Проектирование структуры распределенной базы пространственных данных в сложно структурированных иерархических географических информационных системах

Аннотация: Для решения задачи обслуживания и развития протяженных распределительных инженерных сетей обслуживаемых эксплуатирующими предприятиями на сегодняшний день используются географические информационные системы (ГИС). Для того, чтобы учесть требования, предъявляемые всеми подразделениями предприятия к ГИС необходимо проектирование и последующее создание территориально распределенной корпоративной базы геоданных (БГД) предприятия. В силу того, что база данных предприятия имеет сложную распределенную многоуровневую структуру, требуется детальное рассмотрение всех элементов, входящих в состав БГД предприятия. Рассмотрены основные элементы корпоративной базы данных предприятия, состоящего из территориально удаленных подразделений, проведен анализ взаимосвязей и отношений между этими элементами и предложен метод, основанный на теоретико-множественном представлении и анализе пространственных данных, позволяющий сформировать непротиворечивую структуру распределенной базы данных.

Ключевые слова: геоинформационная система, корпоративная база геоданных, распределенная база данных, проектирование структуры базы данных корпоративный база данные Повседневная деятельность промышленных предприятий во многом зависит от бесперебойного и безаварийного обеспечения энергоресурсами, в том числе газом, осуществляемого эксплуатирующими инженерные сети предприятиями, которые, как правило, имеют сложную иерархическую структуру.

Учитывая, что структурные подразделения эксплуатирующих предприятий, объекты газовых сетей (газопроводы, запорная арматура, пункты редуцирования газа) и обслуживаемое оборудование, зачастую, значительно территориально распределены, проведение анализа имеющихся активов предприятия и принятие управленческих решений немыслимо без использования геоинформационных систем (ГИС) [1−3].

Формирование структуры базы пространственных данных геоинформационной системы является важной и сложной задачей, для решения которой требуется подробное изучение и описание, входящей в её состав пространственной и атрибутивной информации, используемой различными пользователями. При этом структура базы пространственных данных должна учитывать организационную структуру управления ресурсораспределительного предприятия, а также функциональные возможности проектируемой ГИС [4,5].

Предприятие согласно организационной и территориальной иерархии включает в себя: первый уровень — аппарат управления, второй уровень — территориальное подразделение, третий уровень — районная эксплуатационная служба (участок), в которой каждая структура обслуживает закрепленную за ней территорию, а ввод и актуализация пространственной и атрибутивной информации в базу данных осуществляется непосредственно в обслуживающих подразделениях, вследствие чего база геоданных эксплуатирующих предприятий имеет распределенный характер (рис. 1). Подробно организация многопользовательского доступа к пространственной информации на примере одного из ресурсораспределительных предприятий Республики Башкортостан рассмотрена авторами в работе [2].

При создании корпоративных геоинформационных систем [6] необходимо учитывать, что данные об объектах предприятия являются совокупностью следующих составляющих:

пространственные данные, представляющие собой геометрические объекты в пространстве, которые необходимы всем сотрудникам предприятия;

атрибутивные данные, представляющие собой табличную информацию, характеризующую объекты.

Для формализованного описания всех частей пространственной информации и связей между ними введем обозначения: — база данных всего предприятия, — базы данных i-го подразделения предприятия, где, n — количество подразделений предприятия, а распределенная база данных всего предприятия, является объединением этих баз данных:

Специалисты каждого отдельно взятого подразделения используют в своей работе информацию о территории своей зоны обслуживания и о части территорий зон обслуживания соседних подразделений (рис. 2), при этом соседними подразделениями считаются подразделения, у которых имеются общие границы обслуживания.

В силу вышесказанного базу данных подразделения предприятия можно представить в виде объединения баз данных, одна из которых содержит информацию непосредственно об объектах самого подразделения () и вторая — информацию о части объектов расположенных на территориях соседних подразделений ():

Обозначим данные необходимые двум подразделениям предприятия, они являются пересечением баз данных i-го и k-го подразделений:

Введем обозначение: BOD — база общих данных для всего предприятия обозначим, то есть таких данных, которые необходимы более, чем одному,.

территориальному подразделению. В силу введенных обозначений она является пресечением баз данных всех подразделений или объединением.

информации об объектах расположенных на территориях соседних подразделений предприятия:

Данные, необходимые трем соседним подразделениям обозначим как, они представляют собой пересечение баз данных i-го, j-го и k-го подразделений, и в то же время пересечение баз данных необходимых двум соседним территориальным подразделениям База данных содержащая информацию необходимую не менее чем трем любым территориальным подразделениям предприятия может быть представлена:

В силу введенных обозначений база данных, содержащая информацию об общих объектах соседних подразделений, является совокупностью баз данных, содержащих информацию об общих объектах каждого отдельно взятого подразделения :

Рис. 2. — Разграничение зон обслуживания подразделений (- зона обслуживания одного территориального подразделения, — зона, входящая в состав баз данных двух соседних территориальных подразделений, — зона входящая в состав баз данных трех соседних подразделений).

а база данных всего предприятия является разностью совокупности баз данных всех подразделений и данных необходимых более чем двум подразделениям:

при этом для двух соседних подразделений пересечение их баз данных не является пустым множеством:

Так как в есть данные, необходимые более чем двум пользователям (подразделениям) предприятия, эти данные и будут являться BOD, а BOD — является подмножеством базы данных всего предприятия:

При этом пересечение BOD с не являются пустыми множествами:

а пересечение BOD с является пустым множеством.

