Требования к характеристикам пространственно-временной информации, используемой для автоматизации бизнес-процессов ОАО «РЖД»

[Admin]

Требования к характеристикам пространственно-временной информации, используемой для автоматизации бизнес-процессов ОАО «РЖД»

Духин С.В.
Духина Н.А.
Павловский А.А.

Ключевые слова:
пространственно-временная информация, геоинформационная база, геоинформационные системы

В своей производственной деятельности ОАО «РЖД» использует пространственно-временную информацию [1, 2]. При автоматизации бизнес-процессов параметры объектов и процессов, имеющие координатное описание, часто играют важную, определяющую роль. Для обеспечения возможности создания, ведения, развития и использования пространственной информации используются специализированные информационные системы, называемые геоинфор-мационными системами (ГИС), а сама координатная информация, поддерживаемая такими системами, называется геоинформационной базой данных или базой геоданных (ГБД) [3].

Пространственно-временная информация об объектах и процессах железнодорожного транспорта должна соответствовать общим требованиям в информационному обеспечению автоматизированных систем, то есть обладать свойствами полноты, достоверности, непротиворечивости, актуальности, и т.д. [4]. В то же время, информация, имеющая пространственную составляющую, обладает характеристиками, присущими только информации такого рода, в том числе - растровое или векторное представление, точность представления, система координат, необходимость представления в нескольких системах координат или необходимость параметров перехода из одной системы в другую [5].
Цель данной статьи - на основе анализа бизнес-процессов ОАО «РЖД», использующих пространственно-временную информацию, определить требования к характеристикам координатной или пространственно-ориентированной информации, или, другими словами - к параметрам координатной составляющей геоинформацион-ных баз данных.
Как следует из Концепции [6], в состав геоинформационных ресурсов ОАО «РЖД» входят:
- карта сети железных дорог;
- схема сети железных дорог;
- топографическая карта РФ;
- топографическая карта мира;
- спутниковые снимки;
- полоса отвода;
- масштабные планы станций;
- схематические планы станций;
- трехмерная цифровая модель пути;
- электронные карты КЛУБ;
- планы станций МАЛС.
Приведенные ГБД представляют интерес для ОАО «РЖД» и обеспечивают автоматизацию его бизнес-процессов. В то же время, вследствие разных причин, в настоящее время не все из перечисленных ресурсов создаются и поддерживаются в полной мере. Во многих случаях создание и обновление ГБД носит периодический характер, геоинформаци-онные ресурсы создаются или закупаются в случае необходимости для решения одной задачи. Или используются данные из открытых источников, не адаптированных специально для нужд железнодорожного транспорта, что, как следствие, снижает качество информации и сужает функциональные возможности использующих их автоматизированных систем. Целью разработки концепции Единой геоинформацион-ной системы ОАО «РЖД» (ЕГИС РЖД) было создание эффективной информационной среды, содержащей всю необходимую информацию для обеспечения бизнес-процессов ОАО «РЖД», поддерживаемой централизованно и используемой различными структурными подразделениями ОАО «РЖД». На сегодняшний день эта цель не достигнута.

ГБД является дорогостоящим активом. Для ее создания и поддержания в актуальном состоянии необходимы существенные затраты, в том числе ручного труда. В отсутствии единых требований к характеристикам ГБД разработчики и пользователи ГИС реализуют каждый свое множество функциональных приложений для автоматизации своих бизнес-процессов. В этой ситуации существенно не столько различие программных платформ, при помощи которых реализована функциональность ГИС, сколько различие представлений разработчиков о целевых свойствах поддерживаемой ГБД. Использование общепринятых стандартов на форматы представления пространственно-ориентированных данных практически устраняет недостаток использования различных программных платформ, за исключением увеличенных затрат на сопровождение программного продукта: одну программную систему дешевле сопровождать, чем несколько. А вот отсутствие общих требований к поддерживаемой геоинформационной базе данных приводит к дублированию и, как следствие, появлению неактуальной, противоречивой и несогласованной информации. При этом, именно ГБД в большой степени пригодна для стандартизации, так как, во-первых, у пространственных данных всегда существует универсальный ключ - координаты объекта или процесса, а во-вторых, ГБД обладает свойством многоцелевого использования. Координатное представление и топологические отношения между объектами позволяют однозначно идентифицировать объекты; а механизм создания слоев, в том числе виртуальных, позволяет создавать на основе единой ГБД различные ракурсы для различных приложений.
При проведении комплексного анализа бизнес-процессов ОАО «РЖД», использующих пространственные данные, необходимые функции ГИС, как и характеристики ГБД, рассматриваются в функциональной зависимости «Наименование бизнес-процесса» ^ «Наименование функции» «Функция ГИС» «Наименование ГИС» [6]. Такая классификация является безусловно правильной и логичной с точки зрения описания бизнес-процессов, в то же время не подходит для выявления и обобщения самих функций ГИС, а также анализа свойств ГБД. В контексте Концепции термин «наименование ГИС» обозначает или уже существующую ГБД, тогда указывается ее наименование и подразумевается, что ее характеристики удовлетворяют требованиям рассматриваемого бизнес-процесса, или создаваемую ГИС. В такой классификации функции ГИС многократно повторяются в различных бизнес-процессах в различной трактовке, а свойства самих ГБД зачастую не приведены вообще.

