2194

Выделим основные этапы жизненного цикла дорожных сетей. Существование любой дороги обусловлено необходимостью получения услуг. Эта необходимость ставит задачу по созданию дороги определенного класса.

Созданию дороги предшествуют действия по изысканиям и проектированию дороги. После проектирования следует этап физического воплощения проекта – строительство. Как правило, это длительный этап, совме-

щенный с эксплуатацией уже построенных частей дороги. Следующим концептуальным 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.

Дорожная сеть не существует сама по себе, она является следствием потребностей окружающего мира в транспортных услугах. Для целостного анализа требуется определить ближнюю и дальнюю среду, а также круг лиц, принимающих жизненные решения в дорожной сети.

Ближней средой дорожной сети являются объекты, явно взаимодействующие с сетью: транспорт, обслуживающий персонал, смежные инженерные сети и территориальные объекты, вблизи которых пролегает сеть, например, объекты гидрографии и т.п. (рис. 3). Дальней средой инженерной сети являются объекты, неявно или опосредованно взаимодействующие с сетью. Это органы власти той территории, на которой располагается сеть, общество, чьи потребности выполняет сеть и чей уровень жизни она должна поддерживать, природа, которая несет экологическую нагрузку от взаимодействия с сетью и культура, в рамках которой сеть выполняет утилитарную роль и является объектом ее внимания.

В процессе эксплуатации дорог перед системой управления встает целый ряд задач. Рассмотрим основные прикладные задачи, встающие при управлении (рис. 4).

Рассмотрим задачи инвентаризации, паспортизации и учета. Данный класс задач является базовым в управлении дорожными сетями. Обобщая различные подходы к инвентаризации, можно выделить следующие характерные черты. Во-первых, целью инвентаризации является точное определение наличия объектов, участков дороги; их уникальная идентификация.

Другой целью инвентаризации является выяснение состояния объектов. Инвентаризация – непрерывный процесс, происходящий при вводе в

строй новых объектов и участков, обследовании эксплуатируемых и ликвидации старых. Этот процесс тесно связан с паспортизацией дороги и ее объектов.

Дорожные сети, как один из классов инженерных сетей, представляют собой пространственные объекты, имеющие, как правило, достаточно

13

крупные масштабы. Рассмотрим виды пространственной информации о дорогах и сферы ее применения:

Рис.3. Дорожная сеть

В процессе эксплуатации дорог перед системой управления встает целый ряд задач. Рассмотрим основные прикладные задачи, возникающие при управлении (рис. 4).

Планы расположения дороги и объектов на местности. Данная ин-

формация необходима для эксплуатационных бригад, для планирования строительства, согласования целого класса работ, экологического анализа, взаимодействия со смежными землепользователями, анализа близости различных объектов на местности и объектов сетей для проведения различного вида расчетов.

Геометрические профили дороги. Планы расположения дороги и объ-

ектов основываются на картах и планах территорий, на которых проложена сеть, или иными словами, топооснове, имеющие точность, необходимую для привязки к ней объектов сети. Для решения задачи построения профилей также необходима информация о рельефе местности.

Задачи моделирования жизненного цикла дороги можно разделить на три основных вида. Это задачи моделирования технического состояния

14

дороги, объектов и событий во времени, задачи отслеживания характеристик во времени, задачи отслеживания конфигурации сети во времени.

Задачи управления дорожной сетью

Рис. 4. Классификация задач управления в дорожной отрасли

15

Независимо от территориального уровня предусматривается выполнение следующих основных видов работ по этапам создания ГИСсистемы «Автомобильная дорога».

На первом этапе:

–формирование заказов на выполнение работ по ГИС-системе «Автомобильные дороги»;

–создание информационной службы;

–формирование структуры данных;

–определение уровня и объема информации для конкретных пользователей;

–установка программного обеспечения;

–инвентаризация и первичная обработка имеющейся информации, подлежащей включению в ГИС-систему «Автомобильная дорога»;

–первичное заполнение и пробная эксплуатация основных компонентов ГИС-системы.

На втором этапе:

–развитие и модернизация информационной системы;

–организация регулярного поступления информации;

–заполнение ГИС-системы «Автомобильная дорога» и ее опытная эксплуатация.

На третьем этапе:

–определяются каналы представления информации ГИС-системы «Автомобильная дорога»;

–научно-методическое сопровождение.

Такая постановка и решение проблемы сбора, обработки, хранения, пополнения информации и представление ее потребителям отвечает современному уровню развития техники, совершенствованию потребительских качеств автомобильных дорог и удобству и безопасности движения, и, как результат, повышению технического уровня и качества дорог и их соответствию техническим нормативам, снижению аварийности.

