Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Информационные и математические методы, технологии и средства для решения прикладных задач управления инженерными сетями 10
1.1. Инженерная сеть как объект исследования 10
1.2. Алгебраические модели инженерных сетей 15
1.3. Анализ методов и алгоритмов моделирования потокораспределения в инженерных сетях 22
1.4. Основные положения по созданию специализированной ГИС ведения инженерных сетей 30
1.5. Анализ ГИС-технологий моделирования инженерных сетей 35
Выводы 40
ГЛАВА 2. Функциональное моделирование инженерных сетей 42
2.1. Принципы и процедуры построения моделей сложных систем 42
2.2. Объектно-ориентированная модель представления инженерной сети 44
Выводы 70
ГЛАВА 3. Методика и алгоритмы, используемые при решении задач оптимального управления инженерными сетями .., 71
3.1. Постановка задачи 71
3.2. Алгоритм составления уравнений трубопроводных участков 72
3.3. Алгоритм составления уравнений участков, представленных насосами 77
3.4. Алгоритм составления уравнений участков, представленных регуляторами 80
3.5. Программная реализация метода поузловой увязки расходов 84
3.6. Сравнение предложенной модификации алгоритма с первоначальным алгоритмом и другими 87
Выводы 96
ГЛАВА4. Пакет прикладных программ «водоканал» 97
4.1. Общая характеристика .;; 97
4.2. Архитектура пакета прикладных программ «Водоканал» 97
4.3. Краткое описание отдельных АРМов ППП «Водоканал» . 99
4.3.1. АРМ «Гидро Про» 99
4.3.2. Модуль «Вектор Про» 103
4.3.3. АРМ «Скважины» 104
4.3.4. АРМ «Оборудование» 106
4.3.5. АРМ «Колодцы» и АРМ «Трубопроводы» 107
4.4. Результаты внедрения ППП «Водоканал» и технологии ведения инженерных сетей 109
4.5. Сравнение ППП «Водоканал» с другими подобными пакетами 111
Выводы 115
Заключение 117
- Анализ методов и алгоритмов моделирования потокораспределения в инженерных сетях
- Объектно-ориентированная модель представления инженерной сети
- Сравнение предложенной модификации алгоритма с первоначальным алгоритмом и другими
- Краткое описание отдельных АРМов ППП «Водоканал»
Введение к работе
Актуальность темы
Организации, занятые в процессе эксплуатации городских инженерных коммуникаций, сталкиваются с рядом довольно сложных проблем. К ним можно отнести отсутствие информации о территориальном расположении объектов подведомственной инженерной сети, а также отсутствие информации об объектах инженерных сетей, принадлежащих другим организациям. Эти сведения необходимы, прежде всего, для быстрой возможности локализации аварийных ситуаций и предотвращения дальнейшего их развития (повреждения чужих коммуникаций). Помимо ликвидации аварий организациям приходится решать множество других задач. Например: задачи учета, контроля и анализа состояния объектов; проектирования сетей и выбора оптимальных конфигураций и многое другое. В настоящее время качественное решение вышеперечисленных проблем без использования новых информационных технологий, к числу которых, несомненно, относятся геоинформационные технологии, представляется невозможным.
В последнее время геоинформатика развивается особенно интенсивно, объединяя в единое направление средства автоматизированного проектирования и картографирования, средства масштабного анализа, средства управления инженерными сетями и т.д.
Существует множество определений геоинформационных систем (ГИС) [51,54-55,92-95,115,121], но общая суть их сводится к тому, что под ГИС принято понимать информационную систему, способную манипулировать пространственно-координированными данными. Минимальный набор критериев, позволяющих однозначно идентифицировать каждую геоинформационную систему, образует «систему координат» трехмерного пространства, осями которой являются территориальный охват и, связанный с ним функционально, масштаб (или пространственное разрешение), предметная область информационного моделирования и проблемная ориентация [95].
