1 - 2010

Работа с семантической и метрической базами данных в приложениях для автонавигации с использованием ГИС-технологий

Игорь Кузнецов, Алена Алтунина

В настоящий момент актуальным является использование программных модулей на базе ГИС-технологий для решения задач автоматизации планирования работы автотранспорта. Описание представления графа транспортной сети как слоя цифровой карты — одна из нерешенных задач на уровне интеграции приложений различных разработчиков. Это обстоятельство не позволяет выполнить практическое внедрение методов генерации альтернативных маршрутных заданий парка автотранспортных средств с учетом скоростных режимов движения на территории обслуживания. Предлагается одно из возможных решений указанной задачи.

Особенности представления графа транспортной сети в ГИС-приложениях

Общие положения

Удобные методы визуализации местоположения транспортных средств (ТС) с пространственной привязкой всё больше привлекают не только разработчиков специализированного программного обеспе-чения (ПО), предназначенного для исполнения диспетчерских функций контроля за работой подвижного состава (ПС), но и автолюбителей, освоивших возможности специализированного ПО и заинтересованных в решении задач навигации личного автотранспорта.

Используя автоматизированные геоинформационные системы (ГИС) в виде ГИС-приложений (модулей), а также цифровые карты (модели местности), можно не только решать широкий круг утилитарно-практических задач, но и выполнять планирование с применением моделей имитации процессов. Если имеется просто картинка (в GIF, JPEG, PCX или в каком­либо другом формате), то это еще не ГИС. Для работы предметно­ориентированного ГИС-приложения требуется так называемый слой цифровой карты графа транспортной сети (ГТС) региона автоперевозок. Слой включает топографическую, метрическую, семантическую и служебные базы данных (БД). Представление слоя ГТС — векторное. При этом в БД должна заноситься не только пространственная привязка вершин графа, но и данные о предполагаемом времени проезда, а также другие данные, например отражающие интенсивность движения автотранспорта по участку улично-дорожной сети, характеристики связей (дуг, звеньев) ГТС, желательно — расстановка дорожных знаков и светофоров на регулируемых перекрестках. Практика применения методов оптимизации расчета рациональных маршрутов доказывает, что чем больше измерений в модели, тем более приемлемые с практической точки зрения решения о предполагаемой трассировке маршрута можно принимать на основе предлагаемых вариантов.

Примеры работы со слоем графа транспортной сети

Рассматривая для примера работу пользователя со специализированным ПО МосГИС-pro (ГИС-приложение фирмы КИБЕРСО), в окне меню изменения характеристик ребра ГТС нельзя дополнять БД слоя ГТС, но предоставлена возможность редактирования метрических данных по каждой дуге ГТС. Следует учесть, что данное приложение, как и большинство аналогичных продуктов, предназначено для работы с БД слоя ГТС, разработанного специально для данного ПО, и не предполагает полномасштабных функций редактирования всех БД слоя ГТС.

Определимся с терминологией. В инструкции пользователя ПО фирмы КИБЕРСО есть фраза: «Маршрутная сеть состоит из вершин и ребер. Вершины — это перекрестки и точки изгиба улиц, а ребра — участки улиц, их (вершины) соединяющие». По сути, это описание БД ГТС в представлении ее как слоя цифровой карты. Если в процессе автонавигации одиночного автомобиля словосочетание «маршрутная сеть» подразумевает систему возможных маршрутов проезда, то для решения задач планирования и регулирования работы парка автотранспортных средств маршрутная сеть — это система маршрутов или маршрутных заданий. Для единообразия фразу «Маршрутная сеть…» в данной инструкции следует заменить на «Описание графа транспортной сети включает вершины и ребра (дуги)».

Это важно, так как действия пользователя, исполняемые в пункте меню «Редактировать маршрутную сеть…», когда «Маршрутная сеть (или транспортная сеть, или граф), по которой вырабатываются маршруты, учитывает направление движения и развязки», радикально отличаются от редактирования «маршрутной сети доставки грузов и пассажиров». Для первого случая описана работа пользователя (или системного интегратора) со слоем цифровой карты, отображающим БД ГТС транспортного региона, в конкретном ГИС-приложении, во втором случае — работа диспетчера (менеджера автоперевозок).

