Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблем разработки баз геоданных сложной структуры
1.1. База геоданных — центральное звено геоинформационной системы 9
1.2. Использование базы геоданных в составе геоинформационного портала 15
1.3. О подходе к выбору информационной модели на основе анализа внутренних спецификаций геоданных 19
Глава 2. Моделирование геоданных
2.1. Основные понятия 33
2.1.1. Структуризация данных 33
2.1.2 Ограничения целостности 35
2.1.3. Операции 36
2.2. Анализ моделей представления данных 37
2.2.1. Модели данных 37
2.2.2. Иерархическая модель данных 38
2.2.3. Сетевая модель данных 40
2.2.4. Реляционная модель данных 42
2.2.5. Объектно-ориентированная модель данных 45
2.2.6. Модель «сущность-связь» 49
2.2.7. Соотношения между моделями данных 51
2.3. Согласованное формирование и сопровождение интегрированных геоинформационных ресурсов 57
Глава 3. Множественно-реляционная модель как средство обеспечения гомоморфизма геоинформационной системы
3.1. Описание множественно-реляционной модели данных 68
3.2. Операции множественно-реляционной модели 78
3.3. Представление реляционной модели данных посредством элементов множественно-реляционная модели. Алгоритм нормализации схем 89
3.4. Пример отображения существующего иерархического представления геоданных в элементы множественно-реляционная модели. Оптимизация алгоритма обхода дерева поиска 91
Глава 4. Применение множественно-реляционной модели
4.1. Улучшение схемы описания данных геоинформационной системы ObjectLand 101
4.2. Автоматизированная система техническо-распорядительных актов железнодорожных станций 121
Заключение 136
Литература 138
- Использование базы геоданных в составе геоинформационного портала
- Анализ моделей представления данных
- Операции множественно-реляционной модели
- Автоматизированная система техническо-распорядительных актов железнодорожных станций
Введение к работе
Состояние проблемы. Эффективность функционирования современных транспортных предприятий целиком зависит от степени развития их информационных инфраструктур. Практически все данные о деятельности такого предприятия соотносятся с информацией о реальном местоположении тех или иных объектов или клиентов на земной поверхности, картами и схемами. Обеспечить тесную интеграцию с подобными видами информации, а также ее совместную обработку и анализ призваны географические информационные системы (ГИС).
Пространственно-распределенную информацию, с которой имеет дело ГИС, можно разделить на три большие группы: семантическую, метрическую и топологическую. Цифровой моделью местности, на основе которой строятся геоинформационные системы, называется структурированная совокупность семантической, метрической и топологической информации об определенной территории, представленной в форме, пригодной для автоматизированной компьютерной обработки.
Связь между объектами цифровой карты и записями в семантической базе данных осуществляется двумя путями: "по идентификатору" и программно. Связь по идентификатору производится путем сравнения идентификаторов или генерацией запросов, тем самым мы можем найти строку в таблице семантической информации для данного графического объекта, и наоборот. Программный способ состоит в том, что программные средства ГИС поддерживают специальные справочные файлы, в которых каким либо образом запоминается связь между объектами цифровых карт и строками в семантических базах данных.
Такое сочетание цифровых карт и реляционных баз данных называют геореляционной структурой. Построение геореляционных структур является на сегодняшний день наиболее часто встречающейся формой организации базы геоданных (БГД). Основной проблемой такой организации является согласованное отображение топологической информации внутри структуры базы геоданных, для чего необходим специальный набор инструментов создания и поддержки топологии. В результате появляется жестко контролируемая среда, в которой последовательность операций диктуется программным обеспечением и строго поддерживается топологическая целостность. Такая модель данных не допускает большой гибкости. Основным препятствием реализации этой модели в ГИС является возможность представления и отображения геоданных только на существующие системы управления базами данных, т.е. практически речь идет о размещении геоданных в среде какой-либо SQL-подобной СУБД, а именно: SQL-сервер, Oracle, DB2, Informix, Sybase. Но реляционные модели являются
5 эффективным средством хранения и обработки только атрибутивных данных, поэтому разработка эффективных ГИС приложений уже сегодня требует создания и поддержки более сложных моделей данных, позволяющих хранить геоданные в согласованном состоянии.
