CC BY
73
Уфа : УГАТУ, 2013
Ъъомшс
Т. 17, № 5 (58). С. 122-128
УДК 004.528
Обработка пространственной информации в распределенной ГИС
ресурсораспределительной организации промышленного региона
12 3
С. В. Павлов , А. С. Павлов , А. С. Самойлов
1 psvgis@mail.ru, 2 al_ufa@mail.ru
1,2 ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» (УГАТУ)
3 ОАО "Газ-Сервис"
Поступила в редакцию 01.03.2013
Аннотация. Рассмотрена проблема организации обработки пространственной информации в распределенной геоинформационной системе ресурсораспределительной организации. В качестве подхода к решению проблемы предложен способ формирования распределенной базы пространственных данных, основанный на формальном анализе структур баз пространственных данных, входящих в состав геоинформационной системы ресурсораспределительной организации, позволяющий выявить общую для нескольких баз пространственных данных информацию и обеспечить ее обработку.
Ключевые слова: геоинформационная система; пространственные данные; база пространственных данных, базовые и специализированные пространственные данные.
Крупные ресурсораспределительные организации (РО), как правило, состоят из большого количества территориально распределенных подразделений и технологических объектов, для управления которыми используется большое количество разнородной информации, в том числе информация об их пространственном местоположении. Учитывая пространственный характер информации о распределительных сетях и технологических объектах, наиболее удобным и современным подходом для ее хранения, обновления, обработки и отображения, являются географические информационные системы (ГИС) [1, 2], которые обеспечивают целостность и удобство восприятия картины текущего состояния распределительных сетей, особенно их функционирования и возможности развития.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Существует достаточное количество примеров создания корпоративных ГИС в РО промышленных регионов, типовая обобщенная структура которых представлена на рис. 1. В составе таких ГИС можно выделить следующие основные компоненты:
• подсистемы общего назначения: подсистема хранения данных, подсистема администрирования, подсистема интеграции с внешними
информационными системами, подсистема поисковых и информационно-справочных задач, подсистема редактирования пространственных данных;
• функциональные подсистемы: подсистема аварийных и диспетчерских служб, подсистема производственного отдела, подсистема отдела электрохимической защиты, подсистема бухгалтерии, подсистема отдела энергетики, подсистема отдела ремонта и капитального строительства, подсистема отдела по корпоративному развитию и управлению имуществом, подсистема отдела автоматизации, подсистема планово-экономического отдела.
Большинство ресурсораспределительных организаций имеют распределенную иерархическую структуру и состоят из территориальных подразделений, осуществляющих обслуживание распределительных сетей по всей территории региона, в каждом из которых для решения повседневных задач активно используются геоинформационные технологии.
В центральном аппарате и каждом территориальном подразделении создаются базы пространственных данных, содержащие информацию об объектах распределительной сети и обслуживаемой территории, наполнение и актуализация которых осуществляется силами большого количества специалистов. Подробно
схема организации многопользовательского доступа к пространственной информации на примере одной из ресурсораспределительных организаций Республики Башкортостан рассмотрена авторами в работе [3] и представлена на рис. 2.
ПОДХОД К РЕШЕНИЮ
При создании распределенных ГИС можно выделить три части пространственных данных: базовые пространственные данные (БПД), необходимые всем сотрудникам организации; специализированные пространственные данные (СПД), представляющие интерес для одного конкретного территориального подразделения; метаданные - данные о специализированных и
базовых пространственных данных, предназначенные для поиска, оценки, назначения, пригодности и возможности обработки пространственных данных. Для определения информации, входящей в состав распределенной базы пространственных данных ресурсораспределитель-ной организации, проведен анализ пространственной информации, используемой специалистами территориальных подразделений РО в повседневной деятельности, который позволил построить структуру пространственных данных (рис. 3), состоящую из блока общегеографических пространственных данных и блоков пространственных данных по основным видам деятельности.
