Построение ГИПС сводится к нескольким этапам:

• сканирование карт;
• графическое редактирование (фильтрация исходного изображения, макрокоррекция, коррекция нелинейных искажений изображения);
• адресное (координатное) кодирование объектов;
• диалоговое отображение картографической базы данных;
• связь с существующими, создание новых и поддержка иерархических и реляционных баз данных.

Для пользователей ГИС совершенно очевидно, что любая программа, претендующая на работу с геометрической информацией в растровой форме, должна, как минимум, корректировать погрешности сканирования. Виды коррекции можно разбить на три группы:

• фильтрация исходного изображения;
• макрокоррекция, или изменение всего изображения в целом;
• коррекция нелинейных искажений изображения.

Фильтрация исходного изображения. Программа должна устранять погрешности сканированного изображения, вызванные погрешностями исходного материала. Для этого требуется большое число разнообразных фильтров, применяемых отдельно или группами. В их состав должны входить: фильтр удаления шума, или “мушиных следов”, - мелких точек, которыми покрывается фон чертежа из-за завышения параметра контрастности при сканировании или недостаточной контрастности исходного изображения; фильтр компенсации неравномерности фона, позволяющий при недостаточной контрастности исходного изображения и неравномерной плотности фона, характерных для “синек”, избежать появления на сканированном растре темных пятен, возникающих из-за особенно густых “мушиных следов”; фильтр инверсии изображения, служащий для изменения кодировки всего изображения - получения негатива вместо позитива и наоборот; фильтр сглаживания линий, нужный тогда, когда при сканировании изображения на границах линий появляется “шум” - они становятся “мохнатыми”, неравномерной толщины (после действия такого фильтра происходит коррекция отдельных линий - они становятся ровными, с постоянной толщиной по всей длине); фильтр коррекции толщины линий - требуется тогда, когда на сканированном изображении линии имеют недостаточную или слишком большую толщину (применение такого фильтра может существенно улучшить четкость изображения в целом, например, слишком бледный чертеж с рваными линиями после операции утолщения будет выглядеть качественно, так же как и слишком жирный чертеж после операции утоньшения), и т.д.

Макрокоррекция. Сюда входят поворот изображения и его выравнивание (тоже поворот, но на небольшой угол), применяемые для компенсации неточности или неверной заправки исходного чертежа в сканер. Реализация функций поворота растра на небольшие углы не столь проста, как кажется на первый взгляд. Данная задача решается реализацией “дробных” поворотов.

Коррекция нелинейных искажений изображения, возникающих вследствие различных причин. К таковым можно отнести деформацию бумаги при сканировании, погрешности механики сканирующего устройства, погрешности, возникающие при сканировании чертежа большого формата сканирующей головкой, установленной на плоттере, и др. Для устранения подобных погрешностей применяются известные методы коррекции изображений по опорным точкам и опорным сеткам.

Коррекция растра - не самоцель, а средство получения пригодного для дальнейшего использования материала. Редактор гибридной графики должен обладать дополнительным набором полезных функций, обеспечивающих качество использования сканированного изображения.

Для этого используются средства редактирования изображения как для растровой, так и векторной графики: удаление объектов, поиск объектов, вырезание и склеивание растровых объектов, добавление объектов, разнесение объектов по слоям.

При гибридном редактировании необходимо учитывать, что растр, на котором производятся измерения, предварительно должен быть подвергнут тщательной коррекции. Необходимый минимум измерений таков:

• измерения расстояния;
• измерения длин объектов или периметров;
• измерения площадей объектов.

При работе с гибридной графикой необходимо обеспечить привязку создаваемых новых объектов к опорным точкам, определенным на существующих растровых и векторных объектах. Например, привязать начало новой линии к конечной точке имеющейся растровой линии - обеспечить нахождение координат точек построения привязкой к растру.

Специфические парные функции гибридного редактора, позволяющие обеспечить двунаправленное преобразование графических объектов. Кроме того, такие функции осуществляются отдельно с помощью программ-векторизаторов (векторизация) и в растровых редакторах при импорте векторных файлов (растеризация). Реализация процесса преобразования растровой графики в векторную в гибридном редакторе может иметь некоторые особенности. Так, она может происходить не сразу, а постепенно, на протяжении всего жизненного цикла сканированного чертежа, при внесении в него изменений и добавлений в векторной форме. Постепенно доля векторной графики будет возрастать, пока весь чертеж не превратится в векторный. Кроме того, возможна поэтапная векторизация путем трассировки растра. Если же требуется перевести весь чертеж в векторную форму, для этого может быть использована непосредственная векторизация, проводимая программами-векторизаторами. В настоящее время все инструментальные средства, используемые для создания ГИС, можно разбить на три группы:

• полнофункциональные ГИС (наиболее известными представителями этой группы являются ArcInfo, ArcCAD, Small World, MapInfo и др.);
• ГИС-вьюеры (ArcView, WinCat и др.);
• векторизаторы (среди них достаточно много российских разработок: Vectory, EasyTrace, MapEdit и др.).

Возможности перечисленных инструментальных средств широки, но применение их для решения некоторых прикладных задач сталкивается с большими трудностями, т.к. даже в самых универсальных пакетах невозможно учесть все особенности той или иной задачи. Поэтому, несмотря на обилие предложений на рынке инструментальных средств для создания ГИС, ведутся интенсивные разработки программ, специализирующихся для применения в отдельных отраслях жизнедеятельности (транспорт, коммуникации, строительство и т.д.).

Алтайским научно-исследователь-ским институтом информационных технологий и телекоммуникаций (АлтНИИ ИТТ) при АлтГТУ проводятся работы, направленные на решение широкого круга задач, связанных с внедрением новых информационных технологий в различных отраслях научной, общественной и экономической жизни города, Алтайского края. В рамках института создан и активно работает отдел геоинформационных систем, сотрудники которого на протяжении ряда лет занимаются разработкой информационно-графического комплекса программ “КАРТА”, реализующего концепцию ГИПС. За истекший период времени сотрудниками института накоплен ценный опыт, отработаны и постоянно совершенствуются технологии создания электронно-цифровых карт и информационно-графических (визуальных) баз данных. Названный комплекс позволяет проводить цифровое кодирование всевозможных масштабных карт и картосхем с отображением на них различных объектов, связанных с их атрибутивными признаками, где для каждого типа объектов формируется и сопровождается база данных, содержащая полную информацию о каждом объекте, кроме того, возможна реализация алгоритмических задач, связанных со специальными расчетами, отражающими функционирование объектов или их систем.