Выделим основные группы функций ГИС, используемые самостоятельно или совместно с другими автоматизированными системами.
1. Повышение иллюстративности и информативности данных путем отображения на картах и планах взаимного расположения пространственно- распределенных объектов; изменения стилей отображения геометрических объектов в зависимости от значений табличных текстовых данных, соответствующих этим объектам; создания тематических видов и выборок на основе наложений различных графических слоев.
2. Навигация объектов, то есть определение местоположения объекта на путевом развитии (или в привязке к объектам путевого развития) по его географическим координатам и вывод соответствующей информации в графическом виде на экран монитора или занесение данных в текстовые таблицы.
3. Показ взаимного расположения объектов, то есть ситуационных карт и планов.
4. Создание основы для проектирования пространственных объектов, выполнения геометрических и геодезических измерений и расчетов различного назначения.

По информации, публикуемой в открытой печати [7-12], в том числе по техническим требованиям к геоинформационным ресурсам и системам, содержащимся в конкурсной документации ОАО «РЖД» и Минтранса РФ, текущее состояние использования ГИС ОАО «РЖД» характеризуется большим количеством геоинформационных систем и ресурсов.
Геоинформационные ресурсы: карта и схема сети железных дорог; спутниковые снимки различного разрешения; полоса отвода железных дорог; масштабные планы станций; схематические планы станций; трехмерная цифровая модель пути, содержащая данные геодезии, лазерного сканирования и георадарной съемки; электронные карты бортовых устройств тягового подвижного состава.
Представляется целесообразной реализация следующих требований к характеристикам пространственно-временной информации, используемой для автоматизации бизнес-процессов ОАО «РЖД».
1. Основой представления пространственно-ориентированных данных должна стать цифровая модель инфраструктуры (ЦМИ), являющаяся координатной основой всех геоинформа-ционных ресурсов, хранящихся и используемых в ГИС ОАО «РЖД». Цель создания ЦМИ - обеспечения минимальных погрешностей представления объектов в местной железнодорожной системе координат в непосредственной близости от железнодорожного пути, а также обеспечение механизма перевода пространственной координаты в адресное описание (линейную координату). Линейная координатная система может быть закреплена путем использования линейного пикетажа (километры, пикеты), реперных сетей, принятых в качестве реперов фундаментальных объектов.
В настоящее время геоинформационные ресурсы не имеют единой координатной основы.
В качестве координатной основы должны использоваться: геоцентрическая система координат WGS-84 (ПЗ-90) для графа сети, местные системы координат для планов станций, региональные системы координат для планов полосы отвода ГБД ЗУОН. Наличие координатной основы необходимо для реализации механизма совмещения со спутниковыми снимками и картами, получаемыми от внешних источников. Параметры перехода должны позволять переход между различными системами координат с заданной точностью. Современные методы спутниковой геодезии, а также расширение сферы услуг по предоставлению корректирующей пространственно-временной информации для создания высокоточных опорных геодезических сетей, позволяют существенно уменьшить затраты на создание и эксплуатацию координатной основы, тем самым повышая эффективность координатных методов, используемых в технологических и бизнес процессах.
2. Любой объект, входящий в единую ГИС РЖД, должен существовать в ГБД в единственном экземпляре и характеризоваться географическими координатами как первичным ключом. В этом случае любые операции по добавлению, изменению и удалению объектов ГБД не могут привести к ухудшению свойств ГБД. При отсутствии решения по п.1, то есть отсутствии единой координатной основы, этот принцип также не может быть реализован.
3. Цифровая модель пути (ЦМП), являющая составной частью ЦМИ, в целевом состоянии определяет обобщенный граф сети железных дорог. Вершинами графа являются точки ветвления железнодорожного пути, ребрами - участки пути между вершинами. Ветвлением пути назовем географическое место, в котором участок железнодорожного путь без разрывов соединяется с несколькими другими участками (в частном случае, с другим участком). Граф пути обладает свойством генерализации, заключающимся в том, что при решении задач, требующих использования больших масштабов, количество объектов (вершин и ребер) увеличивается, а при использовании меньших масштабов - уменьшается, без ухудшения свойств графа. Например, при выполнении маневровой работы требуется масштаб, позволяющий определить местоположения объекта на путевом развитии станции, а при контроле графика исполненного движения маршрута - масштаб, позволяющий определить только вход на станцию и выход со станции. Точность определения местоположения также соответственно изменяется в соответствии с масштабом. При генерализации площадной объект может трансформироваться в точечный, а ломаная (кривая) линия в прямую, однако принцип 3 в этом случае не нарушается, так как с уменьшением точности представления геометрических параметров объекта при малых масштабах конфигурация объекта является несущественной.
4. Целевое состояние уже существующих геоинформационных ресурсов на основе опыта их эксплуатации.
4.1. Граф сети железных дорог.
Может быть использован как основа для построения обобщенного графа сети. Необходимо определить механизмы и периодичность актуализации и проверки корректности.
4.2. Масштабные планы станций.
Необходимо совместить планы станций с планами полосы отвода, преобразовав их в объекты, действительно имеющие масштаб. Это позволит:
- выполнять хозяйственные операции с имуществом и земельными участками на станциях в привязке к путевому развитию, что необходимо при управлении имущественным комплексом;
- построить граф станции и на основе корректных графов станций обобщенный граф сети;
- повысить технологичность добавления и внесения изменений в геометрию объектов, входящих в план станции (полосы отвода) на основе выполнения требования 1.

