Организация баз данных авто- и железнодорожных сетей с использованием метода системы линейных ссылок (СЛС)
Общим в авто- и железнодорожной тематике является то, что присутствует однозначно геометрически и топологически определяемый сегмент данных — линейные сети. Линейные сети — это гораздо более точно географически определяемые объекты, чем, например массивы площадных лесов, гидрография, населенные пункты и др. примеры общей географии. Точность определения линейных сетей авто- и железнодорожной тематики проистекает из вполне понятного факта: это рукотворные объекты строительства, причем с весьма высокими требованиями по качеству геодезических работ, лежащих в основе их пространственного описания. Топология сетей также абсолютно четко определена, и более того, ежедневно используется миллионами людей в своих транспортных перемещениях, следовательно, не может быть не изучена.
Во-вторых, как и любые ГИС общего назначения, система для автоматизации автодорожного и железнодорожного хозяйств также содержит три классические компоненты: данные, методы анализа и UI (user interface) — пользовательский интерфейс, или говоря в общем — методику взаимодействия человека и компьютера.
Принимая общность концепции, приходится отметить, что собственно природа данных (линейные сети), и что еще важнее, характер задач отрасли, диктуют использование несколько отличных от общегеографических и обще-ГИСовских методик хранения данных, геоинформационного анализа и взаимодействия с пользователем.
Прежде всего, просматривается одно существенное преимущество при описании дорожной инфраструктуры. В нее, в эту инфраструктуру, всегда входит высокоточный географический объект, полотно авто- или железной дороги. Таким образом, есть уже готовая система координат, где одна из осей не математически абстрактна (как X,Y или Lon, Lat), а абсолютно физична и доступна. На протяжении всей истории цивилизации, с момента появления дорог, мы используем так или иначе определяемые «версты» или, если вам угодно, «майлстоуны» для определения себя в пути.
Таким же образом, решая задачи учета разнообразного имущества авто- и железнодорожного хозяйства, рационально не определять абсолютные координаты объектов (в виде X,Y или Lon,Lat), а использовать относительные координаты в привязке к линейной сети.
Рациональность этого утверждения опирается на то, что прямо или косвенно каждый объект учета в ГИС требует пространственного определения. Вне зависимости от методов, стоимость определения двух координат выше, и к тому же (теперь уже в зависимости от метода) может приводить к неоднозначностям по точности определения.
Представим себе два указателя (знака, таблички…, чего угодно), стоящие по обе стороны полотна. С точки зрения географического описания, разница между объектами в абсолютных координатах составляет, к примеру, 7 метров (ширина дороги). С картографической точки зрения обычных ГИС 7 метров весьма малая величина, для адекватного описания требующая очень подробного (крупномасштабного) картографического материала. Кто может себе это позволить, в масштабах, например, страны или даже области? В результате традиционного пространственного кодирования весьма легко перепутать объекты, которые на практике имеют совершенно разные свойства: первая табличка указывает километраж «туда», другая же «оттуда».
Еще понятнее становится невозможность использования прямоугольных координат для указания быстроменяющихся или случайных событий. К первым легко отнести различные реконструкции, смену покрытия полотна или замену рельс, ко вторым — различные происшествия: ДТП, аварии оборудования.
Трудно себе представить сообщение типа:«Произошла авария по Х=5316778.73; Y=5580779.61».
Это фактор UI, иначе говоря — пользовательских методик взаимодействия, по которым сейчас, да и в обозримом будущем, такое сообщение будет неприемлемо. Как и практически все в UI — это человеческий фактор, ведь у человека на данный момент нет средства точного определения абсолютных координат в любой ситуации (Автор надеется, что никто не обвинит его в полном незнании GPS технологий, однако сравните реальное распространение приборов глобального позиционирования и, например, одометров в транспортных средствах, и вы поймете о чем речь).
Нормальным для отраслей, основными объектами которых являются линейные сети, является адресация объектов с использованием систем линейных ссылок (СЛС). В этом случае объект адресуется относительно базового элемента линейной сети указанием смещения, причем во вполне физических единицах, например в метрах. Таким образом, рассмотренное выше сообщение звучит так: «Произошла авария на 15 км+350 метров трассы Т-20-04 на участке Червоноград – Радехив».
В пользовательском интерфейсе программного обеспечения ГИС которая использует СЛС, наряду с обычными для географической информации способами отображения координат в географическом (Lon, Lat) или картографическом (X,Y различных проекций) видах, отображаются и линейные координаты курсора (рис. 1).
Рисунок 1. Отображение линейной адресации на основе СЛС в UI ГИС GeoMedia Professional
Одними из самых важных потребительских качеств геоинформационных систем являются различные виды анализа. Именно функциональность анализа проявляет основные преимущества компьютерных систем — делать быстро и качественно то, что принципиально сложно (или невозможно) вручную. Ни хранение, ни восприятие информации в графическом виде не является проблемой для человечества уже много веков. Проблемой по-прежнему является сама природа любой информации: количество информации лавинообразно растет, происходит все больше процессов взаимного влияния различных аспектов информации друг на друга и на человека и анализировать все это становиться все сложнее и сложнее.