Актуальность темы. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что в современных условиях стремление к созданию технологической схемы хранения и обработки геоданных, которая была бы одновременно экономически выгодной и эффективной, приводит к необходимости разработки комплексного подхода к оценке релевантности структуры современной ГИС, совмещающего в себе средства отображения всех трех групп пространственно-распределенной информации: семантической, метрической и топологической. Метрическая и атрибутивная информация выступают, таким образом, как тесно связанные партнеры, выполняющие общую задачу. Возможность эксперта вносить корректировки как в атрибутивную, так и в метрическую составляющую означает, что в основу БГД должна быть положена специальная модель поддержки согласованных значений метрической и атрибутивной информации. Отсутствие указанной модели геоданных является сегодня сдерживающим фактором в организации систем принятия решений на основе ГИС и создание такой модели, сочетающей в себе достоинства реляционного подхода и наглядность графического отображения, является, таким образом, актуальным.
Цель работы состоит в создании и исследовании специальной множественно-реляционной модели геоданных, обеспечивающий динамическое формирование согласованной базы геоданных на основе информации, получаемой из различных источников хранения и переработки геоданных ГИС. Создание такой модели предполагает формулирование и обоснование механизма согласованности множества взаимосвязанных значений метрических и атрибутивных геоданных и разработку способов контроля и оценки получаемых топологий на базе разработанных алгоритмов проблемно-ориентированной классификации.
Достижение поставленной цели даст возможность использовать эту комплексную модель при построении систем поддержки принятия решений на базе ГИС, повысить качество принимаемых решений и создать основу для интеграции деятельности различных экспертов при решении общих аналитических задач. Совместный поиск эксперта и автоматизированной системы наилучшего варианта обеспечит понимание экспертом логики получаемых результатов и повышение доверия к ним.
В большинстве случаев экспертные знания геодезистов, картографов, метрологов отличаются большой динамичностью, что связано с постоянным пополнением и
обновлением системы геоданных. В связи с этим создание модели, обеспечивающей интерактивную корректировку геоданных при условии сохранения целостности и согласованности, приведет к соответствующему расширению возможности контроля релевантности геоинформации как со стороны экспертов, так и по отношению к качеству принимаемых решений на основе результатов обработки геоданных.
Новизна работы. Выполненная диссертационная работа является одной из первых попыток создания комбинированной модели геоданных для ГИС на основе управления согласованностью значений разнородных компонентов. При ее реализации автором достигнуты новые результаты, основные из которых заключаются в следующем:
Исследована проблема согласованного использования структурированных и неструктурированных геоданных с целью выбора и обоснования комплексного подхода к созданию модифицированной реляционной модели;
Проведен анализ подходов к отображению семантики, заложенной в пространственные онтологии, в географические концептуальные схемы, представляющие информацию, хранимую в базах геоданных;
Впервые предложена и обоснована множественно-реляционная модель на основе анализа взаимосвязанных значений интерфейса нижнего уровня, на базе которой разработан оригинальный подход к проектированию базы геоданных ;
Проведены теоретические исследования свойств, ограничений и возможных операций на множественно-реляционной модели, результаты которых позволили разработать эффективные алгоритмы верификации корректировок метрической и атрибутивной информации;
Разработана оригинальная методика согласованной структуризации базы геоданных в среде взаимосвязанных данных;
Предложен новый комбинированный метод построения согласованных тем и покрытий на основе программных средств ГИС ObjectLand. Разработанный в ходе выполнения данной работы программный модуль согласованных корректировок, является уникальным как по самой разработке, так и по своему назначению;
Исследованы перспективные возможности функционирования ГИС железнодорожного транспорта на базе разрабатываемых программно-технических средств.
Предложена методология параметрического контроля подготавливаемых к утверждению техническо-распорядительных актов железнодорожной сети. Практическая значимость. В целом диссертационная работа имеет
экспериментальный характер, хотя предложенная множественно-реляционная модель и
7 алгоритмы целиком реализованы в среде эксплуатируемой программной системе ГИС ObjectLand. Разработанные программные продукты представляют собой интеллектуальные средства, предназначенные для использования в составе программного обеспечения систем принятия решений или корпоративных систем управления геоданными. Использование предложенного в работе метода согласованной корректировки геоданных и реализующих его программных средств позволяет выявлять и настраивать узкие места топологического отображения типовых пространственных данных, что ведет к повышению качества представления масштабируемого представления геоданных. Возможность настройки параметров, определяющих взаимосвязи между метрическими и атрибутивными информационными объектами, позволяет обеспечить реальный механизм поддержки базы геоданных в согласованном состоянии.