4.3. Схемы станций.
При классическом решении задачи могут быть получены на основании актуальных масштабных планов средствами ГИС. Однако при этом вид схемы будет непривычным для диспетчера.
В настоящее время схемы станций существуют как самостоятельный геоинформационный ресурс. Процедуры контроля позволяют проверить правильность составления схемы путем нахождения соответствия между элементами схемы и масштабного плана. При корректировке масштабного плана соответствующая корректировка должна быть произведена и в схеме.
4.4. Планы земельных участков и объектов недвижимого имущества.
После адаптации к геоцентрической системе координат впишутся в обобщенный граф сети. Могут являться основой для модернизированных масштабных планов станций, а также определения местоположения объектов в полосе отвода на станциях и перегонах.
4.5. Для обработки пространственных запросов, связанных с местоположением объектов вне полосы отвода (уличноадресная сеть в населенных пунктах, дорожная сеть вне населенных пунктов) необходимо использовать внешние источники геоинформационных данных. Выполнение принципа 1 позволит при необходимости получить любой интересующий район карты общего пользования в заданном масштабе из внешнего источника по запросу (например, на условиях абонентского подключения). Это позволит сократить затраты на закупку геоинформационных ресурсов, так как заранее неизвестно, какой район и когда может понадобиться, а, главное, получать гарантировано актуальную информацию.
4.6. Растровые данные и результаты лазерного и георадарно-го сканирования. В настоящее время все большее распространение получают результаты съемки с беспилотных летательных аппаратов, ставшие возможными в результате достижений в областях создания беспилотных летательных аппаратов, существенной минимизации размера и веса и улучшении характеристик фото, видео и лазерной аппаратуры.
5. Обновление и актуализация информации.
Одним из основных принципов ГИС РЖД является необходимость механизма актуализации геоинформационных баз данных, который заключается в:
• обязательном наличии регламентов внесения изменений в ГБД, при которых за корректность информации о каждом объекте отвечает конкретный человек, действующий на основании инструкции;
• протоколировании и визировании всех изменений, хранении истории изменений;
• использовании, по возможности, механизмов проверки корректности изменения ГБД.
Реализация описанных требований к ГБД позволит разработать функциональность ГИС для решения важных стратегических задач.
1. Поддержание в актуальном состоянии и использование в различных бизнес-процессах единой координатно-временной (картографической) основы железнодорожного транспорта в Российской Федерации.
2. Размещение в привязке к картографической основе объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта на территории Российской Федерации.
3. Определение на основе картографической основы местоположения подвижных объектов и событий с ними.
4. Использование карт и планов в качестве интерфейса доступа к графическим и атрибутивным данным объектов и событий железнодорожного транспорта в Российской Федерации.
5. Анализ пространственных данных по объектам и событиям на железнодорожном транспорте в Российской Федерации.
6. Создание методов и средств подготовки управленческих решений с использованием геоинформационных технологий.
7. Создание правил обработки географических данных по событиям и чрезвычайным ситуациям на железнодорожном транспорте в Российской Федерации.
8. Обеспечение владельцев инфраструктуры, операторов, перевозчиков и пользователей услуг железнодорожного транспорта необходимой географической информацией с привязкой к картам и схемам железных дорог.
9. Взаимодействие ГИС с существующими и разрабатываемыми автоматизированными системами в качестве:
- источника координатно-временной информации;
- основы для повышения иллюстративности
полученных результатов;
- источника геометрических данных для выполнения расчетов и анализа;
- основы для обеспечения удобного интерфейса
доступа к текстовым данным.
10. Унификация форматов представления геоинформационных ресурсов и методов обработки геопространственных данных.

