Projekt spracovania údajov pre GIS inžinierskych sietí
 Ing. Peter Rovňák, Ing Martin Bačinský

D-ART Studio s.r.o.,
Jarková 73, P.O.Box 104, 080 01 Prešov
e-mail: dart@netlab.sk

Obsah :
1. Úvod
2. Význam GISu inžinierskych sietí
3. Štruktúra dát inžinierskych sietí
4. Zber dát
5. Záver

1. Úvod

Rozsiahle ľudské sídla vo svojej zložitosti a komplexnosti môžme porovnať so živým  organizmom. Porovnanie sa stáva opodstatneným hlavne v prípadoch, kedy potrebujeme poznať dosah akýchkoľvek zmien spôsobených rastom a aktivitou  ľudskej spoločnosti. Významnú úlohu tu zohrávajú kvalitné, rozsiahle a dobre organizované informácie uložené v GIS systémoch. Článok sa zaoberá možnosťami  zberu dát pre GIS inžinierskych sietí  mesta. Popíšeme projekt, ktorého zadanie spočívalo v zozbieraní dát a ich odovzdaní zákazníkovi. A to vo formáte použite  ľnom v jeho GISe, bez nutnosti mať tento systém k dispozícii.

2. Význam GISu inžinierskych sietí

Jednu z hlavnýchpodmienok pre život v sídlach predstavujú inžinierske siete,  zabezpečujúce tok médií, energií a informácií v rámci určitého územia. Správcovia sietí potrebujú mať vždy aktuálny prehľad o ich momentálnom stave. V koordinácii  so zámermi rozvoja sídiel a plánovanou zástavbou musia mať predstavu o súbežnom rozširovaní sietí. V tejto súvislosti musia byť schopní poskytnúť  projekčným organizáciám aktuálne podklady a vedieť zhodnotiť možnosti pre uskutočnenie súvisiacich zmien. Z dlhodobého hľadiska je potrebné sledovať  technický stav sietí, predchádzať havarijným stavom včasnou a plánovanou výmenou zastaralých častí sietí s cieľom zabezpečiť minimálne prerušenia dodávok.  V prípade havarijného stavu tvoria kvalitne zozbierané a uložené údaje dobrú bázu pre rozhodovanie a hľadanie optimálnych riešení. Vzhľadom na charakter uložených  dát môžu tieto slúžiť ako podklad pre ďalšie spracovanie, napr. pre fyzikálne simulácie rôznych stavov sietí alebo pre technické výpočty, ktoré majú spätný vplyv na projektovanie a ďalšie zámery budovania sietí.

3. Štruktúra dát inžinierskych sietí

Vo všeobecnosti GIS obsahuje informácie v dvoch rôznych formách, hoci presnú  hranicu medzi nimi je možné stanoviť len veľmi obtiažne. S rozvojom informačných technológií dochádza k situácii, že hovoríme skôr o dvoch formách interpretácie informácií:

  1. grafickej forme – ktorá sa používa prevažne na geometrické a topologické informácie.
  2. negrafickej forme – ktorá sa používa prevažne na textové a číselné informácie.

A. Grafická forma je interpretovaná CAD systémom prostredníctvom vektorových entít. V nami riešenom projekte boli použité entity: "Block" pre interpretáciu bodov  resp. bodových symbolov, "Lwpolyline" pre interpretáciu línií a "Kóta" interpretujúca rozmery a priestorové vzťahy. Línie predstavovali priamo uložené  potrubia, bodové symboly predstavovali armatúry alebo vyjadrovali akúkoľvek konštrukčnú zmenu potrubia. Zvláštne postavenie v rámci bodových symbolov  predstavovali "Uzly", ktoré sa umiestňovali na miesta vetvenia sietí alebo na miesta, kde dochádza k zmene režimu prúdenia média v potrubí – najčastejšie na miesta ventilov a regulačných i čerpacích staníc.

