Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.24.01 - Геодезія

МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ ГЕОІНФОРМАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ІНЖЕНЕРНИХ КОМУНІКАЦІЙ В ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ

Генсецький Микола Петрович

Київ-2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, професор Старовєров Володимир Сергійович,

Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри інженерної геодезії.

Офіційні опоненти:

Заслужений працівник освіти України, доктор технічних наук, професор Черняга Петро Гервазійович, декан факультету землеустрою та геоінформатики, завідувач кафедри геодезії і геоінформатики Національного університету водного господарства та природокористування;

кандидат технічних наук, доцент Рябчій Владислав Валерійович, доцент кафедри геодезії Національного гірничого університету.

Провідна установа: Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра геодезії, Міністерство освіти і науки України, м. Львів.

Захист відбудеться 6 липня 2004 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.09 при Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31, ауд. 466.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий 2 червня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент О.П. Ісаєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інженерні комунікації (ІК) населених пунктів належать до складних просторових систем. Головними завданнями в процесі експлуатації є визначення їх положення на місцевості, забезпечення надійності функціонування та зниження аварійності, моніторинг ІК.

Прокладка ІК по відомчому принципу збільшила навантаження на 1м² території. Четверта частина комунікацій, особливо трубопровідні, знаходиться в аварійному стані. Більше 30-ти років питання експлуатації зводились до проведення профілактичних та поточних ремонтів, вибіркових капітальних робіт, локалізації аварій. Важливим питанням модернізації ІК, застосуванням нових технологій подачі та розподілу видів носія (вода, газ, тепло, струм тощо) приділялось мало уваги. За 12 років незалежності держави це привело до ряду техногенних катастроф: аварії каналізаційних комунікацій в м. Одесі, м. Харкові, курортних містах Кримської АР. Залишаються невирішеними проблеми водопостачання м. Львова та безперебійного забезпечення населених пунктів України теплоенергетичними носіями.

Основна специфіка сфери ІК пов'язана з необхідністю створення просторово-топологічних мережевих моделей, які підтримуються не звичайними інструментальними ГІС, а спеціалізованими. Джерела просторових даних у виді існуючих топографічних планів і планів знімань ІК, які в роботі беруться за основу картографічного забезпечення ГІС, не можуть оперативно видавати інформацію про стан ІК.

Тільки геоінформаційні системи спроможні вести моніторинг ІК, забезпечити оперативність отримання необхідної інформації та надійність її обробки. З розвитком комп'ютерного та програмного забезпечення, вибору моделі просторових даних, приладного забезпечення нового покоління вдосконалюється методика геоінформаційного забезпечення ІК в експлуатаційних системах. Саме цими критеріями обумовлена актуальність дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Проведені дослідження безпосередньо пов'язані з такими державними і відомчими програмами:

1. Постанова Кабінету Міністрів України № 409 від 05.05.97р. “Про забезпечення надійності й безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж”.

2. Положення про державну систему моніторингу довкілля, затверджене постановою Кабінету Міністрів України № 391 від 30.03.98 р.

3. Розпорядження міського голови м. Львова № 119 від 15.03.00 р. “Про проведення реформи у житлово-комунальному господарстві”.

4. Закон України “Про національну програму інформатизації” (із змінами, внесеними згідно із Законом від 13.09.2001 № 2684-14-ВР).

Мета і задачі дослідження.

Метою дисертаційної роботи є вдосконалення методичних основ геоінформаційного забезпечення інженерних комунікацій, моніторинг в процесі експлуатації. Відповідно до поставленої мети визначені такі завдання дослідження:

аналіз стану інженерних комунікацій населених пунктів;

обґрунтування вибору масштабу картографічних матеріалів;

обґрунтування точності топографо-геодезичного та картографічного забезпечення;

обґрунтування точності приладного забезпечення для пошуку та обстеження ІК;

розробка класифікатора і системи умовних знаків картографування ІК;

розробка реляційної моделі просторових даних ІК;

розробка методичних основ оптимального застосування ГІС-технологій для експлуатації інженерних комунікацій.

Об'єкт дослідження - інженерні комунікації населених пунктів, зокрема м. Львова.

Предмет дослідження - сучасний стан геоінформаційних ресурсів, топографо-геодезичне та геоінформаційне забезпечення ІК в експлуатаційних системах.

Методи дослідження базуються на принципах системного аналізу, об'єктно-орієнтованого моделювання. У роботі використана вдосконалена методика теорії графів для визначення надійності та потокорозподілу в ГІС ІК, методика попарних порівнянь інформаційних систем, методика врахування допуску на похибку заданої функції.

Наукова новизна одержаних результатів.

На основі методу попарних порівнянь обґрунтована методика застосування геоінформаційної системи для експлуатації ІК.

На основі експериментального дослідження визначено критерії стану ізоляції ІК.

Розроблено просторово-часове моделювання генерації запитів в ГІС ІК.

Розроблено метод по розрахунку надійності ІК з врахуванням будь-якого

потокорозподілу в першому наближенні.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Практичне впровадження результатів дослідження використано для розробки проекту ГІС ІК Львівської області, зокрема м. Львова.