Значительная часть результатов, полученных в ходе выполнения данной работы, вошла в проект Российского фонда фундаментальных исследований № 03-07-90202 «Разработка теории, алгоритмов и программ решения многокритериальных оптимизационных задач на ГИС». Реализующие метод программные средства включены в состав системы ГИС ObjectLand. Эти инструментальные средства использовались при создании системы мониторинга геоинформационного портала отрасли.
На защиту выносятся:
Подход к проектированию баз геоданных сложной структуры на основе информационной среды с неоднородными информационными ресурсами как основного метода формирования ГИС.
Формулирование требований к модели геоданных на основе сравнительного анализа существующих метасхем баз геоданных с учетом семантики, заложенной в пространственные онтологии.
Множественно-реляционная модель представления информационной среды геоинформационных систем.
Методика согласовывания базы геоданных в среде взаимосвязанных данных на базе поликонсонансной структуры, обеспечивающая интерактивное контролируемое уменьшение структурной рассогласованности множества.
Расширения существующих представлений моделей баз данных с целью приведения их к возможности отображения геоданных.
Метод реструктуризации геоданных для анализа структуры разноформатных документов (метрической и атрибутивной информации) и формирования
8 семантически полной модели данных. Обоснование подхода, основанного на использовании проблемно-ориентированной классификации слабоструктурированных документов для создания геоинформационного портала отрасли.
Комбинированный метод построения согласованных тем и покрытий на основе программных средств ГИС ObjectLand на базе программного модуля согласованных корректировок, позволяющий реализовать организацию согласованной базы геоданных в рамках системы интеллектуального корпоративного капитала железнодорожной отрасли.
Архитектура программного комплекса согласованного сопровождения базы геоданных и ведения каталога геоинформационных ресурсов на основе ГИС ObjectLand.
Результаты вычислительных экспериментов по ведению базы геоданных, проведенные с помощью созданного программного модуля.
Методология параметрического контроля подготавливаемых к утверждению техническо-распорядительных актов железнодорожной сети на основе процедур автоматизации корректного заполнения и редактирования атрибутов нормативной базы данных.
Использование базы геоданных в составе геоинформационного портала
Разработка баз данных сложной структуры (БДСС), к которым, безусловно, должны быть причислены и БГД, в настоящее время является одной из наиболее актуальных задач совершенствования информационного моделирования.
Расширение круга задач и усложнение их привели к созданию и использованию в качестве информационного обеспечения различных автоматизированных систем совокупности распределенных информационных объектов: массивов, файлов и баз фактографических данных.
При этом наблюдается парадоксальное явление, заключающееся в том, что имеющиеся в наличии данные из БГД не могут быть использованы для новых приложений, в частности ГИС-приложений, из-за несовершенства логической схемы, влекущего за собой противоречивость, неоднозначность, избыточность и т.д. Назовем это явление неадекватностью модели данных приложениям.
На современном этапе развития БГД все более становится средой, в которой постоянно работает пользователь, сравнимой по значимости с программной и технологическими средами, а семантика данных, хранимых в БГД, приобретает все больший смысл, тем более, что с ростом мощности вычислительных средств уменьшение времени поиска и объема необходимой памяти как критерии эффективности теряют свою значимость.
Уменьшение длительности проектирования структуры БГД является в настоящее время очень актуальной задачей. Вместе с этим, требуется обеспечивать достаточно высокую эффективность обслуживания запросов. Непредсказуемость и разнообразие приложений не только затрудняет эту задачу, но и накладывает дополнительные требования на обеспечение целостности и непротиворечивости. Эксплуатация отдельной БГД может осуществляться в течение очень небольшого времени, если БГД используется, например, как средство промежуточного хранения оперативных геоданных. Это затрудняет проверку и корректировку геоданных и создает трудности обеспечения релевантности информации, а также адекватности геоданных использующим их процессам принятия решения.
Решение проблемы адекватности информационных моделей геоданных осуществляется в нескольких направлениях.
