Разработка методики и технологии создания системы электронных автодорожных карт на основе Базы разномасштабных данных :

Краткое описание

СОДЕРЖАНИЕ...2

ВВЕДЕНИЕ...4

1 ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИНТЕГРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ...12

1.1 Обзор отечественных и зарубежных систем, разработанных в дорожной отрасли...12

1.2 Теоретические и методологические основы системы электронных карт...22

1.3 Основные функции многоуровневой базы пространственных данных (БПД).. .30

1.4 Анализ моделей систем управления базами данных...38

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ • ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ГИС ПРИ СОЗДАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ...47

2.1 Классификация моделей цифровых пространственных данных...47

2.2 Методика создания электронных карт и подготовки карт к печати на основе интеграции издательских и геоинформационных технологий...56

2.3 Метод автоматизированного оформления электронных автодорожных карт с использованием линейной системы координат...70

2.4 Метод автоматизированного отбора населенных пунктов на основе топологической модели транспортной сети...79

2.5 Автоматизация оформления и обновления электронных автодорожных карт с использованием двуязычной базы данных географических названий...90

3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ АВТОДОРОЖНЫХ КАРТ В ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ГИС...101

3.1 Информационное обеспечение ГИС для дорожной отрасли (на примере ГИС «Автомобильные дороги Московской области»)...101

3.2 Технология создания электронных автодорожных карт в отраслевой ГИС ... 111

3.3 Создание пользовательского интерфейса системы электронных автодорожных карт...118

3.4 Подготовка карт к печати и разработка мультимедийной картографической информационно-справочной отраслевой системы...122

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБНОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

АВТОДОРОЖНЫХ КАРТ...128

4.1 Основные и дополнительные источники для создания информационного обеспечения многоуровневой модели БПД...129

4.2 Разработка методики топологического, геометрического и семантического согласования базовых уровней БПД...136

4.3 Обоснование и выбор функциональных средств ГИС для проведения автоматизированной генерализации БПД...146

4.4 Методика обновления электронных автодорожных карт на основе информационного обеспечения БПД...157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...166

ЛИТЕРАТУРА...169.

ПРИЛОЖЕНИЯ...183

Приложение 1 Реализация разработанной методики создания электронных

автодорожных карт на основе информационного обеспечения ГИС, разработанных

для территориальных дорожных управлений

Приложение 2 Применение разработанного метода автоматизированного отбора

населенных пунктов с использованием топологической модели транспортной сети

при создании Иллюстрированного Атласа России

Приложение 3 Примеры разработки интерфейса ГИС и картографических

информационно-справочных систем различного назначения
СОДЕРЖАНИЕ...2

ВВЕДЕНИЕ...4

1 ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИНТЕГРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ...12

1.1 Обзор отечественных и зарубежных систем, разработанных в дорожной отрасли...12

1.2 Теоретические и методологические основы системы электронных карт...22

1.3 Основные функции многоуровневой базы пространственных данных (БПД).. .30

1.4 Анализ моделей систем управления базами данных...38

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ • ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ГИС ПРИ СОЗДАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ...47

2.1 Классификация моделей цифровых пространственных данных...47

2.2 Методика создания электронных карт и подготовки карт к печати на основе интеграции издательских и геоинформационных технологий...56

2.3 Метод автоматизированного оформления электронных автодорожных карт с использованием линейной системы координат...70

2.4 Метод автоматизированного отбора населенных пунктов на основе топологической модели транспортной сети...79

2.5 Автоматизация оформления и обновления электронных автодорожных карт с использованием двуязычной базы данных географических названий...90

3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ АВТОДОРОЖНЫХ КАРТ В ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ГИС...101

3.1 Информационное обеспечение ГИС для дорожной отрасли (на примере ГИС «Автомобильные дороги Московской области»)...101

3.2 Технология создания электронных автодорожных карт в отраслевой ГИС ... 111

3.3 Создание пользовательского интерфейса системы электронных автодорожных карт...118

