Mgr. Jan Tomiga
ESPACE Morava s.r.o.
Švédská 3
772 00 Olomouc
E - mail: tomiga@espace.cz
The report is intended to introduce the theme of GIS forming in the water supply companies to the audience . Espace Morava company has its experience with its implementation in water supply companies as well as in heating plants and municipal institutions.
The first part of the report concerns the general principals of GIS formation and describes each formation step. In the second part one of the possible solutions is described - MoNET system, and with this solution Espace company has its practical implementatiton experience. This solution also shows the possibilities of GIS connection with other information systems.
Referát chce seznámit posluchače s problematikou tvorby GIS ve vodárenských společnostech. Společnost Espace Morava má zkušenosti s implementací jak ve vodárenských společnostech, tak i v teplárenských a městských organizacích.
První část referátu se věnuje obecným zásadám tvorby GIS a popisuje jednotlivé fáze tvorby. Ve druhé části referátu je popsáno jedno z možných řešení - systém MoNET, se kterým má společnost ESPACE praktické implementační zkušenosti. Prezentované řešení ukazuje také možnosti propojení GISu s dalšími informačními systémy.
Cílem referátu je seznámit čtenáře s problematikou tvorby geografického informačního systému (dále GIS) ve vodárenské společnosti a popsat vývojové fáze tvorby GIS. Tvorba GIS zahrnuje následující činnosti: projekt systému, implementace systému, sběr dat, školení, provoz a správa systému.
Projektem začíná tvorba GIS. Projekt obsahuje zpravidla následující části :
Tvorba projektu probíhá za úzké spolupráce dodavatele a zákazníka.
Datový model se skládá z definice prvků - objektů vodovodní a kanalizační sítě, podkladové mapy apod. Objekt je tvořen grafickou částí - geometrií a popisnými atributy. Geometrie může být bodová, liniová, plošná nebo text. Mezi objekty mohou být dále definovány vzájemné vztahy.
Zde jsou popsány požadavky na funkce systému včetně akceptačních kriterií. Systém by měl poskytovat v zásadě následující funkce :
V této části by měly být uvedeny požadavky na komunikaci GIS s jinými informačními systémy, které jsou ve společnosti již provozovány nebo je plánováno jejich zavedení.
Časově a finančně nejnáročnější částí tvorby GIS je pořízení dat. Kapitola by měla na základě znalosti výchozího stavu navrhnout optimální technologii nebo technologie pro pořizování a údržbu dat. Data je možné pořizovat následujícími způsoby :
Fotogrametricky
V zájmové oblasti jsou pořízeny letecké snímky, z nichž jsou následně vytvořeny ortofotomapy, které jsou transformovány do požadovaného souřadného systému. Výhodou fotogrammetrie je rychlost pořízení, aktuálnost vytvořených dat a příznivá cena. Nevýhodou je nižší přesnost v porovnání s klasickým pozemním měřením.
Měřením v terénu
Požadované objekty jsou zaměřeny klasickými geodetickými metodami. Následně jsou vytvořeny digitální mapy. Při měření lze používat totální stanice a GPS přístroje. Výhodou je vysoká přesnost a úplnost mapy, nevýhodou vyšší pracnost a cena.
Skenováním původních podkladů
Původní papírové mapy lze skenováním převést do digitální podoby. Vzniknou tak rastrová podkladová data. Výhodou je nízká cena, nevýhodou zpravidla špatná kvalita a přesnost podkladů a zastaralost dat. Nad vytvořenými rastrovými podklady lze provést vektorizaci, tj. převod vybraných objektů do vektorové formy.
Výpočtem a konstrukcí
Prvky digitálních map lze získat také pomocí výpočtů z geodetických podkladů. Podklady tvoří zpravidla seznamy souřadnic nebo záznamy z měření a odpovídající náčrty. Výsledkem je vektorová mapa. Výhodou je relativně vysoká přesnost, zvláště u podzemních objektů, které nelze po zasypání přesně změřit. Nevýhodou je vysoká pracnost, často nekvalitní a zastaralé podklady.
Dílo je většinou rozdělené do několika na sebe navazujících etap. Každá etapa je ukončena akceptačními testy a zkušebním provozem.
V implementační části je na základě požadavků projektu vytvořena softwarová aplikace. Dále je vytvořen datový model, se kterým bude aplikace pracovat a který odpovídá požadavkům projektu.
Důležitou součástí implementace je také integrace s jinými informačními systémy, používanými ve společnosti. Vzájemné propojení jednotlivých informačních systémů výrazně zvýší efektivnost investic do těchto systémů.