1. Создание универсальной модели геоданных, в которую могли бы быть вложены все известные логические схемы, при этом модель должна позволять получить и все эквиваленты логической схемы, то есть все логические схемы, содержащие одни и те же геоданные, но различные связи между ними, что обеспечило бы выбор наиболее эффективной для конкретного приложения схемы использования геоданных.
2. Создание и использование технологии распределенных БГД, при которой каждый вычислительный процесс или задача имеют в распоряжении свое множество информационных объектов или БГД на геоинформационном портале [18]. Геоданные различных БГД могут дублироваться, поэтому система управления информационными ресурсами портала должна иметь средства обеспечения целостности и непротиворечивости геоданных. Возможный обмен информацией между различными процессами или задачами обусловливает необходимость наличия интерфейсов между ними, включающих средства преобразования геоданных при перекачке. Заметим, что при этом условия могут быть самыми различными: геоданные могут находиться физически как на одном, так и на различных вычислительных устройствах или носителях информации; логические схемы и модели представления геоданных могут быть сопоставимыми, т.е. позволяющими прямой обмен, однородными, т.е. позволяющими обмен при условии преобразования геоданных и неоднородными, иными словами, теряющими адекватность в процессе преобразования.
3. Создание инфологической модели геоданных, то есть формализованного представления с целью эффективного использования средств, описанных в п.п. 1 и 2. Геоинформационные ресурсы являются более широким понятием, чем геоданные, включая наряду с графическими представлениями (карты, картинки, графики и т.д.) разнообразные текстовые документы и способы или методы перехода от одного к другому. Другими словами, геоинформационные ресурсы являются областью определения ГИС и содержат исходные (табличные, графические, текстовые) геоданные, обеспечивая графическое представление этих данных и реализацию функциональной зависимости на основе методики перевода одного представления в другое.
Повышение эффективности использования геоинформационных ресурсов, к которым следует отнести все виды электронных ресурсов, содержащие графическую составляющую, независимо от формата ее представления, возможно путем выполнения следующих действий [18].
1. Создание единого каталога всех геоинформационных ресурсов отрасли. Создание такого каталога представляется очень важным условием, так как в настоящее время руководство ОАО «РЖД» и филиалов часто не знают, какими материалами располагает и какова степень их актуальности. Кроме того, БГД хранятся в разных местах, что обусловлено необходимостью оперативной корректировки ірафичсской информации и, соответственно, обеспечением близости БГД к рабочему месту, на котором происходит корректировка. В этих условиях функции поиска конкретной, факторизованной информации, формирования заявки на ее получение и предоставления сведений об актуальности ресурса могут быть выполнены на основании каталога В состав каталога должны входить также списки пользователей, подключенных к конкретному геоинформациоиному ресурсу, а также указатель или адрес хранения соответствующей БГД. Одной из важных особенностей каталога геоинформационньгх ресурсов является его расширяемость, необходимая для обеспечения возможности подключения новых появляющихся БГД.
2. Создание геоинформационного портала. В состав геоинформационного портала отрасли должны входить функции, позволяющие осуществлять поиск требуемого геоинформационного ресурса по его текстовому описанию, формирование заявки на подключение к ресурсу, администрирование и актуализация каталога геоинформационных ресурсов отрасли. Создание геоинформационного портала1, позволит увязать геоинформационные ресурсы в единую интегрированную геоинформационную базу данных отрасли для эффективного решения следующих задач .
Схема функционирования геоинформационного портала Рассматривать все виды геоинформационных ресурсов отрасли во взаимосвязи. Это означает, что все виды графической пространственной информации будут представлять собой некоторую иерархию в соответствии с масштабами (абсолютными или условными), в которых они представлены. С увеличением масштаба детальность карт, планов и схем возрастает, а площадь охватываемой территории уменьшается. То есть, для получения общей картины необходимо использовать изображения в минимальных масштабах, и, наоборот, для детального анализа расположения объектов, например, на станции - планы достаточно больших масштабов. Кроме того, в пределах одного уровня масштабности представляются слои с различным набором типов объектов и создаются специальные тематические виды, например, для показа взаимного расположения объектов различных служб. В условиях разрозненных геоинформационных ресурсов такое решение не представляется возможным.