Создание ГИС-системы «Автомобильная дорога» позволит решить проблему планирования маршрутов движения автомобилей, возможности провоза тяжелых негабаритных грузов всем заинтересованным лицам, так как существующие атласы автомобильных дорог России дают общее начертание сети и расстояние по перегонам и не содержат сведения:

–о грузоподъемности мостов и искусственных сооружений;

–состоянии покрытия по ровности;

16

–состоянии дорог по уровню загрузки движением;

–СТО и заправочных пунктах;

–размещении дорожной службы и ГИБДД;

–пунктах весового контроля;

–медицинских учреждениях;

–таможенных службах;

–наличии объектов сервиса и др.

Контрольные вопросы

1.Что такое геоинформационные системы?

2.Перечислить потребительские качества автомобильных.

3.Перечислить основные процессы жизненного цикла автомобильной дороги.

4.Какие преимущества появляются при использовании ГИС при изысканиях и проектировании автомобильной дороги?

5.Дать определение жизненного цикла инвестиционного проекта.

6.Перечислить основные этапы создания ГИС-системы «Автомобильная дорога».

7.Какие преимущества появятся при создании ГИС-системы «Автомобильная дорога»?

Лекция 2. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ПОНЯТИЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ, ИХ ОБЩАЯ СТРУКТУРА

2.1.ПонятиеГИС

Первые геоинформационные системы появились в 60-х годах прошлого века в Канаде, США и Швеции. Эти системы тогда имели существенные программные и технические ограничения и широко не применялись.

Примерно в течение 20 лет, вплоть до 80-х годов, проходило становление геоинформатики как науки, отрабатывались методологические подходы к созданию ГИС, создавался математический аппарат, разрабатывались модели данных и алгоритмы их обработки.

17

Одновременно в 80-х годах происходит стремительное распространение компьютерной техники и расширение её возможностей. Всё это в итоге приводит к качественному переходу геоинформатики на новый уровень.

Следует заметить, что первоначально термин ГИС расшифровы-

вался как географическая информационная система. Однако сей-

час такой термин считается неверным и его следует применять только для обозначения геоинформационных систем, предназначенных для решения географических задач.

В настоящее время геоинформационные системы решают самые разные задачи в различных отраслях экономики. Фундаментальной особенностью ГИС, в сравнении их с другими информационными системами, является то, что все моделируемые в ГИС объекты и явления имеют пространственную привязку, позволяющую анализировать их во взаимосвязи с другими пространственноопределенными объектами. Кроме того, ГИС кардинально отличаются от большинства других информационных систем тем, что вся информация в ГИС очень наглядно представляется в виде электронных карт, позволяя человеку извлекать новые знания.

Основным отличием электронных карт в ГИС от бумажных карт является то, что в ГИС карта не является обычной статической картинкой. Каждый условный знак, изображенный в ГИС, соответствует некоторому объекту, который можно проанализировать, в частности получить исчерпывающую дополнительную (неграфическую) информацию из базы данных. Так, одной из базовых функций ГИС является получение информации по выбранному на карте объекту. Например, указав в ГИС курсором мыши здание на карте города, можно получить детальную информацию о номере дома, этажности, материале стен, степени износа, его владельце.

В целом можно сказать, что в ГИС отображаемое на экране изображение всегда соответствует некоторому набору данных, хранящемуся в базе данных ГИС. При этом всегда можно перейти от условного знака на экране к объекту в базе данных и получить требуемую информацию, а также, найдя по некоторому критерию объект в базе данных, можно быстро найти его на карте.

ГИС характеризуются следующими положительными моментами:

– наглядностью представления семантической информации из БД за счет отображения взаимного пространственного расположения данных;

18

–увеличением информационной емкости продукта за счет связи пространственно-ориентированных изображений с семантической информацией из БД;

–улучшением структурированности информации и, как следствие, повышением эффективности ее анализа и обработки.

Традиционный набор функций ГИС при работе с картой включа-

ет:

–показ карты в различных масштабах не только рельефа и ситуации, но и геологического строения;

–выбор набора слоев информации для показа;

–зависимость внешнего вида объектов от их семантических характеристик;

–оперативное получение информации об объекте при выборе его курсором мыши;

–возможность распечатки любых фрагментов карты. Дополнительные параметры пространственных объектов обыч-

но называются атрибутами объектов (описательная характеристика объекта). Например, численность населения данного объекта (населенного пункта).

Основные направления развития системы управления дорожным хозяйством России определены программой "Автомобильные дороги". В её программном проекте "Информационное обеспечение" в качестве одной из основных задач по формированию и поддержанию системы оперативного информационного органов управления, организаций и предприятий дорожного хозяйства являются создание и поддержание единого информационного пространства в целях надежного управления дорожным хозяйством, эффективного контроля за деятельностью дорожных организаций и предприятий, а также повышение качества обслуживания пользователей автомобильных дорог.

В соответствии с программным проектом "Информационное обеспечение" на важнейших федеральных автомобильных дорогах, в первую очередь, входящих в состав международных транспортных коридоров, будет осуществлено создание и развитие отраслевой системы связи и информатизации с использованием современных технологий, направленной на своевременное обеспечение пользователей (водителей, руководителей организаций и т.д.) необходимой информацией о транспортно-эксплуатационном состоянии автомобильных дорог, условиях безопасности движения, метеорологических условиях, наличии и состоянии объектов дорожного сервиса, интенсивности и соста-

19

ве движения транспортных потоков и т.д. Она позволяет обеспечить определенную связь с учреждениями здравоохранения, охраны правопорядка, противопожарной службы и других, будет способствовать 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.