3.4 Подготовка карт к печати и разработка мультимедийной картографической информационно-справочной отраслевой системы...122

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБНОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

АВТОДОРОЖНЫХ КАРТ...128

4.1 Основные и дополнительные источники для создания информационного обеспечения многоуровневой модели БПД...129

4.2 Разработка методики топологического, геометрического и семантического согласования базовых уровней БПД...136

4.3 Обоснование и выбор функциональных средств ГИС для проведения автоматизированной генерализации БПД...146

4.4 Методика обновления электронных автодорожных карт на основе информационного обеспечения БПД...157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...166

ЛИТЕРАТУРА...169.

ПРИЛОЖЕНИЯ...183

Приложение 1 Реализация разработанной методики создания электронных

автодорожных карт на основе информационного обеспечения ГИС, разработанных

для территориальных дорожных управлений

Приложение 2 Применение разработанного метода автоматизированного отбора

населенных пунктов с использованием топологической модели транспортной сети

при создании Иллюстрированного Атласа России

Приложение 3 Примеры разработки интерфейса ГИС и картографических

информационно-справочных систем различного назначения
СОДЕРЖАНИЕ...2

ВВЕДЕНИЕ...4

1 ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИНТЕГРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ...12

1.1 Обзор отечественных и зарубежных систем, разработанных в дорожной отрасли...12

1.2 Теоретические и методологические основы системы электронных карт...22

1.3 Основные функции многоуровневой базы пространственных данных (БПД).. .30

1.4 Анализ моделей систем управления базами данных...38

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ • ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ГИС ПРИ СОЗДАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ...47

2.1 Классификация моделей цифровых пространственных данных...47

2.2 Методика создания электронных карт и подготовки карт к печати на основе интеграции издательских и геоинформационных технологий...56

2.3 Метод автоматизированного оформления электронных автодорожных карт с использованием линейной системы координат...70

2.4 Метод автоматизированного отбора населенных пунктов на основе топологической модели транспортной сети...79

2.5 Автоматизация оформления и обновления электронных автодорожных карт с использованием двуязычной базы данных географических названий...90

3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ АВТОДОРОЖНЫХ КАРТ В ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ГИС...101

3.1 Информационное обеспечение ГИС для дорожной отрасли (на примере ГИС «Автомобильные дороги Московской области»)...101

3.2 Технология создания электронных автодорожных карт в отраслевой ГИС ... 111

3.3 Создание пользовательского интерфейса системы электронных автодорожных карт...118

3.4 Подготовка карт к печати и разработка мультимедийной картографической информационно-справочной отраслевой системы...122

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБНОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

АВТОДОРОЖНЫХ КАРТ...128

4.1 Основные и дополнительные источники для создания информационного обеспечения многоуровневой модели БПД...129

4.2 Разработка методики топологического, геометрического и семантического согласования базовых уровней БПД...136

4.3 Обоснование и выбор функциональных средств ГИС для проведения автоматизированной генерализации БПД...146

4.4 Методика обновления электронных автодорожных карт на основе информационного обеспечения БПД...157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...166

ЛИТЕРАТУРА...169.

ПРИЛОЖЕНИЯ...183

Приложение 1 Реализация разработанной методики создания электронных

автодорожных карт на основе информационного обеспечения ГИС, разработанных

для территориальных дорожных управлений

Приложение 2 Применение разработанного метода автоматизированного отбора

населенных пунктов с использованием топологической модели транспортной сети

при создании Иллюстрированного Атласа России

Приложение 3 Примеры разработки интерфейса ГИС и картографических

информационно-справочных систем различного назначения
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Одной из особенностей дорожной отрасли по сравнению с другими областями экономики является то, что ее основные объекты (автомобильные и городские дороги) являются сложными линейно-протяженными инженерными сооружениями с ярко выраженной географической природой [119].-В связи с. этим отображение автомобильных дорог должно представляться в картографическом виде на топографической основе. Вместе с тем, для хранения описательной информации по автомобильным дорогам и объектам дорожной инфраструктуры широко используются отраслевые банки данных. Поэтому среди различных видов компьютерных технологий при информатизации дорожной отрасли наиболее эффективно применение геоинформационных систем (ГИС), предназначенных как для обработки и анализа пространственных данных, так и управления данными и хранения их атрибутивных характеристик.

