CC BY
41
Бычков И.В., Хмельнов А.Е., Новицкий Ю.А., УДК 681.142.2
Ружников Г.М., Федоров Р.К., Гаченко А.С., Фереферов Е.С., Шигаров А.О., Парамонов В. А., Попова А.К.
РАЗРАБОТКА ГЕОИНФОРМАЦИОННОИ СИСТЕМЫ «АДРЕСНЫЙ ПЛАН» Г. ИРКУТСКА
Использование современных геоинформационных систем (ГИС) одно из актуальных направлений повышения эффективности муниципального управления, что обусловлено адекватностью программного обеспечения ГИС характеру задач территориального развития, возможностью использования тематических пространственных данных (ПД) и цифровой модели территории для принятия решений, их фиксации, отображения последствий [1, 6-8].
Пространственные данные (geospatial data), геопространственные данные - цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. Полное описание пространственных данных складывается из двух взаимосвязанных частей: позиционных данных и непозиционных данных - описания пространственного положения и тематического содержания данных, тополого-геометрических и атрибутивных данных (геометрии и семантики) [2].
На множестве ПД определены операции: ввода, экспорта, импорта, обмена, предобработки, анализа, вывода, визуализации и т.п., включённые в состав функциональных возможностей ГИС.
Будучи системообразующим фактором, цифровая модель территории интегрирует ПД и формирует инфраструктуру единых информационных ресурсов [2-3].
Муниципальная геоинформационная система (МГИС) - программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной (местоположение в пространстве) и атрибутивной (адрес, кадастровый номер, этажность и прочие характеристики здания) информации по объектам городской территории. [3]. Внедрение МГИС позволяет сформировать единую топографически корректную карту городской территории
на основе всего многообразия имеющегося материала.
Основные цели создания муниципальной геоинформационной системы:
• формирование единого информационного пространства города, содержащего достоверные сведения о территории, регламентах её использования, объектах городской среды, недвижимости, транспортной и инженерной инфраструктуре;
• автоматизация текущей деятельности и типовых процессов обработки информации в организациях и структурных подразделениях органов городского управления, а также информационное обеспечение и поддержка процессов в области территориального управления, анализа и прогнозирования развития городской территории;
• обеспечение доступа населения к открытым информационным ресурсам города.
Геоинформационная система «Адресный план» г. Иркутска
Несмотря на то, что для г. Иркутска уже несколько лет назад был подготовлен векторный цифровой топографический план (ЦТП) в масштабе 1:2000, а для некоторых слоёв и в масштабе 1:500, существует ряд обстоятельств, которые препятствуют полномасштабному использованию ЦТП в составе МГИС. Во-первых, невозможно непосредственно использовать ЦТП в открытой части муниципальной информационной сети (не говоря уже о его публикации в Интернет), поскольку эта карта содержит информацию, распространение которой не допускается. Во-вторых, адресная информация, содержащаяся в семантических характеристиках объектов карты, является в значительной степени неполной и неточной. В-третьих, для большинства задач, которые могут решаться с использованием электронной карты
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ ДИНАМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ
города, ЦП! является избыточным: большинство содержащихся на нём объектов не используется при решении этих задач, а лишь затрудняет чтение карты.
С юридической точки зрения адрес присваивается объекту после его регистрации в адресном реестре (АР). В г. Иркутске за содержание АР отвечает МУП БТИ г. Иркутска. Таким образом, оказывается невозможным использование информации ЦТП, находящейся в закрытой сети для ведения АР.
В результате анализа сложившейся ситуации была поставлена задача создания информационного ресурса ГИС «Адресный план» (АП), который, в основном, должен содержать пространственную информацию лишь по тем объектам ЦТП, которые имеют отношение к адресации. При этом пространственная информация в АП должна быть представлена в агрегированном виде, и из неё должны быть исключены объекты и семантические характеристики объектов ЦТП, наличие которых препятствует использованию АП в открытой сети. Предполагается, что наличие АП, наряду с использованием специализированных слоев электронных карт, будет достаточно для работы большинства информационных систем, входящих в состав МГИС.
