Лукьянчикова О.Г., Зам. директора по архитектуре
Ульянкина Л.К., Ведущий инженер, ulyankina_lk@pisem.net
ТеррНИИГражданпроект, Самара
Самарская область, благодаря своему географическому положению, мощному хозяйственному потенциалу и развитой транспортной инфраструктуре является крупнейшим транспортно — логистическим узлом Российской Федерации. Через нее пролегают кратчайшие пути из Центральной и Западной Европы в Сибирь, Среднюю Азию и Казахстан.
Автомобильные дороги являются одним из важнейших элементов транспортной системы, во многом определяют социально-экономическое развитие территории. В то же время, состояние и уровень развития автодорог непосредственно связаны с такими показателями как валовой национальный продукт, уровень цен, доходы бюджета, уровень занятости населения. Развитая сеть автомобильных дорог Самарской области имеет радиально-узловую структуру. Суммарная протяженность автодорог общего пользования составляет 8253 км, 90% имеют твердое покрытие. Основная масса пассажиропотоков и грузопотоков в области приходится на автомобильный транспорт. Уровень автомобилизации достиг 247 единиц на 1000 человек населения (рис. 1).
Рис. 1. Транспортно-дорожный каркас Самарской области.
Автомобильные дороги формируют сложную динамичную систему. Ее изменения могут быть как локальными, например, при плановых ремонтах, так и принципиальными, например, при переформировании транспортно-дорожного каркаса в целом.
ГИС дорог Самарской области
В 2000 году институт «ТеррНИИгражданпроект» по заказу департамента по строительству, архитектуре, жилищно-коммунальному и дорожному хозяйству приступил к созданию геоинформационной системы автомобильных дорог Самарской области. ГИС должна обеспечить единое информационное пространство использования, распоряжения, владения и содержания динамично развивающейся сети автодорог. С ее помощью решаются следующие задачи:
— “владение” общей ситуацией;
— определение общих тенденций развития системы;
— определение взаимосвязи и взаимовлияния автомобильных дорог и прилегающих к ним территорий;
— выявление социально-экологических позитивных и негативных процессов, возникающих в результате эксплуатации автомобильных дорог.
К основным направлениям применения ГИС автомобильных дорог относятся: планирование; моделирование; проектирование; строительство; эксплуатация; мониторинг.
Изучение и обобщение опыта разработки и внедрения транспортных ГИС в различных регионах РФ позволило сформулировать основные принципы и подходы к созданию ГИС автомобильных дорог Самарской области:
— Совместимость системы с другими составляющими единого информационного пространства территориального кадастра Самарской области (рис. 2);
— Открытость и масштабируемость системы;
— Возможность использования системы и получения результатов работы уже на промежуточных этапах.
Рис. 2. Формирование информационной базы данных ГИС
«Автомобильные дороги Самарской области».
Основные составляющие системы
ГИС «Автомобильные дороги Самарской области» состоит из семантической базы данных, пользовательского интерфейса в СУБД Access 2000 и картографической ГИС-составляющей, основанной на покрытиях ArcInfo. Каждый объект в картографической составляющей имеет уникальный код, служащий для привязки к объекту атрибутивных характеристик из базы данных. База данных содержит несколько десятков информационных таблиц, содержащих геометрические, технические, юридические, экономические и другие характеристики дорожных объектов. Интерфейс пользователя связан со средой ArcView через механизм DDE, что обеспечивает взаимодействие приложений и автоматический обмен данными.
Создание системы
Работы по созданию ГИС были начаты с построения графической модели данных. В качестве картографической основы взята электронная карта, выполненная на базе топографических карт масштаба 1:100 000.
Основой сбора семантических данных послужили сведения из технических паспортов автомобильных дорог. В ходе работ были построены графы дорог. На их основе средствами ArcInfo была создана топологически корректная сеть автодорог и систем маршрутов, поддерживающая механизм динамической сегментации, предоставляемый продуктами ESRI. Параллельно с созданием пространственных объектов велась разработка модели данных, на основе которой был создан удобный пользовательский интерфейс, стандартизированы формы отчетов и т.д.
