2194

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

Кафедра проектирования дорог

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Курс лекций для студентов строительных специальностей 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы»

Составитель В.А.Шнайдер

Омск

СибАДИ

2010

4

УДК 625.7/8:004 БКК 39.311:32.95

Рецензент канд. техн. наук, доц. Т.П. Синютина

Работа одобрена научно-методическим советом специальности в качестве курса лекций для студентов специальностей 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы».

Геоинформационные системы в дорожном строительстве: курс лекций для студентов строительных специальностей 270205 / сост. В.А. Шнайдер. – Омск: СибАДИ, 2010. – 81 с.

Курс лекций по дисциплине «Геоинформационные системы в дорожном строительстве» предназначен для студентов, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы». Позволяет познакомиться с широким спектром современных геоинформационных технологий. Рассматриваются теоретические основы ГИС (модели, структура и источники пространственных данных), методы тематической визуализации карт, приёмы пространственного анализа. Описываются основные приёмы работы в ГИС (управление ГИСпроектами, ввод и редактирование данных, тематическая визуализация, пространственный анализ).

Ил. 42. Библиогр.: 3 назв.

_________________________________________________________

5

Введение

Дорожная отрасль является одной из важнейших отраслей экономики любой промышленно развитой страны. Недаром автомобильные дороги называются «кровеносной системой» любого государства. Они играют огромную социально-экономическую роль в жизни современного общества.

Автомобильные дороги являются очень капиталоемкими, но в то же время и очень рентабельными сооружениями. Известно, что каждый рубль, вложенный в автомобильные дороги, в перспективе многократно (3–5) возвращается в различных других отраслях производства за счет снижения транспортных (логистических) издержек, снижения аварийности, повышения подвижности населения. Кроме того, развитие сети автомобильных дорог региона несёт в себе немаловажный социальный эффект в виде обеспеченности населения медицинскими, образовательными, культурно-бытовыми услугами. В настоящее время наличие развитой сети автомобильных дорог является немаловажным фактором развития материального производства и сферы услуг.

Потребительские качества автомобильных дорог:

–безопасность движения,

–уровень загрузки,

–комфортабельность движения,

–удобство движения,

–грузоподъемность,

–информационная доступность.

Уровни потребительского качества проектируемых (реконструируемых) автомобильных дорог должны содержаться в числовом выражении в техническом задании на проектирование строительства, ремонт или реконструкцию дорог.

Одна из особенностей дорожной отрасли по сравнению с другими отраслями производства заключается в том, что её основные сооружения (автомобильные и городские дороги) являются сложными инженерными линейно-протяженными сооружениями с ярко выраженной географической природой. Поэтому основная техническая документация по автомобильным дорогам должна представляться графически на картографической основе или в виде условных схем и чертежей. Всё это предопределяет вид информационных техноло-

6

гий, используемых для управления автомобильными дорогами на различных этапах.

Обеспечение эффективной работы системы управления дорожным хозяйством является важнейшей задачей дорожной отрасли. Ее решение в основном базируется на развитии информационных систем. В последние годы проводится целенаправленная работа по совершенствованию этого стратегического направления. В качестве одной из основных задач по формированию и поддержанию системы оперативного управления организаций и предприятий дорожного хозяйства является создание и поддержание единого информационного пространства в целях надежного управления дорожным хозяйством, эффективного контроля за транспортно-эксплуатацион- ными показателями, а также повышение качества обслуживания пользователей автомобильных дорог.

Всоответствии с программным проектом «Информационное обеспечение» на важнейших автомобильных дорогах, в первую очередь входящих в состав международных транспортных коридоров, будет осуществлено создание и развитие отраслевой информационной системы связи и информатизации с использованием технологий, направленных на своевременное обеспечение работников дорожноэксплуатационных организаций и пользователей необходимой информацией о транспортно-эксплуатационном состоянии автомобильных дорог, условиях безопасности движения, метеорологических условиях, наличии и состоянии объектов дорожного сервиса, интенсивности и составе транспортных потоков и т.д.

Она позволяет обеспечить информацией учреждения здравоохранения, охраны правопорядка, противопожарной службы и других, способствует снижению тяжести последствий ДТП за счет сокращения времени спасения и эвакуации пострадавших, оказания им оперативной медицинской помощи. Система предусматривает развитие автоматизированных центров управления производством в организациях, осуществляющих содержание федеральных автомобильных дорог.

Вобласти развития информационных систем в дорожном хозяйстве ведутся работы: по созданию единой информационной системы

вдорожной отрасли, системы поддержки принятия управленческих решений, единой унифицированной базы данных (содержащей полную информацию по диагностике, инвентаризации и паспортизации обследуемых автомобильных дорог и дорожных сооружений на них)

7

с всесторонним анализом и последующей оптимизацией используемых в настоящее время методов и форм для сбора, хранения и переработки данных по соответствующим видам работ. Результаты деятельности в данном направлении позволяют исключить параллелизм хранимой информации, а также существенно сократить затраты на сбор и обработку необходимых данных.

Стратегической отраслевой задачей является объединение всех информационных систем в единую отраслевую территориальнораспределительную автоматизированную систему. Одним из основных требований к отраслевым и локальным банкам данных является их совместимость с создаваемой в дорожной отрасли системой комплексного информационно-телекоммуникационного обеспечения, а также возможность перекрестного использования баз данных. Перспективным направлением развития автоматизированных банков дорожных данных является их совместное использование с геоинформационными технологиями, позволяющими определить точное местоположение объектов, их размеры, расстояния и создавать цифровые карты и схемы.