Рис. 1. Структура корпоративной ГИС РО
Рис. 2. Схема организации многопользовательского доступа к пространственной информации
в корпоративной ГИС РО
Для объединения распределенных по территориальным подразделениям РО баз пространственных данных необходимо выявить общие для всех территориальных подразделений данные и разместить их в базе базовых пространственных данных. При этом та часть данных, которая необходима конкретному подразделению, остается в базе специализированных пространственных данных территориального подразделения.
Для формализованного описания всех частей пространственной информации и связей между ними введем обозначение - базу данных конкретного /-го территориального подразделения ресурсоораспределительной организации,
обозначим через БД , где г = 1, п, п - число территориальных подразделений, а всю распределенную совокупность БД обозначим как
РБД:
рбд = у_бдг .
г=1,п
Задача формирования из совокупности {БД } г =1 п , единой РБД, заключается в таком выделении в каждой БДг части специализированных ПД (СПДг ) и общей части, входящей в БПД, чтобы выполнялось соотношение:
РБД = УБД = БПДУ СПД1 у СПД 2 у
1=1,п
У—У СПД п =БПД уСПДг.
г=1,п
БД
(1)
каждого территориального подразделения РО разрабатывается на основе соответствующей модели данных (МД), которую обозначим МДг, тогда
мд = & ...як1, , сг.с.}
где
Кя д = 1, к,, к. -
количество отношений в
■ « БД Я V = 1,т, т модели данных /-й ^ ; №, ' " г, -
количество слоев пространственной информа-
„БД С е = 1, , ции в модели данных /-й ^ ; е, ' " г -
количество связей между отношениями и слоя. „ БД
ми модели данных /-й ^ .
Представим модель данных /-й БДг как совокупность двух частей, описывающих атрибу-
МД А
тивную - и
информацию:
пространственную
- МД.
МД, = МД* У МДf, г = 1, п
Рис. 3. Фрагмент структура пространственных данных, необходимых для осуществления
производственной деятельности РО
МД описывает пространственную информацию, хранящуюся, как правило, в БД в виде
цифровых топографических карт определенного масштаба (например, территории региона масштаба 1:200000), в которых пространственная информация подразделяется на тематические слои и классы пространственных объектов
МДГ =S/ } i = 1, n, j
= 1, m,
где 7 = 1, щ, щ - количество слоев, хранящихся в БД5.
В каждой 1-й БД5 выделим две части: БД15 - та часть БД5, которая входит в состав
БД БПД, БД25 - часть БД5, входящая в состав
БД СПД. Тогда модели данных, описывающие эти БД, могут быть представлены
мд s = мд^ и мд 2s , i = 1, n
(2)
Множество номеров всех слоев пространственной информации, описываемой МД, обозначим
MS ={1, 2, 3,...,mt}.
Тогда в Мг можно выделить две части:
M S = M',S, M" S},
где M\S - множество номеров слоев из МДгS такое, что
МД1S = {sj }, j em; s , Sj e МД0
и M;S - множество номеров слоев из МДгг: такое, что
m2S = {s/ }, j e m;s , Si Ï МДо .
Тогда совокупность слоев, входящих хотя бы в две из МД^ (другими словами, описание слоев пространственной информации, необходимой двум и более территориальным подразделениям ресурсораспределительной организации) может быть обозначена как МДS и представлена:
мдS = и S/ ; sj = Sj,
i=1,n j=1,mi
где ¡1 * ¿2, 71 е Ы[ , ]2 е Ы'^ , 7 * ^ .
Предположим, что информация об одних и тех же пространственных объектах (например, населенных пунктах), а также одни и те же свя-
зи между одинаковыми пространственными объектами, в различные МД входят с одним и тем же значением индекса. Учитывая это предположение, переобозначим слои из (2), входящие в состав МД о, следующим образом:
мдо = {S, s02,...X },
где 0;, ; = 1,Р - полный неповторяющийся перечень, а Р - количество различных слоев из
т10
{МД* }.=rn, входящих в МДS ,
(3)
S0 Ф S0g, при j ф g;
USO = Us/ .
j=1,P i=1,n j=\,mi
Приведем аналогичное описание атрибутивной информации. МД4 описывает атрибутивную информацию, хранящуюся в БД в виде
реляционных таблиц, в которых атрибутивная информация для пространственного объекта представлена совокупностью значений атрибутов. Поэтому пусть МД4 для всех БД представлены в виде совокупности отношений:
МДА = RR2,...Rk}, i = 1,n,
мдА
к1 - количество отношений в /-й г"" , содержащих атрибутивную информацию.