Подробная классификация ГИС дается в [54]: «По территориальному охвату различают глобальные, или планетарные ГИС (Global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS). ГИС различают по предметной области информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) и т.п. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС (integrated GIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений в единой интегрированной среде. Полимасштабные или масштабно-
независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных или полимасштабных представлениях пространственных объектов, обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на.любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единого набора данных с наиболее пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal) оперируют пространственно-временными данными».
При всем многообразии операций, целей, областей информационного моделирования, проблемной ориентации и иных атрибутов для создаваемых и действующих ГИС, логически и организационно в них можно выделить несколько конструктивных блоков, называемых также модулями или подсистемами и.выполняющих вполне определенные функции:
создание атрибутивных и графических баз данных, описывающих объекты ГИС;
обработка баз данных, созданных в ГИС;
моделирование процессов функционирования (взаимодействия) объектов ГИС;
анализ состояния объектов ГИС.
В [104] приводится развернутая характеристика структуры ГИС, состоящей из четырех подсистем: управления, обработки, анализа и использования данных.
Решение последних двух задач требует разработки специальных методов и алгоритмов, существенно зависящих от специфики предметной области исследования.
В данной диссертационной работе рассматриваются проблемы создания прикладной ГИС, ориентированной на работу с водопроводными сетями. Водопроводные сети являются одним из подтипов инженерных сетей, разделяющихся по виду транспортируемого продукта. Работы по созданию таких систем нашли отражение в [9,16,17,43,74,98]. Вместе с тем остаются открытыми вопросы использования различных математических методов для выполнения инженерных расчетов. В работе [85] отмечается, что универсальных методов, удобных для решения любых задач, не существует. На практике для каждой конкретной задачи должен быть выбран тот метод, который в данном случае дает лучшую сходимость и достаточно прост в реализации. Практические исследования показали, что для водопроводных сетей такой задачей является гидравлический расчет.
Цель работы
Целью работы является создание геоинформационной системы управления моделью инженерной сети, усовершенствование уже имеющихся и
создание новых алгоритмов, предназначенных для оптимального управления инженерными коммуникациями.
Для достижения вышеуказанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
анализ структуры инженерной сети и выделение класса задач, решаемых в ходе ее эксплуатации;
исследование эффективности используемых методов и алгоритмов для решения задач учета, контроля и анализа состояния объектов, а также задач оптимального управления инженерной сетью;
разработка информационной модели инженерной сети на основе объектно-ориентированной методологии проектирования сложных систем;
разработка и реализация алгоритмов и процедур оптимизации режимов эксплуатации инженерных сетей;
разработка геоинформационной технологии поддержки эффективных режимов проектирования и эксплуатации инженерных сетей;
проведение экспериментальных исследований и внедрение результатов работы.
J--V г--
Методы исследования
Для решения вышеперечисленных задач используются системный анализ, методы объектно-ориентированного проектирования, теория баз данных, теория гидравлических сетей, математические методы трансцендентных уравнений и безусловной оптимизации функций, теория графов, теория и методы разработки программного обеспечения.
Научная новизна
Научной новизной в диссертационной работе обладают следующие результаты:
информационная модель инженерной сети, представленная в виде набора соответствующих диаграмм: классов, объектов, состояний и переходов, модулей;
введение расширенных функций сетевой алгебры для описания многоуровневого представления инженерных сетей;
методика расчета установившегося потокораспределения на основе модификации метода узловых давлений;
алгоритм расчета регуляторов в инженерной сети;
- геоинформационная технология поддержки эффективных режимов
проектирования и эксплуатации инженерной сети.
Практическая ценность и реализация результатов
диссертационной работы
Полученные результаты были использованы в виде моделей и алгоритмов при проектировании и разработке пакета прикладных программ «Водоканал» для эксплуатации городских водопроводных сетей.
Разработанный пакет представлен в виде совокупности модулей, имеющих достаточно универсальное представление, и может быть использован в ряде других служб эксплуатирующих инженерные коммуникации.
Пакет прикладных программ «Водоканал» в различной конфигурации внедрен на МП «Томскводоканал», УВКХ г. Ленинск-Кузнецкого, ОАО «КМК» (Кузнецком металлургическом комбинате г. Новокузнецка).