2. Вдосконалено алгоритм диспетчерської служби за виконанням аварійно-невідкладних робіт.

3. Результати роботи використані при розробці класифікатора та системи умовних знаків картографування ІК, а також при складанні кадастру інженерних комунікацій.

Особистий внесок здобувача.

У дисертації використані особисті авторські публікації, а також публікації у співавторстві: в [5] автором визначена актуальність проблеми та вимоги до складу бази даних в залежності від виду комунікації; в [6] - запропоновано на стадії польового обстеження використовувати індукційні прилади нового покоління, із загальної точності геодезичної мережі визначена приладна точність; в [9] - визначена інфологічна модель, яка визначає інформаційні потреби проектованої системи і характеристики інформаційної бази, вибору СКБД.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення і результати роботи доповідались та пройшли апробацію на міжнародних, республіканських та регіональних науково-технічних конференціях і семінарах, а саме: 2-а Міжнародна науково-практична конференція “Кадастр, фотограмметрія, геоінформатика - сучасні технології і перспективи розвитку” (Львів - Краків, 2000); Міський семінар-практикум “Реформування житлового-комунального господарства м.Львова” (Львів, 2000); Науково-практичні конференції Київського національного університету будівництва і архітектури (м. Київ, 2001 - 2003 р.р.); 7-а Міжнародна науково-технічна конференція “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва” (Львів, 2002); Всеукраїнська науково-практична конференція “Національне картографування: стан, проблеми та перспективи розвитку” (Київ, 2003).

Публікації.

Результати дисертації опубліковані в 10-ти наукових роботах, у тому числі в 7-ми статтях у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації.

Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та двох додатків. Повний обсяг дисертації становить 163 сторінки. Вона вміщує: 32 ілюстрації на 10-ти сторінках; 17 таблиць на 19-ти сторінках; 2 додатки на 2-х сторінках; список використаних джерел (152 найменувань) на 13-ти сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета і задачі досліджень, наукова новизна і практичне значення одержаних результатів. Висвітлені короткий зміст роботи, дані про публікації, апробацію і впровадження розробок і результатів досліджень.

У першому розділі подається загальна характеристика завдань топографо-геодезичного та геоінформаційного забезпечення ІК в експлуатаційних системах, класифікація геоінформаційних ресурсів, завдання ГІС-технологій в експлуатації ІК. Окремі питання, пов'язані із наведеними завданнями, відображені в роботах Афанасьєва М.Б., Білятинського О.А., Дорожинського О.Л., Карпінського Ю.О., Лященка А.А., Могильного С.Г., Рудого Р.М., Рябчія В.В., Світличного О.О., Цветкова В.Я., Церклевича А.Л., Черняги П.Г. та інших. Серед численних зарубіжних публікацій виділяються праці І. Хенсена, І. Кауфмана, Г. Ларсона, Д. Стюдлера, Л. Тінга.

Детальні проблеми знімання та картографування підземних інженерних комунікацій на початку 90-х років досліджували такі вчені: українські - Баран П.І., Совершенний І.П., Кавунець Д.Н., Поліщук Ю.В., російські - Плахтій О.К., Соколов В.І., Лісіцький Д.В., Кудрявцева Е.А.

У розробках авторів подана класифікація, влаштування та проектування підземних інженерних комунікацій. Наводяться традиційні методи побудови планово-висотної основи знімання підземних комунікацій, прилади пошуку та обстеження. Наведено приклади картографічних робіт, виконавчих знімань ІК, а також основу складання цифрових карт підземних комунікацій.

Аналіз стану ІК потребує обробки великої кількості інформації й спеціальних алгоритмів. Тільки комп'ютерні технології можуть забезпечити оперативність отримання необхідної інформації та надійність її обробки. Завдяки розширенню сфери застосування ГІС у різноманітних геоінформаційних проектах бази геоданих стають основним видом топографо-геодезичного забезпечення. У сфері ГІС-технологій, системного аналізу та картографічного моделювання важливу роль відіграють праці Берлянта О.М., Борового В.О., Глушкова В.М., Кравченка Ю.А., Лисицького Д.В., Руденка Л.Г., Сербенюка С.М., Чабанюка В.С., Ющенка К.Л., Шинкаренка Г.А., Якимчука М.А. та ін.

Геодані в цифрових форматах розглядаються не як електронні копії карт і планів, а як самостійний інформаційний ресурс у вигляді баз даних та баз знань про просторові та атрибутивні характеристики об'єктів і явищ усієї геосистеми.

В наш час, за висловлюванням О.М. Берлянта, відбувається становлення нової геоінформаційної концепції, в якій формується наука про системне геоінформаційне моделювання і пізнання геосистем. Ядром будь-якої бази даних є її модель. У роботі пропонується реляційна модель. Вона легко реалізується на будь-яких ЕОМ завдяки тому, що дані представляються в матричній формі, а також у вигляді двовимірних таблиць. Структура даних у цій моделі уточняється через кінцеві відношення, задані в множині первинних даних.