Na základě projektu je zvolena optimální technologie sběru dat. Pořizování dat je dlouhodobá a finančně náročná činnost. Již od začátku je nutné řešit technologii aktualizace vytvářeného mapového díla.
Pro chod systému je nezbytné zajistit jeho správu a údržbu. Pod správou systému rozumíme úpravy v konfiguraci systému, úpravy datového modelu, přidělování uživatelských práv. Uvedené činnosti může zajišťovat administrátor systému.
Údržba znamená nákup, instalaci a ověřovací provoz nových verzí systému, tzv. upgrades. Dále se může jednat o přechod na vyšší verzi operačního systému, databázového systému. Důležité je také udržovat kompatibilitu verzí s integrovanými informačními systémy.
Náklady na správu a údržbu systému tvoří nedílnou součást pořizovací ceny systému. Důležitá tedy není pouze nákupní cena softwarového a hardwarového vybavení, ale tzv. celkové náklady na vlastnictví systému, anglicky TCO (total cost of ownership).
Systém MoNET umožňuje tvorbu a správu geografických dat. Využívá technologie GeoMedia americké společnosti Intergraph. Dále jsou uvedeny základní charakteristiky systému MoNET.
Základním prvkem datového modelu je objekt. Objekt obsahuje grafickou podobu - tzv. geometrie a popisné atributy. Geometrie mohou být volitelné - objekt je může - ale nemusí - obsahovat. MoNET podporuje bodové, liniové, plošné a textové geometrie. Objekt může současně obsahovat více typů geometrií, z nichž některé mohou být volitelné a jiné povinné.
Popisné atributy mohou být standardního nebo uživatelského typu. Standardní typ je například integer, float, char. Uživatelský typ může být jednoduchý nebo složený. Jednoduchý uživatelský typ obsahuje jednotky, například mm, m.n.m. (nadmořskou výšku). Složený typ je číselník.
Mezi objekty mohou být vytvářeny vzájemné vztahy. Typy vztahů jsou uživatelsky definovatelné. Vztah může mít přiřazenu tzv. násobnost - kolikrát se může nebo musí u objektu tento typ vztahu vyskytnout. Například - potrubí nemusí mít ani jednu přípojku a může mít nejvýše 1000 přípojek. Dále může být zadána geometrická podmínka vztahu. Geometrická podmínka určuje vzájemnou polohu geometrií objektů, které mají mezi sebou vztah. Například - obsahuje-li potrubí přípojky, musí se tyto jedním krajním bodem dotýkat potrubí. Není-li splněna násobnost vztahu nebo geometrická podmínka, objekt není platný.
Ke každému vztahu existuje doplňkový, komplementární vztah. Komplementární vztah není ukládán do databáze, ale je dynamicky generován v čase běhu systému. Tím se značně snižují nároky na velikost databáze.
Každému uživateli nebo skupině uživatelů mohou být přiřazena uživatelská práva. Uživatelská práva lze přidělovat na úrovni celých objektů nebo jednotlivých atributů.
MoNET je modulárně vystavěn a jeho funkcionalitu lze pružně rozšiřovat. V této kapitole uvedeme základní funkce, které systém podporuje.
Vkládání a editace objektů
Pro každý objekt lze zadávat a měnit geometrie, popisné atributy a vztahy k dalším objektům. Systém automaticky kontroluje platnost objektu - jsou-li splněna geometrická kriteria vztahů a počty vztahů. Při vytváření nebo modifikaci objektu je zobrazeno okno vlastností prvku.
Jednotlivé geometrie, popisné atributy a vztahy lze uživatelsky pojmenovat. Uživatelská jména jsou zobrazena v okně vlastností. Jsou podporovány číselníky a uživatelské typy atributů. V záložce Validity je vypisována informace o platnosti prvku. Okno vlastností je nemodální a dokovatelné (dockable control). Lze otevřít více oken vlastností a například porovnávat vlastnosti několika prvků
Obr č. 1 (prohlédnout v plném rozlišení)
Konstrukční podpora
Při vytváření objektů je možné používat pomocné funkce pro konstrukci bodů. Lze vytvářet dočasné pomocné geometrie - kružnice, úsečky a kolmice. Nově vytvářený bod může být umístěn v průsečíku pomocných geometrií.
Obr č. 2 (prohlédnout v plném rozlišení)
Práce s výběrovou množinou
Při práci se systémem je možno vytvářet seznam objektů, tzv. výběrovou množinu. Seznam může být nehomogenní, může obsahovat objekty různých typů. Objekty mohou být do seznamu zařazeny různými způsoby - například výběrem myší, jako výsledek atributového dotazu nebo trasování.