Апробация работы
Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:
Второй региональной научно-технической конференции студентов и молодых специалистов «Радиотехнические и информационные системы и устройства», г. Томск, 1997;
Международной конференции «ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий», г. Барнаул, 1998;
Третьем сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-98) «Решение задачи потокораспределения с помощью методов минимизации функций многих переменных», г. Новосибирск, 1998;
Всероссийском совещании-семинаре «Высокие технологии в региональной информатике», г. Воронеж, 1998;
Четвертой международной конференции «Теория и техника передачи, приема и обработки информации» («Новые информационные технологии»), г. Харьков, 1998;
Четвертой международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (СИБРЕСУРС-4—98), г. Барнаул, 1998;
Региональной научно-технической конференции студентов и молодых специалистов «Радиотехнические и информационные системы и устройства», г. Томск, 1999;
Application of the conversion research results for international cooperation. SIBCONVERS'99. The third international symposium proceedings, t. Tomsk, 1999;
Международной конференции «ГИС для" устойчивого развития территорий», ИНТЕРКАРТО-5, г. Якутск, 1999!
По результатам проведенных исследований опубликованы 16 печатных работ, приведенных в списке литературы [19-24,31-35,37,39-40,87,124].
Основные защищаемые положения:
разработанная объектно-ориентированная модель эксплуатации инженерной сети позволяет создать универсальную структуру пакета прикладных программ, адаптируемого для работы на предприятиях различного профиля, эксплуатирующих инженерные сети;
реализация многоуровневой топологии в модели инженерной сети и процедур сетевой алгебры позволяет оценить принципиальные возможности процессов транспортировки продукта в отдельных участках сети при различных условиях, а также рассчитать значения характеристик потоков (выполнение гидравлических расчетов), обеспечить тематическую раскраску схемы;
методика расчета установившегося потокораспределения и алгоритм расчета регуляторов ускоряют процесс гидравлического расчета водопроводной сети и позволяют производить расчеты сети с учетом регуляторов расхода и давления;
внедрения пакета прикладных программ «Водоканал» позволяют поднять эффективность работы производственного и технического отделов предприятий коммунального хозяйства.
Основное содержание работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений. Список литературы состоит из 124 наименований.
В первой главе содержится описание инженерных сетей как объектов исследования, приведены классификации инженерных сетей по различным признакам, выделены специфические особенности инженерных сетей, дана классификация задач, решаемых при эксплуатации сетей, показано взаимодействие различных инженерных сетей в структуре городского управления, представлено множественно-теоретическое описание сети, введены операции сетевой алгебры.
Особое внимание отводится описанию теории гидравлических расчетов и обзору геоинформационных технологий.
В конце главы приводится анализ методик и систем моделирования инженерных сетей с использованием ГИС технологий.
Вторая глава посвящена функциональному моделированию инженерных сетей, представлены принципы и средства построения моделей сложных систем, выделяются методологии проектирования систем, уделено внимание необходимости использования при проектировании CASE-средств, приводится объектно-ориентированная модель инженерной сети, в рамках которой выделены основные объекты инженерных сетей и их классы. С использованием различных диаграмм система представлена с точки зрения логической, физической структуры и статической семантики, приведены основные диаграммы классов, объектов, состояний и переходов, модулей.
В третьей главе приводятся описания алгоритмов, методов и методики, используемые при решении задач оптимального управления инженерными сетями. К ним относятся методика расчета потокораспределения в водопроводных трубах на основе метода узловых давлений, алгоритм расчета сетей с насосами, регуляторами давления и расхода. Данная методика позволяет учесть зависимость коэффициента сопротивления ветвей от длины, диаметра, шероховатости, коэффициентов местного сопротивления, числа Рей-нольдса и других параметров.
В конце главы представлен сравнительный анализ работы алгоритма расчета потокораспределения с уже имеющимися наиболее качественными алгоритмами, обладающими хорошей сходимостью.