Одним із пріорітетних напрямів щодо експлуатації інженерних комунікацій, інтеграції їх в міський кадастр інженерних комунікацій є застосування ГІС-технологій. З точки зору експлуатації ІК найбільш оптимальною системою є застосування локальних геоінформаційних систем, інтегрованих подальшому в ГІС ІК. Саме вона в перспективі стане складовою частиною муніципальної ГІС. В роботі приведено структурну схему муніципальної ГІС.

Аналізуючи стан геоінформаційного картографування ІК населених пунктів України, визначено основні завдання ГІС-технологій. Важливою прикладною задачею є оптимізація і оперативне диспетчерське управління інженерними комунікаціями міста, яке по оцінці складає 49 %; до 35 % - становить інвентаризація інженерної інфраструктури міста, решта - прогнозування розвитку ІК та проведення електронних проплат за використані носії.

Актуальність проблеми формування міських геоінформаційних ресурсів та їх активізації для ефективного використання в управлінні і розвитком територій великих міст не втрачає значимості уже протягом декількох десятиліть. У дисертаційній роботі пропонуємо виділити активні інформаційні ресурси, які складають інформацію, доступну для автоматизованого пошуку, зберігання та обробки.

Однією із найбільш динамічних ГІС-технологій, які розвиваються, є автоматизація в експлуатації ІК. На ринку програмного забезпечення для вирішення завдань експлуатації ІК можна виділити групи пакетів.

Програмні засоби універсальних ГІС. Дають можливість ефективно вирішувати завдання картографування, частково паспортизацію ІК, а також просторового аналізу. Мала продуктивність при вирішенні складних математичних задач не дає ефективного результату для моделювання ІК.

FM cистеми. Спеціалізовані пакети дають можливість проводити розрахунок ІК. Маючи потужні функції моделювання, вони малоефективні при використанні функцій ГІС.

Спеціалізовані системи з власними ГІС-модулями. Створені для конкретних видів ІК або організацій, які їх експлуатують. Суттєвим недоліком є закритість для подальшого розширення і висока вартість.

Більшість ГІС-продуктів кінцевого користувача не дають відповіді на ряд експлуатаційних запитань: видати рекомендації щодо локалізації аварійних ділянок, вказати наслідки аварійних відключень, дати аналіз пошкоджень і ефективності виконаних профілактичних робіт тощо. Пропонується вирішення більшості технологічних задач з ІК виключно на спеціальних структурах даних і алгоритмах теорії графів, а геоінформаційні технології найбільш ефективні для їх просторового аналізу та відображення цих результатів.

У другому розділі розглянуто методичні основи геоінформаційного забезпечення ІК в експлуатаційних системах. Важливим є вибір картографічних матеріалів відповідного масштабу.

Найбільш надійним картографічним матеріалом для створення ГІС - технологій інженерних комунікацій є плани знімань ІК. При виборі масштабу плану виходимо головним чином від повноти його змісту (передачі характерних точок згинів і зломів). Обґрунтування вибору оптимального масштабу розглядається з врахуванням допуску на похибку функції кординат точок плану.

Наведемо розрахункову формулу оптимального масштабу плану знімання ІК, виходячи з допустимої середньої квадратичної похибки визначення по плану віддалей між точками важливих контурів (капітальних будівель і споруд, характерних точок ІК) на забудованих територіях.

Так як , на процес вимірювання віддалей по плану між контурними точками не робить вплив похибка проектування , то приймемо середню квадратичну похибку

Виходячи із умови задачі , будемо мати

де - допустима середня квадратична похибка вимірювання віддалей по плану між близькорозташованими контурними точками.

Виходячи із умови оцінки точності розрахунку віддалей і напрямів,

для віддалей, виміряних по плану, будемо мати

Підставимо значення для F із формули (2) в формулу Ю.К. Неумивакіна

і принявши значення автокореляції рівним отримаємо

Необхідно відмітити, що за формулою (4) розраховується знаменник М_р масштабу плану знімання забудованої території з інженерною інфраструктурою.

Можна зробити висновок, що формула (4) робоча, коли Згідно з експлуатаційними вимогами до ІК для промислової зони, для середньої забудованої території з інженерною інфраструктурою, для малозабудованої території. Тоді за формулою (4) будемо мати: ; ; .

Виходячи із умови , приймаємо: ,

, , які відповідають знаменникам стандартних масштабів планів знімань.

За територіальним дослідженням по м. Львову встановлено, що для геоінформаційного забезпечення картографічним матеріалом плани знімань М 1:200 становлять 14 % (промислова зона з інженерною інфраструктурою), плани знімань М 1:500 - 78 % (середня забудована територія з інженерною інфраструктурою), плани знімань М 1:2000 - 8 % (малозабудована територія).

Як випливає із дослідження, плани знімань ІК М 1:500 є основними та відповідають експлуатаційним вимогам згідно з ДБН (БНіП).

