СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G06F17/30 

Изобретение относится к области обработки цифровых данных, предназначено для формирования базы данных пространственных динамических объектов и может быть использовано для формирования геоинформационной базы данных участков железной дороги.

Известен способ формирования трехмерной геоинформационной системы и блок-схема для его осуществления (RU 10273 U1, 16.06.1999, G09B 29/00). Известный способ формирования трехмерной геоинформационной базы заключается в формировании базы данных на картографической основе, включающей пространственную и семантическую части, причем пространственная часть выполнена в виде двухмерной электронной карты местности, семантическая часть состоит из базы изображений объектов, включающей информацию о внешнем виде и вертикальной составляющей объектов, а также данные о количественных и качественных характеристиках объекта.

Известная блок-схема формирования трехмерной геоинформационной системы содержит двухмерную электронную карту, базу данных об объектах местности в виде изображений в вертикальной плоскости, базу данных о количественных и качественных характеристиках объектов, блок управления базами данных, блок согласования баз данных и блок трехмерных построений, при этом выходы двухмерной электронной карты и баз данных соединены с входом блока управления базами данных, выход которого соединен с входом блока согласования баз данных, выходом подключенный к входу блока трехмерных измерений.

Недостатком известного способа и блок-схемы формирования трехмерной геоинформационной системы является отсутствие возможности оперативного учета изменения ситуации, поскольку топологическая часть отображает только пространственные статические свойства объектов и не отражает динамики объекта, если таковая имеется. При формировании геоинформационных данных для железной дороги очень важным фактором является возможность анализа состояния объектов, в частности участков железной дороги с учетом их изменений во времени.

Известна интеллектуальная система управления территориальными объектами, реализующая способ формирования геоинформационной базы данных (RU 17741 U1, 20.04.2001, G05В 17/00).

Способ формирования геоинформационной базы данных, реализуемый известной системой, заключается в формировании базы данных на картографической основе, включающей пространственную и семантическую части, причем пространственная часть включает картографическую информацию, а семантическая часть - информацию о геоэкологических структурах, инженерных сооружениях.

Известная интеллектуальная система содержит блок обработки данных наземных съемок и блок обработки данных аэрокосмических съемок, которые соединены с блоком интегрированной обработки данных о территориальных объектах управления, результаты обработки данных передаются в блок картографо-математического моделирования природных структур, связанный с блоком моделирования геоэкологических структур и блоком картографо-математического моделирования топографических структур; эти блоки соединены с блоком моделирования техногенных структур, который связан с блоком создания образно-семантических моделей объектов инфраструктуры через блок моделирования инженерных сооружений.

Известная система позволяет решать задачи управления территориальными объектами с учетом геоинформационной базы данных, формируемой в соответствии с известным способом. Однако она не обладает достаточной надежностью и информативностью, позволяющей поддерживать геоинформационную базу данных объектов в актуализированном состоянии.

Задачей изобретения является создание способа формирования геоинформационной базы данных для участков железной дороги и устройства, реализующего его, позволяющих формировать базу геоинформационных данных, обладающую наибольшей информативностью в актуализированном состоянии.

Технический результат заключается в повышении надежности и информативности геоинформационной базы данных за счет оперативного учета изменений ситуации на участке железной дороги.

В части способа технический результат достигается тем, что способ формирования геоинформационной базы данных для участков железной дороги заключается в формировании стратифицированной базы данных на картографической основе, включающей пространственную и семантическую части, причем пространственная часть состоит из привязанных друг к другу сложных слоев разных масштабов, каждый из которых представляет собой карту одного масштаба, включающую простые, линейные, точечные и полигональные слои, а семантическая часть включает топологический слой, выполненный в виде графовой структуры, расположение которой соответствует пространственному расположению точечных, линейных и площадных объектов участков железной дороги с описанием их свойств и отношений между ними.

В части устройства технический результат достигается тем, что устройство формирования геоинформационной базы данных для участков железной дороги содержит спутниковую радионавигационную систему, связанную посредством канала спутниковой связи с приемником навигационных сигналов, выход которого через блок преобразования спутниковых сигналов в железнодорожные координаты подключен к блоку выбора участка, один из выходов которого соединен с входами блока картографической информации участка, блока построения топологической структуры и базы данных характеристик объектов железной дороги, а другой выход - с информационным входом блока выбора решаемых задач, выход которого подключен к другому входу базы данных характеристик объектов железной дороги, выходами соединенной с соответствующими входами блока построения топологической структуры, блок сопряжения, включенный между выходами блоков картографической информации участка и построения топологической структуры участка и входом блока формирования геоинформационной базы данных участка дороги, шиной обмена данных соединенного с аппаратно-программным комплексом автоматизированного рабочего места работника управления дороги, выходы которого подключены к управляющим входам блока выбора решаемых задач и блока выбора участка.