Хотя разработчиками отраслевых систем накоплен определенный опыт создания банков данных об автомобильных дорогах и объектах .дорожной инфраструктуры, в автодорожной отрасли на сегодня нет единого подхода, обеспечивающего учет состояния автомобильных дорог на разных территориях на основе общих стандартов и подходов. Для управления данными и их отображения используются как коммерческие ГИС, так и внутренние отраслевые разработки, при этом лишь в некоторых отраслевых информационных системах применяются пространственные данные на основе развитой картографической визуализации.

Помимо задач информационного обеспечения дорожной отрасли, автодорожные карты являются одним из активно развивающихся видов электронных карт в связи с потребностями автомобильных навигационных систем. Рынок систем навигации и навигационных услуг в России сдерживается из-за ограничения доступа к данным [34], что связано не только с режимом секретности, но и с отсутствием качественных автодорожных карт. Актуальные

электронные карты отсутствуют даже на территорию наиболее заселенной Европейской части Российской Федерации, что связано не с быстрым темпом строительства дорог, а с медленным обновлением картографической основы [28]. Качественная навигационная картографическая основа даст мощный стимул для развития отечественных производителей навигационной аппаратуры и систем навигации. Кроме того, поскольку одной из задач развития автотранспортного комплекса является вхождение России в мировые интеграционные процессы в области навигационных технологий, то создание электронных автодорожных карт для международного использования позволит обеспечить потребности рынка и повысить конкурентоспособность отечественных предприятий.

Помимо качества электронных карт, при использовании современных типов цифровой пространственной информации (ДЗЗ, GPS-съемки, глобальных банков рельефа) требуется оптимизация организационно-технологических особенностей их подготовки. Таким образом, возникает необходимость разработки методов и технологий создания электронных автодорожных карт с учетом требований современных высокотехнологичных источников данных и специфики дорожной отрасли. Поэтому целью данной диссертационной работы является разработка методики создания электронных автодорожных карт на основе базы разномасштабных данных в рамках единой технологии ввода, обработки, оформления и обновления пространственной информации. Для реализации поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

1. Обобщить отечественный и зарубежный опыт разработки информационных транспортных систем и их картографическое обеспечение с учетом анализа современных теоретических концепций и методологических подходов;

2. Разработать требования, предъявляемые к пространственным данным в отраслевых информационных дорожных системах и обосновать их картографическое обеспечение;

3. Разработать методику и технологию создания электронных карт и подготовки карт к изданию на основе интеграции издательских и

геоинформационных технологий в рамках единого программно-аппаратного комплекса с учетом требований и специфики дорожной отрасли;

4. Разработать методы автоматизации и оптимизации обработки цифровых пространственных данных для создания электронных автодорожных карт на основе ГИС-технологий и геоинформационных моделей данных;

5. Разработать методику обновления электронных автодорожных карт на основе базы разномасштабных пространственных данных с использованием современных высокотехнологичных источников - цифровых космических изображений и детальных спутниковых GPS-съемок дорожной сети.

Объектом исследования является система электронных автодорожных карт различных масштабов и пространственного охвата. Предмет исследования -методы и технология создания базового и специализированного-картографического обеспечения проблемно-ориентированной автодорожной ГИС. Сюда относятся: цифровая топографическая основа разных масштабов (1: 200 000, 1: 500 000, 1: 1 000 000); специальные съемочные данные, полученные по результатам высокоточных полевых GPS-измерений дорожной сети Московской области; а также информация, имеющая важное значение для электронной картографии: базы данных географических названий, космические изображения высокого разрешения, результаты глобальной спутниковой съемки рельефа.