Четвертая глава содержит описание общих характеристик разработанного пакета прикладных программ «Водоканал», приведена архитектура пакета, краткое описание модулей программ, входящих в его состав: АРМ (автоматизированное рабочее место) «Гидро_Про»; модуль «Вектор_Про»; АРМ «Скважины»; АРМ «Оборудование»; АРМ «Колодцы», АРМ «Трубопроводы». Далее приводится описание опытной эксплуатации ППП «Водоканал» на МП «Томскводоканал» и сравнение его с другими подобными пакетами.
Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору Ю.ГЪ Ехлакову, а также кандидату технических наук, доценту О.И. Жуковскому, под руководством которых проводилась работа.
Анализ методов и алгоритмов моделирования потокораспределения в инженерных сетях
Остановимся более подробно на задачах, решаемых в процессе управления трубопроводными (гидравлическими) сетями, это обусловлено практическим применением результатов диссертационной работы.
Вопросы математического описания и моделирования электротехнических и гидравлических систем имеют несомненную общность ряда исходных физико-математических положений.
Теория электрических цепей существует со второй четверти XIX века. Ее открывают работы Ома (1827 г.) [120], Кирхгофа (1847 г.) [114], Гельм-гольца (1853 г.) и Максвелла (1873 г.) [117]. Что же касается гидравлических систем, то работы обобщающего характера начали интенсивно проводится здесь лишь с появлением ЭВМ, хотя можно отметить более ранние публикации [62,81,89,98]. Потребность в обобщении имеющихся разработок и их распространении на другие типы систем стала осознаваться лишь с 30-х годов. Именно тогда стали вестись разработки различных аналоговых устройств в виде электрических и в меньшей степени гидравлических моделей [1,58,85]. Для моделирования водопроводных систем обычно применяли электрические аналоговые устройства, в которых сила тока и падение потенциала заменяют расход и потери напора в сети. В нашей стране аналоговые машины водопроводных расчетов (МАВР) были разработаны АКХ им. К.Д. Памфилова и, как правило, были предназначены для решения сравнительно узкого класса задач. Отметим характерные особенности аналоговых устройств [85]:
- высокое быстродействие (следует указать, что оно ограничено временем снятия показаний приборов, измеряющих значения физических величин);
- ограниченная точность измерения значений параметров; - узкая специализация (совмещение в одном устройстве возможностей решения различных задач приводит к созданию слишком громоздких систем);
- большие затраты ручного труда (входные параметры задачи приходится устанавливать вручную, анализ полученных результатов и их сравнение для различных вариантов также приходится выполнять вручную).
С появлением ЭВМ необходимость в систематизации известных и использовании новых методов, а также в различных обобщениях стала особенно острой и вызвала множество статей и монографий.
Так работа Кенига и Блекуэлла [48] посвящена «объединению в целях теоретического анализа и синтеза весьма различных по своим свойствам и назначению элементов (электрические машины, электронные, магнитные и другие носители, гидропреобразователи, гироскопы)», которое авторы основывают «не на применении известного метода аналогий, а на одной из ветвей топологии - теории графов». Авторы разбили все величины встречающиеся в описании вышеперечисленных элементов по способу их измерения, на две группы:
- «продольные» (параллельные) переменные (напряжения, перемещения, углы поворота, изменения давления и температуры), измерение которых требует одновременного подсоединения прибора в двух точках;
- «поперечные» (последовательные) переменные (ток, сила, момент, расход жидкости), которые можно измерить последовательным включением прибора с каждым из элементов системы.
Далее ими обобщаются законы Кирхгофа в виде двух следующих постулатов для контуров и вершин: сумма продольной переменной вдоль контура и сумма поперечной переменной в вершине равняются нулю.
Разработкой и применением математических методов и ЭВМ для моделирования электроэнергетических, трубопроводных и других систем сетевой структуры занимались и занимаются очень многие авторы. Однако большинство из них рассматривают либо формальную (математическую) сторону, либо сугубо отраслевой аспект. И в том и в другом случае имеет место ущерб как для самих исследований, так и для практики [69].
В отличие от аналоговых устройств характерными особенностями моделей, разработанных на ЭВМ, являются [85]: - универсальность (в принципе любую, сколь угодно сложную инженерную задачу можно с помощью методов вычислительной математики свести к последовательности арифметических и логических операций);
- автоматизм (машина может решать всю задачу без вмешательства человека).
