Розенберг И.Н, Духин С.В., Харин О.В., Ильин А.В.
ВНИИАС МПС России

Открытое акционерное общество «Российские железные дороги», представляя собой огромный территориально распределенный комплекс, использует отраслевые геоинформационные ресурсы, а также активно применяет геоинформационные технологии для организации управления процессами производственной и хозяйственной деятельности.
Задача создания и эффективного использования геоинформационных ресурсов одна из важнейших задач Программы информатизации отрасли на 2005 2007 г.г.

Работы по внедрению геоинформационных технологий в отрасли ведутся отделением геоинформационных технологий на железнодорожном транспорте ВНИИАС МПС РФ. За период 2000-2005 г.г. специалистами отделения выполнен большой объем работ по созданию отраслевого геоинформационного обеспечения, подготовке и внедрению в промышленную эксплуатацию геоинформационных ресурсов, координации действий специалистов железных дорог по использованию ими в своих разработках геоинформационных технологий.

В настоящее время ведутся работы по систематизации имеющегося в отрасли картографического материала, приведение его к единому виду в соответствии с необходимыми требованиями на основе созданного Программно технологического комплекса ведения геоинформационных баз данных железнодорожного транспорта.

Уже сегодня создана и передана в эксплуатацию геоинформационная база данных сети железных дорог РФ, СНГ и стран Балтии, включающая около 6000 станций с указанием типов и 8000 участков с указанием количества путей и наличия электрификации (рис. 1).

Созданы программные интерфейсы для информационного взаимодействия с системой баз данных инфраструктуры железнодорожного транспорта, позволяющие получать текстовую информацию о параметрах объектов в полном объеме.

Рис. 1.

Ведутся работы по созданию баз данных масштабных и немасштабных схем станций всех железных дорог, уже переведены в электронный вид и выверены около 14000 схем.

Создаются базы данных крупных железнодорожных и водно-транспортных узлов, диспетчерских участков, регионов диспетчерского управления, мировых транспортных коридоров и т.д.

Для наглядного представления инфраструктуры различных хозяйств отрасли в масштабе дорог используются специализированные атласы железных дорог с нанесенными объектами по обустройству этих хозяйств в привязке к станциям и перегонам: локомотивных и вагонных депо, пунктов технического обслуживания, тяговых электрических подстанций и т.п. (рис. 2).

Созданные геоинформационные ресурсы используются как самостоятельно в качестве справочной графической информации, так и в составе других информационных систем.

На основе использования технологии интеграции графической и семантической информации в центрах управления перевозками разных уровней геоинформационные ресурсы используются для повышения иллюстративности получаемой диспетчерами информации (в том числе на табло коллективного пользования).

Рис. 2.

В автоматизированной системе технико - распорядительных актов станций (АС ТРА) необходимо ведение и использование графических приложений. В этом случае использование геоинформационных систем позволяет контролировать правильность составления схем и соответствие их текстовой части документа.

Технические паспорта крупных станций представляют собой масштабные планы станций с нанесенными на них в виде различных слоев трубопроводами и кабельными системами различного назначения. Такие паспорта являются, по сути дела, графической составляющей паспорта станции, объединяющего объекты инфраструктуры хозяйств различных служб, расположенных в пределах станции (рис. 3).

В системе учета земли и имущества геоинформационная компонента необходима для графического представления земельных участков, полосы отвода и расположенного на них недвижимого имущества.

Таким образом, в отрасли создано и эксплуатируется геоинформационное обеспечение, внедряются технологии создания, ведения и использования геоинформационных ресурсов, объем которых постоянно растет. В этих условиях для обеспечения согласованности технологий ведения и форматов графических данных, обеспечения безопасности их хранения и использования, необходимо проведение единой технической политики стандартизации и типизации геоинформационных ресурсов и поддерживающих их геоинформационных систем.

Рис. 3.

Разрабатываемые отделением типовые геоинформационные технологии описывают последовательность действий при создании, ведении, актуализации и использовании геоинформационного ресурса. Важно определить источник первичной информации, оценить промежутки времени между изменениями, найти заинтересованных в актуальной информации исполнителей, оснастить их рабочие места специализированными программными модулями, включающими ГИС компоненту, создать регламенты сбора и интеграции информации в единое ядро с целью широкого ее использования. Иногда необходимо также предусмотреть ведение истории изменения информации об объектах геоинформационного ресурса.

В число специализированных модулей ГИС входят, например, специализированные редакторы пространственных данных, позволяющие изменять какой либо один тип графических схем. Например, редактор масштабных планов станций ограничивает пользователя в использовании типов объектов это могут быть только пути, стрелки, светофоры нескольких видов, предельные столбики, тупики и немногие другие типы, - однако существенно облегчает работу с ними, выдавая подсказки о необходимости наличия стрелки и предельных столбиков в месте соединения путей, а также напоминая о необходимости ввода текстовой информации о номерах и вместимости путей, номерах стрелок, ординатах объектов и т.д. (рис. 4).