Важнейшими составляющими комплекса являются цифровые карты территории Алтайского края масштабов от 1:1000000 до 1:25000 и карты г. Барнаула и других городов и населенных пунктов края масштабов от 1:10000 до 1:2000, созданные с помощью комплекса “КАРТА”.

Комплекс “КАРТА” объединяет географическую (пространственную) информацию с тематической (атрибутивной), содержит средства электронного картографирования и совместной обработки всех хранящихся данных. Такое объединение и совместная обработка качественно различных типов данных (пространственно-топологических и текстово-числовых) позволяет говорить об интегрированном картографо-аналитическом методе обработки информации, который в объединении с сетевыми технологиями позволяет удовлетворить практически любым запросам и требованиям массового пользователя. При этом не имеет принципиального значения, какие именно сетевые технологии используются - технологии локальных вычислительных сетей или технологии Internet/Intranet. Важным здесь является то, что технологии современных геоинформационных систем позволяют наиболее эффективно решить задачу сбора, распространения и анализа пространственно распределенных данных, что во многих случаях позволяет решать задачи без построения сложных математических моделей. При этом резко возрастают скорость и точность получаемых результатов.

В разработанных с помощью объектно-ориентированного подхода инструментальных средствах, осуществляется работа с растровыми изображениями в стандартных упакованных и неупакованных форматах размером до сотен мегабайт с конвертацией цвета. Ориентация на стандарт VESA позволяет на большинстве компьютеров, имеющих монитор SVGA, использовать расширенные видеорежимы, как дополнительный способ визуального масштабирования.

Сшивка рабочих карт из заданного набора фрагментов по схеме, допускающей “белые пятна”, позволяет держать полную карту региона только на сервере, причем в архивном виде, а рабочая область собирается либо на сервере, либо на станции, в зависимости от производительности сети и рода решаемой задачи.

Разработанные технологии позволяют не тратить время на начальную инициализацию карты, а вывод произвольного участка растровой карты определяется только быстродействием видеосистемы (от 0.1 с до 1,5 с в зависимости от производительности видеоплаты и работы стандартных средств кэширования диска). Среди известных графических и ГИС-средств такую скорость работы с цветными и черно-белыми растрами больших размеров поддерживают далеко не многие. В их числе такие высокопрофессиональные средства, как PHOTOSHOP и CADDY, а также ряд российских векторизаторов.

Проблемы переносимости и совместимости данных, которые часто волнуют заказчика, решаются принятием за основу стандартных форматов данных: PCX, TIFF и BMP для растровых изображений, JPG и GIF для Internet/Intranet приложений, dBASE III-IV для текстовых данных, DXF, BT (внутренний формат) для векторных данных, а также другие ASCII форматы, легко понимаемые и конвертируемые в популярные геоинформационные системы. Для отображения объектов на картах разработана универсальная система условных обозначений, которая включает как растровые, так и векторные обозначения. Растровые значки поддерживаются как в одиночном виде, так и в виде библиотек в форматах ICO, PCX, BMP и PIM (внутренний формат). Векторные значки могут быть определены двумя способами - в виде векторных и битовых шрифтов, содержащих спецсимволы, и в текстовом описательном виде, представляющем собой подмножество языка графопостроителя DRAW (типа HPGL). Последний является интерпретируемым и допускает пользовательские расширения, что предоставляет возможность самостоятельно создавать собственные системы условных обозначений сложного вида, которые, естественно, являются масштабируемыми. Для создания легенд предоставляется возможность использовать встроенные библиотеки условных обозначений и масштабируемые шрифты. Пользователю доступны специальные программы - так называемые "компиляторы" ресурсов, которые позволяют модифицировать как перечень объектов, отображаемых на карте, так и систему обозначений для них.

ГИПС “КАРТА” включает поддержку всех типов векторных данных, используемых в геоинформационных системах: точка, линия, контур, полигон. Атрибуты векторных объектов (цвета, стили линий, шаблоны-заполнители) модифицируемы пользователем.

Созданная программа-векторизатор и вьюер в одном лице позволяет производить совместное или раздельное отображение растровой подложки и векторной информации с возможностью выборочного послойного выделения.

В перечне допустимых операций:

• просмотр и вывод на печать;
• адресная или координатная привязка зданий, строений и объектов;
• внесение содержательных изменений, а именно: (удаление объектов, поиск объектов (рис.1) и два варианта добавления объектов - ввод объектов указанием координат курсором на экране и заданием точных числовых координат и параметров объекта);
• проведение измерений - измерение расстояний, длин объектов и периметров, измерение площадей. Например, на растровой карте можно определить расстояние между двумя объектами по прямой (собственно измерение расстояния (рис. 2)) или протяженность сложной трассы (проезд по дороге (рис. 3));
• подготовка данных для проведения специальных расчетов и графическая интерпретация результатов.

