Geografický informační systém pasportu tramvajových tratí

Abstrakt:

Tento referát popisuje problematiku tvorby GIS v oblasti vedení pasportu tramvajových tratí. Součástí příspěvku je popis použitého softwarového vybavení, sestaveného datového modelu a správa daného systému. Závěr příspěvku je věnován praktickým zkušenostem, které byly získány realizací pilotního projektu.

Úvod

V dnešní době rozsáhlého zpracovávání informací, jsou stále více kladeny požadavky na jejich kvalitu i kvantitu a formu uchovávání a získávání. Na kvalitních informacích je založena schopnost ekonomického a efektivního fungování většiny podniků a institucí. Ne jinak je tomu v kolejové dopravě, kde je potřeba vést určitý systém evidence tratí jak z hlediska polohy, tak i s ohledem na přehled o základních prostředcích kolejové sítě, který by pomohl zvyšovat plynulost jízdy, snižovat poruchovost ,nehodovost ,provádět údržbu, opravy a projektování tratí s menšími náklady.

Jedná se o velké množství údajů o objektech prostorově rozmístěných v rámci určitého území, města, instituce nebo státní správy. Správci inženýrských sítí,velké průmyslové podniky se bez GIS prakticky nemohou obejít. Postupně s dalším růstem výkonnosti počítačů zejména architektury RISC (ale i Intel), se dostály ke slovu "velké" GIS v oblasti monitorování životního prostředí, modelování jeho časového vývoje nebo koncepčního plánování.

Z hlediska odborného můžeme GIS definovat jako "počítačový systém používaný pro shromáždění, údržbu, editaci, zobrazování a vykreslování údajů o reálných objektech rozmístěných na prostoru, který lze popsat souřadnicemi vztaženými k zemskému povrchu".

Použití GIS pro tramvajovou siť MHD

Velmi výhodným se ukazuje využití GIS také v oblasti liniových objektů (tramvajová síť, železniční tratě, metro, silnice, produktovody ap.).

Pro tramvajovou síť měst, kterou je možno celou zobrazit do jedné mapy, může být použití GIS velmi přínosné. Vytvořené datové tabulky přímo napojené na digitální mapu vhodného měřítka (nejlépe 1:1000) vytvoří komplexní přehled pasportu tratí, který umožni ekonomické provádění údržby, oprav, výměny konstrukcí či úplnou rekonstrukci. Navíc rychle a efektivně takový systém vyhledává potřebná data, snižuje nároky na archivaci. Je třeba podporovat snahu, aby mezi podniky sdílející stejné zájmové území s dopravním podnikem (např. silniční údržba, plynárny, teplárny, vodovody a kanalizace, telekomunikace ap.) existoval stejný systém GIS. Potom by mohlo dojít mezi nimi k propojení do počítačové sítě, čímž by se mohly případné opravy nebo rekonstrukce naplánovat najednou. To by pomohlo nejen těmto podnikům z hlediska ekonomického, ale také občanům z hlediska menšího počtu uzavírek či městu z pohledu estetického (jednotný výkop a pod.).

K většímu rozšíření mezi těmito institucemi, které jsou většinou dotovány, zatím, bohužel, brání velké počáteční výdaje na hardware i software. Zde by se však mělo myslet dopředu a zvážit ekonomický přínos pro nejbližší budoucnost.

Použitý software

Pro zpracování a vedení GIS pasportu tramvajových tratí byl po důkladné analýze vybrán produkt MGE SX od firmy Intergraph. Tento programový systém má modulovou architekturu, která je velmi vhodná pro postupný rozvoj vytvářeného systému. Pro vedení pasportu byly využity následující moduly:

1. MGE Basic Nucleus - jde o jádro pro přístup k datům v projektu MGE. Nucleus zabezpečuje tedy řízení projektu, definici souřadnicového systému, dotazování a přístup k databázi.
2. MGE Basic Administrator - poskytuje nástroje pro správu systému a databáze v aplikacích MGE, které využívají relační databázi. Poskytuje prostředky pro přípravu a definici databázového schematu, mapových kategorií, prvků a uživatelských atributů.
3. MGE Base Mapper - zajišťuje budování a správu dat projektu GIS v prostředí MGE. Obsahuje nástroje jak interaktivní, tak dávkové pro vstup, čistění a úpravu grafických dat.
4. MGE Base Analyst - tento modul umožňuje vytvářet dotazy, analyzovat a zobrazovat geografická data s topologickou strukturou. Generuje prostorové dotazy, zóny kolem objektů a tematicky zobrazuje výsledky mnoha dotazů z několika topologických souborů.
5. MGE ASCII Loader - tento modul slouží k čtení a ukládání geografických dat ve formátu ASCII.
6. MGE MAP Finisher - umožňuje sestavovat výstupní mapu a její legendu dle geografických dat.