В свою очередь каждая отдельно взятая состоит из наборов пространственных и атрибутивных данных различных отделов подразделения, которые обозначим и может быть представлена как:

где — количество отделов i-го подразделения, тогда.

Кроме того база данных i-го территориального подразделения предприятия является объединением атрибутивных данных, хранящихся в базе данных в виде таблиц, и пространственной информации, хранящейся в виде слоев, которые могут быть представлены пространственными объектами с определенными наборами координат, определяющими местоположение объекта в пространстве [7]. Тогда базу данных территориального подразделения можно представить как объединение пространственной и атрибутивной информации.

Так как существуют данные общие для нескольких подразделений в виде BOD, то необходимо организовать их централизованное хранение в составе и разработать структуру, позволяющую осуществлять репликацию частей для каждого i-го подразделения, так как после редактирования данных в базе данных подразделения и согласования их общих частей в соседних подразделениях, они обновляются в .

В целях организации доступа пользователей к информации о пространственных объектах в рамках своих должностных обязанностей, в процессе проектирования структуры базы данных предприятия решались задачи разграничения прав доступа:

Территориальная принадлежность. Ограничение возможности редактирования данных одного территориального подразделения для пользователей другого территориального подразделения (например пользователи занимающиеся обслуживанием территории одного района не имеют доступа к редактированию данных другого района). Для этого каждая база данных подразделяется на несколько частей.

где — количество групп пользователей отвечающих за обслуживание различных территорий предприятия.

Разграничение осуществляется с помощью топологического правила [8] «Находится внутри» (пример на рисунке 3), которое более подробно рассмотрено авторами статьи в [9].

Разграничение по слоям. Определяется набор доступных пространственных слоев карты и функции работы с данными (например, редактирование).

где — количество отделов предприятия с соответствующими подчиненными функциональными структурами в территориально удаленных подразделениях.

Разграничение по атрибутивным полям. Необходимо для того, чтобы пользователи одного отдела не имели прав на редактирование данных другого отдела (например пользователи производственно-технического отдела не могут редактировать данные отдела метрологии) где — количество ролей уникальных пользователей имеющих доступ к индивидуальным наборам атрибутивной информации.

Необходимо отметить, что количество групп территориально разграниченных пользователей, количество отделов предприятия и количество ролей пользователей не равны между собой:

При проектировании структуры базы данных учитывая разграничение по территориальной принадлежности, разграничение по слоям и разграничение по атрибутивным полям получим:

А так же учитывая (1), что база данных каждого территориального подразделения состоит из уникальной части и общей части для территориальных подразделений, задача формирования структуры.

Рис. 3. — Топологические ситуации, иллюстрирующие отношение «находится внутри» для а) двух областей, б) точки и области.

распределенной базы данных, состоящей из объединения заключается в таком выделении в каждой части пространственных и атрибутивных данных, чтобы выполнялось соотношение:

Графически выражение (2) можно представить в виде рисунка 4.

Отметим, что при построении всех можно построить непротиворечивую структуру данных, необходимую для реализации базы данных предприятия, включающую в себя распределенную базу данных предприятия со множеством входящих в её состав баз данных территориальных подразделений, которые содержат в себе пространственную и атрибутивную информацию необходимую специалистам различных отделов.

для решения задач, а также реализовать программное обеспечение для многопользовательского удаленного доступа и обработки этих данных всеми заинтересованными пользователями с целью обеспечения информационной поддержки для принятия решений.

Предложенный метод основан на теоретико-множественном представлении [10] и анализе пространственных данных и позволяет сформировать непротиворечивую структуру распределенной базы данных, удовлетворяющую потребностям всех территориальных подразделений и пользователей различных отделов предприятия.

Проведен анализ пространственной информации, используемой специалистами территориальных подразделений в повседневной деятельности, который позволил построить структуру распределенной базы пространственных данных на примере газораспределительного предприятия.

корпоративный база данные пространственный.

Бадамшин Р.А., Павлов А. С. Многопользовательская обработка распределенно хранящейся пространственной информации в научно-образовательной ГИС РБ // Вестник УГАТУ, 2009. Т. 12, № 1 (30), С. 3−8.

Павлов А.С., Павлов С. В., Самойлов А. С. Организация обработки пространственных данных в распределенной геоинформационной системе газораспределительной организации // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2012. С. 57−62.

Павлов А.С., Самойлов А. С. Разработка корпоративной геоинформационной системы газораспределительной организации // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2011. С. 23−29.

Бакланов А. В. Нефть и газ на цифровой карте. М.: ДАТА+, 2008. 205 с.

Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем / Пер. с англ. М.: Мир, 1973. 316 с.

Аксёнова Е. Г. Информационное обеспечение методов эколого-экономического механизма обоснования городских территорий // Инженерный вестник Дона, 2011, № 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2011/486.

Губанов В.А., Захаров В. В., Коваленко А. Н., Введение в системный анализ. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. 232 с.

Eliseo Clementini and Paolino Di Felice. An object calculus for geographic databases. In A CM Symposium on Applied Computing, pp. 302−308, Indianapolis, February 1993.

Павлов С.В., Самойлов А. С. Использование топологических отношений для обеспечения актуальности базы пространственных данных в распределенной геоинформационной системе газоснабжения промышленных предприятий // Журнал «Электротехнические и информационные комплексы и системы» № 3, т.10, 2014, с. 75−89.

John L. Kelley. General Topology. Springer-Verlag, New York, 1955. pp. 1−6.

Зырянов В. В. Моделирование при транспортном обслуживании мега-событий // Инженерный вестник Дона, 2011, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2011/709.