Куракина Н.И., Иващенко О.А., Гавричкина Н.В, Кондрашова А.А.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ», г.Санкт-Петербург, тел.: (812) 234-93-93, E-mail: NIKurakina@eltech.ru
Постановка задачи
Университет, как объект управления, представляет собой сложную территориально распределенную систему. Деятельность современного вуза многопрофильна, а управление им – комплексная задача, требующая решения организационных и технологических вопросов с учетом экономической целесообразности. В системе управления вузом можно выделить несколько наиболее значимых областей:
- административное управление
- управление финансами и материальными ресурсами
- управление учебным процессом
- управление информационными ресурсами
- управление научными исследованиями.
Для обеспечения единства учебных и управленческих процессов, а также для реализации универсальных способов доступа к информации необходимо создание единой информационной среды, представляющей собой комплекс математических моделей, описывающий процессы, базу результатов контроля, базу нормативных характеристик, алгоритмы оценки качества. Построение информационной среды управления ВУЗом с использованием современных геоинформационных технологий позволяет объединить в единое целое распределенную информацию, обеспечить возможность пространственного анализа для выявления нагрузок, проблемных участков, обеспечения мероприятий, ведущих к повышению качества образования.
Таким образом, с использованием геоинформационной системы (ГИС) мы можем к числовым характеристикам добавить реальное пространственное представление информации, начиная от плана аудиторий (лабораторий) и, далее, до представления на уровне этажа, корпуса, филиала, всего ВУЗа.
Пример реализации
Рассмотрим пример построения одной из составляющих системы управления ВУЗом в разделе учета коммуникаций и оценки экологического состояния помещений и территорий.
Во многих ВУЗах хозяйственные службы ведут учет помещений, находящихся на балансе, в программной системе ArchiCAD (рис. 1). Но в этой системе описательные данные, относящиеся к территориальным ресурсам, хранятся лишь в виде записей и отдельно от объектов, с которыми они связаны, а задачи анализа требуют связности объекта и его характеристик. С помощью этого программного средства невозможно, например, организовать систему контроля важных параметров объектов на распределенной территории в реальном времени.
Рис. 1. 3D вид этажей в программе ArchiCAD.
В то же время, для реализации вышеперечисленных, а также многих других задач идеально подходит геоинформационная система на основе программного обеспечения ArcGIS компании ESRI. Эта ГИС-платформа позволяет реализовать в базе геоданных объектно-ориентированную модель, описывающую информационную структуру ВУЗа, его пространственное расположение, данные о состоянии объектов и методы оценки их качества.
При этом возникает задача конвертации поэтажных планов из системы ArchiCAD в классы пространственных объектов ArcGIS с последующим формированием описательной (атрибутивной) информации.
Преобразование форматов данных
При выполнении преобразования важен выбор подходящего формата для разных типов данных. Данные ArchiCAD содержат типы объектов, такие как текстовые надписи, полигоны и полилинии, которые важно сохранить. И их прямая конвертация в графический формат недопустима из-за невозможности дальнейшего выделения этих объектов из полученного изображения. Выбранный формат данных должен иметь структуру, поддерживающую хранение подобных объекты. Одним из таких форматов является DXF. После преобразования планов корпусов (зданий) по всем этажам слои из файлов DXF можно добавлять к электронной карте (рис. 2). Но этот формат данных не позволяет описать пространственно распределенный технологический процесс в виде единого объекта, имеющего определенные характеристики и правила поведения.
Рис. 2. Сохранение поэтажных планов в обменном формате DXF.
Поэтому для представления преобразованных данных в виде данных, описывающих одну функциональную территорию (помещение), следует преобразовать полученные слои в классы пространственных объектов ArcGIS и поместить в одно хранилище – базу геоданных, сопроводив их описательной информацией.
Пространственное размещение
Большинство ВУЗов имеет территориально распределенную структуру, но для отображения всех корпусов разумно использовать общую систему координат и ориентиры. В ArcGIS для такого обобщения может использоваться единая географическая система координат.