Найповнішим джерелом інформації для створення бази картографічних даних ГІС ІК є матеріали виконавчих знімань. У порівнянні із зніманнями діючих підземних комунікацій вони є детальними, більш точними та економічними. Матеріали інвентаризації та польового обстеження складають інформаційну основу ГІС. При польовому обстеженні визначають місцезнаходження і глибину закладання інженерних комунікацій за допомогою індукційних приладів. У роботі подано основні характеристики трасошукачів нового покоління, які знайшли практичне застосування для обстеження ІК (ІМК-4, “АБРИС” фірми АКА, PDL-2 фірми Radiodetection.

Точність визначення положення інженерних комунікацій залежить від глибини закладання, діаметру та матеріалу прокладки, ізоляційного покриття, перетину з іншими комунікаціями, типу захисту, стану ґрунту та погодних умов.

За результатами дослідження індуктивних приладів, точність планово-висотного положення інженерних комунікацій визначається середніми квадратичними похибками:

;

, (5)

де h, d - глибина і діаметр прокладки, м.

Враховуючи технічні характеристики індукційних приладів, в формулі (5) вільні члени можна не враховувати. Із формул (5) випливає, що планове положення інженерних комунікацій практично не залежить від діаметру труби. Похибка визначення глибини прокладання залежить більше від його діаметру на малих глибинах і більше від глибини закладання - на великих глибинах.

У роботі наведено характерні відмінності приладу ІМК-4 по визначенню глибини та осі комунікації за різницею сигналів f(x) = e₁ - e₂. Важливою інформаційною характеристикою інженерних комунікацій з точки зору ГІС ІК є стан ізоляційного покриття. В дисертації приведені результати дослідження водопровідної комунікації в м. Львові. Для обстеження комунікації використовувались прилади ІМК-4 (ФМІ ім.Г.В.Карпенка) та PDL-2 фірми Radiodetekcion.

Характеристикою технічного стану ізоляції може бути питоме затухання d струму в трубопроводі, віднесеного до одиниці довжини ділянки, в крайніх точках якого проводились вимірювання за формулою

(6)

де L - довжина між 2-ма точками трубопроводу; е_n+1, е_n - відповідно заміри електрорушійної сили; h_n+1, h_n - відповідно глибини закладання.

Критерій “доброго стану” ізоляції d = 1 · 10^-2 дБ/м визначали із умови забезпечення рівня захисного потенціалу - 0,8 В на віддалі 2 км від станції катодного захисту. За вищенаведеною методикою було проведено обстеження ряду комунікацій в центральній частині міста, де було визначено питоме затухання струму, d.

У місцях скачкоподібного затухання сигналу було проведено контрольне шурфування. Наявність пошкодження ізоляції, місце врізки та перетин з іншими комунікаціями підтвердились. При приблизно одинаковій точності визначення глибини та осі ІК прилади вітчизняного виробництва ІМК-4 (НІКА, АСБ) більш адаптовані до нашого середовища по визначенню стану ізоляційного покриття, корозійності та перетину з іншими комунікаціями, вартість набагато менша на зарубіжні аналоги.

Необхідно відзначити, що при прокладанні трубопроводів часто не дотримуються технології виконання робіт (недостатня ізоляція, менша від проектної глибина закладання, недостатній ухил), що приводить до аварійного стану. Вивчаючи досвід експлуатаційних організацій м.Львова, Львівського обласного бюро технічної інвентаризації та експертної оцінки, Науково-дослідного інституту геодезії і картографії (м.Київ) в дисертації розроблено класифікатор та умовні позначення ІК в кадастрових і експлуатаційних системах.

У дисертаційній роботі розглянуто одну із видів топології - лінійно-вузлову. Топологічні або просторово-логічні зв'язки (ПЛЗ) об'єктів описують просторове розташування і логіку взаємодії між об'єктами, показаними на вихідному картматеріалі. ПЛЗ призначені для підвищення ефективності рішення картографічних задач і задач цифрового моделювання інженерних комунікацій.

У третьому розділі розроблено реляційну модель просторових даних ІК, методику реалізації системи керування базами даних Oracle, приведено просторово-часове моделювання генерації запитів в ГІС ІК.

Кожна комунікація характеризується своїм умовним кодом (унікальним номером в рамках відповідної системи забезпечення), призначенням, власником та такими складовими об'єктами, як: вузли, ділянки, споруди на вузлах та на комунікації.

Структура моделей об'єктів подається на концептуальному рівні без орієнтації на внутрішні формати даних конкретної ГІС. Множина даних системи забезпечення буде представлена, як:

S = { UPer, {ENet} }, (7)

де UPer - дані про юридичних осіб (таблиця власників); ENet - множина інженерних комунікацій.

Модель даних про власників представимо, як:

UPer (#ICU, ZKPO, Pers, Addr, #orgn, #soogu, #ecof, #fOwn, Cont, RDate),

де #ICU - ідентифікаційний код юридичної особи, використовується як поле зв'язку з таблицею "Комунікації"; ZKPO - код ЗКПО; Регs - назва юридичної особи; Addr - адреса розміщення; #orgn - код організаційно-правової форми (за класифікатором); #soogu - орган управління (код СООГУ) (за ідентифікатором); #ecof - види економічної діяльності (за класифікатором); #fOwn - форма власності (за класифікатором); Cont - способи контакту (телефон, факс, e-mаi1), RDate - дата реєстрації інформації.

