ. Для проекта созданы следующие категории: Здания, Улицы и Водопровод. Категория Здания включает в себя геоединицы Здания жилые и Здания нежилые. Категория Улицы включает в себя геоединицу Проезжие части улиц. Категория Водопровод включает в себя геоединицы Трубы, Колодцы, Задвижки, Камеры, Элементы. Для геоединиц Здания жилые и Здания нежилые графический тип элемента определен контуром.

Таблица 1. Организация атрибутивных данных (таблицы БД)

Адресный план

/Building*//Street*/ /Streets/ /TypeStr//Regions /

Инженерные сети

/Tube*/ /Well*/ /Gate*/ /Kamera*/

*таблица содержат твНпк/ mapid - поля связи с графическими объектами

Таблица 2. Организация графических данных

Адресный план

Карты Слои

Building.bld < > Здания Подписи номеров зданий

Street.str < > Уличная сеть Подписи наименований улиц

Инженерные сети

Nnc.wat < > Водопроводная сеть Водопроводные колодцы Задвижки Элементы колодцев

Таблица S. Связь графической и атрибутивной информации

Графический объект Тип связи Таблица БД

Здание Сегмент уличной сети Водопроводные трубы Водопроводные колодцы Задвижки Камеры Один ко-многим Building Street Tube Well Gate Kamera

Работа с внешней базой данных предполагает использование программ передачи управления между Microstation Geographies и MS Access. Схема организации данных инженерных коммуникаций является универсальной и легко адаптируется к различным задачам анализа экологической инфраструктуры в целом на застраиваемый участок, микрорайон или весь административный район.

На рис. 2, 3 представлены результаты запросов пользователем АГС графической и атрибутивной информации водопроводного колодца.

Рис. 3. Паспортные данные о водопроводном колодце

4. Беспроводная сеть Intranet

Для задач оперативного информационного обеспечения муниципальных служб в составе АГС разработан WAP ГИС-сервер, который на основе WAP-протокола беспроводного Internet обеспечивает функции авторизованного Intranet-доступа к БД инженерных сетей посредством мобильного телефона. WAP ГИС-сервер реализован на основе перспективной многослойной WAP-архитектуры, обеспечивающей масштабируемость, расширяемость информационной системы и передачу данных в сжатом виде на основе платформы Windows 2000 Server / IIS /MS Access. «Клиент-серверные» приложения по подготовке, форматированию и конвертации, анализу и выполнению запросов и формированию растровых пространственных данных (в формате WBMP для WAP) реализованы на языках XML и SQL. На основе этих приложений на языке ASP созданы оригинальные сценарии интерактивных запросов к базе данных инженерных сетей посредством мобильного телефона в пределах внутренней сети оператора связи. Доступ с мобильного телефона к БД инженерных сетей позволяет оперативно получать и поставлять информацию об инженерных объектах во время ремонта, инспектирования и устранения аварий. Схема работы WAP очень похожа на модель WWW. Это сходство упрощает разработку программного обеспечения по известной модели, позволяет использовать проверенную архитектуру и существующие стандарты. WAP определяет набор стандартных компонентов, которые позволяют связать передвижные устройства с сетевыми серверами:

- Стандартная система имен - WWW-стандарт URLs используется, чтобы идентифицировать содержание WAP на исходном сервере. URIs используется, чтобы идентифицировать локальные ресурсы в устройстве, так называемые функции управления запросом;

- Всем данным WAP дают определенный тип, согласующийся с WWW. Это позволяет WAP устройствам пользователя правильно обработать запрос, основанный на типе;

- Стандартные протоколы ^АР-протоколы) связи позволяют

передавать запросы от WAP-устройства (клиента) к сетевому серверу.

Типы данных WAP и протоколы оптимизированы для широко распространенных, ручных, беспроводных устройств.

5. Заключение

В настоящее время основными субъектами, заинтересованными в ГИС, являются муниципальные органы власти, включая инфраструктуру подчиненных предприятий и организаций. Даже ГИС районного масштаба должна располагать современными средствами приема дистанционной информации, обеспечивать интерпретацию данных, моделирование процессов изменения окружающей среды, синтез тематических карт, выход в глобальные вычислительные сети и комплексный анализ городской

территории. Муниципальная ГИС должна быть интегрирована в

инфраструктуру обработки данных города. Эта система должна поддерживать множество типов данных ГИС и прикладных услуг и разрабатываться на основе стандартов открытых систем. Моделирование сетей в АГС должно быть основано на их представлении в виде многоуровневого математического графа, что позволяет решать прикладные задачи по мере их возникновения, с учетом всех технологических связей инженерной инфраструктуры в целом. По нашему мнению, в основу муниципальной ГИС должна быть положена аппаратно-программная 1п1гапе1-архитектура системы обработки геопространственной информации, базирующаяся на WWW-технологии [3] и расширенной WAP-технологии беспроводной связи. 1п1гапе1-архитектура муниципальной ГИС может быть смоделирована в терминах программных интерфейсов, разработанных на объектно-ориентированных языках программирования высокого уровня, Web-интерфейсов СУБД и типовых ГИС-приложений пользователей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Тимофеев А.Н., Сурин Д.В., Железняк А.С. Формирование и ведение единого цифрового инженерно-топографического плана в составе государственного территориального фонда материалов инженерных изысканий для строительства или «Как вести план города 1 : 500 в электронном виде» // Архитектура и строительство Сибири. -Новосибирск, 2002. - № 1. - С. 58 - 59.

2. Набивич В.Д., Трубников В.М. Каким быть «Дежурному Генплану» на рубеже XXI века // Матер. междунар. конф. «ГИС для устойчивого развития территорий», т. 1, Апатиты, Россия, 2000. - С. 186 - 189.

3. Калантаев П.А., Пяткин В.П. Интранет-архитектура региональной геоинформационной системы обработки аэрокосмических изображений // Труды междунар. конфер. «Современные проблемы информационных технологий и космический мониторинг», Ханты-Мансийск, Россия, 2001. - С. 57 - 61.

© А.С. Железняк, П.А. Калантаев, С.С. Легачев, В.Д. Набивич, В.П. Пяткин, А.Н.

Тимофеев, В.М. Трубников, 2005