Методы исследования, используемые в диссертации, опираются на теоретические и методологические основы геоинформационного картографирования, отраженные в трудах отечественных (А.И.Мартыненко, А.А.Лютый, С.Н.Сербенюк, А.М.Берлянт, Л.М.Бугаевский, А.Г.Иванов и др.) и зарубежных ученых (T.Kilpelainen, L.Sarjakoski, S.Spaccapietra, B.Bedard, L.Harrie, M.Sester и др).

Средства исследований, примененные в диссертационной работе, опираются на современные информационные и телекоммуникационные технологии. В работе автором применялось более 10 программных продуктов, разработанных как в России (GeoDraw/GeoGraph, MapEdit, EasyTrace), так и за

6

рубежом (ArcGIS 9.0, ArcView 3.2, Maplnfo 6.5, ENVI 3.4, Adobe Acrobat 6.0, Adobe Illustrator 10.0, Freehand 8.0, QuarkXpress 4.0, Microsoft Visio), а также программирование на языках MapBasic и Avenue.

Научная новизна работы состоит в комплексном подходе, разработанном на основе единой технологии ввода, обработки, оформления и обновления пространственной информации при создании электронных автодорожных карт. На защиту выносятся:

• Методика создания электронных автодорожных карт и подготовки карт к печати на основе интеграции издательских и геоинформационных технологий в рамках единого программно-аппаратного комплекса; *

• Методы автоматизации и оптимизации обработки цифровых пространственных данных при создании электронных автодорожных карт на основе ГИС-технологий и геоинформационных моделей данных;

• Технология создания системы электронных карт в проблемно-ориентированной автодорожной ГИС на основе . разномасштабной картографической информации;

• Методика обновления электронных автодорожных карт с использованием GPS-съемки дорожной сети и космических изображений высокого разрешения.

В первой главе диссертационной работы проведена систематизация существующих информационных систем дорожной Отрасли, с точки зрения их картографического обеспечения и анализ методов интеграции пространственной информации. Дорожные сети, как класс инженерных сетей, имеют большую протяженность и разветвленность, разный характер покрытия и степень развитости объектов дорожной инфраструктуры. Таким образом, картографическое обеспечение является важной частью общего информационного обеспечения дорожной отрасли.

Анализ отечественных и зарубежных разработок показывает, что существует несколько подходов к интеграции пространственной информации: на основе системы электронных карт и на основе многоуровневой модели базы

7

разномасштабных данных. Первый подход отражен в разработанной в нашей стране Системе электронных карт (Мартыненко, • 2002) и заключается в переходе от отдельных электронных карт (ЭК) к информационной системе, состоящей из совокупности ЭК, объединенных общим замыслом. Второй подход основан на множественном (разномасштабном) представлении одного и того же цифрового объекта в единой базе пространственных данных.

Во второй главе представлена разработанная автором методика создания электронных автодорожных карт на основе интеграции издательских (НИС) и геоинформационных (ГИС) технологий. Там же рассматриваются используемые в' методике преимущества ГИС-технологий и геоинформационных моделей данных при обработке пространственной информации на основе разработанных методов.

В третьей главе рассматриваются практические задачи картографического обеспечения информационных систем дорожной отрасли, многоцелевая функциональная направленность которых требует комплексного подхода. В результате при подготовке картографического обеспечения ГИС «Автомобильные дороги Московской области» создана система электронных автодорожных карт, подготовлена к изданию карта автомобильных дорог и разработана отраслевая картографическая информационно-справочная система для пользователей, не имеющих навыков работы с ГИС.

В четвертой главе разработана методика обновления электронных карт на-основе многоуровневой модели базы пространственных данных (БПД). Для реализации этой цели обоснован выбор дополнительного информационного обеспечения отраслевой ГИС. В качестве уровней .детальности многоуровневой модели БПД, в дополнение к исходной основе добавлены ЦТК обзорных масштабов. Для интеграции информации разработана методика согласования идентичных объектов, представленных на разных уровнях детальности. Кроме разработки связей, это позволяет повысить точность данных и выявить автоматизированным путем закономерности выполненной ранее вручную картографической генерализации.