Множина інженерних комунікацій ENet = {GenNet, ComNode, PartN, Build} - де GenNet - множини загальних даних про комунікацію; ComNode - множина вузлів комунікації; PartN - множина ділянок комунікації; Build - множина споруд комунікації та вузлів.

Із застосуванням реляційної алгебри в роботі розроблені формальні моделі для геопросторових даних для основних сутностей сегментно-вузлової моделі інженерних комунікацій. Для базових процесів картографування ІК та просторово-часового моделювання слабких місць розроблено граф діаграми стану. Функції моделювання та реєстрації аварійних ділянок (FR_DIK) реалізують алгоритми просторово-часового аналізу в ГІС ІК для двох основних режимів: геоінформаційна система інженерна комунікація

визначення аварійного стану ділянки за проміжок часу (t₁ - t₂ , стан S₁);

автовизначення аварійної ситуації, стан S₂.

У роботі визначені склад та структура бази знань системи геоінформаційного картографування ІК та просторово-часового моделювання, яка включає базу стратегії збору первинних документів, базу стратегії моделювання, базові розрахункові функції, базу похідних показників та результатів моделювання, процедурні знання статистичних методів, методів моделювання та формування звітів, тематичного картографування і документування.

Враховуючи розподілену архітектуру системи збору та обробки геопросторових даних в ГІС ІК, в роботі проведено моделювання серверу системи з використанням напівемпіричного та аналітичного методів.

Для монопольного режиму роботи серверу ГІС ІК напівемпіричним методом, припускаючи Пуассонівський характер розподілення часів генерації запитів та їх обслуговування в оперативній пам'яті і передачі по шині (системи передачі даних, сигналів, команд тощо в процесорі серверу), побудовано модель у вигляді замкнутої мережі масового обслуговування.

Для порівняння одержаних результатів в роботі застосовано й аналітичний метод для обчислення повного часу перебування запиту k-го пріоритету в системі обробки F_k, сек.:

; , (8)

де R_k - повний час знаходження на обробці програми k-го пріоритету, сек.;

W_k - час очікування програми k-го пріоритету в черзі, сек.

, (9)

де Е - математичне очікування;

D_k - інтервал часу, який починається обробкою програм пріоритетного класу більш високого, ніж k-й, сек.;

₀ - інтенсивність потоку вводу-виводу, 1/сек.;

Т_k - чистий час обробки програми k-го пріоритету, сек.

 ,

де _і - інтенсивність потоку і-го класу, сек ^-1.

, (10)

де С_k - інтервал часу з моменту надходження k-го пріоритету, сек.;

с - ймовірність влучення в інтервал С_k.

С_0a, С_0b, С_0c, С_0d, С_0e, - початкові інтервали періоду зайнятості, які залежать від матриці переривань, сек.

Результати обчислення інтенсивності обслуговування запитів двома запропонованими методами відрізняються до 8%, що знаходиться в межах норми.

У четвертому розділі дисертації проведено дослідження оптимальності застосування геоінформаційної системи для експлуатації ІК на основі методу попарних порівнянь, подано методику визначення надійності та потокорозподілу в ГІС ІК, структура ГІС-технології.

В роботі запропоновано модифікований метод Т.Л. Сааті для порівняльної оцінки інформаційних систем (метод попарних порівнянь).

Метод попарних порівнянь дає можливість виконати ранжирування об'єктів, обрати методи роботи і відповідні системи без застосування економічних розрахунків. За основу роботи взято результати попарного порівняння об'єктів (методик), коли за спеціальним алгоритмом визначаються коефіцієнти пріоритетності цих об'єктів, які є безпосередніми критеріями для наступного ранжирування. У результаті виконання порівняльного аналізу трьох систем а1 - ГІС ІК, а2 - САПР ІК, а3 - топоплани ІК вирішуємо таке завдання: виконати ранжирування трьох систем і визначити відношення дійсних значень їх важливості, якщо перша система важливіша, ніж друга (а1/а2 = 3), перша абсолютно важливіша за третю (а1/а3 = 9), друга явно важливіша, ніж третя (а2/а3 = 7).

Складаємо матрицю А:

1 3 9

А = 0,33 1 7

0,11 0,14 1 .

У відповідності до системи лінійних рівнянь одержуємо:

(1- л)х1 + 3х2 + 9х3 = 0;

0,33х1 + (1- л)х2 + 7х3 = 0;

0,11х1 + 0,14х2 + (1 - л)х3 = 0.

Виконуючи умову, тобто вирішуючи кубічне рівняння Кардано, знаходимо:

лmax = 3,03 та 1 - лmax = -2,03.

Після підстановки 1 - лmax в цю систему та елементарних перетворень матимемо:

х1 - 1,48х2 - 4,43х3 = 0;

х1 - 6,15х2 + 21,21х3 = 0;

х1 + 1,27х2 - 18,45х3 = 0.