Любой объект на карте характеризуется двумя видами информации - графической (визуального характера) и атрибутивной (содержательного характера). Первую мы называем "Свойства", а вторую - "Ассоциации". Первая отражает в большей степени геометрические свойства объекта, а вторая содержит разнородную информацию любого типа, относящуюся к выбранному объекту. В качестве ассоциации может использоваться текстовая информация, базы данных различных типов и форматов, графические файлы любых форматов, цифровая аудио- и видеоинформация. Для связи с любой информацией перечисленного типа используется метод регистрации оверлеев, т.е. система автоматически определяет, какое приложение следует использовать для доступа к информации конкретного типа. Перечень форматов данных и ассоциированных с ними приложений определяется в системном реестре и может быть изменен пользователем. При этом в случае работы в операционной системе Windows совместно с реестром ГИПС используется системный реестр самой Windows, что снимает ограничения на запуск приложений, которые могут работать как в эксклюзивном (однозадачном), так и в многозадачном режиме с поддержкой фонового выполнения приложений. Кроме того, в качестве ассоциации может быть указана не только информация какого-либо вида, но и любое 16- или 32-разрядное приложение, например задача, моделирующая функционирование какого-либо объекта или группы связанных объектов. Все это делает систему открытой для расширения и модификации. А как известно, будущее именно за открытыми системами. Кроме того, с самого начала работы по созданию программного комплекса сложилась традиция создания законченных автоматизированных рабочих мест (АРМов). Любое внедрение не обходится без обязательного этапа согласования технического задания и утверждения классификаторов (перечней объектов и допустимых операций). Все это позволяет существенно (в несколько раз) сократить затраты разработчиков на внедрение и сопровождение, а специалистов заказчика на обучение.

Высокая скорость разработки, кратчайшие сроки внедрения и предельная простота эксплуатации, а также низкая стоимость инструментальных средств ГИПС - вот те серьезные аргументы, которые на наш взгляд позволяют говорить о существенном превосходстве предлагаемых систем над традиционными громоздкими, дорогостоящими, требующими специальной подготовки геоинформационными системами. Следует отметить непритязательность ГИПС к аппаратному комплексу, так как временные и ресурсные характеристики программных средств ГИПС позволяют использовать их на любом оборудовании, совместимом с IBM PC/AT.

ГИПС “КАРТА” является многоплатформенной и работает в операционных системах DOS, Windows 3.1/3.11, Windows 95/98, Windows NT и OS/2, что снимает всякие ограничения с ее использования, а функционирование в режиме DOS позволяет работать программному комплексу в режиме реального времени, открывая возможность интеграции с системами телеметрии в диспетчерских службах.

Ограничить сферу приложений и задач графической информационно-поисковой системы какими-либо рамками трудно. Попробуем перечислить некоторые, наиболее значимые задачи:

1. "Планирование и управление":

• составление территориальных балансов;
• координация предпринимательской деятельности;
• информационное обеспечение антимонопольной политики;
• разработка государственных и муниципальных программ и планов развития (региональных, городских, районных и т.п.);

1. "Предпринимательство и хозяйственная деятельность":

• снижение предпринимательского риска;
• активизация коммерческой деятельности;
• привлечение инвестиций и принятие решений по их размещению;
• экспертиза и разработка коммерческих предложений и бизнес-планов предприятий;
• мониторинг товарного рынка;
• учет использования сырья и ресурсов;
• ситуационный анализ рынка;

1. "Природопользование и жизнеобеспечение":

• мониторинг системы рационального природопользования (рис. 4), включая охраняемые природные объекты, наличие ценных земель, выброс вредных веществ в атмосферу, радиоактивное заражение почв и атмосферы, техногенную устойчивость ландшафтов и т.п.;

• информационная поддержка систем жизнеобеспечения, здравоохранения, образования и просвещения, жилищно-бытовой сферы, науки и системы подготовки кадров и т.п.;

1. "Маршрутизация":

• прокладывание новых дорог, нахождение оптимальных маршрутов (рис. 5) (в смысле протяженности, материало- и трудоемкости, пропускной способности и т.п.);

5. "Кадастр":

• создание земельного и градостроительного кадастров;
• создание кадастра недвижимости;
• создание дорожного, лесного, водного и других отраслевых кадастров;

6. "Ситуационное моделирование":

• моделирование развития событий в районах стихийных бедствий и выбор рациональной схемы проведения аварийно-спасательных работ. Например, моделирование движения фронта пожара и планирование пожаротушения с учетом характера рельефа местности, особенности почв, расположения населенных пунктов, наличия технических средств, дорог и водоемов;

6. "Качество территории":

• классификация участков территории и оценка земельных участков для выбора районов строительства предприятий и жилых поселков с учетом особенностей ландшафта, ресурсных возможностей, экологических и геологических факторов (в более общем случае архитектурно-планировочные задачи, включая плани-рование инфраструктуры);

• создание сетевых схем подземных коммуникаций на электронном плане города. Анализ состояния распределительных сетей различных категорий, моделирование магистральных сетей. Хранение паспортной информации объектов сетей в текстовом и в графическом виде (отсканированные технологические чертежи и фотоматериалы). Определение связи элементов сети с улицами и районами города в целях оперативного поиска аварийного участка и соответствующего повреждения. Оперативный поиск эксплуатационных данных. Прогнозирование поведения инженерных сетей любого назначения;

8. "Урожайность":

• прогноз объемов производства сельскохозяйственной продукции на территории с учетом меняющихся природных факторов;

8. "Размещение предприятий":

• планирование размещения предприятий с учетом наличия сырьевых, энергетических и трудовых ресурсов, экологических факторов, транспортных магистралей и условий сбыта продукции;

8. "Экологический мониторинг":

• слежение за изменением экологической обстановки на территории и прогноз развития ситуации, выявление основных "загрязняющих" факторов;

8. "Рынок":

• планирование территориального потребительского рынка продовольствия и товаров первой необходимости, управление запасами;

8. "Инвестиционная привлекательность региона":

• оценка инвестиционной привлекательности существующих и вновь создаваемых предприятий, отдельных проектов и программ с учетом территориального расположения, обеспеченности ресурсами и перспектив развития;

8. "Корреляция":

• выявление взаимного влияния различных факторов в ходе региональных социально-экономических процессов.

1. Примеры использования системы “КАРТА” в разработке проектов и информационных систем

Рассмотрим несколько примеров практического использования ГИПС “КАРТА”.