АП должен строиться на основе единой ЦТП города с привлечением других цифровых карт, например, карт зонирования территории, а также адресного, градостроительного, земельного и других городских реестров и баз данных. АП поддерживает инвентаризацию и учет (паспортизацию) объектов территории города (объектов недвижимости, земельных участков, в том числе инженерных коммуникаций, временных сооружения и т.д.). Система обеспечивает централизованное хранение, анализ, поддержку в актуальном состоянии и предоставление информации об адресном хозяйстве - пространственных данные и семантических (атрибутивных) данных.
Помимо электронной карты в состав АП входит БД «Адресный план», содержащая дополнительную информацию об адресах, например, историю изменения адресов объектов и наименований улиц, сведения о соответствии объектов карты адресному реестру. При создании ГИС АП г. Иркутска для привязки к ЦТК информации существующих БД, использовалась технология обработки метаописаний данных [6-8]. Пространственные данные хранятся в виде файлов формата КАРТА 2005 ГИС Панорама, а семантические данные - в реляционной базе данных MS SQL
Server. Общая схема информационных потоков ГИС АП представлена на Рис. 1.
В ГИС АП для учёта существующих ограничений на использование цифровой картографической основы (М 1:500) реализованы режимы, как ограниченного (регламентированного), так и открытого доступа через Интернет для организации и жителей города.
ЦТП для обеспечения безопасности размещен на сервере закрытой сети, -которая физически разделена с открытой.
присвоение Адресный
адреса реестр
Пользователи
Рис. 1. Схема информационных потоков
Поэтому ГИС Адресный план разделена на две части автоматизированное рабочее место (АРМ) открытой сети и АРМ закрытой сети, обмен данными между частями осуществляется с помощью мобильных цифровых носителей (дискеты, лазерные диски, флэш память и т.д.).
При создании ГИС «Адресный план г. Иркутска» сформирован в соответствии с [4] электронный классификатор объектов в формате ГИС «Карта 2005», позволяющий представить:
- структуру адресации - элементы улично-адресной сети (улица, проспект, переулок, проезд, бульвар, микрорайон, другой массив территории) находящиеся в границах города Иркутска, имею-
щие собственное наименование и формирующие адрес объекта недвижимости, содержащийся в справочнике адресов города (адресном реестре -АР);
- объекты адресации - объекты недвижимости (здания, сооружения, в том числе и незавершенное строительство), расположенные на территории г. Иркутска имеющие адрес, содержащийся в АР;
В классификаторе созданы условные обозначения и семантические характеристики объектов АП.
В состав ГИС АП входят следующие подсистемы:
Конвертер (генератор) дежурного цифрового топографического плана (далее ЦТП) с классификатором объектов цифровой топографической карты содержащихся на ЦТК «Для служебного пользования» в АП и правилами формирования объектов АП на основании согласованного перечня объектов дежурного ЦТП (Рис. 2). Конвертер обеспечивает: создание в случае отсутствия, или изменение конфигурации объекта, содержащегося в АП, на основании объектов дежурного ЦТП, составляющих объект АП; сохранение информации об объектах используемых при конвертировании (генерации) объектов дежурного ЦТП в объекты АП; копирование соответствующих измененных семантических характеристик объекта АП в составляющие его объекты дежурного ЦТП.
Конвертеры материалов исполнительных съемок, съемок текущих изменений, материалов межевания, топографических съемок, представленных в электронном виде из форматов, используемых наиболее распространённым программным обеспечением изыскательских и проектных организаций (Credo, Autocad, Arc View) в формат ГИС «Карта 2005». Отдельно разработан универсальный текстовый обменный формат дежурного ЦТП и конвертер материалов, представленных в этом формате, в ГИС «Карта 2005». Конвертеры обеспечивают однозначный перенос метрики, условных обозначений и семантических характеристик объектов и могут быть использованы для внесения изменений, представленных в материалах съёмок, в дежурный ЦТП.
