Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время задачи, связанные с управлением системами [нженерных коммуникаций, решаются с использованием геоинформационных ехнологий и технологий автоматизированного проектирования. При этом аждый из подходов обладает принципиальными недостатками» которые ложно преодолевать, оставаясь в рамках существующих концепций. Решение іольшинства задач проектирования, контроля и эксплуатации инженерных оммуникаций с помощью информационных технологий базируется на пециальных информационных моделях территорнально-распределенных >бъектов. Причем, специфика задач управления системами инженерных оммуникаций такова, что требует решения проблемы совместного ісшользования инструментальных средств геоинформационных систем (ГИС) и истем автоматизированного проектирования (САПР). При этом нтегрирующую функцию, как правило, выполняют ГИС.
Системы инженерных коммуникаций - это большое количество вязанных линейных элементов. В ГИС описание систем инженерных оммуникаций основывается на стандартных векторных объектах, а линейно-зловая модель некоторых ГИС, рекомендуемых для использования при ешении задач инженерных сетей (Arc/INFO, ArcCAD и др.), не учитывает естандартные топологические отношения таких объектов. Как правило, не ассматриваются технологические особенности функционирования нженерных сетей, существенно влияющие на топологические отношения бъектов. Геоинформационные технологии эффективны для отображения езультатов решения задач управления инженерными коммуникациями и их ространственного анализа. Однако далеко не всегда такие системы могут спользоваться в промышленной эксплуатации производственными службами диспетчерские службы, аварийные бригады, производственно-технические тделы и т.д.). Основная причина заключается в том, что подавляющее ольшинство ГИС-продуктов не отвечают на целый ряд существенных для онтроля и эксплуатации вопросов. В частности, с их помощью нельзя окализовать аварийные участки, указать последствия тех или иных ереключений, провести анализ, эффективности проводимых профилактических абот и т.д.
Это приводит к необходимости создания оригинальных нструментальных средств для решения отдельных задач контроля и «тлуатации инженерных коммуникаций. Такие разработки в настоящее время огут быть выполнены на качественном уровне только коллективами азработчиков - создателей инструментальных средств ГИС и САПР (ArcView, utoCAD Map, ARC/INFO, MGE, CADdy и др.).
Попытки отдельных отечественных разработчиков инструментальных эедств ГИС (ГИС "Панорама", ГИС "Парк"', ObjectLand и др.) предоставить шверсальную технологию для решения прикладных задач с использованием
ГИС в различных отраслях, как правило, сводятся к созданию открыл инструментальных библиотек, реализующих основные функции ядра ГИС, предоставлению способа доступа к ним через интерфейс вьісокоуровневі языков программирования. По существу, речь идет о структурні проектировании инструментальных средств, под которым подразумевает декомпозиция сложной системы на отдельные алгоритмы, где каждый моду-j реализующий алгоритм, выполняет один из этапов общего процесса. Очевидні недостатком такого подхода является то, что при большом кодичест всевозможных операций и большом количестве разнотипных объектов систе может стать неуправляемой. Отметим, что такой подход в настоящее вре является преобладающим в большинстве ГИС и учитывает толь традиционный перечень основных информационных моделей объектов ГИС стандартные методы работы с ними, не принимая во внимание технологическ особенности функционирования территориально-распределенных систем большое разнообразие реальных объектов.
В последнее время при проектировании сложных системі акце смещается в сторону другого подхода - объектно-ориентироваянс проектирования (технологии Arclnfo 8, Sprut и др.). В этом) случ подразумевается, что существует "список" автономно действующих объекте которые взаимодействуют друг с другом, чтобы обеспечить поведение систем соответствующее более высокому уровню.
Объектно-ориентированный подход позволяет создавать более открыл и легко модифицируемые системы, так как конструкция таких сист базируется на устойчивых промежуточных формах - объектах. Д модификации системы достаточно замены одного объекта из иерархическ цепочки наследования на другой.
В настоящей работе для создания информационной системы управшен инженерными коммуникациями используется технология объект* ориентированного построения! информационных моделей реальных объект сложных территориально-распределенных систем. Такой подход позволь преодолеть ограничения существующих инструментальных средств п решении технологических задач многоуровневых территориалы распределенных систем с большим числом технологических связ* характерных для систем инженерных коммуникаций.
В связи с этим возникает проблема создания универсальной структу] информационной модели объекта инженерных коммуникаций. Таю информационную модель можно представить в виде четырех взаимосвязан» составляющих: графического отображения, семантического описані ассоциативных связей и уровня в иерархической системе классификаш объектов.
Такую модель можно назвать информационно-графической моделью информационные технологии управления инженерными коммуникациями,
:нове которых лежит использование предложенной модели объектов, -іформационно-графическими технологиями.
По результатам! анализа видов и содержания задач, связанных с іравлением системами инженерных коммуникаций, можно выделить іедующие основные направления использования информационно-фафических їхнологий:
проектирование инженерных коммуникаций;
контроль функционирования инженерных коммуникаций;
эксплуатация инженерных коммуникации.
Объект исследования - автоматизация управления инженерными іммуникациями.