Pro práci s výběrovou množinou je k dispozici několik funkcí. Prvky ve výběrové množině je možno jednotlivě procházet, přičemž je zvýrazněna jejich geometrie a volitelně zobrazeno okno vlastností. Do mapového okna se mohou zvětšit všechny prvky nebo aktuální prvek výběrové množiny. Prvky ve výběrové množině mohou sloužit jako vstup pro další funkce. Výběrovou množinu lze uložit a vrátit se k ní později.
Obr č. 3
Atributový dotaz
Systém umožňuje vybírat objekty na základě SQL dotazu. Výsledek dotazu může být do výběrové množiny zařazen, přidán nebo může být z výběrové množiny odebrán.
Obr č. 4
Trasování
MoNET pracuje s modelem sítě, který tvoří objekty a jejich vzájemné vztahy. Trasování simuluje průtok média (vody, plynu, páry) rozvodnou sítí dle zadaných kriterií. Kriteria určují, kde se má trasování zastavit. Například na objektech se zadanou hodnotou vybraného atributu nebo na objektech výběrové množiny. Parametry trasování určují, které objekty sítě mají být zařazeny jako výsledek trasování do výběrové množiny.
Obr č. 5
Práce s mapovým výřezem
Systém obsahuje standardní funkce pro práci s mapovým výřezem - zvětšování a zmenšování výřezu, zadání velikosti výřezu, posun okna libovolným směrem. Mapové výřezy, tzv. regiony, lze uložit a opět vyvolat.
Tisk
Lze tisknout v zadaném měřítku nebo umístit obsah mapového okna na celou plochu papíru.
Obsah zobrazení
Systém umožňuje definovat zobrazovaný obsah, tzv. legendu. Legenda se skládá z položek. Položka má definovaný obsah a styl. Obsah mohou tvořit všechny objekty jednoho typu nebo objekty jednoho typu splňující SQL podmínku. Styl určuje grafický vzhled objektu. Definice stylů jsou odděleny od definice obsahu. Grafický styl určuje barvu, typ a tloušťku čáry, značku, font textu apod.
MoNET udržuje změnový žurnál, kam jsou zapisovány veškeré změny dat, ke kterým došlo během práce se systémem. Změnový žurnál je využíván pro funkci UNDO a pro synchronizaci dat.
Synchronizace podporuje off-line modifikaci dat. Jedno pracoviště je stanoveno jako centrální. Ostatní pracoviště budou pracovat s kopiemi centrálních dat. Změny, provedené na ostatních pracovištích, jsou ukládány do změnového žurnálu. Jednotlivé změnové žurnály lze následně načíst do centrální databáze. Při načítání změnových žurnálů jsou kontrolovány konflikty. Nalezené konflikty musí být ručně vyřešeny. Synchronizace například umožňuje, aby pořizování a údržbu dat prováděla externí geodetická firma.
Synchronizace může být prováděna mezi pracovišti MoNETu nebo mezi pracovištěm FRAMME a MoNET. Pro načítání změnových žurnálů do prostředí FRAMME je využíván MoNET FRAMME Connector.
MoNET přistupuje k datům prostřednictvím komponent, nazývaných Connections. Tyto komponenty využívají datových serverů GeoMedia. MoNET dokáže přistupovat ke všem datovým zdrojům, pro které jsou k dispozici datové servery GeoMedia.
Datové zdroje mohou být jen pro čtení nebo pro čtení a zápis. Pro čtení lze využívat formáty Arc/Info, ArcView, MapInfo, CAD-MicroStation a AutoCAD. Pro čtení a zápis lze využívat databází Microsoft SQL Server, Oracle nebo Microsoft Access. Veškerá data, grafická i popisná, jsou ukládána v relačních databázích.
Komponenta Connection může využívat další technologie pro přístup k datům, například ADO.
MoNET podporuje ukládání objektu do více datových skladů. Například geometrie mohou být uloženy v jednom, atributy ve druhém a vztahy ve třetím datovém skladu. Komponenta Connection dokáže jednotlivé části objektu spojit a reprezentovat objekt jako celistvou jednotku. Této vlastnosti může být s výhodou využito při integraci s jinými informačními systémy.
Export dat
Data, uložená v MoNETu, lze exportovat do CAD formátu MicroStation DGN s využitím utility GMEP. S pomocí GMEPu lze obecně exportovat jakákoliv data z GeoMédií.