С 1991 года в городе Барнауле успешно работает автоматизированная система учета и эксплуатации технических средств организации дорожного движения (ТСОДД) и дорожно-транспортных происшествий (ДТП), внедренная в отделе организации дорожного движения (ОДД) ГИББД УВД города и в краевом управлении "АлтайТрансСигнал" (быв-шее СМЭУ ГАИ Алтайского края). Данная система, реализованная в рамках концепции ГИПС, прошла серьезную апробацию и подтвердила не только свое право на существование, но и продемонстрировала высокую эффективность в оптимальном управлении дорожным движением города.

Специализированный вариант программного комплекса “КАРТА” включает растровую карту городской территории - навигационную (М1:25000 и М1:10000) с наложенной векторной схемой маршрутов общественного транспорта, специальный растровый вариант адресного плана города (М1:2000), содержащий базу данных более 20000 адресов зданий и строений города (рис. 6), а также несколько реляционных баз данных сложного типа. Наиболее значимы из них две.

Рис. 6. Фрагмент центральной части города с объектами ТСОДД

Вторая - база данных ДТП (рис. 7), содержащая полную информацию о происшедших в городе дорожно-транспортных происшествиях. С текстовой базой данных связана база данных схем ДТП, связь с которой осуществляется с помощью встроенного в систему специализированного графического растрово-векторного редактора.

В версии комплекса, которая используется в ГИБДД в настоящее время, спроектирована и поддерживается графическая база данных перекрестков города, оснащенных сфетофор-объектами. Уже упомянутый растрово-векторный редактор используется для ведения уточненных детальных схем организации дорожного движения на перекрестках, включая информацию о дорожной разметке, а в перспективе, об интенсивности транспортных потоков (рис. 8). Планируется ведение базы данных по фазам управления светофорными объектами. В целях оперативного анализа информации реализован программный автопроезд по основным автомагистралям города.

Разработана методика сбора и обработки информации о загруженности транспортной сети города с автоматическим выделением основных маршрутов с разбиением по типам транспорта. Планируются работы по моделированию транспортной сети города на базе информации об интенсивности движения путем наложения ее на электронно-цифровую карту города.

Рис. 8. Детальная схема одного из перекрестков Барнаула в окне графического редактора

По специальному заказу спроектирована и поддерживается база данных объектов повышенной опасности: бензоколонок, школ и детских дошкольных учреждений, а также придорожных рекламных щитов. Совместно с Алтайским краевым отделением транспортной инспекции начаты работы по созданию графической базы данных железнодорожных переездов.

Благодаря внедрению разработанной системы отделу организации дорожного движения удалось провести качественную реструктуризацию ТСОДД в Барнауле (их число было сокращено с 6000 до 4500), а система учета и контроля ДТП в течение четырех лет эксплуатации позволяет качественно выявлять очаги аварийности и разрабатывать действенные меры по их устранению.

Мы с достаточной уверенностью считаем, что данные статистики очень определенно свидетельствуют об этом (в течение последних лет явно прослеживается тенденция к сокращению ДТП, где пострадали люди).

Все базы данных, в том числе и справочники (текстовые и графические), спроектированы в соответствии со стандартами, разработанными в ГИЦ МВД РФ.

В состав программного комплекса входит система формирования выходных документов. Формируемые документы также соответствуют государственным стандартам и могут быть отпечатаны или помещены на внешний носитель с целью передачи в вышестоящие инстанции.

Основные формируемые документы (перечень, естественно, может быть расширен):

ФОРМА 1 - инвентаризация средств регулирования дорожного движения по светофорам.

ФОРМА 2 - инвентаризация средств регулирования дорожного движения по знакам.

ФОРМА 3.1 - установка средств регулирования дорожного движения за указанный период (светофоры).

ФОРМА 3.2 - установка средств регулирования дорожного движения за указанный период (дорожные знаки).

ФОРМА 4 - акт на списание по типам знаков за указанный период.

ФОРМА 5 - перечень ДТП и очагов ДТП за указанный период с указанием места и причин возникновения.

Разработанный программный комплекс по степени его развития является передовым для России и может быть рекомендован для использования в любом городе любого региона России. Для его адаптации и настройки требуется только подключение соответствующей карты городской территории. В настоящий момент времени разрабатывается проект создания аналогичной системы на уровне УВД Алтайского края.

С 1995 года в ОАО “Алтайкрайгазсервис” проводятся работы по созданию автоматизированной системы контроля и эксплуатации газопроводов Алтайского края. Целью создания сис

темы является повышение эффективности работ по обеспечению края природным и сжиженным газом, повышение оперативности принятия решений, особенно в условиях дефицита газа и при возникновении аварийных ситуаций.

Рис.9. Карта Алтайского края с магистральными газопроводами и ГРС

Автоматизированная система контроля и эксплуатации газопроводов является приоритетным направлением развития системы АСУ газового хозяйства края. Главной целью автоматизации является создание инструмента, позволяющего проводить компьютерный анализ функционирования газовой сети. Для решения перечисленного круга задач была выбрана технология геоинформационных систем (ГИС).

Целью внедрения инструментальных средств в краевых и городских газовых службах является создание схем газовых сетей и подключение к ним баз данных по газопроводам и сооружениям.

Разработанное программное обеспечение позволяет создать единую информационную среду, включающую в себя как геодезическую, так технологическую и социальную информацию.

Рис.11. Фрагмент топографического плана г.Барнаула с городскими газопроводами (М1:500)

Рис.12. Фрагмент пятидесятиметровой полосы отвода вдоль газопровода вне населенного пункта (М1:500)

Справочно-информационные и нормативно-технические данные представляются на реальном картографическом материале с возможностью выдачи “твердой копии” как графической, так и текстовой информации.

Основой для создания и ведения графической части информационной системы является электронная карта территории, города или предприятия. На нее, как на подложку, накладывается схема газовых сетей.

ГИПС контроля и эксплуатации газопроводов природного газа”, по виду используемых карт, можно разделить на четыре уровня:

1. карты Алтайского края (масштабы 1:1000000(рис.9), 1:500000, 1:200000);
2. карты районов (масштабы 1:100000, 1:50000, 1:25000);
3. карты населенных пунктов (масштабы 1:10000, 1:5000, 1:2000);
4. топографические планы местности (масштаб 1:500).