Основные этапы исследования и их содержание показаны ниже.

8

Анализ и обобщение

разработок отечественных и зарубежных информационных систем дорожной отрасли

Обзор отечественных автодорожных ИС

Анализ современных теоретических концепций и

методологических подходов: Система электронных карт (СЭК); База разномасштабных данных

Обзор зарубежных автодорожных ИС (ИНТЕРНЕТ)

Разработка методов

автоматизации и оптимизации обработки пространственной информации в ГИС

Разработка методики создания электронных карт

и подготовки карт к печати на основе интеграции НИС и ГИС

в рамках единого программно-аппаратного комплекса

Метод автоматизированного оформления

электронных автодорожных карт на основе

линейной модели

Автоматизация оформления электронных автодорожных карт с

использованием двуязычной БД

географических названий

Метод автоматизированного отбора

населенных пунктов на основе

топологической модели

III

Гй*

I

Разработка электронных автодорожных карт в проблемно-ориентированной ГИС

«Автомобильные дороги Московской области»

ориентированной автодорожной ГИС

¦Е

»

Информационное обеспечение проблемно- _____ [технология создания электронных автодорожных карт а

отраслевой ГИС

-

Создание пользовательского интерфейса системы автодорожных электронных карт

Оформление и подготовка к изданию офисной карты «Автомобильные дороги Московской области»

Разработка мультимедийной картографической информационно-справочной отраслевой системы

Разработка методики обновления электронных автодорожных карт на основе многоуровневой модели БПД

Метод топологического, геометрического

и семантического согласования базовых

уровней БПД

Исследование функциональных средств ГИС для проведения автоматизированной генерализации

Методика обновления электронных автодорожных карт

на основе разномасштабного информационного

обеспечения БПД

Основные и дополнительные

источники для разработки многоуровневой модели БПД

Рвлравотка

схемы создания

моделей

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались:

- на Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития картографии», посвященной 60-летию Картографического факультета Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), Москва, 27-28 мая 1996 г.;

- на I Всероссийской научной конференции по картографии «Картография на рубеже тысячелетий», Москва, 7-10 октября 1997 г.;

- на Международной научно-технической конференции, посвященной 220-летию со дня основания Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), Москва, 24-27 мая 1999 г.;

- на IV Всероссийской конференции «Геоинформатика и образование», Москва, РАГС, 7-8 июня 2000 г.;

- на XX Международной картографической конференции ICA (International Cartographic Association), Китай, Пекин, 10-16 августа 2001 г.;

- на Международной конференции ИНТЕРКАРТО 8 «ГИС для устойчивого развития территорий», Хельсинки — С.-Петербург, 30 мая-2 июня 2002 г.;

- на Международной конференции ИНТЕРКАРТО 9 «ГИС для устойчивого развития территорий», Украина, Севастополь, 25-29 июня 2003 г.;

- на Международной научно-технической конференции «Геодезия, картография, кадастр на службе России», посвященной 225-летию со дня основания Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), Москва, 24-27 мая 2004 г.;

- на Международной конференции ИНТЕРКАРТО 10 «ГИС для устойчивого развития территорий», Владивосток, 12-19 июля 2004 г;

- на XXII Международной картографической конференции ICA, Испания, Ла Корунья, 9-16 июля 2005 г.;

- на Международной конференции ИНТЕРКАРТО 11 «ГИС для устойчивого развития территорий», Ставрополь, 25-27 сентября 2005 г.

Автор также принимал участие в научных исследованиях, выполненных при

поддержке РФФИ, результаты которых использовались в данной работе:

10

• Моделирование картографического дизайна при компьютерном создании фундаментальных произведений с использованием ГИС (проект 99-05-65087);

• Программно-аппаратный комплекс моделирования и аналитической обработки рельефа для Интернет-картографирования (проект 02-05-64337).