Подсистема автоматической сверки и анализа соответствия единого общегородского АР объектов недвижимости и АП, обеспечивающая доступ к удаленному серверу, содержащему АР, и связь объекта АП с соответствующей ему записью в АР. Подсистема по запросу, либо в автоматическом режиме отслеживает изменения в АР и в АП, определяет несоответствия адресов в АР и семан-
тических характеристиках объектов АП или отсутствие связанного объекта, и информирует администраторов о выявленных проблемах.
Подсистема автоматического сравнения и актуализации содержания АП и дежурного ЦТП, которая отслеживает изменения в дежурном ЦТП, сравнивает с АП (с сохранением в истории изменений), формирует объекты для последующего конвертирования (генерации) в АП.
Подсистема формирования истории АП, которая формирует карты объектов АП и соответствующих им объектов дежурного ЦТП, адресная информация по которым устарела или изменилась.
Подсистема Интернет публикации АП в растровом виде, которая обеспечивает просмотр, навигацию и управление составом отображения АП. Подсистема также обеспечивает вывод растровых изображений в формате достаточном для работы с системой, при этом размер и объем занимаемой памяти растрового изображения.
Генератор отчетных форм для обеспечения взаимодействия департамента архитектуры и градостроительства комитета по градостроительной политике администрации г. Иркутска и МУП «Бюро технической инвентаризации г. Иркутска», в части касающейся функционирования АП.
Подсистема связи баз тематических пространственных данных структурных подразделениях администрации г. Иркутска с АП.
Рис. 2. Конвертер ЦТП ^ АП. Выполнено слияние по правилам объектов с одинаковым адресом и объектов, относящихся к одной улице
Функциональная структура ГИС АП
Адресный план неразрывно связан с существующим дежурным цифровым топографическим планом (ЦТП). В адресный план семантическая и метрическая информация поступает из ЦТП. Семантическая информация, касающаяся адресов, поступает из АП в ЦТП. Взаимодействие происходит следующим образом. ЦТП на основе набора правил формирования объектов для АП из ЦТП в
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ ДИНАМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ
закрытой сети конвертируется в промежуточное представление, которое сравнивается с текущим АП. Данная подсистема производит контроль идентификационных номеров и состояний объектов АП, получение информации об изменениях адресов. В результате работы подсистемы получается новая актуализированная версия АП. Информация об изменениях адресов вносится в ЦТП конвертором, указанным выше.
Поступление метрической информации в ЦТП производится из исполнительных съемок в электронном виде из программного обеспечения изыскательских и проектных организаций с соответствующим электронным классификатором для внесения изменений в дежурный ЦТП. Исполнительские съемки поступают форматах: Credo, AutoCad, ArcView, ГИС «Карта 2005», универсальном текстовом обменном формате дежурного ЦТП. Конвертация из этих форматов в формат ГИС «Карта 2005» производится с помощью разработанных конверторов. Далее метрическая информация переносится в ЦТП с помощью ГИС «Карта 2005».
Рис. 3. Пример карты, конвертированной из Credo в Карта 2005
Объекты адресного плана постоянно изменяются и необходимо хранить информацию о снесенных объектах, как метрику, так и семантику. Обработку такой информации осуществляет подсистема формирований историй. Оператор в этой системе может занести информацию об объекте в историю, т.е. сохранить ее в СУБД и удалить из текущего АП. По запросу данная система может сформировать слой снесенных домов на определенную оператором дату.
Взаимодействие АП с АР производится следующим образом. Поступление семантической информации об адресах производится из АР с помощью подсистемы автоматической сверки и анализа адресов. Данная подсистема обращается на-
прямую к базе данных БТИ и изменения адресной информации сохраняет в своей БД и на карте Адресного плана. Появление новых объектов в АП отслеживается подсистемой автоматического сравнения и актуализации, представленной выше. В результате формируется список новых объектов. Оператором, с помощью подсистемы «Генератор отчетных форм», создаются печатные формы заявок на присвоение адресов. Затем эти заявки отправляются в БТИ, где по мере обработки вносят адреса в Адресный реестр, из которого они попадают в АП.