Výše popsané moduly jsou pro běžnou aplikaci z hlediska vytvoření a správy datového modelu základní. Podle typu aplikace je možné dokoupit a doinstalovat tzv. moduly aplikační. Jedním z aplikačních modulů, které byly použity při vytváření GIS tramvajových tratí je modul zvaný MGE Segment manager. Tento modul podporuje výhodnější správu informací o liniových sítích, jako jsou silnice, železnice a produktovody.

Navržená struktura informačního systému.

Tramvajová trať se skládá z několika (i relativně) nezávislých faktorů, které nás zajímají z hlediska pasportizace (směrové poměry, výškové poměry, kolejnice, kolejová podpora, další objekty atd.). Aby ke každému objektu mohly být připojeny datové tabulky odlišných struktur, což vyplývá z toho, že objekty jsou různého typu, je vhodné je také ve výkresu (t. j. digitální mapě) reprezentovat samostatně. Byly proto rozděleny do jednotlivých vrstev, kde mají tvar směrového řešení trasy. Tyto vrstvy je možno zobrazit jednotlivě i dohromady. Zobrazení je možno provádět buď přímo podle čísel vrstev, což je rychlejší, nebo podle jejich jmen, což je přehlednější. Pro další vylepšení orientace, ve které vrstvě se právě nacházíme, je vhodné jednotlivým vrstvám přiřadit barvy s odpovídajícím číslem.

Každý objekt nemusí být v celé trase "jednolitý" (t.j. nemusí být použita jediná technologie), proto je nutno celou trasu rozdělit na jednotlivé úseky podle těchto technologií v bodech jejich změny (dle staničení trasy) a to pro každý objekt (pro každou vrstvu) zvlášť. K této činnosti je výhodné využít možností modulu “Segment manager”. Tento modul umožňuje tzv. dynamickou segmentaci. Rozhodující vlastností MGE Segment manageru je flexibilita, která jej umožňuje okamžitě začlenit do provozního režimu GIS. Ze vstupních dat “Segment manager” vytváří řídicí síť, která již automaticky váže lineárně vztažené informace k mapě. Tato síť je složena z grafických prvků a z napojených databázových vět. “Segment manager” podporuje jak bodové, tak i liniové prvky. Celá struktura informačního systému je zřejmá z tabulky č.1.

Popis je proveden z hlediska struktury rozdělení vrstev do skupin. Rozdělení do skupin respektuje tematické třídění a je jej možno kdykoliv změnit. Rozdělení je provedeno z pohledu mapového podkladu tak, aby mohly být definovány objekty týkající se jednotlivých částí mapy: linie trati, ostatních objektů náležících k trati (není je potřeba zaměřovat - jsou součástí katastrální mapy) a dle potřeby další vrstvy mapy, které by mohly být zajímavé pro další změny ve vedení trasy apod. Tuto strukturu není doporučeno v průběhu fungování informačního systému měnit.

Vytvořený projekt kromě grafických dat (map) obsahuje i další soubory, které bude informační systém používat. Jsou to databázové tabulky, grafické soubory (obsahující řezy, pohledy apod.), rastrové soubory (nascanované obrázky), textové soubory (případné další informace o objektu) a multimediální data (zvuk, obrázek, video). V tabulkách 2 až 5 jsou vyobrazeny některé datové struktury navrženého GIS. K pořízení a správě datových struktur byl použit přes datové rozhraní RIS databázový produkt od firmy Microsoft SQL server.

Aktualizace informačního systému

V průběhu provozu informačního systému mohou samozřejmě nastat v pasportu tratí změny. Potom je potřeba provést opravy a systém aktualizovat. Aktualizace může proběhnout v několika rovinách.

Pokud se jedná o změny, které zachovávají původní body změn technologií, stačí jen jednoduše změnit údaje v databázi. Další možností je, že se úplně změní vedení trasy. V tomto případě zrušíme stávající linii trasy a provedeme vykreslení nové. Pak vytvoříme z grafických prvků linie objektů a vložíme do tabulkových struktur těchto objektů nové údaje. Třetí případ nastane tehdy, když se na stávající trati provedou úpravy s tím, že nedojde k zachování původních bodů změn technologie. V tomto případě se provede změna údajů v datových strukturách pomocí vestavěných funkcí "Segment manageru".