Результаты проекта «Моделирование картографического дизайна при компьютерном создании фундаментальных произведений с использованием ГИС». положены в основу разработки предложенной методики создания электронных карт и подготовки их к печати (Главы 2 и 3).

Для проекта «Программно-аппаратный комплекс моделирования и аналитической обработки рельефа для Интернет-картографирования» автором создан экспериментальный прототип банка данных геоизображений рельефа. Кроме того, при участии автора разработана технологическая схема создания пространственных моделей местности (см. Приложение 3).

БЛАГОДАРНОСТИ

Работа выполнена на кафедре технологий издания карт и центра тематической картографии Картографического факультета МИИГАиК. Автор считает своим долгом выразить благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору А.И. Мартыненко и научному консультанту, доктору физико-математических наук, профессору К.Б. Шингаревой. Автор также благодарит заведующего кафедрой доцента С.К. Бескова, декана КФ МИИГАиК профессора Т.П. Нырцову, доцента кафедры физической географии и геоэкологии МГПУ кандидата технических наук Л.А. Фокину и выражает глубокую признательность всем сотрудникам кафедры и центра тематической картографии, в особенности С.А. Коробцову, за содействие и ценные советы в процессе разработки темы, а также MB. Дьяконову, С.Н. Мишиной, Т.Б. Пахомовой, С. Градсковой и О. Пилипенко за помощь при подготовке рукописи.

Автор благодарен Центру геоинформационных исследований ИГ РАН под руководством кандидата технических наук Н.Н. Казанцева за предоставление в пользование программного обеспечения GeoDraw/GeoGraph и модуля динамической сегментации, и выражает искреннюю признательность ведущему специалисту Центра, кандидату технических наук М.Э. Флейс за поддержку и консультации.

Автор также благодарит ООО ДАТА+ за предоставление на время исследований для тестирования программы и модулей ArcGIS 9.0 (лицензия ArcEditor), которые были использованы в данной работе при выборе функциональных средств ГИС для проведения автоматизированной картофафической генерализации, а также при обосновании организационно-технологического обеспечения для создания пространственных моделей местности.

Все используемые в диссертационном исследовании цифровые пространственные данные (ЦТК, базы данных, электронные карты, космические изображения, цифровые модели рельефа), являются собственностью ООО «Ассоциированный Картографический Центр» и любезно предоставлены для иллюстрации материала тех проектов, в которых автор принимал непосредственное участие в качестве руководителя группы ГИС-технологий.

11

ГЛАВА 1 ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИНТЕГРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

1.1 Обзор отечественных и зарубежных информационных систем, разработанных в дорожной отрасли

Внедрение компьютерных технологий в сферу проектирования, планирования и управления автомобильными дорогами приводит к необходимости пересмотра состава, структуры и форм представления информации об автомобильных дорогах. В процессе эксплуатации дорог перед дорожными управлениями встает целый ряд прикладных задач. Выделим из них задачи, основанные на использовании пространственных данных (см. рис. 1.1): инвентаризация, пространственное моделирование и анализ данных, подготовка отчетов и карт к печати.

Управление дорожной сетью

1

Инвентаризация, паспортизация и учет Пространственное моделирование Анализ и управление Информационное обеспечение

И пвентаризация дорог' и объектов дорожной инфраструктуры; Создание паспортов дорог; Учет материальных ресурсов. Создание топологии дорожной сети; Создание электронных карт и планов дорог'; Моделирование профилей. ¦-Топологические расчеты дорожной сети; Оптимизация транспортных потоков; Пространственные и атрибутивные запросы. i1 Формирование планов работ: Подготовка к печати карт и атласов; Генерация отчетов.

