Возрастающие требования к эффективности управления инфраструктурой территорий, финансовой и хозяйственной деятельностью предприятий, инженерными сетями и коммуникациями предполагают непрерывное совершенствование систем информационного обеспечения. Предпосылкой такого совершенствования является современный уровень вычислительной техники и информационных технологий. Мы считаем, что новое качество систем управления может быть достигнуто за счет внедрения средств мониторинга, обеспечивающих мгновенное реагирование на изменение ситуации. Новые системы смогут не только предупреждать о возможных последствиях кризиса, но и давать рекомендации по его преодолению и нормализации обстановки.

Практика показывает: эффективно справиться с подобной задачей способны только те информационные системы, в которых используется грамотно построенная географическая информационная система (ГИС), предоставляющая достоверную информацию о пространственном положении объектов и их состоянии. ГИС-решения от Consistent Software это взаимосвязанные технологии сбора, обработки, хранения и использования пространственных данных, основанные на использовании новейших программных и аппаратных средств. В каждом конкретном случае мы стремимся найти разумное сочетание технологий коллективной работы в сетях Intranet/Internet и ЛВС, оптимальным образом выстроить технологическую линейку и подобрать соответствующие программные продукты.

Внедрение ГИС требует от предприятия значительных усилий, поэтому мы разработали гибкие схемы поэтапного внедрения, которые обеспечивают не только разумное и плавное расходование выделенных средств, но и максимальную рентабельность проекта в целом. Мы предлагаем решение и инструментарий для создания ГИС-проекта, способного объединить информационные ресурсы города и обеспечить к ним доступ.

Основными задачами такого проекта являются:
- сбор и обработка первичных данных (сканирование, калибровка, оцифровка, результаты геодезических изысканий);
- формирование собственно ГИС-данных;
- надежное распределенное хранение данных, обеспечивающее интеграцию, репликацию, конфиденциальность и т.д.;
- публикация данных обеспечение доступности данных для чтения, редактирования, анализа в сетях Intranet/Internet.

В основу нашего решения положены интеграция распределенных баз данных и возможность многопользовательской работы с ними в сетях Intranet/Internet (в режиме реального времени).

Концепция построения ГИС-решений

Для обеспечения оптимального выбора базового ПО и правильной постановки задач на разработку клиентских приложений, обеспечивающих наибольшую рентабельность проекта в целом, мы исходили из наиболее полного соответствия создаваемой ГИС нескольким основным принципам. Эти принципы кажутся нам вполне естественными.

Масштабируемость. Понятное, но крайне редко реализуемое требование. Речь идет о том, чтобы добиться разумного баланса между практической неограниченностью расширения системы как по объему данных (без изменения структуры данных и перекомпиляции пользовательских приложений), так и по количеству пользователей и минимальным «стартовым» объемом затрат по внедрению ГИС-решения. В емкий термин «масштабируемость» мы также вкладываем гибкое изменение соотношения между количеством рабочих мест различной функциональности в рамках поставляемого решения. Клиенту может понадобиться только увеличение количества рабочих мест для просмотра информации (с минимальными функциями анализа) или, напротив, только дополнительные рабочие места с полным доступом ко всем информационным ресурсам.

Открытость системы. Всем, кто занимался внедрением ГИС в нашей стране, хорошо известен (практически в любом городе и регионе) «зоопарк» применяемых в разных ведомствах программных средств как стандартных, так и доморощенных. Если местные разработчики по только им известным причинам решили хранить информацию в собственных таинственных форматах и если при этом они не озаботились возможностью какого-либо экспорта данных, то заказчику можно только посочувствовать в связи с неминуемыми финансовыми и временными потерями. Если же речь идет о ГИС, широко распространенной в мировой практике (ArcView, MapInfo, MicroStation и т.д.), то внедряемое ГИС-решение должно иметь инструменты приведения всех источников данных к некоему общему знаменателю без каких бы то ни было потерь.

Надежность. ГИС-решение должно опираться на базовые программные средства от лидирующих на мировом рынке разработчиков ПО. Это даст обоснованную надежду на то, что отслеживание тенденций развития мировой ИТ-отрасли будет производиться силами фирм-разработчиков базового ПО и, следовательно, выпуск новой версии операционной системы, появление нового поколения процессоров и т.д. не станет постоянной головной болью пользователя. В ГИС выделяют три основных компонента: хранилище данных, инструментальную ГИС и системы публикации данных (набор логически завершенных и проблемно-ориентированных клиентских приложений).