Предоставление АП пользователям производится с помощью четырех подсистем:
• подсистема Интернет публикация ГИС АП;
• подсистема просмотра векторной и растровой картографической, тематической и аналитической информации АП;
• прикладной программный интерфейс для включения в приложения, разрабатываемые сторонними организациями, функций взаимодействия с АП;
• генератор отчетных форм.
Все системы (кроме последней) позволяют просматривать АП, получать информацию об объектах АП, при этом исключается непосредственный доступ к файлам карт АП. Таким образом предлагается бороться с возможной утечкой содержащейся в АП информации.
Подсистема Интернет публикации использует представление карт в разработанном авторами формате SMD, который оптимизирован для быстрого отображения больших объёмов информации. Разработаны конвертеры в формат SMD из формата ГИС «Карта 2005» (и ряда других), которые обеспечивают не только точную передачу метрики и семантических характеристик объектов, но и близкое к оригиналу представление объектов условными знаками. Серверная часть системы работает на базе Web-сервера Internet Information Server (IIS). Подсистема просмотра векторной и растровой картографической, тематической и аналитической информации АП позволяет помимо просмотра АП выполнять редактирование пользовательских слоев. Данная подсистема работает с АП напрямую через сетевое окружение.
Разработан пользовательский интерфейс, выполненный в виде динамической библиотеки, для создания программных систем, работающих с АП, сторонними организациями, который позволяет создавать окна с картой АП, находить на карте объект по адресу, получать информацию по объекту, выбранному пользователем на карте, и т.д.
Рис. 4. Навигация по карте
Сверка адресов
Для того чтобы решить проблему с неполнотой и неточностью содержащейся на ЦТП адресной информации была выполнена сверка этой информации с другими источниками.
Для подготовки информации ГИС АП были использованы:
- дежурная цифровая топографическая основа (карта) города, актуализируемая «Департаментом архитектуры и градостроительства комитета по градостроительной политике г. Иркутска»;
- адресный реестр (АР) МУП «Бюро технической инвентаризации г. Иркутска»;
- карта объектов адресации, которая независимо ведётся в МУП БТИ с использованием ГИС «Кредо»;
- космический снимок территории города (Рис. 4).
Рис. 4. Обработка космического снимка (цветом отображается степень соответствия космоснимку объекта векторной карты)
Для выполнения сопоставления карты адресуемых объектов ЦТП и карты БТИ была подго-
товлена таблица пересекающихся объектов двух этих карт, и разработано приложение, позволяющее проанализировать правильность указания адреса при расхождении информации сопоставляемых карт. Помимо обрабатываемых карт, важным источником информации для оператора является отображаемый в приложении космоснимок. Результатом работы приложения является таблица соответствий объектов с указанием уточнённого адреса. Сопоставление карт позволило обнаружить ошибки на каждой их них. В результате выполненной работы были уточнены адреса более 10000 объектов ЦТП.
Рис. 5. Сравнение карты адресуемых объектов ЦТП с картой БТИ
Результатом работы по сверке адресов является актуализированная информация (карты, выборки данных, отчеты и т.д.) о состоянии адресного хозяйства.
В ходе подготовки ГИС АП созданы карты (в векторном формате данных ГИС «Карта 2005») и перечни объектов АП: отсутствующих в АР; расположенных вне структуры адресации; имеющих несколько адресов; имеющих одинаковый адрес; отсутствующих на космоснимке; имеющихся на космоснимке, но отсутствующих на АП. В частности, по космоснимку было обнаружено порядка 9000 объектов, которые не были представлены на ЦТП.