Рис. 1.1 Задачи управления дорожной сетью, связанные с пространственными

данными, по [ 116]

12

Задачи инвентаризации являются базовыми в управлении дорожными сетями. Основной целью инвентаризации [16, 17] является точное определение наличия объектов, участков дороги; их уникальная идентификация. Другой задачей 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 большую протяженность, поэтому картографическое обеспечение дорожной отрасли имеет свою специфику.

Определим требования к картографической информации, в зависимости от задач управления:

• Инвентаризация: высокоточные крупномасштабные карты и планы для создания паспортов дорог и учета ресурсов;

• Пространственный анализ: электронные карты различных масштабов на основе корректной топологической линейно-узловой структуры, специальные базы атрибутивных данных для поиска оптимальных маршрутов и оптимизации транспортных потоков;

•Пространственное моделирование: электронные тематические карты, цифровые модели местности, аэрокосмические изображения среднего и высокого разрешения для построения вертикальных профилей дорог и трехмерных моделей местности;

•Подготовка отчетов и карт к печати: электронные библиотеки условных знаков, банки геоизображений и графических иллюстраций, фото и видеоматерилов.

Для анализа картографического обеспечения существующих систем дорожной отрасли, рассмотрим наиболее известные. В таблице 1 показаны разработки информационных систем [29, 55, 73, 111,116].

13

Табл.1

Информационные системы автодорожной отрасли

Наименование Год Разработчик Картографическая визуализация

«Паспорт дороги», «В оро нежупр дор » 1998 ОАО «Терра», г. Воронеж —*

ГИС «Автомобильные дороги Приморья» 1999 г. Владивосток ГИС на основе формата Ф1М

Информационная система ТУ АД НСО Атлас автодорог Новосибирской области 1999 Территориальное управление автомобильных дорог Новосибирской области ГИС Arclnfo и ArcView3.1

ГИС-проекты МАДИ по инвентаризации автодорог, в том числе Московской области 2000 МАДИ (ТУ), г. Москва ГИС Maplnfo, ArcView3.1

ГИС «Автодороги Амурской области», Атлас автодорог Амурской области 1998 ООО «АКЦ», ООО «ГЕОГРАКОМ», г. Москва GeoDraw/GeoGraph 1.5

ГИС «Автодороги Московской области», Атлас и карта автодорог Московской области 1999-2000 ООО «АКЦ», ИГ РАН, г. Москва ООО «АКЦ» GeoDraw/GeoGraph 1.5

Indorlnfo/Road 2003 ООО «ИндорСофт», г. Томск Indor-GIS

В комплексной автоматизированной системе управления «Терра»,

разработанной ОАО «ТЕРРА» [73], предложена продуманная и детальная структура базы данных, что дало толчок для разработок отраслевых дорожных систем в других регионах страны. Поэтому остановимся подробнее на характеристике этой системы, несмотря на отсутствие средств картографической визуализации в этой разработке. Информационное содержание системы хранится в БД «Терра», реализованной в СУБД Oracle 8i (Oracle Corporation ™) на основе объектно-ориентированного подхода, что обеспечивает:

• открытость, масштабируемость и многоплатформенность;

• возможность работы с большими распределенными системами типа «клиент-сервер»;

14

• хранение большого объема информации;

• поддержку целостности распределенной базы данных при корректировке и администрирование информации с ограничением несанкционированного доступа к данным;

К недостаткам данной системы можно отнести:

1. БД имеет сложную структуру, затрудняющую ее использование в качестве базовой при создании отраслевой информационной системы;

2. Система не ориентирована на интеграцию с ГИС, в связи с чем для поддержки картографических данных требуется разработка специальных средств.

Примером реализации системы с поддержкой развитой картографической визуализации является информационная система Территориального управления автомобильных дорог Новосибирской области (ТУАД НСО), по результатам которой разработан Атлас Автомобильных дорог. В основу этой системы положена БД «Терра», структура которой была доработана и детализирована, с возможностью поддержки Internet/Intranet. В качестве средства для хранения и обработки данных принята СУБД DB2. Семантическая информация ГИС и часть атрибутивной информации реализована на основе продуктов ESRI Arc/Info и ArcView GIS. Разработанная ГИС-компонента позволяет представлять различную статистическую информацию о сети автомобильных дорог, а также решать транспортные задачи на начальном уровне [55].