МД0 МДА
По аналогии с в каждой /-й ^г вы-
делим две части: МД1А - та часть МД* которая входит в состав БД БПД, МД2А - часть МДА входящая в состав БД СПД. Тогда
где M\A - множество номеров отношений из МДА такое, что
МД1А = R }, j е M'A , R е МД
(4)
и м; мдА
множество номеров отношений из такое, что
МД2A = {r/ }, j е м;A, R * МД01.
Тогда совокупность отношений, входящих хотя бы в две из МД* , может быть обозначена
как МД * и представлена
МДо = уп;; Щ; = ,
г=1,п
;=1,к,
при г1 Ф г2 и в общем случае, входящие под разными номерами в соответствующие МД* , т. е.
; ф ;, ; е м'А, ; е м'А.
Будем считать, что атрибутивная информация об одних и тех же пространственных объектах, а также одни и те же связи между одинаковыми пространственными объектами в различные МД входят с одним и тем же значением индекса. Учитывая это предположение, переобозначим отношения из (4), входящие в
состав МД*, следующим образом:
мдА = К, по2,..., <},
где Щ,; = 1,Н - полный неповторяющийся перечень, а Н - количество различных отношений из {БД14}. ^, входящих в МД * ,
МД А = МД)А у МД2A, г = 1, п .
Множество номеров различных отношений из МДА обозначим
МА ={1,2,3,., кг}. Тогда в МД можно выделить две части:
мА = М"А, м"А},
R Ф Rd, при i Ф d ;
UR oj = URj
j=1,H i=1,n j=1,k¡
Пусть схема каждого 6-го отношения (3) представлена в виде совокупности атрибутов
S(Rb) = [a)b,al,...,al}, i = b = )k,
где lib - количество атрибутов 6-го отношения
7-й МД)-4.
При этом если взять одноименные отношения во всех МД1 л, то в общем случае множества атрибутов для каждого из них различны.
Соответственно, чтобы схема отношения R удовлетворяла требованиям всех территориальных подразделений ресурсораспределительной организации, необходимо, чтобы она включала в себя атрибуты, необходимые хотя бы одному подразделению РО, т. е.
S (R0 ) = {abo, aV-A,
где aj0, b = 1, H, j = 1, B - множество упорядоченных некоторым образом атрибутов всех отношений Rb, i = 1, n, так что
Uabo = Uab, ь=1, h .
j=1,H j=1ki
(5)
i=1,n
Заметим, что к — Н для всех г = 1, п, поэтому пробегание индекса Ь от 1 до Н в (5) корректно.
Следовательно, база данных БПД (которую обозначим БД0) всей РО является совокупностью БД1А и БД15, описываемых соответствующими моделями данных:
БДо = ( ЦБД^)и( ЦБД15) = ЦЕД.
i=1,n
i=1,n
i=1,n
Таким образом, учитывая (28) получим: РБД = БДоU(( иБД2^)U( UБД2S)) =
i=1,n i=1,n
= БПДи( иБД2) = БПД испдi
i=1,n i =1,n
что соответствует (1).
Построенная таким образом распределенная база пространственных данных РО будет содержать все отношения, необходимые не менее чем двум территориальным подразделениям, а схема каждого отношения будет содержать все атрибуты, необходимые хотя бы одному территориальному подразделению ресурсораспреде-лительной организации.
ку распределенно хранящейся пространственной информации.
При такой организации совместного использования пространственной информации ресур-сораспределительная организация сокращает временные и финансовые затраты на изготовление и поддержание в актуальном состоянии пространственной информации об обслуживаемых объектах. При этом повышается качество получения, хранения, обработки и представления пространственной информации специалистам центрального аппарата и территориальных подразделений РО, что в конечном счете приведет к улучшения качества проектных и управленческих решений.