Do MoNETu mohou být migrována data z jiných formátů. Pro migraci slouží nástroj MoNET Import. Při migraci lze zadat, které prvky zdrojového formátu budou migrovány do jednotlivých typů objektů MoNETu. Dále lze zadat, které původní geometrie a popisné atributy mají být kopírovány do MoNETu. Přiřazení původní prvek - objekt MoNETu a původní atribut - atribut objektu MoNET je definováno v konfiguračním souboru. Lze importovat také vztahy mezi objekty, jsou-li ve zdrojovém formátu obsaženy.
Po migraci lze provést opravy a kontroly načtených dat. Je možné například spojovat sousední liniové objekty stejného typu nebo automatizovaně vytvářet vztahy na základě geometrické polohy.
Systém MoNET sestává z jádra a aplikace. Jádro zajišťuje přístup k datům a metadatům. Aplikace je tvořena Program Managerem a jednotlivými moduly, tzv. pluginy. Program Manager řídí komunikaci mezi jednotlivými pluginy, zachytává zprávy od jednotlivých pluginů a předává je ostatním. Tato modulární, otevřená architektura umožňuje snadno zapojit nové pluginy a rozšiřovat tak funkce MoNETu. Pluginy mohou být nezávisle vyvíjeny třetími stranami. Zájemci o vývoj vlastních pluginů mají k dispozici vývojářskou dokumentaci s popsaným aplikačním rozhraním. Je také možné získat přístup ke zdrojovému kódu MoNETu formou tzv. share source. Architektura MoNETu je zobrazena na následujícím obrázku:
Obr č. 6
MoNET vyžaduje instalaci GeoMedia, protože využívá jejich objektů pro přístup k datům a zobrazování. Data, vytvořená v prostředí MoNETu, mohou být pomocí technologie GeoMedia Web Map zpřístupněna uživatelům prostřednictvím internetového prohlížeče.
MoNET je dodáván jako samostatná aplikace nebo jako sada vývojářských komponent, určených pro integraci s jinými informačními systémy. Komponenty MoNET mohou být vkládány do jiných aplikací a komunikovat s nimi přes rozhraní COM. Tak lze dosáhnout vysoké míry integrace mezi dvěma systémy. Následující kapitoly popisují příklady realizovaných rozhraní.
Ve spolupráci se společností STAS Servis s.r.o. z České republiky bylo realizováno rozhraní mezi MoNETem a zákaznickým informačním systémem PVODwin. Zákaznický informační systém PVODwin se skládá z jednotlivých profesních modulů. Propojení s MoNETem bylo realizováno v modulech ODBYT a DISPEČINK.
Provázání seznamu profesního modulu ODBYT a mapy
Modul Odbyt obsahuje seznam odběrných míst. Na jedné vodovodní přípojce může být jedno nebo více odběrných míst. Každému odběrnému místu odpovídá konkrétní přípojka.
V seznamu vybraná odběrná místa jsou označena červeně. Pro tato odběrná místa jsou vyhledány odpovídající přípojky. Následně jsou v seznamu modře označena odběrná místa, ke kterým byla nalezena přípojka.
Je také možné nejdříve vybrat přípojky a vytvořit k nim odpovídající seznam odběrných míst.
Modul může přejímat data z GIS také v editačním režimu, např. nové odběrné místo automaticky přebírá číslo přípojky z GIS. Pokud v GIS dosud odpovídající přípojka neexistuje, je zakreslena "položením" do mapy. Následně dochází k automatickému vytvoření vazby mezi editovaným odběrným místem v seznamu profesního modulu a odpovídající přípojkou v GIS.
Obr č. 7
Evidence provozních událostí
Evidence provozních událostí je vedena v profesním modulu DISPEČINK.
Uživatel zapíše provozní událost v modulu, kde mimo jiné vyplní dostupné údaje o poloze. Tlačítkem vyvolá mapu, která se automaticky dle těchto údajů lokalizuje. Uživatel označí polohu události v mapě a prostředky GIS určí dotčená odběrná místa. Profesní modul má přes aplikační rozhraní MoNETu přístup k dotčeným odběrným místům a připojí je k příslušné provozní události.
Obr č. 8
V průběhu času může dojít ke změně stavu události (např. porucha je odstraněna). Je-li tato změna zaznamenána do profesního modulu, prostřednictvím aplikačního rozhraní MoNET je automaticky promítnuta do GIS (značka "mění barvu").