Карты мелких масштабов на каждом уровне, в основном, используются в качестве навигационных, а схемы газопроводов и другие объекты газовой сети оцифровываются на самом крупном масштабе соответствующего ряда карт для обеспечения точности привязки. На остальные масштабы цифровые объекты переносятся автоматически, путем масштабирования.

Схемы газопроводов строятся из графических объектов по элементам базы данных объектов, представленных в виде условных обозначений на карте города и схеме сети. База данных объектов состоит из утвержденного списка условных обозначений, который делится на 5 групп:

1. Газопроводы и сооружения на них;
2. ГРС, ГРП и потребители;
3. Объекты сварки (сварные стыки, места проведения контроля, привязка к реперным точкам на местности);
4. Инженерные коммуникации других служб, дома и сооружения;
5. Системы защиты газопроводов.

На карту каждого уровня наносятся только соответствующие данному уровню объекты. Например, на карту края наносятся только магистральные газопроводы высокого давления и ГРС, на карты районов – магистральные, межпоселковые газопроводы и сооружения на них, ГРС, ГРП, потребители и другие объекты(рис.10).

Топографический план местности (генплан в масштабе 1:500) хранится в двух видах:

• в виде полных растровых (сканированных) копий топографических планшетов в случае расположения газопровода и прилежащих объектов в черте населенного пункта(рис.11);

• в виде растровой копии пятидесятиметрового коридора вдоль газопровода в случае расположения последнего вне населенного пункта(рис.12).

На генплан наносятся уже объекты всех групп. Сварные соединения переносятся на масштабный генплан с немасштабного исполнительного чертежа путем точного замера длины трубы между сварными соединениями. Таким образом мы получаем масштабную схему сварных соединений.

Объекты одного вида, например, газопроводы, образуют, так называемый, векторный слой (при этом сама карта образует "нулевой" слой). Для каждой конкретной службы создается специализированная цифровая модель т.е. задается перечень слоев (контролируемых объектов), которые отображаются при работе с системой конкретного пользователя. Таким образом, карта не загромождается ненужными объектами, а при необходимости работник может дополнительно отключить ненужную информацию или включить необходимую.

Рис.13. Навигационная карта Барнаула (М1:100000)

Созданные инструментальные средства позволяют создавать и сопровождать базы данных объектов газовой сети, а также работать со схемой газовой сети на электронном плане города(рис.14). Встроенная библиотека условных обозначений элементов газовых сетей позволяет оперативно создавать новые и редактировать существующие схемы газовых сетей, используя различные типы графических привязок. Структура базы данных газовой сети позволяет определить связь элементов сети с улицами и районами городов и населенных пунктов, что значительно облегчает ремонтной бригаде поиск и самого участка, и соответствующего повреждения. Благодаря этому обеспечивается быстрое и своевременное устранение возникших неисправностей. Наиболее точным и оперативным способом создания, обновления планов и карт различного назначения, дополнительной съемки подземных коммуникаций являются традиционные геодезические съемки.

На основании данных картографического материала и полевых измерений создается цифровая модель рельефа, по которой строятся продольные и поперечные профили трасс газопроводов, разрезы линий разрытия грунта для выяснения глубины залегания соседних коммуникаций, ведется учет геологического строения района работ, подсчет объемов земляных работ при ремонте старого и прокладке нового газопровода.

При эксплуатации может возникнуть необходимость замены части картографического материала новым. Технология хранения информации о локализации фрагмента электронной карты, в рамках карты всего региона, внутри самого фрагмента позволяет решить эту задачу простой заменой данного фрагмента путем повторного сканирования обновленного бумажного оригинала.

Таким образом, для каждого объекта (газопровод, потребитель, задвижка, трансформаторная подстанция), который наносится на электронную карту местности, заполняется паспорт с полной технической характеристикой данной конструкции и чертеж данного узла. В процессе работы с картой доступ к этому паспорту можно получить указывая на условное обозначение объекта. Например, выбирая обозначенную газораспределительную станцию (ГРС), можно получить ее паспорт, от нее перейти к паспортам газопроводов, подключенных к данной ГРС, от них к потребителям, подключенным к этим газопроводам и т.д., систему защиты газопроводов, отключающие устройства, газораспределительные пункты, сварные соединения. С другой стороны, если выбрать объект непосредственно на схеме можно получить паспорт конкретной задвижки, сварного соединения и т.д.

Структура паспортной информации разработана с учетом требований “Правил технической эксплуатации и требований безопасности труда в газовом хозяйстве Российской Федерации” и содержит как строительную так и всю необходимую эксплуатационную документацию.

Для систематизации и упорядочения ведения эксплуатационных и ремонтно-профилактических работ служба эксплуатации имеет в своем распоряжении полную и, что немаловажно, быстродоступную информацию о техническом состоянии всей газовой сети и ее отдельных частей. Инженерно-технические работники получают возможность работать с электронными аналогами строительной и эксплуатационно-технической документации. Кроме того, в компьютер заносится вся текущая информация. Таким образом, инструментальные средства ГИПС поддерживают постепенное и систематическое заполнение баз данных технологических параметров газовой сети. Хранение большого объема технической документации на бумажных носителях (кальки, ватман, светокопии) вызывает массу неудобств, например требуются большие площади в архиве, тратится много времени на получение необходимого для работы чертежа и его редактирования. Используя гибридную технологию, можно хранить растровые чертежи на диске в компактном формате, оперативно получать их для просмотра и редактирования. Исправления выполняются векторным редактором по растру, что позволяет одновременно иметь исходный чертеж и все изменения по нему. При необходимости лишняя информация растрового или векторного характера может быть удалена, а отредактированный чертеж сохранен в архиве в сжатом виде(рис.15). Система предоставляет возможность вести каталог чертежей, выполненных в электронной форме, позволяет быстро отыскать чертеж на диске или в архиве и показать его на экране. Для облегчения работы пользователя ввод и просмотр информации о чертежах выполняется с помощью многооконных экранных форм. Большой объем электронных архивов и необходимость разделенного доступа к ним определяет использование сервера и локальной сети в рамках центральной дирекции, а также удаленного доступа по телефонным и радиоканалам из филиалов.