Информационные ресурсы в управлении дорожной отраслью Приморского края представляют собой корпоративный информационный банк данных [29], основными задачами которого являются: .

• Обеспечение достоверной информацией краевой администрации и федеральной дорожной службы для долгосрочного планирования работ и направления инвестиций в дорожное строительство, а также для принятия решений о финансировании строительства, реконструкции, усовершенствования определенных участков автомобильных дорог.

15

• Обеспечение инженерной информацией для повседневной работы дорожных служб, выполняющих функции обеспечения безопасности дорожного движения, содержания дорог и ремонтных работ.

• Обеспечение объективной информацией пользователей дорог путем создания схем автомобильных дорог, атласов, карт, в том числе электронных.

Таким образом, визуализация информации для специалистов-дорожников представляется не в числовом, а в удобном для пользователей графическом виде. Картографическая основа - 50 000 масштаба, графический формат данных ГИС Ф1М. Имеется интерфейс для возможной в будущем передачи данных в Arclnfo. По государственным и муниципальным дорогам проделана большая работа по созданию связного графа, т.е. для каждой дороги определены точки начала-конца дороги, а также точки примыкания и пересечения с другими дорогами. Реализована привязка линейного километража к двумерным координатам. Все это позволило к настоящему времени реализовать ГИС-компоненту, обеспечивающую полный набор функций по работе с электронной картой края, цифровыми описаниями дорог и иных графических объектов (послойная визуализация, масштабирование, поиск, указание, взаимодействие с семантическими базами данных). В автоматическом режиме подключаются базы данных, содержащие сведения о покрытии и состоянии дорог, характеристиках искусственных сооружений.

Информационные системы автомобильных дорог Московского государственного автомобильно-дорожного института [111, 112], разработаны на кафедре изысканий и проектирования дорог. На основе имеющейся информации об эксплуатации автоматизированных систем выделены основные требования к информационной системе автомобильных дорог:

• достоверно и с соответствующей масштабу точностью и полнотой отображать современное состояние инженерных сооружений; •

• обеспечивать определение координат (как географических, так и линейных)

16

объектов с необходимой точностью;

• информационные слои ГИС должны быть согласованы по содержанию, 0 системе классификации и кодирования, форматам и структурам представления;

• информационное содержание системы должно позволять автоматизировать выполнение основных работ по созданию и ведению баз данных по дорогам;

• показывать положение дорог;

• показывать положение объектов инфраструктуры относительно дорожной сети;

• создавать карты дорожной сети на бумажных носителях и т.п. Разработчиками отмечено, что создание реально работающей

информационной системы автомобильных дорог требует радикального пересмотра сложившихся технологических схем принятия решений,' их информационного обеспечения. Основное направление изменений — повышение точности, объективности и достоверности информации.

Основные функции информационной системы автомобильных дорог /» Indorlnfo/Road [115, 116] заключаются в оперативном обеспечении персонала

сведениями, необходимыми в процессе эксплуатации, в ведении и анализе данных о состоянии автомобильных дорог и инженерных сооружениях на них, а также в автоматическом создании выходных форм отчетности. Информационная система обеспечивает возможность ввода и хранения стандартизованных описаний объектов автомобильных дорог и инженерных сооружений, анализ текущего состояния дорожных сетей, оценку эффективности работы персонала, упрощение решения задачи развития дорог. Наиболее важными функциями информационной системы являются:

• Оперативное получение информации о дорогах и дорожных объектах.

• Отслеживание и выявление дефектов, регламентных и ремонтных работ с указанием сроков, результатов контрольных измерений и испытаний.

• Формирование основных видов отчетов, принятых в отрасли.

17

Список литературы