2.2. Функциональные возможности ГИС

Классическая схема функций ГИС, предложенная «патриархом» геоинформатики канадцем Р.Томлинсом, приведена на рис. 5. Соответственно этим обобщенным функциям ГИС выделяют и подсистемы ГИС: подсистемы сбора, обработки, анализа и т.д.

Рис. 5. Функции геоинформационной системы

Эта схема отражает функции ГИС с точки зрения общих целей ГИС и технологического процесса обработки и анализа пространственных данных, однако для обычного пользователя работа в ГИС выглядит несколько иначе.

2.3. Общая структура ГИС

С точки зрения обычного пользователя, геоинформационная система – это программа для персонального компьютера, позволяющая с помощью оконного интерфейса просматривать электронные карты и

20

базы данных (БД) и анализировать пространственные данные, лежащие в основе карты.

Характеристика интерфейса: табличный и графический интерфейс соответствует стандарту WINDOWS. Все операции выполняются в интерактивном режиме работы с динамической визуализацией хода выполнения и результатов выполняемых операций.

К настоящему времени сложились определенные стереотипы, как должна выглядеть ГИС. Это привело к тому, что многие современные ГИС очень похожи друг на друга. Поэтому, научившись работать с одной из них, зачастую достаточно просто пользоваться и другими ГИС.

Большинство современных ГИС работает на персональных компьютерах под управлением операционной системы Microsoft Windows.

Контрольные вопросы

1.Когда и в каких странах появились первые ГИС?

2.Перечислить основные отличия электронных карт ГИС от бумажных карт.

3.Что включает в себя традиционный набор функций ГИС при работе с картой?

4.Что называют атрибутами объектов?

5.Перечислить функциональные возможности ГИС.

6.Характеристики интерфейса ГИС.

Лекция 3. МОДЕЛИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

3.1. Классификация моделей

В основе геоинформационных систем лежат различные модели данных, являющиеся отражением реальных сущностей на местности, отношений между ними и других дополнительных знаний, имеющих пространственную привязку. Каждая модель данных ГИС включает в себя различныеотдельные пространственныеобъекты,связанныемеждусобой дополнительнымитопологическимиотношениями.

Пространственный объект (цифровая модель объекта местности)

– цифровое представление некоторого объекта в реальности, вклю-

чающее координатную привязку (описание геометрии) и набор атрибу-

21

тов (текстовых и числовых характеристик). В современных ГИС обычно используются следующие базовые типы пространственных объектов

(рис.6).

Векторные объекты – используются в нетопологической и топологическоймоделяхданных,книмотносятся:

1)точки – 0-мерные (точечные) объекты, характеризуемые координатаминаплоскостииливпространстве;

2)мультиточки – 0-мерные (точечные) объекты, состоящие из нескольких (не менее одной) точек. Этот тип объектов является обобщениемтипа«точки»;

3)линии (полилинии, полиполилинии) – 1-мерные (линейные) объ-

екты, состоящие из последовательности (не менее двух) точек, соединённых между собой отрезками (сегментами, дугами). Заметим, что не все последовательные точки могут соединяться между собой отрезками,

апотому объекты данного типа могут иметь разрывы, т.е. быть топологически несвязанными. Топологически связанные линии обычно назы-

вают полилиниями, а несвязанные – полиполилиниями;

4)полигоны (области, регионы) – 2-мерные (площадные) объекты,

состоящие из нескольких (не менее одного) контуров, заданных в виде последовательности замкнутых линий, и частей плоскости внутри контуров. Вышеприведенныетипывекторныхфигурназываютпростыми;

5)сложные фигуры (фигуры оформления, объекты САПР – из систем автоматизированного проектирования) – разнообразные 0-, 1-, 2- и 3-мерные фигуры, используемые в ГИС для оформления. При этом на практике применяются прямоугольники, эллипсы, дуги эллипса, сплайны, внедренные изображения (в виде растров и метафайлов), OLE-объекты (объекты для вставки на карту произвольных графических изображений по технологии OLE операционной системы Windows), различные текстовые надписи, указатели, размерные линии, а

также специальные объекты для оформления карт в ГИС (масштабные линейки, стрелки направления на север, легенды карты, фрагменты другихкарт).

При выполнении операций пространственного анализа (построение оверлеев, буферных зон, анализ близости) с использованием сложных фигурвначале выполняетсяихпреобразованиекпростымтипам.

Ячеистые элементы (элементы растровых, регулярных и нерегулярныхмоделей):

1.Пиксели – 2-мерные (площадные) объекты, являющиеся элементами регулярной прямоугольной решетки врастровой модели данных.

22