Предмет исследования - информационно-фафические технологии как под решения задач управления инженерными коммуникациями.
Цель исследования - разработка и реализация информационно-афических технологий для решения задач управления инженерными ммуникациями.
Задачи исследования:
I. Разработать принципы и методы создания универсальной информационной модели объектов инженерных коммуникаций.
L Разработать информационно-графическую технологию для решения задач управления инженерными коммуникациями на основе предложенной универсальной информационно-графической модели объектов инженерных коммуникаций.
(. Разработать концепцию создания информационной системы управления инженерными коммуникациями на основе информационно-фафической технологии и современных технологий обработки распределенной информации.
\. Реализовать основные положения концепции информационной системы управления инженерными коммуникациями на примере решения прикладных задач управления инженерными сетями.
Специфика целей и задач, поставленных в работе, потребовала
пользования следующих методо» исследования;
Системного анализа при создании универсальной информационной модели объектов инженерных коммуникаций и информационно-графической технологии решения задач управления инженерными коммуникациями.
L Компьютерного моделирования для реалшации универсальной информационной модели объектов инженерных коммуникаций и информационно-фафической технологии решения задач управления инженерными коммуникациями.
3. Экспериментального исследования разработанных технологий и программных средств при решении реальных задач.
.. В процессе работы были проанализированы и использованы труды российских и зарубежных ученых: Беденкова О.В., Берлянта А.М., Вайсфельда В.А., Винокурова Ю.И., Гончаренко СВ., Ексаева А.Р., Казанцева Н.Н., Капралова Е.Г., Кима ПА, Коноваловой Н.В., Королева Ю.К., Косякова СВ., Кошкарева А.В., Кравченко Ю.А., Мартыненко А.И, Масленникова AJ3., Мусина О.Р., Пяткина В.П., Рожкова В.Ф., Тикунова B.C., Хрупова СБ., Цветкова В.Я, Berry J.K., Heiokuanas Т., Huxhold W.E., Reinaldo Р.М., Woodsford P. пар:
Научная новизна.
л'- В диссертационной работе автором получены следующие новые результаты:
1.. Сформулированы принципы и методы создания универсальной информационно-графической модели объектов инженерных коммуникаций с использованием концептуальных положений теории объектно-ориентированного программирования.
-
Разработана и реализована информационно-графическая технология решения задач управления инженерными коммуникациями на основе предложенной универсальной информационно-графической модели объектов инженерных коммуникаций.
-
Разработана концепция создания информационной системы управления инженерными коммуникациями на основе информационно-графической технологии и современных технологий обработки распределенной информации.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертационном исследовании, обеспечивается использованием теории, современных методов и опыта проектирования сложных информационных систем и подтверждается практикой их применения в ряде организаций г. Барнаула и Алтайского края.
Практическая значимость результатов научных исследований заключается в их направленности на решение важнейших задач организации и совершенствования систем управления инженерными коммуникациями на муниципальном и региональном уровне, создания и внедрения системы информационных технологий в данной предметной области. Результаты исследования имеют значение для разработки и внедрения информационных технологий на различных, уровнях управления системами инженерных коммуникаций, проведения научных исследований ш> проблемам проектирования, контроля и эксплуатации инженерных коммуникаций на региональном и местном уровне.
Результаты исследований могут служить основой для изучения проблем гформационного обеспечения задач управления системами инженерных іммуникапий студентами и аспирантами, специализирующимися в области юектирования, контроля и эксплуатации инженерных коммуникаций, а также эбласти геоинформационных технологий.
Реализация результатов работы.
Работа выполнялась в Алтайском НИИ информационных технологий и лекоммуникаций при Алтайском государственном техническом университете в Алтайском государственном университете (экономический факультет, федра "Информационные системы в экономике") при координации Института числительных технологий и ГИС-центра Сибирского отделения РАН. зультаты исследований используются в организации научной работы отдела 1С Алтайского НИИ информационных технологий и телекоммуникаций при ггайском государственном техническом университете и в организации ебной работы кафедры Теилогазоснабжение и вентиляция" Алтайского сударственного технического университета и кафедры "Информационные стемы в экономике" Алтайского государственного' университета.
L Разработанная информационно-графическая технология! и лученные технические решения положены в основу следующих юектов:
І. Система контроля и эксплуатации газопроводов природного газа
Алтайского края (ОАО "Алтайкрайгазсервис", 1996-2000 гг.Х !. Система контроля и эксплуатации магистральных теплосетей (ОАО
"Алтайэнерго", Барнаульская теплоцентраль, 1998-2000 гг.). !. Система учета и контроля технических средств организации дорожного
движения. Система учета и анализа дорожно-транспортных
происшествий (УВД г. Барнаула, отдел организации дорожного движения
ГИБДД, 1991-2000 гг.). к Система инвентаризации и контроля установки технических средств
регулирования дорожного движения в городе (населенном пункте)
("АлтайТрансСигнал", г.Барнаул, 1993-2000гг.). і. Проект информационно-графической системы проектирования, контроля
и эксплуатации газопроводов Алтайского края (ОАО *Алтайгазпром",
1999-2000 г.г.). к Информационно-графическая система учета и анализа потребительского
рынка предприятия (Барнаульский завод асбестотехнических изделий,
1997-1998 гг.). f. Пилотный проект информационной системы учета и контроля ресурсов
агропромышленного комплекса Алтайского края (Главное управление
сельского хозяйства и продовольствия Алтайского края, 1998 г.).