Виразивши х1 та х2 через х3 і прийнявши, що х3 = 1, отримуємо з округленням до цілих наступне співвідношення х1/х2/х3 = 13/6/1. Воно відповідає дійсному співвідношенню: щ1/щ2/щ3.

Важливість методу в тому, що він дозволяє здійснити перехід від нечітких якісних оцінок і порівнянь типу “трохи важливіший”, “суттєво важливіший”, “абсолютно важливіший” до точних кількісних співвідношень важливості об'єктів (методик).

Метод дає можливість здійснювати попарне порівняння систем за їх вкладом, визначати оптимальність та надійність експлуатації інженерних комунікацій.

При розробці ГІС ІК для визначення надійності та потокорозподілу на основі теорії графів запропонована загальна схема ІК.

А - п-т подачі носія (газ, вода, тепло, електроінформаційний носій); для каналізаційної мережі А - насосна станція;

1, О₁, О₂, 6 - вузлові точки (колодязі, ГРП, підстанції);

2, 3, 4, 5, … , 10 - вузлові точки ІК (з'єднання комунікацій);

1-2, 2-3, …, 10-1 - сегменти (розподільчі лінії);

1-О₁, О₁-О₂, О₂-6 - дуги (магістральні лінії).

Трансформувавши загальну схему в розрахункову, використовуючи теорію ймовірності про відкази в системі, теорему про розкладання графа, отримаємо рекурентне співвідношення:

, (11)

,

де і = 3, 4, 5, ..., n - 1;

n - число вузлів замкненої системи, не враховуючи центральних вузлів О₁, О₂.

Враховуючи q₀ = 0,01 - ймовірність відказу сегмента, обчислимо надійність ізотропної системи.

Трансформуємо граф G (x, u) так, щоб система була з одним джерелом носія О₁ і мала замкнений цикл. У другому виді із розрахунку виключимо ребро (сегмент 10-1).

Примітка: в загальноприйнятому позначенні орієнтованого графа G (x, u), величина х визначає множину вершин, а u - множину дуг (сегментів)

Для тупикової системи із 4-х сегментів:

H = (1 - q₀)⁴ = 0,95060.

Для розімкненої системи, яка складається з одного кільця:

H_1,3 = (1 - q₀)³(1 + 3q₀) = 0,99941.

Для розімкненої системи трьох кілець:

Для замкненої системи з чотирьох кілець:

Запропонований метод дає можливість розрахувати надійність інженерних комунікацій з врахуванням будь-якого потокорозподілу в першому наближенні, результати якого зручно показати за допомогою технологій, прийнятих в геоінформаційних системах. Метод показує, що кільцеві мережі підвищують надійність системи. Надійність системи також підвищується при симетричному розташуванні кілець відносно носія постачання.

У дисертації розроблено методику створення опорних планів підземних комунікацій. Пріоритетом технологічного рішення стає об'єднання растрової і векторної графіки.

У структурі ГІС-системи можна виділити:

діалоговий монітор, який реалізований у вигляді провідника даних і функцій системи;

функціональні підсистеми для підтримки баз даних цифрової картографічної основи населеного пункту, реєстру інженерних комунікацій, реєстр адресної бази, стану носія ІК, графіків потокорозподілу, підтримка центрального диспетчерського пункту (ЦДП), словників і класифікаторів, журналів диспетчерської служби, нормативно-технічної документації в сфері експлуатації ІК;

ГІС-сервер на основі об'єктної моделі OpenGIS Geo Media фірми INTERGRAPH;

СКБД Oracle для створення і підтримки баз даних;

інформаційно-аналітичну підсистему, що забезпечує формування запитів до баз даних та проведення аналізу стану інженерних комунікацій, гідравлічний розрахунок трубопровідних комунікацій та потокорозподіл телекомунікаційних мереж, організація роботи аварійно-диспетчерської служби.

Основні операції картографування та аналізу в ГІС ІК виконуються такими підсистемами:

геокодування вузлів ІК;

реєстрація перепадів тиску та потокорозподілу в ІК;

картографування аварійних ситуацій та прийняття оперативних рішень.

Підсистема геокодування вузлів призначена для збору та обробки інформації про стан інженерних комунікацій та споруд і виконує такі функції:

просторове кодування об'єктів та введення інформації про інженерні комунікації;

перегляд та редагування інформації про комунікації та їх конструктивні елементи;

показ в кольорі комунікацій в залежності від призначення;

формування запитів.

Реєстрація вузлів в ІК виконується шляхом введення координат прив'язки на карті та заповнення діалового фрейму характеристики вузла. Для прив'язки вузла на карті реалізована можливість швидкого позиціювання карти за місцерозташуванням (перехрестям кварталів, існуючої геодезичної основи, адресою тощо) та введення координат вузла з використанням одного із способів геокодування: лінійної засічки, методом перпендикулярів та безпосередньо вводу координат курсором миші. Ефективність використання системи в значній мірі визначається зручним професійним графічним інтерфрейсом, орієнтованим на кінцевого користувача.