Математическое моделирование всегда является приближенным, и степень его точности должна согласовываться с целями исследования или управления, количеством и качеством исходных данных, параметрами используемой ЭВМ. В связи с этим точность как физического, так и математического моделирования будет определяться в основном выбором для ее отображения и изучения одного из трех типов моделей [70]:
- с постоянными сосредоточенными параметрами, когда все технические характеристики узлов и ребер, а также граничные условия считаются константами, не зависящими от времени и пространственных координат;
- с переменными параметрами (являются функциями времени), когда хотя бы часть технических и гидравлических параметров или граничных условий задается в виде функций от искомых величин, так что их фактические значения являются переменными и определяются самим потокораспределением;
- с распределенными параметрами - в случае наиболее строгого описания совместного изменения гидравлических параметров вдоль элементов расчетной схемы.
На основании разделения параметров по типам в используемых моделях Меренковым [69-70] сформулирована и дана классификация теории гидравлических цепей (трубопроводных инженерных сетей) (рис. 1.14). Данная теория являлась базовой при построении модели инженерной сети и решения задач потокораспределения.
Основной задачей математического моделирования инженерных сетей является выполнение расчета потокораспределения [20]. Перед анализом математических методов расчета на ЭВМ стоит уделить внимание методам ручного расчета гидравлических систем, отличающихся друг от друга не столько областями приложения, сколько своей сущностью. Это обусловлено тем, что на первом этапе применения ЭВМ разработчики обращались в первую очередь уже к известным инженерным методам расчета. В дальнейшем выяснилось, что эти методы использовать непосредственно без переработки невозможно или нецелесообразно. При этом нельзя пренебрегать принципиальными преимуществами некоторых из них, не рассмотрев их математической сущности.
Объектно-ориентированная модель представления инженерной сети
В основе объектно-ориентированного проектирования (ООП) лежит объектный подход, который выражается следующими основными принципами:
- абстрагирование (выделение таких существенных характеристик объекта, которые отличают его от всех других объектов и четко определяют особенности данного объекта с точки зрения дальнейшего его рассмотрения);
- ограничение доступа (процесс защиты отдельных элементов объекта, не затрагивающих существенных характеристик объектов как целого);
- модульность (свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд тесно связанных модулей);
- иерархичность (ранжированная или упорядоченная система абстракций);
- типизация (ограничение, предъявляемое классу объектов, препятствующее взаимной замене различных классов и в большинстве случаев сильно сужающее возможность такой замены);
- параллелизм (свойство, отличающее активные объекты от не активных);
- устойчивость (свойство объектов существовать во времени и в пространстве).
ООП принципиально отличается от традиционного структурного проектирования. В основе его лежит иной подход к процессу декомпозиции, а получаемый программный продукт по архитектуре выходит за рамки традиционных представлений. Причина этого состоит в том, что структурное проектирование основано на структурном программировании, а в основе ООП лежит методология объектно-ориентированного программирования.
ООП основывается на моделях, которые реализует объектно-ориентированный анализ (ООА). ООА направлен на создание моделей, более близких к реальности, с использованием объектно-ориентированного подхода; это методология, при которой требования формируются на основе понятий классов и объектов, составляющих словарь предметной области.
ООП - методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления как логической и физической, так статистической и динамических моделей проектируемой системы [7].
Можно выделить ряд преимуществ объектного подхода:
- объектный подход позволяет в полной мере использовать возможности объектно-ориентированных языков программирования;
- использование объектного подхода существенно повышает качество разработки в целом и ее частей;
- при объектном подходе построение систем базируется на основе промежуточных описаний, что упрощает процесс внесения изменений;
- объектный подход уменьшает риск в разработке сложных систем.