Географическая привязка для созданных классов пространственных объектов берется из слоев карты-источника, используя инструмент «Определить проекцию» в приложении ArcToolbox. Для точного размещения на карте и задания реальных размеров осуществляется масштабирование и перемещение объектов в соответствии с известными ориентирами. Для повышения точности и наглядности можно совместить карту с растровыми снимками соответствующих территорий (рис. 3).
Рис. 3. Пространственная привязка здания.
Система экологической оценки
Информационная основа системы оценки помимо пространственного описания включает базу характеристик помещений, зданий и территорий, базу результатов контроля экологического состояния, нормативную базу и алгоритмы оценки качества.
Общие характеристики помещений и территорий, такие как площадь, номер, принадлежность и т.д., заносятся в атрибутивную таблицу (рис. 4). Относительно неизменные параметры, такие как назначение помещения, материал стен, вид светильников и т.п., заполняются на основе классификатора, оформленного в виде атрибутивных доменов. Домены позволяют устанавливать параметры объекта из уже имеющихся значений, что значительно упрощает ввод информации, исключает возможность ошибок, позволяет осуществлять выборку объектов по атрибутам.
Рис. 4. Характеристики помещений и их пространственное представление.
Результаты контроля экологического состояния помещений, такие как концентрация газов, температура в помещении и т.п., заносятся в базу данных, связанную с пространственной информацией через общие атрибутивные поля.
Анализ экологического состояния
В результате анализа нормативно-методической документации, определяющей экологические требования к помещениям и территориям, выявлены основные показатели и разработаны методики оценки.
Важной составляющей оценки экологического состояния помещения является анализ воздушной среды. В замкнутом объеме помещения существует множество источников загрязнения воздуха. К основным относятся строительно-отделочные материалы, внутренняя обстановка помещения, высокотемпературные источники, жизнедеятельность организма человека. На экологическое состояние помещений также влияют температурный режим, влажность воздуха, вентиляция и т.д. То есть, необходимо в совокупности учитывать факторы, влияющие на экологическое состояние помещений.
Для проведения подобного анализа в среде ArcGIS осуществляется выборка данных экологической оценки по запросу (дата наблюдения, время суток и т.д.) и добавление этих данных к атрибутивной информации пространственных объектов посредством созданной в приложении Model Builder инструментальной модели с последующим построением соответствующих тематических карт (рис. 5).
С помощью геоинформационной системы можно проследить взаимное влияние разных факторов, осуществить пространственный анализ контролируемых параметров (рис. 6). Допустим, у нас имеются значения средних температур в помещениях. Построив тематическую карту состояния объектов по показателям, можно наглядно оценить температурное состояние этажа и определить места (помещения, стены, окна), нуждающиеся в дополнительном утеплении. Также можно провести анализ зависимости концентрации углекислого газа в аудиториях в вечернее время от их вместимости и, в результате, определить места перегруженного использования помещений.
Рис. 5. Связывание данных с пространственным местоположением объектов в визуальной модели в Model Builder.
Рис. 6. Анализ взаимного влияния нескольких факторов.
Учет инженерных коммуникаций
Для коммунальных службы ВУЗа на основе средств модуля ArcGIS 3D Analyst можно создать наглядную автоматизированную систему учета коммуникаций и основных средств (трубопроводов, кабелей, насосов, распределительных станций и т.д.) с их отображением в 3-х мерном пространстве (рис. 7). Реализация системы моделирования состояния сетей предоставляет возможность оперативного отслеживания ситуации в случае отклонения от норм, а также при плановых работах и ремонтах, таких как прокладка кабелей, размещение задвижек, щитов обслуживания и др.
Рис. 7. Инженерные коммуникации.
Систематизация данных о состоянии коммуникаций, помещений и территорий ВУЗа в среде ArcGIS обеспечивает возможность выполнения пространственного и временного анализа, наглядное отображение обстановки на фоне планов и карт.
Заключение
Выше были приведены и кратко охарактеризованы лишь некоторые из сфер применения ГИС в хозяйственной деятельности ВУЗов. Но и они наглядно свидетельствуют о том, что формирование геоинформационной среды оценки обеспечивает поддержку принятия управляющих решений, направленных на нормализацию протекания учебного процесса, обеспечение качества условий работы и общего повышения эффективности образования.