Проекты технических заданий на создание информационно^графичесыо систем контроля и эксплуатации городских электросетей и йюкенерны> сетей горводоканала (горэлектроееть и горводоканал г. Барнаула, 1997 г.). Проект электронного кадастра инженерных сетей и сооружений в рамка> концепции единой муниципальной ГИС (администрация г. Барнаула, 199$ г.)
П. Реализованы следующие проекты:
Информационно-графическая система контроля и эксплуатации газопроводов Алтайского края. В отделе АСУ ОАО "Алтайкрайгазсервис' в 1996-1998 гг. внедрены элементы информационно-графической системь: контроля и эксплуатации газопроводов, природного газа Алтайского края. Информационно-графическая система учета и контроля технических средств организации дорожного движения города (населенного пункта) у учета и анализа дорожно-транспортных происшествий в 1992 год) внедрена в отделе организации дорожного движения ГИБДД УВД г Барнаула и продолжает развиваться. Система предназначена дл* управления дорожным движением с целью регулирования транспортны> потоков, а также для регистрации дорожно-транспортных происшествий с целью принятия действенных мер по устранению очагов аварийности. Информационно-графическая система инвентаризации и контроле технических средств организации дорожного движения в город* (населенном пункте) в 1993 году внедрена в отделе установи технических средств организации дорожного движенш "АлтайТрансСигнал" (бывшее СМЭУ УВД Алтайского края) і продолжает развиваться. Система используется совместно с УВД щи управления дорожным движением.
Система контроля и эксплуатации магистральных теплосетей. В отделе АСУ ОАО "Алтайэнерго" (филиал "Барнаульская теплоцентраль") в 1995 году внедрены элементы информационно-графической системы контролі и эксплуатации магистральных теплосетей города Барнаула. Информационно-графическая система учета и анализа потребительской: рынка предприятия внедрена в 1998 году на Барнаульском заводе асбестотехнических изделий.
Основные положення, выносимые на защиту.
Универсальная информационно-графическая модель объектоЕ
инженерных коммуникаций.
Информационно-графическая технология решения задач управленш
инженерными коммуникациями.
Оригинальная методика реализации информационно-графическое
технологии управления системами инженерных коммуникаций.
Концеитуальные основы проектирования и создания типовы>
информационных систем управления инженерными коммуникациями на
основе информационно-графической технологии и современных технологий распределенной обработки информации.
Публикации и апробация работы.
По теме диссертации опубликовано 18 научных работ.
Основные результаты докладывались на следующих конференциях и ;еминарах:
Международная конференция "Интеркарто-4: ГИС для устойчивого развития окружающей среды", Барнаул, 1-4 июля 1998 года, ИВЭП, АГУ.
2-й учебно-практический семинар "Инженерные коммуникации и ГИС. Проектирование и эксплуатация", Москва, 21-25 сентября 1998 года, Российская академия государственной службы при Президенте РФ.
2-я конференция "Информационные технологии в урбанистике, эффективном управлении недвижимостью и территориальными ресурсами — УРБИС-98", Москва, 20-22 октября 1998 года, Госстрой России.
3-я учебно-практическая конференция "Организация, технология и опыт ведения кадастровых работ", Москва, 23-28 ноября 1998 года, Российская академия государственной службы при Президенте РФ.
2-я Всероссийская научно-практическая конференция "Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях", Нижневартовск, 6-8 апреля 1999 года.
Сибирская региональная конференция "Муниципальные геоинформационные и кадастровые системы", Бийек, 12-16 апреля 1999 года.
Международная конференция "Интеркарто-5: ГИС для устойчивого развития окружающей среды", Якутск, 17-19 июня 1999 года, Якутский университет.
Ежегодная международная конференция URISA'99, Чикаго, 21-25 августа 1999 года.
Научно-практическая конференция "Наука - городу Барнаулу", Барнаул, 3 сентября 1999 года, АТУ.
Личный вклад. Автором осуществлена постановка рассматриваемых іроблем, разработана и реализована универсальная информационно-рафическая модель объектов инженерных коммуникаций. При іеиосредственном участии автора разработаны и внедрены информационно-рафическая технология решения задач управления инженерными ;оммуникациями и оригинальные методики реализации информационно-рафической технологии управления системами инженерных коммуникаций. Сонцептуальные основы проектирования и создания типовых информационных ;истем управления инженерными коммуникациями на основе информационно-рафической технологии и современных технологий распределенной обработки
информации разработаны коллективом авторов, указанным в прилагаемом списке публикаций. ;
Структура диссертации.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения,, 5 приложений и списка литературы из 134 наименований. Диссертация изложена на 207 страницах машинописного текста и содержит 31 рисунок и 5 таблиц.
Похожие диссертации на Информационно-графические технологии в управлении инженерными коммуникациями