Объектно-ориентированные модели проектирования отражают иерархию классов и объектов системы. Эти модели покрывают весь спектр важнейших конструкторских решений, которые необходимо рассматривать при разработке сложной системы. Общую структуру объектно-ориентированных моделей проектирования представляют в виде набора диаграмм [8]. Четырех основных: объектов, классов, модулей, процессов и двух дополнительных: состояний и переходов, взаимодействий. На основании последовательного построения этих диаграмм будет происходить процесс ООП (рис. 2.1).
Классы и объекты являются базовыми строительными блоками при использовании объектно-ориентированной методологии для создания сложных программных систем.
Объект представляет собой особый блок или сущность (реальную или абстрактную), имеющую важное функциональное назначение в данной предметной области [122]. Под классом понимают множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Таким образом, любой объект является экземпляром класса.
На рис. 2.2 дана диаграмма взаимодействия объектов при управлении инженерной сетью. Совокупность обозначений методологии объектно-ориентированного проектирования приведена в приложении 1 (концепция, изложенная Г. Бучом).
Сравнение предложенной модификации алгоритма с первоначальным алгоритмом и другими
Для анализа эффективности описанной выше методики гидравлического расчета были произведены следующие действия:
- Сгенерированы схемы инженерных сетей, в виде прямоугольной сетки. Сети представлены семью типами схем, в зависимости от количества узлов в сети: 20, 50, 100, 500, 1000, 5000 и 10000. Каждый тип схем представлен тремя или пятью вариантами. Пример плоской схемы показан на рис. 3.11. В генерируемых схемах случайным образом заданы: шероховатость - 0.001 .. 20 мм, диаметр - 100 .. 1000 мм, длина труб 100 .. 1000 м и узловой расход - 5 .. 40 л/с.
- В сгенерированные схемы инженерных сетей были добавлены случайные промежуточные дуги, делающие сеть объемной (рис. 3.12).
- Сравнительный анализ предлагаемого алгоритма проводился с рядом известных алгоритмов расчета инженерных сетей, в частности:
- Методом контурных расходов (на основе модифицированного метода Ньютона) [69].
- Методом Зейделя [85] (на контурах).
- Модифицированным методом Лобачева-Кросса (метод последовательного внесения поправок во все контуры сети).
Рис. 3.11. Пример генерируемой плоской схемы сети на 500 узлов
- При проведении экспериментов точность расчета узловой невязки принималась равной 0.01 м (большая точность в реальной производственной работе не требуется), а максимальное количество итераций равно 1000.
- Расчеты проводились как для схем плоских, так и объемных сетей.
Сравнительный анализ эффективности алгоритмов на плоских сетях приведен в таблицы 3.1. Значения параметров означают соответственно: количество итераций / абсолютное время расчета / относительное время расчета. Алгоритмы приводятся в следующей последовательности:
1) Модифицированный алгоритм на основе метода узловых давлений (п. 3.1.5).
2) Метод контурных расходов.
3) Метод Зейделя.
4) Модифицированный метод Лобачева-Кросса.
Последние три метода, использующие уравнения на основе фундаментальных контуров, были реализованы по схеме «минимальных» контуров, что существенно повышает их сходимость [20,85]. Пример «минимальных» контуров приведен на рис. 3.136, на 3.13а представлены не «минимальные» фундаментальные контуры.
На основе приведенных экспериментов следует, что для плоских сетей:
1) На небольших схемах, до 100 узлов, использование какого-либо метода не является принципиальным, так как они все выполняют расчет за короткий интервал времени (менее 0.5 секунды).
2) Начиная с 500 узлов, время расчета схемы сети значительно возрастает. Во всех случаях скорость расчета и количество выполняемых итераций в методе Лобачева-Кросса является наименьшим по сравнению с другими методами.
Диаграмма зависимости среднего относительного времени расчета инженерной сети от метода расчета представлена на рис. 3.14.
Вместе с тем, предлагаемый в п. 3.1.5 метод при относительно равном количестве итераций с другими методами выполняется быстрее (номера схем 25,29). Это объясняется тем, что для его выполнения нет необходимости формировать систему фундаментальных контуров и проводить первоначальное потокораспределение (рис. 3.15).