Лекция 1. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ДОРОГ

1.1. Геоинформационные системы в дорожной отрасли. Жизненный цикл дорог

Геоинформационные системы (ГИС) – это информационная сис-

тема, используемая для сбора, хранения, пополнения, обработки, отображения и анализа данных, а также получения на их основе новой информации и знаний о пространственных объектах и явлениях. Моделируемые в ГИС объекты и явления имеют пространственную привязку, позволяющую использовать их географические (топологические) и семантические свойства для потребителей различного уровня с целью организации предпринимательства.

Среди множества различных видов программных технологий, работающих с графической информацией, в дорожной отрасли наиболее востребованы программные технологии: геоинформационные системы и системы автоматизированного проектирования. Кроме

8

того, для работы с атрибутивной информацией используются технологии баз данных (БД). На разных этапах жизненного цикла дороги применяются отдельные информационные системы, но чаще всего в сочетании с другими.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) при-

званы автоматизировать различные этапы проектирования автомобильных дорог, имеют богатые средства для работы с чертежами и схемами элементов дорог, а также позволяют работать с топографическими планами в крупном масштабе. Основной целью работы БД на различных его этапах в САПР является создание проектной документации в виде чертежей, таблиц и ведомостей. Кроме того, САПР могут использоваться и на этапе строительства в основном только для документирования результатов исполнительной съемки и их передачи в ГИС и БД.

Геоинформационные системы (ГИС) предназначены для акку-

мулирования большим количеством разномасштабной картографической информации, анализа взаимосвязей объектов в пространстве, управления атрибутными характеристиками объектов. На этапах проектирования сети дорог. ГИС помогают проанализировать различные варианты прохождения трасс автомобильных дорог, выступая, в первую очередь, как средство отображения тематических карт и как инструмент пространственного анализа.

При эксплуатации автомобильных дорог на первый план выходит возможность ГИС тесно работать с атрибутивной информацией, хранящейся в базах данных. ГИС позволяет быстро находить объекты на карте и получать детальную информацию по ним. С другой стороны, выполнив некоторый запрос к БД, результат можно очень наглядно представить на карте. Вышеизложенный системный подход к формированию информационной основы для управления автомобильными дорогами на всех стадиях их функционирования удовлетворяет всем современным требованиям дорожной отрасли, соответствуя при этом возможностям современных информационных технологий.

Дорожные сети являются сложными объектами, имеющими протяженность не только в пространстве, но и во времени. Выделим основные этапы жизненного цикла дорожных сетей. Существование любой дороги обусловлено необходимостью получения услуг. Эта необходимость ставит задачу по созданию дороги определенного класса, проводятся технико-экономические изыскания. Созданию до-

9

роги предшествуют действия по изысканиям и проектированию дороги. После проектирования следует этап физического воплощения проекта – строительство. Как правило, это длительный этап, совмещенный с эксплуатацией уже построенных частей дороги.

Следующим этапом является эксплуатация, то есть процесс обслуживания дороги в соответствии с задачами по ее содержанию. В процессе эксплуатации автомобильной дороги может возникнуть необходимость в ремонте или реконструкции, в зависимости от технического состояния (рис.1).

Жизненный цикл автомобильной дороги (сети дорог) как объекта общего пользования состоит из процессов:

1)стратегического планирования развития сети дорог;

2)технико-экономического обоснования строительства;

3)изысканий дорог;

4)землеотвода;

5)торгов;

6)разработки инженерного проекта;

7)разработки проекта производства работ;

8)выполнения строительно-монтажных работ;

9)инженерного сопровождения;

10)оценки уровня качества СМР;

11)составления паспорта дороги;

12)мониторинга дороги в процессе эксплуатации;

13)содержания и ремонта дороги;

14)модернизации (капитальный ремонт дороги);

15)реконструкции дороги или утилизации.

Управлять потребительскими качествами во всех процессах жизненного цикла автомобильной дороги возможно при надежной организации информационных потоков, их систематизации и выработке управляющих решений. Базой, аккумулирующей информационные потоки, их систематизацию и иерархическое использование, может быть ГИС. Возможности ГИС значительно шире и многофункциональные: имеет более высокое информационное и топологическое содержание, чем автоматизированный банк данных (АБДД), который ориентирован на ограниченный круг потребителей – дорожно-эксплуатационные организации.

Использование ГИС при изысканиях и проектировании автомобильных дорог наиболее эффективно по следующим причинам:

– линейному характеру транспортных сооружений;

10

Рис. 1. Жизненный цикл автомобильной дороги и место

ГИС, САПР и БД на различных его этапах

–полноте и оперативности сбора информации (геологической, гидрологической, гидрогеологической, экологической) и возможности ее повторного использования;

–возможности оперативного решения инженерных задач;

–оперативному внесению исполнительной документации;

11

–мониторинго–технологическом решениям и их эффективно-

сти;

–мониторингу технического состояния дорог и показателей уровня потребительских качеств;

–прогнозированию профилактических и ремонтных мероприя-

тий;

–оперативной ликвидации дефектных мест на дороге;

–снижению аварийности на дорогах.

Впроцессе проектирования инженер-проектировщик имеет дело

синформационной моделью будущей автомобильной дороги, которая на последнем этапе проектирования (оформление проектной документации) представляется, как правило, в виде совокупности инженерных чертежей и описаний (рис. 2).

Рис. 2 . 3D-изображение проектируемой автомобильной дороги

1.2. Краткий системный анализ дорожной сети

Дорожные сети являются сложными объектами, имеющими протяженность не только в пространстве, но и во времени. Развитие дорожных сетей во времени есть жизненный цикл.

12