Мы поможем вам стать лучшими в отрасли Тел./факс +7(495)737-60-28, +7(499)151-06-54     e‑mail: info@citycom.ru

ГИС и инженерные сети - краткий курс введения в начала основ

А.Р. Ексаев
В.А. Вайсфельд
ИВЦ "Поток"

март 1997 г.

В последние месяцы к нам как к разработчикам конечных ГИС-приложений для инженерных коммуникаций, помимо собственно эксплуатирующих предприятий, стали обращаться организации и фирмы, по поручениям городских администраций либо по собственной инициативе исполняющие роль региональных и муниципальных интеграторов геоинформационных проектов. Мы приветствуем эту тенденцию и продолжаем начатый нами в позапрошлом номере ИБ разговор об инженерных коммуникациях как объекте ГИС. Теперь, когда большинство читателей ИБ уже твердо знает, что AM/FM - это не только диапазоны УКВ радиоприемников, стоит поглубже затронуть предмет . Надеемся, что наш опыт окажется полезен заинтересованным специалистам, и в особенности тем разработчикам и пользователям геоинформационных систем, которые ставят перед собой задачу полноценного внедрения последних непосредственно в эксплуатирующих организациях. (Да простят нас читатели - в изложении материала мы по-прежнему будем опираться на собственное любимое дитя - ИГС "CityCom").

Прежде чем начинать трудоемкий и довольно дорогостоящий процесс ввода графической и атрибутивной информации по инженерным коммуникациям (ИК) с помощью какого-либо ГИС-инструментария, желательно четко представлять, как реальный пользователь будет эту информацию использовать, решение каких конкретных задач необходимо заказчику. Иными словами - за что платит тот, кто "заказывает музыку"?

Характер прикладных задач существенно зависит от вида коммуникаций и типа предприятия, которое эксплуатирует инженерную сеть. Тем не менее, возможно и необходимо сформулировать ряд общих принципов по графическому представлению ИК.

Классификация инженерных коммуникаций

По смысловому и масштабному типу подосновы (плана местности) ИК распадаются на 4 группы: муниципальные (городские), ИК крупных предприятий (заводские), магистральные и внутренние ИК больших сооружений.

С другой стороны, ИК как физические и математические объекты делятся на трубопроводные, кабельные и дорожные сети.

По виду транспортируемого продукта (технологическая классификация) муниципальные трубопроводные сети могут быть разделены на 4 вида: водопроводные, канализационные, тепловые и газовые сети. Кроме того, в ряде городов канализационные сети делятся на два связанных между собой типа: хозфекальные и ливневые сети.

Более детальное описание каждого вида сетей как объекта моделирования будет, по возможности, приведено нами в последующих публикациях. Здесь же формулируется ряд общих принципов, на основе которых, по мнению авторов, должна строиться любая графическая (ГЕОграфическая) информационная система по ИК.

Графы и графика

Инженерная сеть в математическом смысле является графом, то есть состоит из узлов (вершины графа) и участков, соединяющих эти узлы (хорды). Граф в реляционных базах описывается двумя таблицами - таблица узлов и таблица участков. Ключом в таблице узлов является уникальный номер узла, формируемый, как правило, программно. Поскольку одна и та же пара узлов может соединяться несколькими параллельными участками, то ключом в таблице участков является комбинация номеров двух инцидиентных (смежных) узлов плюс номер параллельного участка.Для компактности построения базы данных каждому участку ставится в соответствие уникальный номер. Разумеется, все упомянутые идентификаторы должны формироваться автоматически в процессе ввода.

Любая таблица базы данных, описывающая свойства объектов или отношения между объектами инженерной сети, должна содержать атрибут-ссылку на номер соответствующего узла либо участка. В частности, графическое представление инженерной сети распадается на два графических объектных подмножества - узлов и участков. То есть, координаты, описывающие расположение узла, должны быть увязаны с номером узла, а координаты, описывающие расположение участка, должны быть увязаны с номером участка.

Авторы твердо убеждены, что любое графическое изображение инженерной сети, не привязанное к кодировке узлов и участков, не позволяет решать ни одной полезной для эксплуатации сетей задачи.

Узлы! Как много в этом звуке...

Описание узлов инженерной сети базируется на технологической классификации узлов, которая зависит от вида ИК (Например, в тепловых сетях могут быть выделены следующие типы узлов: тепловые источники, камеры, насосные станции, потребители, глухие врезки и заглушки). При этом даже в рамках одного вида ИК можно наблюдать существенные различия при классификации узлов, обусловленные сложившейся практикой эксплуатации. Так или иначе, каждой вершине графа сети может быть поставлен в соответствие некий технологический тип узла, который, в свою очередь, и определит практически все его свойства как объекта сети.