Хранилище данных раньше не принято было выделять в некий отдельный компонент. Функции хранения данных относили к сфере инструментальных ГИС, которые, собственно, ГИСом и называли (как любые копировальные аппараты, независимо от их изготовителя, очень долго называли «ксероксами»). Но все известные инструментальные ГИС следовали принципу раздельного хранения пространственной (карты, планы) и описательной (собственно таблицы данных) информации. Связь между этими типами данных осуществлялась средствами инструментальной ГИС за счет использования различных индексных файлов. В результате администрирование, разделение доступа к данным между пользователями, решение проблем эффективной обработки сверхбольших объемов данных с грохотом обрушивались на плечи пользователей. Выход из этой ситуации хранение всех данных (как пространственных, так и атрибутивных) в едином хранилище на основе серверной СУБД, функциональность и стоимость которой будут последовательно расти вместе с запросами и финансовыми возможностями заказчика.

Для создания подобных хранилищ можно использовать неспециализированные СУБД, где доступен только реляционный подход, при котором чем сложнее описываемый геометрический объект, тем больше строк в базе данных требуется для его описания. В то же время более эффективным представляется создание единых хранилищ для всех видов данных на основе СУБД, использующих объектный подход к хранению пространственных данных по принципу «один объект одна запись». Единое хранилище, созданное на основе Oracle, обладает способностью к репликациям, то есть копированию данных из многих малых хранилищ в одно централизованное для целей глобального анализа на уровне всего города. При этом вся техника поиска дубликатов записей, решения вопроса о дополнении, замене или удалении записей реализуется на основе встроенных механизмов самой СУБД. Помимо большего быстродействия при работе с едиными хранилищами данных, построенными по объектному принципу, есть и другое существенное преимущество: пространственный анализ может выполняться не инструментальной ГИС, а самой СУБД, что оптимально с точки зрения распределения ресурсов.

Идея не нова, но ее широкому воплощению долгое время препятствовал «имущественный ценз»: для таких задач подходила только весьма недешевая, хотя и бесспорно лучшая СУБД Oracle Enterprise. Теперь же вместо большого прыжка можно двигаться плавно и неторопливо. На сегодняшний день ГИС-решения от Consistent Software могут строиться на любой СУБД: от MS Access до MS SQL Server и далее через Oracle Standard к Oracle Enterprise.

Системы публикации данных должны обеспечить прямой доступ к хранилищам, иметь возможность публиковать извлеченные из них данные через Internet/Intranet и быть удобными средствами разработки пользовательских приложений на стандартных языках программирования. Дело в том, что полный доступ ко всем видам данных прерогатива весьма узкого круга специалистов. Основной же массе ГИС-пользователей избыточный доступ не только не нужен, но даже и вреден, так как вызывает обоснованное опасение что-то «испортить». Кроме того, административный персонал, особенно менеджеры высшего звена, настолько загружен, что просто не имеет времени на освоение сложных ГИС-инструментов. Поэтому пользовательские приложения с фиксированной логикой пространственного и атрибутивного анализа, то есть с формализацией типовых каждодневных операций, должны реализовываться на стороне системы публикации данных. Такие системы предлагаются несколькими ведущими мировыми компаниями. После сравнительного анализа по соотношению «цена/качество» и по соответствию требованиям прямого доступа к хранилищу данных на основе СУБД, мы несколько лет назад остановились на Autodesk MapGuide, дополнив штатный набор провайдеров данных дополнительными компонентами, предоставляющими доступ к хранилищам на всех прочих СУБД помимо Oracle Spatial. Этот выбор пока не разочаровал ни нас, ни клиентов.

Инструментальная ГИС, по нашему мнению, в первую очередь должна обеспечивать:
- ввод и редактирование пространственных данных (вектор/растр);
- чтение форматов традиционных ГИС и хранение результатов в едином хранилище с поддержкой объектного принципа хранения;
- расширение базовой функциональности за счет приложений, создаваемых на стандартных языках программирования;
- надежный upgrade с обязательной локализацией.