Учитывая практический опыт внедрения ГИС эксплуатации газопроводов природного газа, технический совет ОАО "Алтайкрайгазсервис" принял решение о расширении работ. В частности, принято решение о создании и внедрении следующих информационных систем:

• “Контроля и эксплуатации системы газоснабжения населенных пунктов сжиженным газом”;

• “Электронно-технические паспорта газонаполнительных станций сжиженного газа”.

Начаты работы I-го этапа по созданию “ГИПС контроля и эксплуатации системы газоснабжения населенных пунктов сжиженным газом”. В рамках работ ведется создание цифровых (компьютерных) карт и картосхем населенных пунктов, использующих сжиженный газ (М1:2000), нанесение на карты схем расположения групповых установок и схем подключения к ним потребителей (жилых домов). Также создаются уточненные схемы подключения потребителей на базе цифровых карт населенных пунктов (М1:500) в зоне действия групповой установки. Заполняются технологические паспорта на оборудование (паспорт групповой установки, защита, сварные стыки, запорная арматура и т.д.), ведутся паспорта потребителей (включая паспорт газовой установки в квартире).Создание электронных технических паспортов газонаполнительных станций ведется также с использованием ГИС технологий.

Определение аварийной ситуации, контроль за потреблением газа — повседневные задачи системы анализа динамических данных. В случае определения системой аварийной ситуации необходимо выяснить точное расположение аварийного узла, и определиться с рядом дополнительных, но не менее важных вопросов, таких как:

• глубина залегания;
• оптимизация путей подъезда оперативного транспорта;
• область распространения газа при прорыве трубы;
• перечень абонентов, оставшихся без газа при отключении данного участка;
• состав дорожного покрытия для выбора механизмов при разрытии участка;
• разрез по линии разрытия для выяснения глубины залегания соседних коммуникаций;
• гидравлическая ситуация в газовой сети при отключении какого-либо участка;
• возможное развитие ситуации;
• план действий и т.д. - это тоже функции системы.

Включение справочных данных обо всех элементах газоснабжения предоставляет возможности их использования для проведения необходимых расчетов в системе анализа динамических данных. Любая информация из базы данных по газопроводам (номер, длина, глубина заложения и т.п.), газораспределительным станциям (давление на входе и выходе, часовой расход, наличие электроперемычек), колодцам, задвижкам и т.п. может быть представлена в зависимости от потребности в графическом, табличном или текстовом виде.

Одновременно используется база данных потребителей газа с необходимой информацией о них (адреса, телефоны, место расположения, сведения об оборудовании, лимитах).

Ликвидация аварийной ситуации сопровождается получением подробной информации:

• места происшествия в виде фрагмента карты с нанесенным аварийным узлом, его точной привязкой к местности;
• подробным чертежом вышедшего из строя узла или детали;
• подробной инструкцией по его ремонту;
• перечнем оборудования для возможной замены;
• списком пользователей, имеющих отношение к месту аварии;
• список пересекающихся коммуникаций по линии разрытия.

Всю эту информацию получает аварийная служба из централизованного архива, организованного на базе инструментальных средств ГИС.

В дальнейшем планируется объединение трех основных графических информационных систем в глобальный, многоуровневый программный комплекс контроля газоснабжения Алтайского края.

Использование системы в центральных диспетчерских, аварийных, строительных, проектных и других технических службах позволит обеспечить высокий уровень информатизации, предоставить средства оперативного поиска любых эксплуатационных данных, прогнозировать поведение газовых сетей, автоматизировать процесс оперативного принятия решений, обеспечить бесперебойное и безопасное газоснабжение, повысить надежность эксплуатации газовых сетей края.

Рассмотрим оригинальный пример использования ГИПС в связи с задачей формирования информационных ресурсов предприятий со сложной инфраструктурой.

Эффективное управление предприятием со сложной инфраструктурой невозможно без предварительного анализа ситуации, который производится на основе сбора и обработки необходимой информации. В настоящей работе для формирования информационных ресурсов предприятий, имеющих сложную инфраструктуру и действующих на нескольких рынках, предлагается использовать графические информационно-поисковые системы (ГИПС). Рассматривается использование ГИПС для эффективного решения задач маркетинговой службы предприятия.

Стратегический маркетинговый анализ начинается с сегментации рынка. Из многих сегментационных признаков географический является наиболее распространённым. Однако, часто расположение клиентов вместе с дилерами и конкурентами на географической карте не только упрощает доступ к нужному объекту, но и раскрывает новые рыночные ниши или уязвимые позиции конкурентов.

В рамках данной концепции предлагается решение задачи построения карты рынка предприятия сложной инфраструктуры с анализом производственных связей.

Рис.17. Информационная карточка предприятия

Отображение связей между предприятием и другими субъектами, а также связей субъектов между собой осуществляется двумя способами:

• в виде структурной схемы;
• в виде масштабной схемы на фоне топографической карты.

Каждому субъекту карты рынка сопоставлены его характеристики, включающие юридические реквизиты, банковские и платежные реквизиты, контактные лица, сведения о предприятии и его хозяйственной деятельности, перечень производимой и потребляемой продукции (рис. 17) и др. Вся эта информация дополняется в соответствии с утвержденной комитетом Государственной статистики формой "Отчет о состоянии расчетов на предприятии" - "Отчет о задолженности предприятий". Это позволяет осуществлять сложный многокритериальный поиск агентов и контрагентов с наглядным представлением результатов поиска в виде графических схем.

Наглядность структурных связей между субъектами облегчает саму постановку задачи проведения различных вариантов взаимопоставок, договоров и взаимозачетов.

Цветовое выделение экономических зон с различными характеристиками позволяет производить сравнительный анализ рынка.

Распределенность банковских структур с отображением их на карте позволяет определить, какие из филиалов банков рационально использовать в построении тех или иных цепочек хозяйственных связей.