Анализ моделей представления данных
Моделью данных называется формализм, опирающийся на фиксированную систему понятий и служащий для представления состояний и динамики предметных областей в БД [23,27, 57].
Определим модель данных М как множество правил порождения G и множество операций О. Множество правил порождения выражает статические, т.е. относительно неизменные во времени, свойства модели данных и соотносится с языком описания данных (ЯОД). Средствами ЯОД определяются допустимые структуры данных — объектов и связей, а также допустимые реализации данных. Определение структур данных реализуется посредством спецификаций соответствующих типов данных, которые должны удовлетворять правилам порождения. Множество допустимых реализаций объектов или связей задается путем указания для каждого типа данных ограничений целостности, и им должна удовлетворять каждая реализация. Правила G обеспечивают порождение множества схем С, каждая из которых определяет конкретную структуру данных S, и специфицирует ограничения целостности /. Если под базой данных понимать реализацию совокупности данных, удовлетворяющую схеме, то можно сказать, что схеме соответствует множество различных баз данных D. Динамические свойства реального мира выражаются множеством операций О, которые соотносятся с языком манипулирования данными (ЯМД). Множество операций определяет допустимые действия над реализацией базы данных для преобразования ее в другую реализацию Dj. Несмотря на то, что не все операции приводят к изменению в реализации базы данных, динамику базы данных можно связать и с такими операциями, введя некоторые дополнительные элементы, например, индикаторы текущих состояний. Подклассы моделей данных различаются по структурным характеристикам модели данных — способу представления объектов и их взаимосвязей в БД. Более тонкие различия в рамках подклассов устанавливаются по принятому в модели данных методу концептуализации предметных областей при их отображении в БД. Здесь определяющую роль имеет понятийный базис модели данных, принятый в ней подход к отнесению реальных сущностей к категории объектов или связей между объектами, решение вопроса о том, может ли информация о связи между объектами существовать в БД в отсутствии информации об объектах, о том, может ли связь между объектами характеризоваться собственными свойствами и др. Существенные различия между моделями данных в подклассах проявляются в принятых в них методах определения семантики операторов изменения данных, обеспечивающих инвариантность заданных свойств типов объектов и типов связей между объектами в базе данных в течение всего времени жизни БД. Как правило, различные модели данных используют и различный математический аппарат представления данных и манипулирования данными, что затрудняет их формальное представление в рамках одной математической модели и анализ эффективности их использования для заданной конкретной области. Опишем неформально наиболее распространенные типы моделей, используя данные [2,23,27,28].
Описание модели. Структура иерархической модели данных [23] основана на деревьях. Все записи в ней связаны в виде набора древовидных структур. Дерево представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. На самом верхнем уровне иерархии имеется только один узел — корень. Каждый узел, кроме корня, связан с одним узлом на более высоком уровне, называемым исходным узлом для данного узла. Ни один элемент не имеет более одного исходного. Каждый элемент может быть связан с одним или несколькими элементами на более низком уровне. Они называются порожденными. Элементы, расположенные в конце ветви, т, е. не имеющие порожденных, называются листьями. Д. Е. Кнут [25] дает следующее рекурсивное определение дерева: «Конечное множество Т, состоящее из одного и более узлов, таких, что: - имеется один специально обозначенный узел, называемый корнем данного дерева, - остальные узлы (кроме корня) содержатся в т 0 попарно не пересекающихся множествах Tv...,Tm, каждое из которых в свою очередь является деревом. Деревья Tv...,Tm называются поддеревьями данного корня». Кнут считает, что определение деревьев с помощью самих же деревьев является наиболее подходящим, так как рекурсивность является естественной характеристикой древовидных структур. Любой узел может вырасти в поддерево, а узлы поддерева в свою очередь также могут разрастаться. С математической точки зрения иерархическая модель данных описывается теорией графов. Состояние БД интерпретируется ориентированным графом, имеющим вид совокупности деревьев, в которых в качестве узлов изображены записи или сегменты изображающие объекты, а помеченные дуги — связи между объектами. Узлы потомки и узлы родители могут быть как одного, так и разного типа. Каждая связь является представителем определенного типа связей, заданного на двух типах объектов. Ориентированность графа отражает тот факт, что связи между объектами обычно несимметричны, и каждый объект в связи играет определенную роль. Для порожденного элемента имеется только один исходный (связь «один к одному»), а один родительский элемент может иметь много потомков (связь «один ко многим»).