Анализ инструментальных ГИС на предмет соответствия этим критериям выявил двух явных лидеров: Autodesk Map и Intergraph GeoMedia. Желание самим определять уровень «русификации» интерфейса и стремление обеспечить большую гибкость в ценовой политике привели к созданию собственной ГИС CS MapDrive, имеющей в основе (разумеется, по договоренности с компанией Intergraph) те же базовые компоненты GeoMedia, но расширенные и дополненные нашим пониманием и опытом. В результате мы создали геоинформационную систему, сочетающую преимущества обеих упомянутых ГИС.

Общие сведения.

Инструментальная ГИС MapDrive основана на технологии прямой работы с хранилищами пространственных и описательных данных на основе СУБД. Она может использоваться и непосредственно (в качестве «настольной ГИС»), но наиболее эффективна в комплексе с системой публикации данных Autodesk MapGuide. Наличие системы провайдеров данных для Autodesk MapGuide позволяет использовать весь спектр СУБД от MS Access до MS SQL Server и Oracle; инструментальная ГИС MapDrive используется в первую очередь как средство подготовки и конвертации данных.

Что касается принципов построения, то наиболее близкой к MapDrive инструментальной ГИС является Intergraph GeoMedia, компоненты которой использованы при разработке MapDrive с соблюдением всех лицензионных прав. Работа с данными. В отличие от большинства известных инструментальных ГИС, MapDrive не ориентирована на работу с каким-то конкретным файловым форматом хранения данных. Мы используем понятие «соединение», то есть каналы, по которым информация попадает в общее, доступное для многих пользователей хранилище. По сути, наша инструментальная ГИС представляет собой своеобразную «воронку», которая позволяет использовать данные, накопленные в форматах наиболее распространенных «файловых» инструментальных ГИС, и разместить их в хранилищах, организованных на основе СУБД.

Выбрать формат данных, которые предстоит интегрировать в общее хранилище, пользователь может самостоятельно. В текущей версии как «внешние» файловые данные доступны файлы SHP (формат ГИС ArcView) и MIF-MID (формат ГИС MapInfo). По запросу заказчика список «файловых» ГИС, доступных для установления соединений и преобразования данных, может расширяться (включая нестандартные форматы хранения данных при наличии подробной спецификации). При выборе формата файла внешних данных соединение устанавливается не с отдельным файлом данных, а со всем каталогом, содержащим файлы инструментальной ГИС, которые необходимо интегрировать в общее хранилище. При этом доступно преобразование не только информации об индивидуальных объектах, хранимых в файловой ГИС, но и дополнительной служебной информации, содержащейся в конфигурационных файлах. При выборе же формата данных СУБД указывается местоположение конкретной СУБД (если используется MS Access) или устанавливаются необходимые параметры соединения (если используется Oracle).

Ко всем пространственным объектам, хранившимся ранее в СУБД или созданным непосредственно во время сеанса работы с инструментальной ГИС, применимы обычные операции редактирования: перемещение, поворот, удаление. Отличительная особенность инструментальной ГИС MapDrive заключена в том, что и создание, и редактирование пространственной информации производится непосредственно в хранилище на основе СУБД. Это означает, что все изменения пространственной информации немедленно записываются в хранилище без обычных операций типа «Save, Save as» и доступны всем пользователям хранилища в режиме реального времени. Версия MapDrive Pro осуществляет работу на чтение и запись для любого типа хранилищ.

Работа с файлом проекта.

Информация, составляющая геоинформационную систему, обычно подразделяется на пространственные и атрибутивные данные и сведения о пользовательском проекте. В инструментальной ГИС MapDrive все виды данных содержатся в общем хранилище на основе СУБД, а в так называемом файле проекта собрана информация о том, какие именно хранилища используются в конкретном случае тем или иным пользователем, какие классы пространственных объектов визуализируются и какие при этом используются стили визуализации.

В настоящее время разрабатываются два варианта формирования файла проекта:
- использование одного из распространенных файлов проектов, который ассоциируется с базовыми программными средствами, совместимыми по идеологии и способу хранения с ГИС MapDrive (Autodesk MapGuide, Intergraph GeoMedia);
- разработка и последующее распространение собственного файла проекта.
Второй из перечисленных вариантов уже реализован.

Создание и редактирование объектов.