Отображение на карте рынка транспортной схемы позволяет осуществить поиск возможных и выбор оптимального маршрута движения товара с учетом видов и тарифов транспорта, а также вида груза, с автоподсчетом транспортных расходов.

ГИПС позволяют моделировать связи предприятий любого масштаба, любой отрасли, с любой инфраструктурой.

Наглядность и простота графического представления информации о связях предприятия существенно упрощает постановку задачи нахождения наиболее рационального вида хозяйственных отношений в виде цепочки связей в условиях слабой определенности с возможностью быстрого перехода от одной схемы к другой в процессе реализации решения.

Программа реализует три варианта поиска клиента.

Первый ведется непосредственно при работе с картой любого уровня, если клиент зарегистрирован в виде маркера с комментарием. В этом случае клиент регистрируется в списке оцифрованных объектов, который может быть вызван в виде окна-списка. После выбора клиента из списка карта позиционируется на местоположение маркера клиента.

Второй способ поиска реализован через систему внешнего запроса, когда вызывается пользовательская задача, которая позволяет сформировать сложный многокритериальный запрос, результат которого помещается во временную базу данных, по структуре тождественную исходной базе данных карт партнеров, но содержащую только те записи, которые удовлетворили критериям поиска (рис. 18). Временная база данных может быть вызвана из основной программы как результат запроса в виде окна-справочника, содержащего несколько наиболее важных полей: название предприятия, местоположение и вид хозяйственной связи с ним. Данный временный справочник может использоваться для позиционирования карты с целью отображения месторасположения маркера клиента, как и в первом случае.

Третий вариант поиска осуществляется через программу проверки связи, зарегистрированную в основном бланке базы. В настоящий момент и второй и третий вариант вызывают одну и ту же задачу, в которой реализовано несколько типов сложных запросов:

• по местоположению (страна, регион, район, город);
• по виду продукции (код продукции, наименование продукции);
• по принадлежности к железной дороге (железная дорога, железнодорожная станция);
• по принадлежности к отрасли (отрасль, тип предприятия).

При этом в любом запросе не обязательно указывать все перечисленные в нем критерии поиска, достаточно указать хотя бы один. Стоит заметить, что критерии указаны в том порядке, в котором их следует задавать, т.е. нельзя задать последующий не выбрав предыдущий. Например, нельзя задать тип предприятия, не указав к какой отрасли оно принадлежит.

Предусмотрены следующие типы выходных документов:

• информация о клиенте, помещаемая на 1 лист формата А4 с двух сторон;
• полная информация о клиенте;
• краткий список клиентов, найденных по запросу с различными критериями поиска;
• краткая информация (название, адрес, средства связи) о найденных клиентах;

При печати списка попавших под критерий поиска клиентов можно выбрать интересующие записи.

Использование разработанных технологий и опыт внедрения ГИПС позволили сформулировать концепцию и выдвинуть проект единой муниципальной ГИС города Барнаула. Работы проводятся на базе АлтНИИ ИТТ при АлтГТУ.

В настоящее время ряд муниципальных служб (теплосети, горэлектросети, горводоканал и др.) подошли к актуальным для города проблемам создания автоматизированных систем учета и контроля собственных коммуникаций с использованием информационных технологий построения информационно-графических (визуальных) баз данных (муниципальные геоинформационные системы). Решение данных проблем для городских служб является достаточно сложной и длительной во времени задачей (по оценкам экспертов 5-10 лет). Ряд городских служб, будучи не в состоянии решить данный круг задач собственными силами, в настоящее время предпринимают попытки найти исполнителей и разработчиков аналогичных систем за пределами края. Мы считаем, что необходимости в этом нет. Кроме того, стихийное развитие событий в создании муниципальных геоинформационных систем недопустимо и требует непосредственного вмешательства городской администрации в процесс реализации подобных проектов. В этой связи представляется целесообразным координация деятельности по разработке такого рода систем. Очевидной является взаимосогласованность реализации проектов различными городскими службами.

Интеграция разработчиков и потребителей ГИС-продукции и объединение ресурсов организаций-участников существенно повышает возможность реализации ГИС-разработок на территории города. Алтайский НИИ информационных технологий предлагает эффективные программные средства и технологии построения муниципальных геоинформационных систем для решения актуальных задач развития города. В настоящее время нами совместно с городской администрацией разработан технический проект ГИС-центра, ведется работа над общим проектом комплексной муниципальной ГИС г. Барнаула, включающей электронный кадастр земли, недвижимости, инженерных сетей и сооружений.

Целью создания МГИС является повышение эффективности деятельности городской администрации и муниципальных служб города, развитие системы городского самоуправления, получение дополнительных источников поступлений в городской бюджет путем использования современных информационных технологий.

В современных условиях эффективное управление и рациональное использование городской территории возможно только путем реинжиниринга существующей системы управления муниципальным хозяйством и перехода на автоматизированные методы планирования и управления, основанные на создании комплексного электронного кадастра земли, недвижимости, инженерных сетей и сооружений. При этом обеспечивается информационная “прозрачность” городского региона в международных информационных системах, формируется имидж и инвестиционная привлекательность города (с помощью Internet/Intranet технологий), увеличивается доходная часть городского бюджета за счет оказания платных услуг по предоставлению информации из муниципальной ГИС.

• стратегическое и практическое планирование и развитие инженерных сетей;
• инвентаризация объектов распределенной инфраструктуры предприятий инженерных сетей;
• прогнозирование и моделирование аварийных ситуаций, мониторинг состояния сетей и предотвращение аварийных ситуаций;
• оперативное диспетчерское управление и обеспечение профилактических и аварийных ремонтных работ;
• учет потребления энергоресурсов;
• технологические расчеты (режимы нагрузок, потери в инженерных сетях и т.п.).

• создание единой информационной базы и контроль за прохождением денежных потоков на рынке недвижимости;
• упрощение процедуры оформления операций с недвижимостью;
• создание системы страхования рисков на рынке недвижимости;
• оценка стоимости объектов недвижимости различными методами (затратный, доходный и др.);
• оценка земельных ресурсов;
• ведение реестров предприятий и имущества, находящегося на балансе муниципальных организаций.