ГИС-приложения для работы с предметно­ориентированным программным обеспечением по автоматизации функции планирования автоперевозок

Вопросы интеграции баз данных графа транспортной сети

Традиционно разработчики ГТС каждому ребру графа приписывают ряд характеристик (свойств), описывающих проезд по отображаемому им участку транспортной сети (наличие или отсутствие проезда, признак дорожной пробки, возможность проезда для грузового транспортного средства (ТС), средняя дневная и ночная скорость проезда).

На основании этой информации может быть вычислена протяженность маршрута и ориентировочное (с точностью до минуты, как указано в описании продуктов фирмы КИБЕРСО) время в пути. Возникает вопрос: кто будет утверждать единый регламент и вести работы по сертификации на уровне корпоративного стандарта представления БД ГТС для цифровой карты транспортных регионов?

Возможный вариант решения — централизованное единообразное представление ГТС в рамках интеграции усилий разработчиков программного обеспечения и производителей цифровых карт для автонавигации. Реализация возможна при заключении партнерских взаимоотношений поставщиков слоя ГТС. В настоящее время конечный пользователь привязан к представлению БД ГТС конкретного поставщика цифровой карты. Возможна частичная конвертация БД, но и тогда возникает ряд вопросов о представлении самого ГТС на уровне модели. В частности, может быть использована сетевая модель с привязкой семантической БД не к номерам вершин ГТС, а к ребрам (дугам) графа. Тогда вопрос интеграции выполняется на уровне соотнесения координат с привязкой по методу «иди к ближайшему».

В указанном выше примере ГИС-приложения для персонального компьютера (ПК) и карманного устройства (КПК) интегрированы на уровне БД ГТС. При этом все изменения в БД ГТС, выполненные на ПК, могут быть перенесены на КПК (семейство программных продуктов ПалмГИС версии выше 3.0). Процедура предполагает простое копирование файла kdf.grf, который расположен в директории KDF в каталоге на ПК, где установлено ГИС-приложение (например, C:\MosGIS\KDF\kdf.grf), на КПК в директорию, где установлено ГИС-приложение (цифровая карта формата ПалмГИС, например Program Files\PalmGIS).

Интеграция модулей экспертных расчетов маршрутной сети с модулем редактирования слоя графа транспортной сети на цифровой карте

Современное предметно­ориентированное на организацию автоперевозк ПО, работающее с ГИС-приложением, должно быть рассчитано не просто на обработку статических или периодически обновляемых данных, а на проведение экспертных расчетов маршрутной сети. Иными словами, должна быть выполнена интеграция модулей выработки экспертного заключения, например, о вероятности выполнения маршрута в заданных временных интервалах. Достичь этого только на уровне БД невозможно — экспертная система работает не только с оперативными БД ГТС, но и запрашивает ретроспективную информацию из хранилища данных (ХД) о ранее выполненных маршрутных заданиях.

Предлагается к реализации автомати-зированная система отслеживания и фиксации скоростных режимов движения автотранспорта на территории обслуживания (см. cхему), которая напрямую не будет выполнять функции ГИБДД (ГАИ) по выработке и доведению до ТС регулирующих воздействий. Ее роль — собирать данные с оборудованных системами глобального спутникового позиционирования (спутниковыми навигационными системами, СНС) ТС в режиме реального времени и, выполнив их соответствующую обработку, предоставлять пользователям доступ к постоянно обновляемому содержимому ХД.

Работы по созданию прототипа подобной системы проводятся на кафедре АСУ МАДИ (ГТУ) в тесном сотрудничестве с разработчиками ПО и БД автонавигационных систем, в частности с ООО «Универсальные информационные технологии». За основу корпоративного стандарта слоя ГТС предлагается принять Geographic Data Files (GDF), где, кроме архитектуры послойного представления цифровой карты, описаны основные элементы БД ГТС. Компромиссный вариант — разработка единого открытого формата представления БД ГТС для возможности конвертации закрытых форматов БД производителей цифровых карт.

В свете перспективных разработок ПО автонавигационных систем прослеживается рост спроса конечных пользователей на программные продукты с так называемым 2D+ (взгляд из лобового стекла ТС) и трехмерным (3D) представлением модели местности. Этот факт также следует предусмотреть в предлагаемом стандарте, например в минимально (максимально) регламентированной детализации представления объектов (зданий, сооружений и т.п.).

Практическое использование результатов проекта планируется апробировать для генерации альтернативных маршрутных заданий, входящих в сменно-суточный план работы парка автотранспортных средств.

САПР и графика 1`2010