Состав и структура системы
Основа ГИС «Автомобильные дороги Самарской области» — сеть маршрутных объектов, определяемых механизмом динамической сегментации. Данный механизм подразумевает создание особого покрытия с самостоятельной линейной системой измерений — относительными координатами вдоль дороги. Этот способ отображения информации является наиболее удобным для ведения подобных систем, так как основная часть информации об автодорогах, получаемой из различных источников, и связанных с ними событиях хранится в линейной системе координат. В базе данных содержится ссылка на код дороги, километр и метр начала и завершения события на дороге. На основе этих данных объект автоматически размещается на маршруте. ArcView поддерживает взаимосвязь между данными атрибутивных таблиц и созданной таким образом темой событий. Внесенные данные динамически отображаются на карте.
Для системы характерны точность и корректность графа, то есть маршрутной темы ArcInfo, и достоверность информации, хранящейся в базе данных.
Рис. 3. Протяженность отдельных участков по районам.
Рис. 4. Населенные пункты, соединенные и несоединенные с асфальто-бетонным покрытием.
Таким образом, в систему были внесены информационные данные по каждой автомобильной дороге и ее отдельным участкам в следующем объеме:
— наименование автомобильной дороги, в том числе сведения о ее административно-территориальной принадлежности;
— общая протяженность автомобильной дороги и протяженность ее отдельных участков, проходящих по районам Самарской области (рис. 3);
— техническая категория автомобильной дороги;
— тип покрытия дорожного полотна (рис. 4)
— ширина проезжей части и ширина земляного покрова автомобильной дороги (указанные в техническом паспорте);
— наличие и технические характеристики искусственных сооружений, расположенных на автомобильных дорогах;
— наименование дорожного управления, обслуживающего автомобильную дорогу;
— дислокация дорожных знаков;
— участки повышенной опасности, локализация и статистика ДТП. Уровень ДТП на автодорогах является одним из основных показателей. Количество и локализация дорожно-транспортных происшествий на автодорогах области являются косвенными признаками неблагополучия, характеризуя, в числе прочего, несоответствие интенсивности потока автотранспорта техническим параметрам проезжей части автодороги (рис. 5);
— объекты придорожного сервиса (рис. 6).
Рис. 5. ДТП на участке автомобильной дороги М5 «Москва-Самара».
Рис. 6. Автомобильные дороги и объекты придорожного сервиса,
наложенные на модель рельефа.
Рис. 7. Наполнение слоев ГИС «Автомобильные дороги Самарской области».
На сегодня графическая составляющая ГИС содержит около 100 различных слоев. Однако благодаря методу динамической сегментации и тому, что любая таблица может быть использована для создания необходимых тематических слоев, подобных слоев может быть бесконечное множество (рис. 7).
Дополнительные приложения, написанные на языке Avenue, позволили автоматизировать связь с внешними базами данных и упростить создание стандартных тем событий и работу с ними.
Для работы с информационной базой в среде Access был разработан удобный пользовательский интерфейс, который:
— позволяет быстро найти, добавить и отредактировать необходимые характеристики объектов и автодорог;
— содержит набор наиболее часто употребляемых запросов;
— позволяет быстро получить необходимые стандартные отчеты об автодорогах и объектах на них (рис. 8).
Рис. 8. Фрагмент пользовательского интерфейса.
Развитие системы
На этапе формирования базы данных на цифровую карту были нанесены объекты придорожного сервиса по данным различных ведомств и служб. Информация получилась противоречивой и включала в себя схематическое местоположение и паспорт объекта.
С целью получения достоверной информации о событиях на дороге специалистами института был использован GPS приемник, с помощью которого проведены полевые обследования фактической ситуации по размещению объектов придорожного сервиса на основных автодорогах общего пользования. Проведена координатная привязка объектов к местности, разработаны паспорта и выполнена видеофиксация объектов (рис. 9).