Покладені в основу створення ГІС ІК принципи відкритих систем, інтегрування існуючих інструментальних ГІС і СКБД з офісними програмними системами дозволять функціонально покращити експлуатацію інженерних комунікацій: вести моніторинг стану ІК, створити автоматизовані робочі місця аварійно-диспетчерських служб, служб лінійного призначення, оперативно реагувати на аварійні ситуації, приймати оптимальні рішення з локалізації аварій на основі порівняльного аналізу та в подальшому інтегруватися в єдину ГІС ІК населеного пункту.

Практичне впровадження результатів дослідження здійснено при реалізації геоінформаційної системи містобудівного кадастру в розділі “Інженерні комунікації” в м. Львові (довідка № 01/9-011-46 від 23.01.04 р. УЖКГ Львівської облдержадміністрації та довідка № 01-17364 від 19.11.03 р. впровадження результатів дисертаційної роботи в ЛМКП “Львівводоканал”), а запропоновані методичні основи геоінформаційного забезпечення використані в створювальних експлуатаційних системах інженерних комунікацій населених пунктів області.

ВИСНОВКИ

1.Обґрунтовано вибір оптимального масштабу картографічних матеріалів з врахуванням допуску на похибку функції координат точок плану, який відповідає експлуатаційним вимогам ДБН.

2.На стадії приладного польового обстеження визначено залежність планово-висотного положення точок ІК від глибини закладання та діаметру.

3.Розроблено класифікатор і систему умовних позначень ІК.

4.Розроблено вимоги для забезпечення топологічності об'єктів (геодезичної основи, рельєфу, будівель та інженерних комунікацій).

5.Розроблено формальну модель процесів реєстрації стану ІК та просторово-часового аналізу відповідних ділянок, визначення аварійних станів та їх відображення на моніторі, яка дасть змогу оперативно приймати рішення щодо локалізації аварій.

6.У результаті дослідження, проведеного на основі методу попарних порівнянь, обґрунтована оптимальність застосування ГІС-технологій для експлуатації інженерних комунікацій. Запропонована уніфікована схема інженерних комунікацій по типу носія для гідравлічного розрахунку та потокорозподілу за допомогою теорії графів. Запропоновано математичний інструментарій для знаходження надійності ІК.

7.Розроблено методичні основи створення опорних планів (цифрових карт) підземних комунікацій.

8.Запропоновано методичні основи створення та функціонування постійно діючої системи актуалізації просторових та атрибутивних даних ІК, як основи моніторингу об'єктів інженерної інфраструктури, для забезпечення прийняття проектних та експлуатаційних рішень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у наукових фахових виданнях

1.Генсецький М.П. Оптимальність застосування геоінформаційної системи в ході експлуатації інженерних комунікацій на основі методу попарних порівнянь // Вісник геодезії та картографії. - 2001. - №4. - С. 35-39.

2.Генсецький М.П. Застосування ГІС-технологій при експлуатації інженерних комунікацій // Інженерна геодезія. - 2002. - Вип. 48. - С. 65-70.

3.Генсецький М. Проектування інфологічної моделі бази інженерних комунікацій в ГІС // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - Львів: Ліга-Прес, 2002. - С. 235-239.

4. Генсецький М. Методика створення опорних планів підземних комунікацій // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - Львів: Ліга-Прес, 2003. - С. 289-291.

5. Лященко А.А., Старовєров В.С., Генсецький М.П., Зленко Л.В. Базові моделі даних інженерних комунікацій та технології їх обробки в ГІС // Інженерна геодезія. - 2001. - Вип. 45. - С. 149-158.

6. Старовєров В.С., Генсецький М.П. Обгрунтування точності топографо-геодезичних і картографічних матеріалів для ГІС ІК // Інженерна геодезія. - 2002. - Вип. 46. - С. 234-239.

7. Генсецький М.П. Застосування теорії ґрафів для визначення надійності та потокорозподілу в ГІС ІК // Інженерна геодезія. - 2003. - Вип. 49. - С. 63-67.

Праці у наукових виданнях та матеріалах конференцій

8.Генсецький М.П. Структура геометричної моделі та приклад реалізації геокодування інженерних комунікацій // Науково-практичні проблеми моделювання та прогнозування надзвичайних ситуацій. - 2002. - Вип. 5. - С. 70-74.

9.Карпінський Ю., Старовєров В., Генсецький М. Моделі інформаційної бази та етапи проектування // Кадастр, фотограмметрія, геоінформатика - сучасні технології і перспективи розвитку. - Матеріали 2-ї Міжнародної науково-практичної конференції, 17-19 жовтня 2000 р., Львів-Краків. - С. 22-23.

10.Генсецький М.П. Про деякі аспекти застосування ГІС для експлуатації інженерних комунікацій // Національне картографування: стан, проблеми та перспективи розвитку. - Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції, 12-14 березня 2003 р., м. Київ. - С. 21-22.

АНОТАЦІЯ

Генсецький М.П. Методичні основи геоінформаційного забезпечення інженерних комунікацій в експлуатаційних системах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.24.01-Геодезія. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2004.