Список литературы

1. Розенберг И.Н., Духин С.В. Автоматизированная система ведения геоинформационной базы данных, увязанная с параметрами работы и развития ОАО «РЖД»// Труды девятой научно-практической конференции «Информационные технологии в железнодорожном транспорте» - «ИНФОТРАНС-2004», 6-9 октября, Санкт-Петербург, 2004
2. Розенберг И.Н., Духин С.В., Замышляев А.М., Цуцков Д.В. Использование отраслевых геоинформационных ресурсов для решения задач управления перевозками и инфраструктурой на железнодорожном транспорте// Девятая Всероссийская конференция «Проблемы ввода и обновления пространственных данных». - Москва: 15-17 марта 2005, (www.gisa.ru/20934.html)
3. ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и определения.
4. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах: Пер. с англ. Изд.2, доп. 1980 г.
5. Розенберг И.Н., Духин С.В. Геоинформационные технологии -важнейшая составляющая современных информационных систем // Автоматика, связь, информатика, № 7, 2005
6. Единая отраслевая геоинформационная система (ЕГИС ОАО «РЖД»). Концепция. Утверждена старшим вице-президентом ОАО «РЖД» В.А.Гапановичем 06.06.2011.
7. Розенберг И.Н., Духин С.В. Геоинформационные технологии. // Железнодорожный транспорт, вып. 3, 2006, с. 59-63.
8. Розенберг И.Н., Духин С.В. Основные особенности формирования единой геоинформационной базы данных отрасли. //Десятая научнопрактическая конференция «Информационные технологии в железнодорожном транспорте». «ИНФОТРАНС-2005». 5-10 октября, Из-во Политехнического Университета. Санкт-Петербург, 2005, с. 53-54.
9. Розенберг И.Н., Духин С.В. Принципы построения единой геоин-формационной базы данных, увязанной с параметрами работы и развития железнодорожной отрасли //3-я международная научно-практическая конференция «ТелеКомТранс - 2005», 26-29 апреля, -Сочи: ООО «Диапазон», Ростов н/Д, с. 43-47.
10. Розенберг И.Н., Духин С.В., Замышляев А.М., Цуцков Д.В. Новая технология ведения техническо-распорядительных актов станций //Учебное пособие для вузов железнодорожного транспорта. Москва, Издательство «Маршрут», 2005, 304 с.
11. Уманский В.И., Духин С.В., Якушев Д.А. Автоматизация формирования электронных карт для локомотивных устройств безопасности и систем управления движением по данным видеопаспортизации и мобильного лазерного сканирования. //Вестник ВНИИЖТ, Москва, 2015, №4, с. 8-11.
12. Духин С.В., Ильин А.В. Геоинформационная база данных земельных участков и объектов недвижимого имущества ОАО «РЖД»: состояние и планы развития. //Восьмая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов». Труды. Часть 1. 1-2 ноября 2001 г. Москва. c.VIII-7.
13. Духин С.В., Нуйкин А.В., Куприянов А.О., Бекчанова Е.С. Разработка высокоточной координатной системы высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Санкт-Петербург - Бус-ловская //Известия высших учебных заведений. Раздел «Геодезия и аэрофотосъемка», №2, М.:МИИГАИК - 2013