12 - 2004

UtilityGuide: единый подход к созданию ГИС инженерных коммуникаций

Александр Ставицкий

Предлагаемая вниманию читателей статья представляет собой обобщение опыта группы компаний Consistent в разработке (Consistent Software) и внедрении (CSoft) геоинформационных систем (ГИС).

По нашему убеждению, приоритетными потребителями ГИС-технологий сегодня являются компании, занимающиеся эксплуатацией и ремонтом инженерных коммуникаций, то есть сектор, обозначаемый на западном рынке термином Utilities .

Опыт общения с организациями, осуществляющими управление различными инженерными коммуникациями, выявил несколько общих закономерностей.

• Как правило, в российских городах и регионах не существует централизованной службы, ответственной за геодезические съемки строящихся или ремонтируемых инженерных коммуникаций; все эти работы проводятся по принципу «Спасение утопающих — дело рук самих утопающих». То есть либо «…энерго», «…теплосети», «…водоканал» производят исполнительные съемки собственными силами, либо получают эти съемки от многочисленных исполнителей работ. Ни в одном из случаев единообразие методов и единая точность выполнения работ не гарантируются.

• Между держателями различных инженерных коммуникаций отсутствует систематический обмен данными, поэтому согласование аварийных или запланированных «раскопок» в сжатые сроки провести просто невозможно. Началу работ предшествует кропотливое сличение фрагментов архивов различных предприятий, относящихся к аварийному участку.

• Любая схема инженерных коммуникаций базируется на так называемой топооснове, то есть на адресном плане города, предпочтительно выполненном в масштабе 1:500. Такой план должен содержать строения и края проезжей части, а также иные видимые объекты, используемые в качестве опорных при выполнении исполнительных геодезических съемок. В отсутствие централизованно обновляемого адресного плана происходит многократное дублирование расходов на его создание и обновление — при этом в ходу различные версии адресного плана, что значительно снижает достоверность информации, накапливаемой в виде исполнительных съемок.

Выход один — внедрение единой технологии накопления пространственной информации в рамках всего города на основе распределенного накопления и редактирования информации в режиме многопользовательского доступа. Распределенного потому, что лишь считаные города располагают каналами связи, обеспечивающими физическую возможность обмена значительными объемами информации в режиме реального времени. Не говоря уже о проблеме режимного доступа к такой информации…

Добиться этого, как показывает мировая практика, возможно путем отказа от традиционного файлового хранения информации и перехода к геоинформационным системам, построенным на принципе единого хранилища пространственной и описательной информации на основе СУБД.

При этом геоинформационная система создается из следующих компонентов:

• СУБД, служащая единым хранилищем пространственной и описательной информации;

• инструментальная ГИС, то есть инструмент для создания и редактирования пространственных данных непосредственно в СУБД;

• система публикации данных, позволяющая легко наращивать количество рабочих мест без возможности прямого изменения пространственных данных, зато с удобными средствами изменения описательных (атрибутивных) данных, а также экспресс-анализа пространственных и описательных данных.

На выборе СУБД-хранилища нет необходимости останавливаться подробно. Несмотря на то что попытки использования в этих целях серверных СУБД активно предпринимались в течение всего последнего десятилетия, только Oracle разработал и внедрил механизм Spatial Cartridge для реализации объектной модели хранения пространственных объектов. Он обеспечивает и быстрый доступ к неограниченным объемам пространственных данных, и возможности выполнения сложных пространственных запросов (например, «найти все водопроводные трубы, находящиеся не далее 10 метров от кабелей высокого напряжения») на стороне сервера СУБД, резко снижая аппаратные требования к клиентскому рабочему месту. Сегодня Oracle стала неким общим знаменателем для различных ГИС-технологий; совместимость с описанными методами хранения пространственной информации становится признаком принадлежности к высшему классу геоинформационных систем.