Целостность данных. В иерархической модели автоматически поддерживается целостность связей между предками и потомками: никакой потомок не может существовать без своего родителя. Аналогичное поддержание целостности по связям между записями, не входящими в одну иерархию, не поддерживается.
Языковые особенности. Язык запросов в иерархической модели является процедурным, т.е. для получения данных программист БД должен написать соответствующую программу, с помощью которой осуществляется навигация по базе данных. При этом от программиста зависит не только правильность полученных результатов программы, но и эффективность выборки. Достоинства модели. - Сходство с реальным миром. В реальном мире очень многие связи соответствуют иерархии, в которых один объект выступает как родительский, а с ним может быть связано множество подчиненных объектов. Следствием этого является низкая степень структурированности модели, что допускает большую свободу при проектировании структуры объектов предметной области и связей между ними и, таким образом, позволяет повысить эффективность и естественность модели данных. - Гибкость. Гибкость и процедурная природа этих БД облегчает их адаптацию к изменениям функциональных спецификаций, неизбежным по мере развития базы данных. Дополнительные и незапланированные элементы данных зачастую могут добавляться без закрытия доступа к БД, а новые операции — без структурного изменения данных. - Низкие системные требования к техническому обеспечению. Наличие заранее заданных связей между сущностями, сходство с физическими моделями данных позволяют добиваться приемлемой производительности иерархических СУБД на медленных компьютерах с весьма ограниченными объемами памяти. Недостатки модели. - Жесткая зависимость порожденных узлов от родительских. Ввиду ограничений целостности, хранение порожденного узла без соответствующего исходного невозможно. Таким образом, удаление исходного узла влечет удаление всех порожденных узлов (деревьев), связанных с ним, а, следовательно, к потере информации. - Сложности проектирования БД при наличии данных не древовидной структуры. Если данные нельзя представить в виде иерархий, то возникает масса сложностей при построении иерархической модели и желании добиться нужной производительности.
Операции множественно-реляционной модели
Опишем операции MP-модели. Условно разделим их на два типа: спецификационные и навигационные операции. К спецификационным отнесем операции, позюляющие получить новую схему из множества допустимых в MP-модели на основании имеющейся допустимой схемы. Навигационные операции изменяют не саму схему данных, а только индикаторы текущих в уже специфицированной схеме. Как правило, спецификационные операции используются при поиске (селекции) данных, а навигационные—для выполнения надданными определенных действий: выборки, корректировки, добавления или удаления.
К спецификационным операциям MP-модели относятся операции выделения подструктуры из структуры и выделения цепочки из структуры.
Выделение подструктуры заключается в выделении из структуры подструктуры S p, включающей заданный набор атрибутов Ар =\А р\ и связи между ними. Если при этом задано условие, накладываемое на значения атрибутов из набора Ау=\Ак\, операция называется условным выделением подструктуры. Если условие не задано, операцию назовем безусловным выделением подструктуры (рис. 3.11 а, б, в). В схему Sj могут входить несвязанные атрибуты. Атрибуты из множества Ар могут быть также не связаны. Q\Ay\ является условием, накладываемым на значения атрибутов из множества Ау с использованием операций сравнения (" = "," "," ",,, ,,,,, ","+"), булевых операторов ("AND", "OR", "NOT"), некоторых кванторов, например SOME (некоторый), ALL (все), АТ LEAST п (не менее), А ТMOST п (не более), N0 (отсутствует), EXACTLY п (в точности), применяемых не непосредственно к значениям атрибутов, а к их агрегатам.
Другими словами, выделение подструктуры из структуры множественно-реляционной модели заключается в удалении из исходной структуры всех атрибутов, не включенных в подструктуру, а также ссылок на эти атрибуты из кортежей значений оставшихся атрибутов подструктуры. Обозначим операцию выделения подструктуры Oext (S,Ax,...,An), где S—исходная структура множественно-реляционной модели, 4,...,4, —атрибуты, включенные в подструктуру.