• создание и корректировка земельного кадастра по результатам инвентаризации земель и землепользователей;
• контроль за использованием земель и их охрана;
• подготовка информации по земельным спорам;
• оценка ожидаемой суммы земельного налога;
• анализ использования земель;
• планирование размещения предприятий с учетом наличия сырьевых, энергетических и трудовых ресурсов, экологических факторов, транспортных магистралей и условий сбыта продукции;
• слежение за изменением экологической обстановки на территории города и прогноз развития ситуации, выявление основных "загрязняющих" факторов.

• формирование единой информационной инфраструктуры города как самостоятельного территориального административно-хозяйственного комплекса;
• обеспечение информационной основы для реализации функций управления городским хозяйством;
• создание общегородской телекоммуникационной среды для обмена информацией с выходом в глобальные сети передачи информации;
• снижение затрат на управление городским хозяйством за счет повышения оперативности принятия управленческих решений;
• снижение цены ошибки принятия управленческих решений за счет оперативного доступа к банку данных достоверной информации.

• поддержка социально-культурного фонда края;
• образование новых рабочих мест с привлечением к реализации проекта выпускников местных вузов, специализирующихся в области информационных технологий;
• привлечение дополнительных средств в бюджет города и края путем создания "прозрачной" системы инвестиционной привлекательности региона;
• снижение затрат на реализацию проекта и дальнейшее сопровождение разработанного программного комплекса за счет уменьшения накладных расходов, связанных с привлечением специалистов из других регионов.

Собственником системы электронного кадастра будет являться администрация города Барнаула, она же будет являться собственником информационных ресурсов в электронной форме. Собственниками и организациями-держателями подлинников в виде твердых копий будут являться:

• комитет по архитектуре – в части топографических и картографических материалов, документов в сфере градостроительства;
• комитет по земельным ресурсам и землеустройству – в части данных земельного кадастра;
• комитет по управлению имуществом – в части реестра муниципальной собственности;
• муниципальное предприятие БТИ – в части данных по инвентаризации, паспортизации и регистрации зданий и сооружений;
• инженерно-эксплуатационные службы муниципального хозяйства и других форм собственности – в части данных о соответствующих инженерных коммуникациях;
• УВД – в части собственной служебной информации;
• транспортная инспекция – в части собственной служебной информации;
• проектные и изыскательские организации – в части вновь создаваемых ими материалов;

• органы охраны природной среды – в части информации экологического мониторинга.

Пользователи МГИС – организации, участвующие в создании МГИС, а также любые юридические и физические лица: российские (или зарубежные) государственные структуры, предприятия, частные структуры (фирмы, компании), некоммерческие организации, частные лица, заинтересованные в получении информационных, информационно-аналитических и консультационных услуг, использовании информационных ресурсов системы комплексного электронного кадастра.

Преимущества организации МГИС в виде комплексного электронного кадастра земли, недвижимости, инженерных сетей и сооружений заключаются в следующем:

• при создании централизованного банка данных комплексного электронного кадастра земли, недвижимости, инженерных сетей и сооружений ответственность за достоверность предоставления информации клиенту (заказчику) несет одна организация, в рамках которой создается и эксплуатируется МГИС. Кроме того, в этом случае проще решается вопрос с организацией технологического обслуживания автоматизированной системы;
• проблемы, возникающие при различных операциях с земельными участками и другой недвижимостью, решаются привлечением специалистов соответствующих служб. При этом, сохраняется ответственность земельного комитета за сведения ГЗК и ответственность БТИ — за сведения технического учета строений и помещений;

• снижение затрат на реализацию проекта и дальнейшее сопровождение за счет уменьшения накладных расходов, связанных с привлечением специалистов из других регионов;

• привлечение высококвалифицированных специалистов из городских служб позволит организовать длительное и непрерывное сопровождение и доработку (при необходимости) задач картирования и поддержки баз данных.

Как было отмечено выше, одной из основных целей создания муниципальной ГИС является увеличение доходной части бюджета города. Проанализировав передовой опыт ряда городов России, в которых уже проводятся работы по созданию аналогичных систем (Рязань, Саратов, Обнинск, Таганрог, Томск, Новосибирск, Находка и др.), а также реальное состояние дел в Барнауле, можно сформулировать основные виды деятельности муниципального ГИС-центра, направленные на получение дохода:

• разработка и выдача комплексных технических условий;
• регистрация проектной и исполнительной документации;
• предоставление платных информационных услуг;
• продажа картографической печатной продукции;
• содействие проведению аукционов по продаже земельных участков;
• расширение и централизация рынка недвижимости;
• централизация коммунальных платежей;
• организация Web-сервера администрации.

К настоящему времени в рамках работы над проектом МГИС Алтайский НИИ ИТТ провел переговоры и принял решение о сотруд-

ничестве с “Союзом риэлтеров Барнаула”. В городской администрации проведено несколько рабочих совещаний с участием всех муниципальных и эксплуатирующих организаций, результатом которых явилось решение об интеграции работ под эгидой городской администрации. В частности, ОАО “Алтайкрайгазсервис” и Барнаульские тепловые сети уже договорились об обмене информацией из собственных ГИС.

Алтайский НИИ ИТТ при АлтГТУ получил заслуженное признание в области развития ГИС-технологий. В 1998 г институт принят в ГИС-ассоциацию России. Работы института регулярно публикуются в различных изданиях. Сотрудники отдела ГИС института периодически получают приглашения и принимают участие в международных, федеральных и региональных конференциях. Получено приглашение вступить в международную ассоциацию поддержки информационных систем в урбанистике и градостроительстве (URISA, Чикаго, США). В рамках развития концепции ГИПС готовятся к защите несколько диссертационных работ.

Работы, проводимые институтом по развитию рынка геоинформационных услуг в Алтайском крае, полностью соответствуют "Концепции информатизации органов государственной власти и местного самоуправления Алтайского края".