Рис. 9. Сравнение результатов имеющейся БД и данных, полученных с использованием системы GPS.
Использование GPS-приемников — один из наиболее удобных и точных способов получения информации о расположении автодороги в географических координатах. Полученные данные легко переносятся в систему ArcInfo. Таким способом была получена и обработана информация о точном расположении новых автодорог.
На базе откорректированной информации институт приступил к разработке «Генеральной схемы размещения объектов придорожного сервиса на автомобильных дорогах Самарской области».
Рис. 10. Распределение численности населения Красноярского района в 1989-1999 г.
Рис. 11. Динамика расселенческих процессов в Красноярском районе в 1989-1999 г.
В 2001 году специалистами института была разработана «Территориальная программа совершенствования и развития сети автомобильных дорог Самарской области на период до 2010 г. с прогнозом до 2020 года». По результатам работы база данных дополнилась следующими информационными блоками:
— Блок «Градостроительные исследования», в котором выполнен анализ роли сети автодорог в системе расселения Самарской области и даны предложения по стратегии и очередности строительства и реконструкции сети автодорог (рис. 10, 11).
— Блок «Экологическое обоснование», в котором территория Самарской области рассматривалась в неразрывной связи с требованиями экологической безопасности. По результатам работы:
— дана оценка степени соответствия фактической категории автодорог нормативам по ее назначению и плотности транспортных потоков;
— определен валовой выброс загрязнений в приземный слой атмосферы в полосе влияния основных автодорог;
— разработаны интегральные экологические рекомендации по дальнейшему развитию и совершенствованию автотранспортного каркаса области.
— Блок «Экономическое обоснование», где очередность строительства и реконструкции автодорог определялась на основе их ранжирования по значению основного критерия — величине совокупного социально-экономического показателя, а также из принципа связи сельских населенных пунктов, не имеющих подъездов с твердым покрытием к основной сети автомобильных дорог.
Новые информационные блоки были оперативно внесены в общую ГИС автомобильных дорог с использованием метода динамической сегментации (рис. 12, 13).
Рис. 12. Строительство монолитного путепровода на обводной автодороге.
Рис. 13. Варианты проектируемой обводной автодороги г. Самары
Результаты работы
ГИС «Автомобильные дороги Самарской области» на текущем этапе решает следующие задачи:
— создание, редактирование и хранение географической и семантической информации;
— получение и анализ информации об объектах автодорожного хозяйства и иных объектах;
— решение различных аналитических задач;
— оперативное создание тематических карт по любым атрибутивным характеристикам автодорог из базы данных;
— обновление информации об объектах;
— информационное взаимодействие с другими ведомствами и организациями;
— получение картографической продукции и отчетных материалов;
— наглядная демонстрация результатов работы органам государственного управления, общественности, потенциальным инвесторам (рис. 14, 15).
Рис. 14. 3D моделирование рельефа Самарской Луки.
Рис. 15. Модель рельефа Самарской Луки, совмещенная с административным делением.
Перспективы
Ведется работа по созданию ГИС-сервера на основе Internet-технологий с использованием системы ArcIMS от ESRI. Предполагается реализовать два варианта публикаций геоданных:
— Для открытого пользования. Он будет представлять собой «Internet — атлас автомобильных дорог Самарской области»;
— С ограниченным доступом к информации. Он будет содержать полную информацию об автомобильных дорогах и их характеристиках с учетом всей совокупности планировочных, технических и антропогенных факторов.
Заключение
Разработанный информационный комплекс позволяет качественно изменить систему управления в дорожном хозяйстве и существенно повысить оперативность и эффективность принимаемых производственных решений.
Благодаря созданной модели данных, ее открытости и совместимости, система успешно используется в Самарской области и может быть адаптирована, внедрена и апробирована в других регионах, в зависимости от поставленных задач и направлений по ее углублению и расширению.