Краткое описание отдельных АРМов ППП «Водоканал»
АРМ «Гидро_Про» предназначен для:
- построения графической модели инженерной сети с сохранением ее топологической связанности;
- связи графических объектов с атрибутивной информацией, описывающей их характеристики;
- моделирования задач потокораспределения в городской объемной многоконтурной водопроводной сети, включающих в себя: гидравлический расчет, идентификационный расчет, задачу локализации аварийного участка и построение профиля путей.
По своей сути АРМ «Гидро_Про» является системой управления сетями с расширенными функциями инструментальной ГИС. Внешний вид системы представлен на рис. 4.2.
К основным возможностям АРМа можно отнести:
- Создание картографической композиции. Для удобства представления картографической информации создаётся единая композиция векторных слоев. Слои в системе представляются в виде двух типов:
- гидравлического слоя (поддерживает сетевую топологию);
- информационных (эскизных) слоев (слои не поддерживающие топологию).
- Хранение карты для последующего использования. Для хранения карты используются внутренние форматы системы:
- .МАР - картографическая композиция;
- .LAY - векторные слои подложки;
- .TOP - векторный слой гидравлики.
- Гибкие настройки текущей (загруженной) карты: имя карты, исходный масштаб, физическое количество метров, приходящихся на логическую единицу масштаба, цвет подложки и выделенных объектов, смещение карты относительно левого нижнего края экрана.
- Управление картой: динамическое изменение масштаба изображения, перенос карты для отображения участка, центровка выделенного участка карты, отображение всей карты, отображение всего текущего слоя, восстановление предыдущего фрагмента карты.
- Работа со слоем гидравлики. Создание нового слоя гидравлики и редактирование ранее созданного (для создания и редактирования слоя гидравлики в системе существует определённый набор инструментов): добавление узла водопроводной сети, добавление участка водопроводной сети, удаление объекта (участка, узла), тематическое картографирование (изменение параметров отображения объекта).
- Импорт слоя из форматов VEC, PNV, PVC (текстовые форматы для дуг, точек и полигонов), DXF (AutoCAD), Для использования уже созданных слоев гидравлики предназначена функция импорта, при этом автоматически расставляются узлы по концам дуг и заводятся таблицы.
- Экспорт слоя в форматы VEC, PNV, PVC, DXF. Гидравлический слой может быть разделен на два экспортируемых слоя (слои по узлам и участкам).
- Ведение атрибутивной информации об объектах слоя гидравлики и управление набором меток слоя гидравлики. Каждому объекту (узлу либо участку сети), описывающему водопроводную сеть, должна быть приписана атрибутивная информация, необходимая для расчета потокораспределе-ния. В ходе работы со слоем гидравлики, можно получать и изменять информацию об объектах, используя для этого удобные диалоговые окна. Для более оперативного отображения информации по объектам в системе создан механизм меток, выводящих атрибутивную информацию на графический контекст (на схему водопроводных сетей).
- Привязка атрибутивной информации к информационным слоям подложки и создание текстовых меток на фоне карты местности. Каждому объекту слоя может быть прикреплена запись из таблицы базы данных, для этого необходимо, чтобы таблица находилась в формате DBF и имела первым ключевым полем идентификатор объектов - ID.
- Настройка параметров отображения. Установка границ масштабирования, выбор цветовой гаммы для объектов слоя.
- Измерение расстояний по заданному маршруту. Расстояние представляется в количестве физических метров приходящихся на логическую единицу масштаба.
- Печать видимой части карты. Реализована многопланшетная печать.
Технология работы АРМа «Гидро_Про» достаточно проста. Пользователь создает карты, в каждую из которых он может поместить некоторый набор цифровых слоев. Такие слои могут быть созданы в других программных средах и перенесены туда через открытые обменные графические форматы данных, или непосредственно в среде «Гидро_Про» (гидравлический слой). С каждым векторным слоем может быть связан набор таблиц с атрибутивными данными. Все файлы, необходимые для работы с картой, должны находится в одном каталоге с одноименным названием карты.
Пользователь может создать новую карту под заданным им именем и поместить в неё набор цифровых слоев, а к слоям привязать набор таблиц тематических данных.