Інженерні комунікації населених пунктів належать до складних просторових систем. Головними завданнями є визначення їх положення на місцевості, забезпечення надійності функціонування та зниження аварійності. На сьогоднішній день необхідна просторово-часова система, яка повинна ефективно вирішувати вищенаведені завдання. Основна специфіка сфери ІК полягає в необхідності створення просторово-топологічних мережевих моделей, які підтримуються не звичайними ГІС, а спеціалізованими.

Проведено аналіз стану топографо-геодезичного та геоінформаційного забезпечення інженерних комунікацій в експлуатаційних системах. Обґрунтовано вибір масштабу картографічних матеріалів, точність топографо-геодезичного та картографічного забезпечення. Викладено методику приладного забезпечення для пошуку та обстеження ІК.

Розроблено класифікатор і систему умовних позначень, методику реалізації системи керування базами даних Oracle, просторово-часове моделювання генерації запитів в ГІС ІК, вимоги до забезпечення топологічності об'єктів.

Розроблено геоінформаційну технологію на базі реляційної моделі просторових даних ІК з використанням прикладних ГІС-продуктів, яка дає можливість здійснювати просторово-часовий аналіз стану ІК.

Ключові слова: геоінформаційна система, інженерні комунікації, модель, масштаб, просторово-часовий аналіз.

АННОТАЦИЯ

Генсецкий Н.П. Методические основы геоинформационного обеспечения инженерных коммуникаций в эксплуатационных системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.24.01-Геодезия. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры, 2004.

Инженерные коммуникации населенных пунктов принадлежат к сложным пространственным системам. Главными задачами есть определение их положения на местности, обеспечение надежности функционирования и снижение аварийности. Основная специфика сферы ИК состоит в необходимости создания пространственно- топологических сетевых моделей, которые не поддерживаются обычными инструментальныит ГИС, а специализоваными.

Эффективное использование базы геопространственных данных возможно при условии наличия соответствующих програмных средств, которые дают возможность анализировать поточное состояние системы или прогнозировать при моделировании аварийных ситуаций (выполнение гидравлических расчетов, выбор оптимальных режимов функционирования при внезапных отключениях). Базовые модели данных объектов ИК необходимо рассматривать в контексте конкретных требований потребителей информации за такими группами характеристик: пространственных, топологических, технических, конструктивных, правовых и оперативного состояния ИК. Базовые субъекты создают та поддерживают все множество данных для соответствующего вида коммуникаций.

В результате рассмотрения картографического обеспечения установлен масштаб, который должен отвечать требованиям СниП. Установлена связь планового положения коммуникации с точностью разбивки траншеи, а высотного положения с точностью подготовки основания. Рассмотремо методику полевого обследования ИК приборами нового поколения. Определено критерии состояния изоляционного покрытия в зависимости от удельного затухания тока. Разработано классификатор и система условных обозначений, требования по обеспечению топологичности объектов.

Разработана базовая модель инженерных коммуникаций на основе реляционной базы данных, пространственно-часовое моделирование генерации запросов в ГИС ИК, информационно-аналитическая подсистема, которая обеспечивает формирование запросов к базам данных та проведения ситуационного анализа состояния ИК. В результате исследования, проведенного на основе метода попарных сравнений, обоснована оптимальность применения ГИС-технологии для эксплуатации ИК. Предложена унифицированная схема по типу носителя для гидравлического расчета и потокораспределения при помощи теории графов, предложен математический инструментарий для определения надежности.

Детально разработана структура геоинформационной системы для эксплуатации ИК, предложено параллельно из созданием опорных планов, создавать геоинформационную систему аварийно-диспетчерской службы, приведены основные решения по улучшению функционального назначения.

Ключевые слова: база данных, геоинформационная система, граф, инженерные коммуникации, реляционная модель.

THE SUMMARY

Hensetskyi M.P. Methodological fundamentals of geoinformation supply of engineering communications in exploitation systems. - Manuscript.

The thesis concerning the acquisition of the scientific degree of Master of Technical scinces according to 05.24.01 speciality - Geodesy. - Kyiv National University of Building and Architecture, Kyiv, 2004.

Engineering communications of populated areas belong to complex spatial systems. The main tasks are their land area location definition, provision of their safe functioning and decrease of their accident rate. Nowadays one needs a spatially - timed system which is to solve the tasks given above effectively. The main peculiarity of EK sphere consists in the necessity of spatial and topological network models creation, which are supported not by means of ordinary GIS, but by the specialired ones.

The analysis of the topographical, geodesial and geoinformation conditions supply of engineering communications in exploitation systems has been carried out. The scale choice of carthographical materials, accuracy of topographical, geodesial and carthographical provision has been developed. The supply of devices methodology connected with EC research and maintenance has been produced.

The qualifier and the system of conventional signs, realization of the data management Oracle system methodology, spatially - timed modelling of GIS EC demands generation and demands concerning objects topology provision have been realized.

Geoinformation technology based upon EC spatial data relative model in connection with device GIS products has been carried out. This technology allows to realize spatially - timed analysis of EC conditions.

Key words: geoinformation system, engineering communications, model, scale, spatially - timed analysis.

Размещено на Allbest.ru

...