Инструментальные ГИС в этом случае должны выбираться по принципу совместимости с единым хранилищем, причем наша уверенность, что CS MapDrive — это именно то, что нужно пользователям, только крепнет от проекта к проекту. Аргументы в пользу этой точки зрения легко найдутся в статье «С драйвом по жизни» (CADmaster № 2'2003) и на сайте продукта www.mapdrive.ru.

А вот о системе публикации данных стоит поговорить подробнее.

Во-первых, она должна предоставлять доступ к тому самому единому хранилищу пространственных и описательных данных на основе СУБД. Во-вторых, служить удобной основой для разработки пользовательских приложений, отражающих специфику различных отраслей.

О том, что по соотношению «цена/качество» Autodesk MapGuide является явным лидером среди систем публикации данных, свидетельствует неопровержимая статистика стремительного роста пользователей этой системы в мире. Тем не менее по сути это пусть очень хороший, но все же инструментарий разработчика, а российские клиенты ждут решений «под ключ», отражающих и отраслевую, и местную специфику. Вот об опыте разработки и внедрения приложений для мониторинга инженерных коммуникаций и пойдет речь в этой статье.

Итак, в настоящее время разработаны и внедрены системы для кабельных сетей высокого напряжения (EnerGuide), газовых коммуникаций (GasGuide), тепловых сетей (HeatGuide), сетей водоснабжения и канализации (WaterGuide).

Чтобы не повторяться в описании их функционала, мы объединили эти приложения под общим термином UtilityGuide и постараемся выделить их общие, характерные черты.

1. Отраслевая иерархия объектов. Всем хорошо известны классические возможности «плоских» ГИС-систем: показать табличку с описательными характеристиками выбранного на карте объекта. Но первые восторги по поводу этой весьма простой операции давно утихли, и стало ясно, что реальным промышленным клиентам нужно совсем не это. Им требуется одним касанием мыши получить не просто длину, или диаметр, или давление, а целый комплекс взаимно увязанных данных. Например, кабельная трасса состоит из ремонтных врезок, которые соединяются между собой ремонтными муфтами, и питается она от трансформаторных станций, к которым присоединяется посредством кабельных воронок… Все эти объекты выстраиваются в отраслевую иерархию (рис. 1), этакую пирамиду. При выборе любого элемента «пирамиды» пользователь получает информацию по всем ее компонентам, которые связаны с выбранным. Отстроив иерархии для каждой отрасли, реализовав их в виде специфических структур данных СУБД, мы обеспечиваем пользователя ГИС необычайно эффективным и в то же время очень простым в использовании инструментом.

2. Использование отраслевых справочников. Слабым звеном любой системы, в том числе и ГИС, является… человек, то есть оператор. Ошибки ввода можно и нужно минимизировать за счет исключения операций прямого ввода данных с клавиатуры, заменяя их выбором из нескольких возможных значений, содержащихся в справочниках. Дополняя описанные в предыдущем пункте отраслевые иерархии системой отраслевых справочников (рис. 2), мы не только получаем эффективную систему, но и резко снижаем требования к квалификации пользователей. Система просто не позволит сделать ошибку, подсказав, какого диаметра трубу можно использовать в исследуемой теплотрассе, с какой изоляцией, а также из какого материала эта труба может быть изготовлена.

3. Средства экспресс-анализа данных. Пользователю важно не только получать «сырую» информацию, но и иметь возможность оперативно ее анализировать. Причем что именно потребуется узнать в конкретной производственной ситуации — заранее не известно, поэтому невозможно ограничить пользователя несколькими предварительно написанными аналитическими запросами. Также невозможно включить в программу и сложные инструменты составления таких запросов, поскольку главный энергетик, как правило, не знаком с языком SQL.

UtilityGuide оснащен очень простым и эффективным средством drag-and-drop-анализа: пользователь простым движением мыши перетаскивает заголовки полей базы данных в область анализа — в любом количестве и в любом порядке.

