Программные продукты и системы

На современном этапе развития общества обоснованным считается информатизация всех сфер деятельности различных муниципальных служб. Это связано с тем, что системы управления городской инфраструктурой носят распределенный характер и должны обрабатывать большие объемы данных. Одной из особенностей таких систем является координатная привязка объектов муниципальной собственности. Тогда решение задачи автоматизированной обработки данных в городских службах видится в применении геоинформационных систем (ГИС) (см.: Д.Е. Андрианов, К.В. Макаров, Р.А. Штыков. Системы оперативного управления пространственно распределенными объектами. М. 2005).

В таких системах эффективность хранения большого объема пространственной информации определяется методами обработки. Основной составляющей любой ГИС является пространственный анализ, реализовать который возможно при использовании информации о пространственном расположении объекта и его взаимосвязи с другими объектами инфраструктуры. Геометрическое описание объекта и его местоположение выполняется на основе топологии и топологических отношений. Теоретически топологические характеристики объектов, используемые в современных ГИС, мало формализованы. Потому в настоящее время остро стоит вопрос формализации взаимных отношений объектов в ГИС.

Топологические отношения между объектами одного слоя достаточно формализованы и исследованы (С.В. Еремеев, С.С. Садыков. Автоматический контроль размещения пространственных объектов на цифровой карте с использованием топологических отношений. // Информационные технологии. 2005. №8). Традиционно топологическую взаимосвязь определяют на основе следующих свойств: «изолированность», «вложенность», «пересечение», «соседство», «близость» и др.

Для вычисления топологического отношения между объектами будем использовать бинарное отношение R упорядоченных пар элементов на множестве объектов Х, то есть , и это означает, что для  топологическое отношение xRy имеет место тогда, когда , тем самым определяется топологическое отношение.

Тогда топологическое пространство R некоторой совокупности объектов определяется как: , где ; a, b, c – некоторые эквиваленты пространственных координат объекта. Если не рассматривать внутреннюю топологию объекта, то в данном случае это будут пространственные 3D-координаты;  (n – количество объектов на слое).

Здесь трудности возникают при описании межслойных топологических отношений. Как будет взаимосвязан объект одного слоя с объектом другого слоя?

Традиционно многие разработчики считают, что отношения между объектами двух различных слоев наследуются через отношения между этими слоями. Созданный объект будет иметь унаследованную связь, но не со всеми, а с конкретными элементами другого слоя.

Выбираются все отношения слоя , в котором находится элемент , со слоями  . Эти пространственные связи берутся из матрицы топологических отношений между слоями   , причем учитываются только ненулевые элементы этой матрицы.

В результате информация добавляется в общую матрицу отношений между всеми объектами:

  .

Элемент , если не существует взаимодействия между объектом  и . Элемент  есть топологическое отношение k-го типа между объектами, то есть , если существует связь между слоями  и .

Разница между матрицами A и B состоит в том, что первая из них содержит отношения между слоями, а вторая между объектами. Заметим, что число типов топологических отношений h в обеих матрицах равно, а число элементов чаще всего различно.

Недостатком данного подхода является тот факт, что исходные данные для вычисления топологических отношений между объектами различных слоев берутся из общего отношения между слоями. Данный подход будет обоснованным в случае, когда объекты одного слоя будут расположены в равном отношении от другого, что в реальной муниципальной ГИС (МГИС) практически невозможно. Для этого предлагается новый метод представления межслойных топологических отношений на уровне первичного представления информации об объекте городской инфраструктуры. Все объекты МГИС представлены не послойно, как это выполнялось ранее, а в одном интегрированном пространстве. Каждый объект независимо от тематического слоя обладает пространственными и семантическими характеристиками. На топологические взаимосвязи в первую очередь оказывают влияние пространственные атрибуты. Семантика в данном случае носит второстепенный характер. Данный подход отличается от известных тем, что все объекты находятся в одном формализованном пространстве, топология объектов не зависит от их принадлежности к конкретному слою. Например: линия электропередач будет находиться в определенном топологическом отношении с трубопроводом вне зависимости от того, как между собой взаимосвязаны объекты электро- и водоснабжения. А принадлежность этих объектов некоторому слою будет определять их графическое отображение в системе или другие дополнительные характеристики.

Тогда пространственный объект в ГИС представляют вектором: , где I – идентификатор объекта; IS – идентификатор слоя; P – геометрическая составляющая объекта; A1, A2, … , AN – семантические атрибуты; N – количество атрибутов объекта.

Таким образом, объект будет существовать вне зависимости от тематического слоя, что позволяет решать прикладные задачи, связанные с вычислением межслойных топологических отношений. В результате получаем некое интегрированное описание объектов, на основе которого можно будет создавать универсальные алгоритмы анализа пространственной информации.