При выделении подструктуры могут быть заданы условия, накладываемые на значения атрибутов, которым должны удовлетворять кортежи полученной подструктуры. Обозначим операцию выделения подструктуры с условием на значения атрибутов Oex (S,A1,...,A„,P(Av...,Am)), где S— исходная структура, Д,...,Д, —атрибуты, входящие в подструктуру, Р(Ах,...,Ат)— т-местный предикат, содержащий условие, накладываемое на значения атрибутов, А1,...,Ат—атрибуты, входящие в качестве переменных в предикат Р. При выполнении операции Оех (S,Al,...,An,P(Al,...,Am)) из подструктуры, полученной в результате выполнения операции 0е" удаляются все кортежи, значения атрибутов в которых переводят предикат Р в состояние «ложь», а также ссылки на такие значения.
Выделение подструктуры с заданными зависимостями. При выделении подструктуры могут быть заданы зависимости атрибутов друг от друга. Обозначим операцию выделения подструктуры с заданными зависимостями 0 (5 (4,...,4,)), где S —исходная структура, F(4,—,4) —множество отношений порядка, заданных на множестве атрибутов Ах,...,Ап, входящих в подсхему.
Выделение цепочек. Выделение цепочки заключается в получении одной из реализаций цепочек атрибутов Ар=ІА р) подсхемы S p, заданных в условии на выполнение операции. При этом может быть задано условие, накладываемое на значения атрибутов набора Ау = ІАк\. При этом АусАр, то есть атрибуты, на значения которых накладываются условия, должны входить в цепочку: extract _ part for Ар [where Q(Ayj\.
В схему 5( могут входить и несвязанные атрибуты, однако в полученной цепочке атрибуты должны быть связаны. Если в результате выполнения операции не удается получить цепочку, содержащую все связанные атрибуты, операция считается невыполненной. Если результат выполнения операции положительный, возможно получение не одной, а двух и более реализаций цепочек. В этом случае указатель текущей устанавливается на первую полученную цепочку, а переход к следующим реализациям осуществляется навигационной операцией получения следующей цепочки get_next. Навигационные операции.
Переход по ссылке заключается в изменении положения текущей в схеме. В качестве параметров задается исходная текущая и наименование атрибута, связанного с исходным. Результатом выполнения является установка текущей в соответствии со ссылкой, полученной в кортеже исходного атрибута (рис. 3.12).
Нахождение связи значения а, атрибута А1 с атрибутом А2 производится путем нахождения значений атрибута А2, на которые указывают ссылки множества А1 кортежа с ключом а,. Обозначим операцию нахождения связанных значений О (а„А2). Второй операнд может быть представлен атрибутом, объединением атрибутов, подмножеством атрибута или значением атрибута. Результатом выполнения операции является подструктура, содержащая кортежи, на которые ссылаются указатели в исходном кортеже с ключом а, или пустая подструктура. В частном случае, если второй операнд представлен элементом данных с конкретным значением (а2), результат выполнения операции — структура, содержащая единственный кортеж к = а2, либо пустая (рис. 3.13).
Автоматизированная система техническо-распорядительных актов железнодорожных станций
Согласно пункту 15.1. «Правил Технической Эксплуатации железных дорог Российской Федерации», техническо-распорядительный акт (ТРА) станции «устанавливает порядок использования технических средств станции, регламентирует безопасный и беспрепятственный прием, отправление и проследование поездов по станции, безопасность внутристанционной маневровой работы и соблюдение требований охраны труда. Порядок, установленный техническо-распорядительным актом, является обязательным для работников всех служб» [49,51,53].
На сети железных дорог, входящих в структуру ОАО «РЖД», ТРА разрабатывается для каждого раздельного пункта, имеющего путевое развитие. Для отдельных железнодорожных станций (независимо от классности), на которых в отдельных парках или системах парков операции по приему, отправлению поездов и производству маневров осуществляются вне зависимости от других парков или систем, могут разрабатываться отдельные ТРА для каждого такого парка или системы. Техническо-распорядительные акты разрабатываются также для станций сети железных дорог не общего пользования, для станций метрополитена.
Автоматизированная система ведения базы данных техническо-распорядительных актов (АС ТРА) станций предназначена для автоматизации работы руководителей и инженеров станций, отделов и служб перевозок по созданию и обновлению ТРА станций в единой централизованной базе данных, а также для информационного обеспечения руководящего состава дорожного и сетевого уровней управления на основе автоматизированной информационной среды, предоставляющей необходимую нормативно-справочную информацию.