Prostredníctvom pripojených negrafických informácií uložených v databáze vytvorili tieto elementárne entity hierarchickú štruktúru – GIS model inžinierskej siete.  Prvotné logické rozdelenie sietí predstavovalo delenie na:

  1. zásobné vedenia alebo zásobné rady
  2. vedenia domových prípojok.

A1. Zásobné rady

Najvyššou jednotkou v hierarchii zásobných radov predstavuje "Vedenie". Nižšiu úroveň predstavuje "Trať ". Je to najmenšia časť vedenia, ktorá je na obidvoch  koncoch ohraničená prvkami "Uzol". Najnižšiu úroveň predstavuje "Úsek" – Je to najmenšia časť trate, ktorá ešte má rovnaké parametre.

Nový "Úsek" vzniká vždy, ak sa zmení ktorýkoľvek z nasledujúcich parametrov:

  • Menovitý priemer potrubia
  • Materiál
  • Ulica
  • Rok vybudovania

Reálnu grafickú interpretáciu prostredníctvom CAD entity má až úroveň "Úsek". Vyššie úrovne existujú len v podobe databázových záznamov.

Obrázok č.1 ukazuje členenie "Vedenia" na hierarchicky nižšie celky.
Obrázok č.1

A2. Vedenia domových prípojok

Najvyššou jednotkou v hierarchii vedení domových prípojok predstavuje "Prípojka". Je charakterizovaná tým, že už nepoužíva pre svoje ohraničenie uzly a prakticky  nemá grafickú interpretáciu. Je to vlastne databázový záznam majúci v sebe okrem ďalších informácií aj informácie o napojení na zásobné vedenie. Predstavuje  určité dátové zastrešenie pre "Úseky".  Nižšiu úroveň predstavuje "Úsek" – Je to najmenšia časť vedenia, ktorá ešte má rovnaké parametre obdobne ako u zásobných vedení.

Obrázok č.2 ukazuje členenie "Prípojky" na hierarchicky nižšie celky.
Obrázok č.2

Z hľadiska štruktúry uloženia dát má domová prípojka ešte jedno špecifikum – všetky grafické entity súvisiace s príslušnou domovou prípojkou (vedenie,  armatúry, kóty) sú na úrovni databázy prepojené do jedného celku – tzv. objektu, ktorý ešte ako negrafické dáta udržuje informácie o napojení do budovy.

Obrázok č.3 dokumentuje reálnu grafickú formu zbieraných dát.

Po kliknutí sa obrázok zobrazí zväčšený v novom okne
Obrázok č.3

B. Negrafická forma: dáta bývajú spravidla uložené v relačných databázach a sú interpretované prostredníctvom programov, ktoré umožňujú vyhľadávať nad týmito dátami a zobrazovať ako samotné dáta tak aj vzťahy medzi nimi. Jedným z  predstaviteľov je Microsoft Access 97, ktorý bol použitý aj v tomto projekte.

4. Zber dát

Počas tvorby a používania GIS rozlišujeme tieto fázy:

  1. zber a spracovanie dát (meranie a spracovanie merania, digitalizácia, napĺňanie databáz)
  2. overovanie a aktualizácia
  3. používanie (dotazovanie, tvorba výstupov).

Z hľadiska pracnosti sa javia ako najnáročnejšie prvé dve fázy. Vzhľadom na špecifiká jednotlivých fáz je potrebné venovať značnú pozornosť organizácii prác a voľbe správnych nástrojov.

Pri tvorbe GISu inžinierskych sietí mesta (vodovod a plyn) boli počiatočné podmienky následovné:

  1. Zákazník:
    1. GIS software AutoCAD Map v.3
    2. databáza Oracle7
  2. Vstupné podklady:
    1. scanované mapové listy M 1:500
    2. vektorové mapové podklady vo formáte DWG
    3. databáza Microsoft Access 97
    4. analógové textové informácie
  3. Spracovateľ:
    1. AutoCAD R14
    2. Microsoft Access 97

Po vstupnej analýze sme dospeli k týmto záverom:

  1. AutoCAD Map v.3, ktorý používa zákazník, je kvalitný GIS software s bohatou škálou funkcií vhodných na spravovanie dát. Po posúdení vhodnosti pre zber dát sa však ukázal ako zbytočne mohutný nástroj  s absenciou špecializovaných funkcií "šitých na mieru". Taktiež by vyžadoval veľké vstupné náklady.
  2. Časť vstupných negrafických dát ukladaných do databázy sme dostali vo formáte Microsoft Access 97. Zákazník vedel zabezpečiť ich import do databázy Oracle7. Linkovanie vektorových dát na databázu malo ostať vo  formáte pre platformu Oracle7.