В частности, технологический тип узла определит и его графическое изображение. Могут существовать различные подходы к описанию изображений узла (по-видимому, наиболее гибко это реализовано в продукте фирмы Intergraph - FRAMME). В CityCom реализован следующий подход: изображение узла есть геометрическая фигура одного из 3-х типов: точечный объект (положение фигуры задается координатами одной точки, например - точка, стрелка, ортогональный трубопроводу штрих и т.д.), объект типа "окружность" (положение фигуры задается координатами центра и радиусом, например - круг, окружность, правильный многоугольник, кольцо и т.д.), либо объект типа "параллелограмм" (положение фигуры задается координатами трех точек, например - параллелограмм, треугольник). Технологический тип узла определяет способ изображения и цвет границы, заливку, размеры точек и т.д. Пользователь может легко изменить геометрические свойства узлов в процессе ввода и/или корректировки информации.

Каждый узел должен иметь уникальное пользовательское наименование (во всяком случае, уникальное в пределах своего технологического типа), которое, как правило, отображается на схеме инженерной сети. Вопросы корректной пользовательской кодировки узлов зачастую болезненны для эксплуатирующего предприятия, но, тем не менее, они должны быть решены до начала массового ввода информации по инженерной сети.

Существуют различные принципы кодировки узлов, позволяющие привязать наименования узлов к именам планшетов, кварталов и т.д. Очень часто на схеме инженерной сети следует подписывать не полное наименование, а только его часть. Например, если колодцы нумеруются в пределах планшета, то полное имя колодца - "К.<имя планшета>.<номер колодца на планшете>", в то время как на схеме достаточно подписать "К.<номер колодца>".

Участки - это просто. Но не совсем...

Участки инженерной сети изображаются ломаными линиями. Стиль такой линии обусловлен технологическим типом изображаемого участка (например, магистрали - жирные линии, уличные сети - тонкие линии, внутриквартальные - штриховые линии). Цвет часто имеет смысл зарезервировать как "степень свободы" для графических выделений и отображения результатов решения ряда технологических и эксплуатационных задач.

Авторы видят только два "тонких" момента, связанных с изображением участков.

Первый - это правила сопряжения изображений участков с изображениями узлов, являющимися площадными объектами. Авторы придерживаются следующего, оправдавшего себя на практике, подхода: изображение участков всегда обрывается на границе узла, а изображение сети внутри узла строится на основе специального описания внутренней структуры узла. Такой подход позволяет обеспечить "читаемость" сети, но приводит к неточностям при графическом определении длин участков. Этот недостаток легко поправим, поскольку в исполнительной документации имеются точные длины участков, которые вводятся в паспорт участка.

Внутренняя структура узлов и ее графическое отображение не обсуждаются здесь ввиду ограниченности объема статьи, но авторы хотели бы подчеркнуть, что это - ключевой вопрос для решения большинства прикладных задач.

Вторая проблема изображения участков связана с размещением надписей параметров участков (диаметры, материалы труб, расходы воды и т.д.). Эти надписи есть функции значений вводимых и вычисляемых полей базы данных, и, следовательно, при изменении значений этих полей должны автоматически обновляться. Для этого каждому типу надписей ставится в соответствие запрос к базе данных, результат выполнения которого помещается в заранее определенное пользователем место на схеме.

Обменный формат для ИК - попробуем договориться...

В предыдущей публикации (см. ИБ N1(8) за 1997 г.) мы уже писали о том, что создание единой муниципальной ГИС является задачей несомненно правильной, но крайне трудно осуществимой на практике. Мы с большим уважением относимся к мнению нашего коллеги С.В.Косякова из ИГТ ИГЭУ (ИБ N2(9) за 1997 г.), и полностью разделяем его точку зрения на то, как правильно строить подобные ГИС на основе SQL-серверов и SQL-запросов. Однако, надеясь быть верно понятыми, еще раз повторимся: создание и эксплуатация единой системы даже в рамках одного предприятия часто связаны с рядом непреодолимых организационных сложностей. (Примеров тому огромное множество, и их обсуждение - предмет отдельных отраслевых изданий). Поэтому простейшим на данный момент и эффективным решением является развитие обменных форматов, сохраняющих взаимосвязь графической и атрибутивной информации.

Указанные выше принципы графического представления ИК позволяют сформулировать требования к обменному формату, который бы позволял без потерь переносить информацию из одной ГИС в другую. Этот формат должен содержать, как минимум, следующие таблицы:

1) Таблица узлов (номер узла, пользовательское имя узла, технологический тип узла);
2) Таблица участков (номер участка, номер узла, номер смежного узла, номер параллельной ветви);
3) Таблица координат, задающих расположение узла (номер узла, от 2 до 6 координат);
4) Таблица координат надписей узлов (номер узла, координаты начала надписи и высота либо иное задание - в зависимости от применяемых шрифтов);
5) Таблица координат, задающих расположение участков (номер участка, координаты вершин ломаной);
6) Таблица технологических надписей участков (номер участка, тип запроса, координаты начала и высота надписи).

Перечисленные здесь требования к обменному формату являются, на наш взгляд, ключевыми. Частности, как то: таблицы символьной кодировки, разделители полей, и т.д. и т.п. - принципиального значения не имеют, о них легко договориться. Предлагаем разработчикам AM/FM-приложений, поддерживающим идею унификации обменных форматов и готовых придерживаться принципов, изложенных выше, связаться с авторами статьи на предмет инициирования каких-то согласованных действий в этом направлении. Надеемся, наш призыв будет услышан.