Рассмотрим случай все той же авто- и железнодорожной тематики на примере классического для этого вида данных анализа — Динамической Сегментации (ДС).
Рисунок 2. Линейно протяженные объекты в ГИС
На картинке (рис. 2) изображен участок дороги слева и его геопространственная интерпретация справа. На дороге есть километровые указатели, показывающие кумулятивное линейное измерение дороги. Кроме этого, у дороги есть имя (название), в данном случае «Т-20-04» (Тернополь-Червоноград). Объектный состав изображенной ситуации: видимый участок дороги (красная линия на рисунках справа и слева) и участок ограждения (коричневая линия). Участок ограждения может быть определен в полевых условиях как расположенный вдоль дороги Т-20-04 от 2-го километра до 2.6 километра.
С классической геоинформационной точки зрения мы имеем три линейных объекта, каждый из которых имеет в атрибутах имя дороги и измерение начала и конца. Конечно же, оцифровать эти три объекта обычным способом без всякой СЛС и Динамической Сегментации несложно, но что вы будете делать, когда нужно будет отобразить на карте сотни и тысячи объектов и событий?
Динамическая сегментация — единственно возможный способ получения аналитических данных о линейных сетях и различных свойствах и событиях распределенных вдоль этих сетей в векторных ГИС системах. Всем, кто сомневается в этом, автор обычно предлагает решить простую задачку практически:
| шаг 1нарисуйте любой сегмент дороги в ГИС. |
|
| шаг 2теперь нарисуйте ситуацию, когда в ГИС необходимо учесть тот факт, что часть дороги имеет асфальтовое покрытие, а часть –– бетонное |
Обычно делят сегмент на две части и указывают значения свойства «Покрытие» для теперь уже двух сегментов |
| шаг 3теперь нарисуйте ремонт, который проходил в 2006 году в середине фрагмента |
Возникает первое затруднение. Нарисовать красную линию просто, но возникает понимание, что придется поделить сегмент еще раз, ибо в реляционной логике невозможна неоднозначность значений свойств в записи |
| шаг 4теперь нарисуйте распределение аварийных участков за 2006 год |
Затруднение перерастает в растерянность. Уже понятно, что затем последует просьба добавить аварийные участки за 2004, потом ремонты с 1999 по 2001 или любые другие параметры или события, происходящие на дороге. Традиционное векторное представление и реляционные понятия не справляются с произвольным характером задачи. Реляционная теория рассчитана на четко детерминированные понятия: класс (таблица), экземпляр (строка), свойство (столбец), значение (клетка). |
| шаг 5а теперь узнайте правильный ответ |
В
методике СЛС не требуется ситуативно изменять базовую геометрию линейной сети и разбивать или объединять ее. Базовая геометрия на то и базовая, что является самым стабильным объектом и цельным. Все свойства (в нашем примере: покрытия) или происшествия (ремонты, аварии) интерпретируются как события. Все что нужно, это спроецировать эти события на базовую геометрию только в момент анализа — динамической сегментации. |
Итак, суть Динамической Сегментации в том, чтобы в момент анализа налету строить сегменты на основе базовой геометрии и различных событий. Количество получаемых аналитических результатов неограниченно, т.е. в приложении к поставленной выше задачке, можно аналитически (пространственное пересечение) найти и ремонты за любой период и покрытия ремонтов, и аварийные участки с устаревшим ремонтом или… проще говоря: все возможные комбинации из свойств. Это важно понимать: Динамическая Сегментация позволяет работать с реляционными таблицами за пределами естественных ограничений реляционной теории.
Современные ГИС системы оперируют не просто географическими данными, а моделями данных. Для реализации ГИС в таких специфических отраслях, как авто- и железные дороги, трубопроводы, корпорацией Intergraph была разработана модель данных GeoTrans. Отличительной чертой GeoTrans является реляционная сущность модели данных, позволяющая развернуть ее в стандартных базах данных Access, MS SQL, Oracle. Концепция использования промышленных СУБД для геопространственных данных последовательно применяется в ГИС семейства GeoMedia корпорацией Intergraph с 1996 года и не требует никаких дополнительных продуктов-прослоек. Модель GeoTrans влючает в себя поддержку 6 типов СЛС, возможности Динамической Сегментации как в базовых продуктах ГИС GeoMedia, GeoMedia Professional так и в специализированных расширениях GeoMedia Transportation Manager, GeoMedia Transportation Analyst, серверных продуктах GeoMedia WebMap Professional. Ознакомится с архитектурными особенностями продуктов семейства GeoMedia, которые позволяют использовать Динамическую Сегментацию и другие методы геоинформационного анализа вживую, в динамике вы можете также и по материалам статьи «Технологии пайп в ГИС-продуктах семейства GeoMedia».
Опубликовано также на www.geomedia.com.ua
