Введение. 
Анализ инженерных сетей. 
Поиск оптимального пути

Актуальность На сегодня не существует инструментов, которые могут локализовать место неисправности (обрыва, перегиба, короткого замыкания) в электрической сети и наглядно показать его и оптимальный маршрут (в данном исследовании оптимальным будет считаться тот маршрут, который является кратчайшим среди всех путей, имеющих то же начало и конец) до него для людей, обслуживающих сеть. Есть средства, которые определяют наличие повреждения и его положение в сети, но не отображают место на плане помещения, так как не знают ничего о помещении, но только о топологии сети. Также есть планы помещения с отображённой электрической сетью, но, при этом, они не могут определять место неисправности. Следовательно, необходимо автоматизировать процесс локализации этого места, то есть создать систему, которая совмещает в себе предыдущие два средства в одно, то есть отображает место повреждения сети на плане помещения, а также показывает кратчайший путь к этому месту от места, на котором находится пользователь, когда возникает неполадка.

Одна из задач навигации — маршрутизация, выбор оптимального пути следования объекта в пространстве. Очевидно, что данная система решала бы задачу indoor-навигации (навигации внутри помещения) применительно к инженерным сетям, то есть находила бы кратчайший путь до места неисправности Сегодня тема indoor-навигации очень перспективна, востребована в мире. В ней работают как стартапы, так и крупные технологические компании, такие как Google, Apple, Qualcomm, Broadcom, CSR, Sony, Nokia и др. Игроки мирового рынка уже вкладывают в indoor-навигацию сотни миллионов долларов. Среди российских компаний данной проблемой занимается компания «2ГИС». С другой стороны, приложения indoor-навигации принесут много новых возможностей для людей. В частности, например, они облегчат жизнь путешественникам и командировочным, оказавшимся в чужом городе или стране, с незнакомыми языком и символикой; помогут не заблудиться или найти нужный объект в таких больших зданиях, как аэропорты, торговые центры, деловые здания, вокзалы. Вместе с тем, количество indoor-локаций в мире пока исчисляется десятками или, наибольшее, сотнями. Например, на данный момент в «Этажах» доступны только шесть столичных торговых центров. Эксперты аналитической компании ABI Research в своем исследовании «Indoor Location Technology: Wi-Fi, Bluetooth, Audio, Small Cell, DAS, NFC, MEMS» отмечают, что «рынок все еще находится на стадии зарождения». Кроме того, если брать только применение indoor-навигации к инженерным сетям, то подобных решений на данный момент нет вообще. Поэтому создание системы indoor-навигации для инженерных сетей является очень перспективным делом, в которое будут охотно инвестировать деньги.

Кроме того, потребителям системы indoor-навигации в инженерных сетях она позволит гораздо быстрее находить место повреждения, следовательно, производство/работа будет меньше простаивать, а владелец терять деньги.

Таким образом, существует противоречие между необходимостью реализации программного средства инженерной indoor-навигации и отсутствием необходимых теоретических исследований и разработок в этой области, что и обуславливает актуальность данного исследования.

Что касается степени изученности вопроса анализа инженерных сетей, то по данной тематике было проведено уже много исследований. Так, ещё в 2002 году в статье [1] авторы отметили, что «в различное время … выполнялись многочисленные проекты по тематике инженерных сетей, включая разработку кадастров и имитационных моделей инженерных коммуникаций (электрических, водопроводных, тепловых, газовых, телефонных сетей, сетей водоотведения), расчеты режимов функционирования инженерных сетей, расчет транспортных сетей и другие». Кроме того, уже были сформулированы задачи анализа (задача проверки связности, задача выделения компонент связности, задача упрощения графа сети и другие). В частности, была рассмотрена и задача, установленная в теме данного исследования (поиск оптимального пути). Более того, на основании проведённых исследований были созданы информационные системы, решающие перечисленные выше задачи. Например, геоинформационная система ГрафИн, ГИС Zulu, ИГС «CityCom» и др. Недостатком существующих систем является то, что они не касаются компьютерных сетей, они рассматривают инженерные сети вне помещений, они не оптимизируют процесс устранения неисправности (не проводят навигацию персонала, обслуживающего сети). В то же время система, рассматриваемая в данном исследовании, будет лишена упомянутых недостатков: она предназначена для компьютерных сетей помещения и строит оптимальный маршрут для обслуживающих лиц до места неисправности (решает задачу indoor-навигации).

Проблема Какие исследования нужно провести, чтобы создать теоретическую основу для решения вопроса нахождения кратчайшего пути до неисправности в инженерных сетях?

Объект Информационные потоки, возникающие по причине обнаружения и организуемые для устранения неисправности в инженерной сети.

Предмет Программное средство для информационной поддержки процесса локализации и устранения неисправности в инженерной сети.

Цель Разработка программного средства для поиска кратчайшего пути до места неисправности в инженерных сетях.

Задачи.

1. Исследовать предметную область.

a. Исследовать бизнес-процесс поиска и устранения неисправностей в инженерных сетях.

b. Создать диаграмму бизнес-процесса и классов в предметной области.

c. Определить этапы, на которых происходит поиск оптимального маршрута и действия на которых нужно автоматизировать.

2. Выбрать подходящий способ представления данных о модели сети и помещения в компьютере.

a. Рассмотреть существующие способы представления инженерных сетей и помещений.

b. Определить критерии, по которым будет отбираться способ представления, подходящий в данном случае.

c. На основе анализа предметной области и рассмотрения существующих способов представления инженерных сетей и помещений выбрать наиболее подходящий для данной ситуации способ.

d. Оптимизировать способ представления для данной предметной области.

3. Выбрать алгоритм поиска оптимального маршрута.

a. Рассмотреть существующие алгоритмы, осуществляющие поиск оптимального маршрута.

b. Исходя из выбранного способа представления данных об инженерной сети и помещении определить наиболее подходящий алгоритм.

c. Определить входные и выходные данные, необходимые для выбранного алгоритма.

4. Спроектировать и создать информационную систему, осуществляющую поиск оптимального маршрута.

a. Определить технологии, с помощью которых будет создаваться информационная система. Если нужно, то изучить их.

b. Определить требования к системе.

c. Создать спецификацию информационной системы и её составных частей.

d. Создать информационную систему. Создать базу данных, хранящую сведения о помещении и сети. Создать приложение ввода информации в БД. Реализовать web-приложение, осуществляющее поиск оптимального маршрута до места неисправности и отображающего его и помещение визуально (в рамках данной работы создаётся не всё web-приложение, а только его серверная часть. Клиентская часть рассматривается в других работах).

e. Произвести её тестирование. Для этого создать необходимый набор тестов. Тесты планируется создать как модульные, так и для всего приложения в целом.

Методы исследования Моделирование — для моделирования бизнес-процесса и инженерных сетей; для тестирования средства (информационной системы).

Абстрагирование — для выбора способа представления данных о модели сети и помещения в компьютере.

Изучение литературы — для выбора технологий, применяемых при реализации средства; для анализа предметной области; для выбора алгоритма поиска кратчайшего пути.

Результат работы Результатом данной работы будет являться информационная система поиска оптимального пути в инженерных сетях, включающая в себя базу данных, хранящую сведения о помещении и сети, приложение ввода информации в БД, а также серверную часть web-приложения, осуществляющего поиск оптимального маршрута до места неисправности и отображающего его и помещение визуально.