список литературы
1. Павлов А. С., Самойлов А. С. Разработка корпоративной геоинформационной системы газораспределительной организации // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2011. С. 23-29.
2. Бадамшин Р. А., Павлов А. С. Многопользовательская обработка распределенно хранящейся пространственной информации в научно-образовательной ГИС РБ // Вестник УГАТУ. 2009. Т. 12, № 1 (30). С. 3-8.
3. Павлов А. С., Павлов С. В., Самойлов А. С. Организация обработки пространственных данных в распределенной геоинформационной системе газораспределительной организации // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2012. С. 57-62.
ОБ АВТОРАХ
ПАВЛОВ Сергей Владимирович, зав. каф. геоинформ. систем. Дипл. математик по выч. математике (БГУ, 1977). Д-р техн. наук (УГАТУ, 1998). Иссл. в обл. обработки пространственных данных.
ПАВЛОВ Александр Сергеевич, доц. той же каф. Дипл. магистр техн. и технол. (УГАТУ, 2006). Канд. техн. наук по сист. анализу, упр. и обр. информации (УГАТУ, 2009). Иссл. в обл. геоинформ. систем и геопорталов.
САМОЙЛОВ Александр Сергеевич, рук. группы ГИС. Дипл. инж. по автоматиз. произв. процессов и производств нефтяной и газовой промышленности (Уфимск. гос. нефт. техн. ун-т, 2004). Иссл. в обл. геоинформационных систем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной статье предложен подход к созданию распределенной базы пространственных данных ресурсораспределительной организации, основанный на формальном анализе специализированных и базовых пространственных данных, входящих в ее состав, позволяющий исключить дублирование и обеспечить обработ-
METADATA
Title: The processing of spatial information in a distributed GIS
of utilities companies in industrial region. Authors: S. V. Pavlov1, A. S. Pavlov1, and A. S. Samoylov2 Affiliation:
1 Ufa State Aviation Technical University (UGATU), Russia.
2 Gaz-Servis, Russia. Email: psvgis@mail.ru. Language: Russian.
Source: Vestnik UGATU (Scientific journal of Ufa State Aviation Technical University), vol. 17, no. 5 (58), pp. 122-128, 2013. ISSN 2225-2789 (Online), ISSN 1992-6502 (Print).
Abstract: In this article the problem of the organization of spatial information processing in a distributed geographic information system utilities companies. As an approach to solving the problem, a method of forming a distributed spatial database, based on a formal analysis of the structures of spatial databases included in the geographic information system of utilities companies that identify common for multiple spatial databases to provide information and process it.
Key words: Geographic Information System; basic and thematic spatial data; geodatabase.
References (English transliteration):
1. A. S. Pavlov and A. S. Samoylov, "Development of a corporate GIS of gas distribution organizations," (in Russian), in Geoinformation Technologies in Design and Creation Corporate Information Systems. Ufa: UGATU, 2011, pp. 23-29.
2. R. A. Badamshin and A. S. Pavlov, "Multiuser processing for distributed spatial information stored in a scientific -educational GIS RB," (in Russian), Vestnik UGATU, vol. 12, no. 1 (30), pp. 3-8, 2009.
3. S. V. Pavlov, A. S. Pavlov, and A. S. Samoylov, "The organization of spatial data processing in a distributed GIS of gas distribution organizations," (in Russian), in Geoinformation Technologies in Design and Creation Corporate Information Systems. Ufa: UGATU, 2012, pp. 57-62.
About authors:
PAVLOV, Sergey Vladimirovich, Head of Geoinformational Systems Dept. Dipl. Mathematican (Bashkortostan State Univ., 1977). Dr. (Habil.) Tech. Sci. (USATU, 1998).
PAVLOV, Aleksandr Sergeevich, Dept. of Geoinformational systems. Master of Technics & Technology (UGATU, 2006). Cand. (PhD) Tech. Sci. (UGATU, 2009).
SAMOYLOV, Aleksandr Sergeevich, Head of Geoinformational Systems Group. Dipl. Engineer (UGNTU, 2004).