MapDrive располагает всеми базовыми функциями создания и редактирования объектов, обеспечивающими объектную привязку к векторным и растровым объектам. Однако, учитывая отраслевую специфику наших клиентов, мы будем включать в функционал MapDrive дополнительные «макрооперации» создания и редактирования векторных объектов.

Работа с растром.

Опыт работы с организациями, осуществляющими управление пространственно распределенными ресурсами, указывает на обязательность широкого использования сканированных карт и планов. На мировом рынке давно и заслуженно популярны программные продукты серии Raster Arts от группы компаний Consistent Software, предоставляющие широкий спектр возможностей по трансформации растра (калибровка по регулярной и произвольной сетке) и его векторизации в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. Все эти возможности внедрены как в базовую версию MapDrive, так и в версию MapDrive Pro.

Аналитические возможности.

Реализован расширенный конструктор запросов по семантическому и пространственному критерию. При использовании хранилищ на основе СУБД Oracle Standard/Oracle Enterprise пользователю доступен механизм выполнения запросов за счет возможностей самой СУБД, что уменьшает загрузку клиентского места. Дополнительные возможности за счет использования программных модулей от третьих фирм. В ряде случаев мы успешно используем профессиональный опыт наших партнеров, «встраивая» их готовые и отработанные решения в среду инструментальных ГИС.

Пользователям следующих версий инструментальных ГИС MapDrive и MapDrive Pro будут доступны расчетные модули для гидравлических расчетов газовых сетей и расчетов сетей электроэнергетики, успешно апробированные на предприятиях соответствующих отраслей.

Клиентские приложения.

Чтобы обеспечить актуальность содержимого хранилища и рентабельность всего проекта, ввод и редактирование описательных данных необходимо производить непосредственно на территории организаций, эксплуатирующих коммуникации и сооружения (и с участием персонала этих организаций). Для каждой из них разрабатываются свои специализированные приложения. В качестве основы используется один и тот же набор слоев (данных), а интерфейс предусматривает использование структуры и иерархии данных конкретной организации.

Например, приложения позволяют персоналу предприятия редактировать только атрибуты обслуживаемого вида коммуникаций, но для удобства ориентирования видны все слои. Предоставлена возможность адресной навигации даже при наличии у пользователя неполной или неточной информации. Класс таких приложений успешно применяется в многопользовательском режиме как на этапе первичного ввода данных, так и на этапе эксплуатации ГИС.

Другой набор приложений предназначен для администраторов. Его главный принцип все операции должны производиться одним нажатием кнопки. Приложение обеспечивает все возможности адресной навигации, дополненные простыми и удобными средствами пространственного анализа, расчета длин и площадей выбранных объектов, формирования печатных форм, возможностью мониторинга обстановки и координации действий различных служб.

С решением этих задач связан еще один класс приложений они позволяют найти оптимальный путь между заданными точками маршрута с учетом весовых коэффициентов (можно принимать во внимание и интенсивность движения, и состояние дорожного покрытия).

Другой класс приложений связан с расчетами и моделированием различных процессов, специфицируемых для конкретной отрасли. К этому классу относится, например, модуль поверочного гидравлического расчета газовых сетей по потокам газа в участках системы распределительных газопроводов с расчетом узловых давлений. Другое приложение решает задачу эффективного ввода данных по кабельным сетям, вычисление емкостных токов и обеспечивает дистанционный контроль функционирования оборудования трансформаторных подстанций.

Разработаны и приложения, которые оценивают последствия сильных землетрясений или, используя возможности Internet, осуществляют диспетчеризацию перевозок опасных грузов.

Применение и адаптация нашего решения для целей проектирования позволяет объединить различные СУБД, САПР, ГИС и расчетные модули в единую систему непрерывный технологический процесс.

Один из ГИС-проектов, реализованных на основе предлагаемой концепции, геоинформационная система электрокабельных сетей Калининграда. Это комплексный проект для региональных подразделений РАО ЕЭС, в котором решены задачи быстрого и эффективного ввода данных по кабельным сетям за счет заложенной в структуре данных «отраслевой логики». Обеспечена совместимость с адресным планом Калининграда. Реализована интеграция ГИС с АСУ ТП (на примере трансформаторных подстанций) и модулем расчета емкостных токов. Базовые программные средства для реализации проекта разработаны компаниями Consistent Software, Intergraph, Autodesk, Oracle.