АС ТРА позволяет повысить уровень безопасности работы железных дорог в результате автоматизированного контроля за правильностью составления ТРА станций сети; сократить рабочее время на работу с ТРА, а также дает возможность быстрого доступа к информации, содержащейся в ТРА, для решения задач оперативного и стратегического управления на всех уровнях.
АС ТРА на сети железных дорог России обеспечивает: - централизованное хранение ТРА всех станций сети в единой централизованной базе данных и базах данных отдельных железных дорог на дорожных серверах; высокую скорость работы; - возможность удаленного доступа с любого рабочего места, подключенного к сети Intranet, в соответствии с правами доступа; - всесторонний доступ к информации сразу после ее внесения в АС ТРА; - быстрый поиск необходимой информации в рамках АС ТРА; - всестороннюю статистическую обработку содержания ТРА и возможность просмотра соответствующих отчетных форм на уровне отдельной станции, отделения, дороги и сети; возможность редактирования масштабного и схематического планов станций, схемы секционирования контактной сети. Одним из компонентов системы является единая БГД, созданная в формате ГИС ObjectLand и интегрированная в АС ТРА. Редактор схематических планов станций — одна из основных составляющих автоматизированной системы техническо-распорядительных актов станций.
Редактор является гибкой и удобной средой для ведения БГД со схематическими планами станций в формате ГИС ObjectLand. Адаптированный интерфейс, разработанный на основе СОМ-модели ГИС ObjectLand, позволяет пользователю автоматизировать большинство стандартных операций по вводу, редактированию, удалению объектов схематического плана, контролю правильности редактирования мнемосхем, проверке существующих схематических планов, а также поиску различий между разными версиями схем-планов станций, тем самым позволяя поддерживать схемы ЖД станций в актуальном состоянии.
Схема представляет собой ориентированный граф с сущностями в вершинах и связями между этими сущностями на ребрах, поскольку, объект «Стрелка» обязан быть связан с двумя объектами «Путь», а рядом с ним должен стоять объект «Светофор», который в свою очередь так же связан с объектом «Путь».
В данном случае рассматривается сетевая схема организации графических элементов в топологии «схема станции».
Поскольку количество объектов на схеме невелико, можно полностью привести таблицу схемы ЖД станции с учетом данных логических связей между объектами. Данная таблица отображает заданные отношения топологии, которая хранится в памяти компьютера и которая используется при работе редактора.
В силу того, что мы используем МР-модсль для хранения [еоданных, операция удаления пути будет эквивалентна операции удаления сущности (У (Я4) из таблицы МР-модели станции, описанной в гл.З, вследствие чего будет удален кортеж /74 из раздела «Элементы данных» и ссылки на этот объект из раздела «Связи». Выполненная диссертационная работа является одной из первых попыток создания комбинированной модели геоданных для ГИС на основе управления согласованностью значений разнородных компонентов. При ее реализации автором достигнуты новые результаты, основные из которых заключаются в следующем. Исследована проблема согласованного использования структурированных и неструктурированных геоданных с целью выбора и обоснования комплексного подхода к созданию модифицированной реляционной модели. Проведен анализ подходов к отображению семантики, заложенной в пространственные онтологии, в географические концептуальные схемы, представляющие информацию, хранимую в базах геоданных. Впервые предложена и обоснована множественно-реляционная модель на основе анализа взаимосвязанных значений интерфейса нижнего уровня, на базе которой разработан оригинальный подход к проектированию базы геоданных. Проведены теоретические исследования свойств, ограничений и возможных операций на множественно-реляционной модели, результаты которых позволили разработать эффективные алгоритмы верификации корректировок метрической и атрибутивной информации. Разработана оригинальная методика согласованной структуризации базы геоданных в среде взаимосвязанных данных. Предложен новый комбинированный метод построения согласованных тем и покрытий на основе программных средств ГИС ObjectLand. Разработанный в ходе выполнения данной работы программный модуль согласованных корректировок, является уникальным как по самой разработке, так и по своему назначению. Исследованы перспективные возможности функционирования ГИС железнодорожного транспорта на базе разрабатываемых программно-технических средств.