Zpřístupnění "negrafických" dat a metod
Aplikační rozhraní MoNET umožňuje provádět metody GIS bez nutnosti zobrazení grafických informací - mapy (rychlost, značné snížení nároků na pracovní. stanici). Příkladem může být editace technických údajů z modulu Měření, kdy uživatel standardním způsobem vyhledá odběrná místa do seznamu, zobrazí si editační dialog a zadává vlastní hodnoty (dimenze, materiál,...). Po potvrzení zápisu jsou data zapsána do GIS. Uživatel "nevidí", do jaké databáze se data zapisují a celá technologie je od něj odstíněna, uživatel zdánlivě nadále pracuje pouze s profesním modulem PVODwin. Díky uvedené vlastnosti není nutné duplicitní ukládání údajů.
Zcela analogickým příkladem je možnost uzavírání a otevírání uzávěru v modulu DISPEČINK.
Integrace do podnikových procedur
Volání metod GIS je začleněno do vybraných podnikových procedur. Typickou ukázkou je procedura "uzavření vody". Schema pracovního toku znázorňuje obrázek: Opravou a následným zápisem v modlu ODBYT je přípojka uzavřena (z hlediska databáze PVODwin), tato akce spouští trigger, který generuje příslušnému pracovníkovi úkol v modulu KANCELÁŘ, pracovník po provedení úkolu zaznamená splnění, což vede k automatickému zápisu přes interface PVODwin-MoNET do databáze GIS, kde je přípojka označena za uzavřenou.
Obr č. 9
Dalším příkladem integrace s jiným informačním systémem je rozhraní MoNET-Citi, vytvořené ve spolupráci se společností itv GmbH z Německa. Aplikace Citi slouží pro správu výsledků kamerového průzkumu kanalizace. Pro každý úsek kanalizace jsou uloženy výsledky průzkumu včetně multimediálních záznamů. Citi dokáže prostřednictvím aplikačního rozhraní vytvářet prvky MoNETu na základě vstupních souborů, obsahujících souřadnice - například soubory ve formátu ISYBAU.
Celý systém MoNET je plně konfigurovatelný. Konfigurace je uložena v textových souborech ve struktuře, nazývané "Values". Tato struktura umožňuje přehledný, člověku srozumitelný zápis. Je podporováno kódování UNICODE.
Konfiguraci systému lze rozdělit do třech částí : konfigurace aplikace, definice datového modelu a implementace.
V této části lze definovat, které moduly - pluginy budou použity a jak bude vypadat uživatelské rozhraní. Případně lze lokalizovat aplikaci do jiného jazyka.
Každý plugin má vlastní konfigurační soubor, kde jsou uvedeny jeho parametry včetně eventuálního vlastního uživatelského rozhraní. Plugin nemusí mít vlastní uživatelské rozhraní, nýbrž může své funkce nabízet prostřednictvím rozhraní aplikace.
Uživatelské rozhraní může být definováno pro více jazyků. Vzhledem k podpoře UNICODE lze používat veškeré dostupné znakové sady.
V konfiguračních souborech jsou také obsaženy veškeré systémové zprávy, kompletní lokalizaci lze provést bez zásahu do zdrojového kódu.
Zde jsou definovány jednotlivé objekty, jejich geometrie, atributy, číselníky, vztahy. Některé atributy nebo geometrie se mohou opakovaně vyskytovat u více objektů. Pro usnadnění konfigurace lze tyto opakující se atributy nebo geometrie definovat pouze jednou v tzv. skupině objektů. Objekty mohou "dědit" vlastnosti skupiny - například atributy nebo geometrie. Dále jsou definována přístupová práva k objektům nebo jednotlivým atributům.
Konfigurační soubor využívá tzv. klíčová slova, která jsou standardně anglická. Na začátek konfiguračního souboru je možné zařadit sekci slovník, která obsahuje překlady klíčových slov do požadovaného jazyka. Použitím slovníku je možné lokalizovat zápis definice datového modelu do libovolného jazyka.
Díky přehlednému zápisu a možnosti lokalizace do národních jazyků může být konfigurační soubor s výhodou využíván pro zápis modelu během analýzy, resp. návrhu modelu. Odpadá tak běžný postup, kdy je vznikající datový model dokumentován v textových či tabulkových editorech a následně je přepisován do konkrétních aplikací.
K dispozici jsou typizované vzory datových modelů, tzv. templates.
Definice datového modelu pracuje s objekty, pomocí kterých modeluje příslušný problém. Definice se nezabývá implementačními detaily, které jsou ve fázi návrhu modelu podružné. Nezabývá se tím, v jaké databázi, tabulce, sloupci je uložen konkrétní atribut. Přiřazení objektů a odpovídajících databázových struktur řeší implementace. Definice a implementace jsou přísně odděleny.
Jeden datový model může mít více implementací - může být volitelně uložen například v databázi Oracle, Microsoft SQL Server nebo Microsoft Access.