В приведенном примере (рис. 3) всего за несколько секунд получен ответ на вопрос, как кабельное хозяйство города распределяется по маркам кабелей (с количеством и длинами), каково распределение по годам прокладки и по сечениям для каждой марки. Количество уровней вложенности не ограничено, полученный при помощи простых манипуляций экранный отчет так же легко превращается в печатную отчетную форму.

4. Неразрывная связь с пространственными объектами сохраняется на любом уровне отраслевой иерархии, в любом уровне вложенности аналитического отчета. Одно нажатие на правую кнопку мыши — и вы уже точно знаете, где искать непросвеченный поворотный сварной стык на чугунной газовой трубе, проложенной в 1974 году.

5. Генерация выходных печатных форм. Гадать, какие отчеты в следующий момент понадобятся вышестоящей организации или прямому начальнику, — безнадежное дело. Такое же безнадежное, как пытаться соперничать по богатству функций с Microsoft Office. Поэтому из любого окна данных, в том числе и из аналитического, предусмотрена возможность экспорта данных в MS Excel (с сохранением результатов экспресс-анализа), в котором легко строятся любые отчеты с любым мыслимым оформлением (рис. 4).

6. Специальные интерфейсные «изыски», повышающие эффективность использования UtilityGuide, а также делающие каждодневную работу более простой и приятной. С тех пор, как был изобретен Windows, никого не удивишь каскадным расположением окон, но что, например, делать, если надо одновременно видеть и форму заполнения данных, и их большой фрагмент? Такой проблемы в UtilityGuide просто нет: экранная форма имеет… регулируемую степень прозрачности (рис. 5), позволяющую видеть и то и другое одновременно!

7. Открытость архитектуры набора приложений UtilityGuide дает возможность широко использовать специализированные приложения модулей третьих фирм. Как показала практика, современные системы телемеханики и телеметрии без труда интегрируются с UtilityGuide, при этом нет необходимости повторять алгоритмы давно апробированных модулей гидравлического расчета или генерации линейных схем: их можно просто использовать в среде UtilityGuide, предварительно согласовав структуры данных.

Всем перечисленным список преимуществ, которые получают пользователи UtilityGuide, не исчерпывается — названо лишь самое основное. Но все же перед тем, как пригласить наших потенциальных клиентов на переговоры, стоит упомянуть о том, что предшествует появлению Utility­Guide на компьютерах пользователей.

Если всё начинается с самого начала, то есть с массивов разнородной и зачастую противоречивой бумажной и электронной документации, неминуем процесс ее обработки и упорядочивания. Он довольно подробно описан в статье, посвященной успешному проекту в области энергетики (CADmaster № 2'2004).

Если же речь идет о модернизации уже существующих элементов ГИС-технологий, необходимо детальное обследование имеющихся в распоряжении клиента данных и инструментов, написание «интеллектуальных» конверторов данных и интерфейсных блоков.

В любом случае для внедрения тех самых «пирамид данных», которые являются основой технологии UtilityGuide, необходимо четкое понимание того, насколько отработанные типовые отраслевые иерархии соответствуют традициям и особенностям производственной деятельности заказчика.

Таким образом, первый шаг — это так называемый пилотный проект, в процессе выполнения которого закладывается вся технология будущего большого проекта. Эта технология апробируется на небольшом фрагменте территории заказчика. А далее, после сдачи пилотного проекта, учета пожеланий по окончании тестовой эксплуатации и обучения персонала, можно принимать решение о количестве и номенклатуре рабочих мест, а также о том, чьими силами будет выполняться весь большой ГИС-проект.

Каждый ГИС-проект сугубо индивидуален: различаются и сроки, и стоимость, и номенклатура поставляемых программных средств. Но наш положительный опыт внедрения ГИС как в России, так и за ее рубежами позволяет нам быть уверенными в успехе наших с вами будущих проектов!

«САПР и графика» 12'2004