Заключение
В ходе подготовки адресного плана было выполнено существенное уточнение адресной составляющей ЦТП. Использование космоснимка позволило в сжатые сроки выявить большое количество новых (не обозначенных на векторной карте) и изменённых (перестроенных) объектов. Внедрение ГИС «Адресный план г. Иркутска» открывает путь к интеграции ЦТП в инфраструктуру информационных ресурсов города. Разработанное
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ ДИНАМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ
программное обеспечение позволяет организовать работу пользователей различных подсистем МГИС с информацией АП, обеспечивая при этом защиту информации АП.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ грант № 08-07-00163-а и президентской программы «Ведущие научные школы РФ» грант № НШ-1676.2008.1.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Томилин, В.В. Использование ГИС в муниципальном управлении / В.В. Томилин, Г.М. Нориевская // Практика муниципального управления. - 2007. - № 7.
2. Иванникова, А.Д. Геоинформатика / А. Д. Иванникова, В.П. Калугина, АН. Тихонова, В .Я. Цветкова. - М.: МАКС Пресс, 2001. - 349 с.
3. Берлянт, А.В. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / А.В. Берлянт, С.К. Кошкарева. - М.: ГИС-Ассоциация, 1999. - 203 с.
4. Постановление мэра г. Иркутска от 14.01.2002 № 031-06-26/2 «Об упорядочении адресов объектов недвижимости на территории г. Иркутска»._
5. Бычков, И.В. Применение ГИС- и ВЕБ-технологий для создания интегрированных информационно-аналитических систем / И.В. Бычков, Е.С. Фереферов, А.Е. Хмельнов // Вычислительные технологии. - 2007. - Т. 12, спец. вып. № 3. - С. 5-20.
6. Гаченко, А.С. Муниципальная информационная система обеспечения градостроительной деятельности / А.С. Гаченко, Г.М. Ружников, Е.С. Фереферов, А.Е. Хмельнов // Вычислительные технологии. - 2008. - Т. 13, спец. вып. № 1. - С. 11-16.
7. Бычков, И.В. Применение ГИС- и Веб- технологий для создания интегрированных информационно-аналитических систем / И.В. Бычков, А.С. Гаченко, А.К. Попова, Г.М. Ружников, Е.С. Фереферов, А.Е. Хмельнов // Вычислительные технологии. - 2007. - Т. 12, спец. вып. № 3. - С. 5-20.
8. Бычков, И.В. Современные информационные технологии в 1Т-проектах органов государственной власти и местного самоуправления / И.В. Бычков, Г.М. Ружников, А.Е. Хмельнов // Открытое образование. - 2008. - Т. 4 (69). -С.39-47.
Горнов А.Ю., Зароднюк Т.С.
УДК 517.977.58
МЕТОД «КРИВОЛИНЕИНОГО» ПОИСКА ГЛОБАЛЬНОГО ЭКСТРЕМУМА В ЗАДАЧЕ
л
ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Введение. Для задач конечномерной оптимизации известно множество подходов к поиску глобального экстремума, построены достаточно эффективные алгоритмы, имеется большое количество публикаций, в которых представлены прецеденты успешно решенных задач (см., напр., [12, 11]). После дискретизации непрерывной задачи
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ, проект № 09-07-00267; РГНФ, проект № 09-02-00650; интеграционного проекта СО РАН -УрО РАН № 85; междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 4.
оптимального управления (ЗОУ) получается конечномерная экстремальная задача и, формально рассуждая, можно считать, что работоспособные алгоритмы поиска глобального экстремума функционалов также существуют. Однако размерности успешно решаемых невыпуклых конечномерных задач, как правило, невелики и, по утверждениям специалистов, редко превышают число 20 оптимизируемых переменных, причем сложность задачи глобального поиска резко увеличивается с ростом размерности (эффект «проклятия размерности»). Для построения адекватных аппроксимаций ЗОУ обычно требуется не менее 100 узлов дискретизации (конечномерных переменных), что не позво-