Riešenie sme našli v postupoch, znázornených schémou na obrázku č. 4.

Po kliknutí sa obrázok zobrazí zväčšený v novom okne
Obrázok č.4

Pre samotný zber dát sme pripravili nadstavbu pre AutoCAD R14 s využitím API rozhrania Object ARX a knižníc MFC. Jej funkcie boli naprogramované tak, aby  zabezpečili plnenie vektorových dát do formátu kompatibilného s AutoCAD Map v.3 a napĺňanie do databázy vo formáte Microsoft Access 97 cez rozhranie ODBC.  Špeciálne exportné funkcie zabezpečili potom väzbu grafických a databázových dát pre platformu Oracle7.

Volanie funkcií je zabezpečené prostredníctvom ikonového menu osobitne pre:

  1. vodovodnú sieť
  2. sieť rozvodu plynu
  3. kótovanie a pomocné konštrukcie.

Obrázok č.5 ukazuje rozmiestnenie jednotlivých ikon v rámci nástrojových líšt.

A. Vodovod

B. Plynovod

C. Kótovanie

Obrázok č.5

Po kliknutí sa obrázok zobrazí zväčšený v novom okne
Obrázok č.6 - Prostredie AutoCAD R14 grafické (vektorové) CAD dáta

Po kliknutí sa obrázok zobrazí zväčšený v novom okne
Obrázok č.7 - Prostredie AutoCAD R14 grafické (vektorové a rastrové) dáta

Po kliknutí sa obrázok zobrazí zväčšený v novom okne
Obrázok č.8 - Relačné vzťahy medzi tabuľkami

5. Záver

Užívateľsky pripravená a naprogramovaná aplikácia má niekoľko výhod:

  1. okamžitá možnosť modifikácie v prípade zmien vstupných podmienok
  2. vytvorenie užívateľských funkcií, ktoré vykonávajú presne to čo potrebujeme. Nie sú zbytočne mohutné , odozva je okamžitá a užívateľovi intuitívne vnucujú správny postup zadávania dát, čím sa predchádza chybám  v logickej štruktúre kreslených vedení.
  3. možnosť vytvorenia prvostupňovej kontroly zberaných dát definovaním prípustnej množiny údajov a umožnením tieto dáta napĺňať len výberom z ponuky namiesto priameho vpisovania. Obrázok č.9 ukazuje príklad  vypĺňania údajov pre "Úsek" vedenia s možnosťou výberu z vopred definovaných dovolených hodnôt.
Obrázok č.9
  1. možnosť vytvorenia substitúcií v prípadoch, kedy zákazník nedodal presné špecifikácie štruktúry uložených dát  a kedy sa už naplnené dáta dajú previesť do požadovanej podoby prostredníctvom konverzií.
  2. e) možnosť automatickej konverzie slovných údajov do kódovanej podoby, ktorú požadoval zákazník. Kódy sa jednoznačne definujú prostredníctvom tabuľky kľúčových slov, ako znázorňuje obrázok č. 10.
Obrázok č.10
  1. aplikácia bola naprogramovaná ako sieťová. Na zbere dát sa podieľalo viacero pracovníkov, pričom databáza bola uložená ako jeden celok na serveri a bola prístupná každému pracovníkovi. Zabezpečila sa tým  konzistencia dát, ako aj jednoznačnosť priradení databázových dát zo servera vektorovým dátam na lokálnych počítačoch.
  2. užívateľská aplikácia je univerzálna. Je možné ju jednoducho prispôsobiť na zber dát pre ľubovoľnú cieľovú platformu.