Při úpravách objektů (podobně jako v době využívání informačního systému) je vždy vhodné mít zapnutou jen tu vrstvu, do které momentálně opravovaný objekt náleží, a ostatní vrstvy ponechat vypnuty, vzhledem k přehlednosti a možnosti se uchytit na správný objekt.

Zobrazení informací o objektu

Zobrazit informace o objektu můžeme trojím způsobem:

1. Přímým ukázáním na objekt, o kterém chceme uložené údaje znát.
2. Vyhledáním požadovaného objektu(ů) za pomocí podmínek, které umožňuje SQL dotaz v informačním systému o území "SELECT * FROM + odkud + WHERE + logický výraz". K tomu se využívá dialogové okno Objekt/Dotazy. Dialogové okno nabízí také nastavení pro zobrazení výsledků dotazů jako lokalizaci, zvýraznění objektů, použití ohrady pro lokalizaci nebo zvýraznění a další.
3. Třetím typem jsou dotazy s využitím obalové zóny. Jde o velmi efektivní nástroj pro analýzu dat, který kombinuje předchozí možnosti s prostorovým vymezením.

Výsledek dotazu je možné uložit jako zprávu (report) a dále zpracovávat pomocí jiného programového vybavení např. Excel a v něm data prezentovat pomocí grafů nebo tabulek. Obalové zóny lze ukládat nejen do souboru, ale také přímo do výkresu a vytvářet z nich nové objekty nesoucí například statistické informace. Díky velmi podrobnému členění databázových tabulek lze zadávat bohatě strukturované dotazy.

Pro prezentaci a dotazování mimo prostředí MGE SX bylo použito "prohlížečky" Vistamap. Vistamap je vazbou mezi GIS a multimediálními aplikacemi. Je to snadno ovladatelný produkt založený na bázi Microsoft Windows. Jeho uživatelské rozhraní má cca patnáct ovládacích funkcí a je sestaveno velmi intuitivně, aby ho mohli ovládat i uživatelé s malými počítačovými znalostmi i bez předchozích zkušeností. Je tudíž obzvláště vhodný i pro manažery, kteří vyžadují přístup ke geografickým datům.

Závěr

Celý systém musí být tvořen jako zcela otevřený, neboť v průběhu jeho využívání se vždy vyskytnou požadavky, které nebyly zahrnuty ve fázi analýzy a přípravy základní funkční verze GIS.

Veškeré komponenty GIS musí být schopny pracovat se standardními formáty jak grafických tak textových dat tak, aby byla zajištěna plná datová kompatibilita různých programových produktů použitých v rámci budovaného GIS. Pořízení kvalitní mapové báze může být velkou počáteční investicí, na níž se nevyplatí šetřit, a vzhledem k tomu, že její vybudování může trvat i několik let, je důležitá otázka průběžné aktualizace již vytvořených částí mapové báze.

Je potřebný efektivní přístup k datům (z hlediska jejich třídění a vyhledávání) na základě návrhu efektivních datových struktur pro textová a numerická data.

Nutným předpokladem zavedení GIS do podniku, který není možno podcenit, je organizační zabezpečení systému spojené téměř vždy s potřebou změny tradičních organizačních struktur tak, aby celý systém obsluhovali kvalifikovaní pracovníci. Podmínka předcházejícího bodu a fakt, že rozšíření GIS v podnicích a oblasti státní správy je stále větší, klade požadavky na výchovu stále více především mladých kvalifikovaných lidí. Proto je velmi vhodné, aby se s výukou tvorby a práce s těmito systémy počítalo na školách stále ve větší míře. Myslíme, že alespoň základní minimum znalostí práce s těmito systémy by neměli získávat jen vybraní specialisté (studenti geografických oborů), ale všichni vysokoškolsky a středoškolsky vzdělaní mladí lidé používající jako jeden z pracovních nástrojů mapu (stavaři, geologové, ekologové, správci inženýrských sítí aj.).

Pro budování GIS platí pravidlo realizace systému "na míru" konkrétního zákazníka, neboť každá oblast nasazení má svá specifika, jež není možno všechna zachytit do jednoho obecného prostředí.

Navržený systém byl vytvořen na Ústavu železničních konstrukcí a staveb fakulty stavební VUT v Brně za přímé účasti učitelů a studentů-diplomantů na úrovni pilotního projektu. Prověřování jeho životaschopnosti a další rozvoj jsou zajišťovány při řádné výuce mezioborového studia GIS a při realizaci diplomových a doktorandských prací. V současné době je systém doplňován o možnost modelování v oblasti časově-prostorových dat.