Рис. 4.

Важной частью геоинформационной технологии являются также модули проверки пространственных данных. Проверка правильности пространственных данных сложная задача, решение которой неавтоматизированными методами практически невозможно. При использовании автоматизированной проверки должны быть сформулированы требования к объектам схемы, выполнение которых и является условием правильности схемы. Например, на схеме дороги точечный объект «станция» должен находиться в точке соединения двух линейных объектов «перегон» или совпадать с конечной точкой объекта «перегон».

Требования могут касаться как графических объектов схемы, так и табличных данных в присоединенных к графическим объектам таблицах. Могут использоваться как внутренние таблицы, так и таблицы из внешних источников. Чем больше критериев правильности схемы сформулировано и проверяется, тем больше вероятность того, что схема является правильной. Поэтому наиболее правильными являются схемы, созданные с использованием специализированных редакторов, которые, как правило, включают в себя модули проверки и, кроме того, исключают многие ошибки уже при вводе объектов во время создания схем.

Другой способ проверки проверка изменения графической схемы. Степень правильности схемы повышается с течением времени, если существующие ошибки исправляются, а новые не появляются. Исправление существующих ошибок приводит к улучшению схемы и зависит от времени и опытности экспертов, работающих со схемой. Для того, чтобы схема не ухудшалась, необходимо отслеживать все изменения и проверять их правильность. Проверка производится, как правило, попарным сравнением соответствующих объектов старой и новой схем. Кроме улучшения схемы, подобная проверка является вспомогательным средством для экспертов, проверяющих адекватность изменения схемы изменениям предметной области.

Редакторы для изменения типов графических схем предназначены для построения на основе имеющейся схемы и текстовых данных новой схемы с заданными свойствами. Например, на схеме сети железных дорог Российской Федерации, стран СНГ и Балтии, выполненной в масштабе 1:3500000, перегоны и участки повторяют свое географическое расположение и представляют собой кривые линии. Для некоторых сетевых задач, например, нахождения кратчайшего расстояния между двумя станциями, вид участка или перегона не является существенным, достаточно изображение перегона отрезком прямой линии. Точно так же на схеме станции при нахождении маршрута пропуска поезда несущественна кривизна пути, важно лишь наличие путей, наличие и сторонность стрелок. Специальные редакторы позволяют построить немасштабную мнемосхему станции на основе имеющейся масштабной схемы. В дальнейшем изменения в исходной и полученной схемах можно вести независимо, а все изменения отслеживать путем использованием модуля проверки соответствия двух схем.

Направления дальнейшего развития.
В процессе реального внедрения и использования геоинформационных систем возникают вопросы, требующие серьезной научной и технической проработки, в том числе и в плане разработки новых методов, создания математических моделей, алгоритмов, лабораторных испытаний. Направление исследований затрагивают как область развития собственно ГИС, так и область применения ГИС технологий.
Из задач первого направления можно выделить развитие ГИС в части возможности использования различных проекций пространственных данных, использования для хранения пространственной информации внешних баз данных, реализация алгоритмов эффективного сжатия информации, разработка алгоритмов быстрого поиска объектов и т.д.

К задачам второго направления относятся, прежде всего, оптимизация транспортных потоков на сети дорог и размещение объектов инфраструктуры.

Оптимизация транспортных потоков на сети, структура которой имеет специфические особенности. Специфика железнодорожной сети заключается в том, что любой из участков пути может изменять свои свойства, то есть существует так называемое «правильное» направление с характеристиками пропускной способности и «неправильное», которое, как правило, не используется в стандартных ситуациях, но может использоваться при необходимости. Кроме того, сама железнодорожная станция представляет собой сеть, иногда достаточно сложную, с возможностью накопления и переформирования маршрутов, то есть изменения характеристик потоков. В этих условиях необходимо организовать движение таким образом, чтобы по возможности равномерно распределить поездопотоки по альтернативным участкам, учитывая участки, закрытые для плановой профилактики и ремонта.
Размещение объектов инфраструктуры, обеспечивающих нормальную работу железных дорог и влияющих на безопасность перевозок и время восстановления движения в экстренных ситуациях. К числу таких объектов относятся железнодорожные станции, точки стыковки подъездных путей с путями станций, тяговые подстанции, узлы связи, восстановительные и пожарные поезда и многие другие. Для некоторых из них должны выполняться ограничения по размещению: на станции, на участке, в возможной близости от станции. Условия оптимизации для различных объектов также могут быть различными: минимизация максимального времени прибытия, обеспечение заданных характеристик максимальных расстояний и так далее.