Предлагаемый способ позволяет формировать стратифицированную базу данных, включающую пространственную и семантическую части. Пространственная часть выполнена в виде привязанных друг к другу сложных слоев разных масштабов. Каждый из сложных слоев представляет собой карту одного масштаба, включающую простые линейные, точечные и полигональные слои. Число слоев в базе данных не менее двух.

При этом при построении объекта используют слои различной детальности. Низший слой по отношению к следующему, более высокому слою, имеет свою детальность (соотношение масштабов), кратную любому, наперед заданному целому числу. На слое более низкой степени детальности одна операция построения объекта эквивалентна К операциям на следующем слое средней детальности и К² операциям следующего, более высокого слоя детальности.

Построение объекта самого низшего уровня с максимальной детальностью занимает максимальное количество времени Т, построение объекта следующего за ним уровня занимает времени в К раз меньше, еще более высокого уровня в К² меньше и т.д.

В случае сбоя при построении объекта нижнего уровня, например, на интервале времени Т/2 будет построено и зафиксировано в БД достаточно большое количество объектов верхних уровней. В этом случае придется не строить объект заново, а детализировать объекты верхних уровней, что экономней и проще.

Топологический слой представляет собой графовую структуру, расположение которой соответствует пространственному расположению точечных, линейных и площадных объектов участков железной дороги с описанием их свойств и отношений между ними. Описание топологического слоя включает количественные и качественные характеристики объектов участков железных дорог. При этом каждая вершина и ребро графовой структуры имеют свою метку. Если граф описывает некую классификацию, то метка является классификационным индексом вершины.

Сущность заявленного способа и устройства поясняется фиг.1, фиг.2 и фиг.3.

На фиг.1 представлен пример стратифицированной базы данных, включающей пространственную часть в виде привязанных друг к другу сложных слоев разных масштабов, и семантическую часть, описывающую транспортный сетевой объект. В примере приведено три сложных слоя разного соотношения масштабов (детальности) кратности 10.

Сложный слой представляет собой карту одного масштаба, включающую простые линейные, точечные и полигональные слои.

Для построения объекта на слое низкой детальности одна операция (К=1) построения объекта эквивалентна 10 операциям на слое средней детальности и 100 операциям на слое высокой детальности.

При построении объекта на каждый слой заносится столько графических объектов, сколько определяется кратностью (детальностью) данного слоя. Таким образом, число операций по созданию объекта на верхних слоях минимально, а на нижних максимально.

При завершении операции на любом слое соответствующая информация фиксируется в базе данных.

Построение объекта с максимальной детальностью займет максимальное время Т. Построение объекта среднего уровня займет время Т/10, объекта верхнего уровня - Т/100.

В случае сбоя при построении объекта нижнего уровня, например, на интервале времени Т/2 будет построено и зафиксировано в БД достаточно большое количество объектов среднего и верхнего уровней. В этом случае объект не строится заново, а детализируется.

При построении топологического слоя по участкам дороги семантическую информацию заносят в метку вершины и дуги графа полигона железной дороги как совокупности участков.

На фиг.2 показан топологический слой в виде графовой структуры, отражающей семантику участков дорог с начальной точкой движения А и конечной точкой назначения В.

Различной толщине дуг графа соответствует различная пропускная способность участков железной дороги. Сплошные линии характеризуют нормальное (без ограничений) функционирование участков, разные степени прерывистости характеризуют различные степени ограничения пропускной способности (ремонты, профилактические осмотры на линии и др.). Графовой структуре соответствует матрица инцидентности, которая хранится в базе данных. Выбор оптимального маршрута движения осуществляют в соответствии с одним из критериев оптимизации, например минимальное время в пути, минимальная стоимость перевозки, минимальные затраты ресурсов и др., или совокупности критериев оптимизации.

На фиг.3 представлена структурная схема устройства формирования геоинформационной базы данных для участков железной дороги.

Устройство содержит спутниковую радионавигационную систему 1, связанную посредством канала 2 спутниковой связи с приемником 3 навигационных сигналов, выход которого через блок 4 преобразования спутниковых сигналов в железнодорожные координаты подключен к блоку 5 выбора участка, один из выходов которого соединен с входами блока 6 картографической информации участка, блока 7 построения топологической структуры и базы 8 данных характеристик объектов железной дороги, а другой выход - с информационным входом блока 9 выбора решаемых задач, выход которого подключен к базе 8 данных характеристик объектов железной дороги, выходом соединенной с входом блока 7 построения топологической структуры. Устройство включает также блок 10 сопряжения, включенный между выходами блоков 7 и 6 картографической информации участка и построения топологической структуры участка и входом блока 11 хранения геоинформационной базы данных участка дороги, шиной обмена данных соединенного с аппаратно-программным комплексом 12 автоматизированного рабочего места работника управления дороги, выходы которого подключены к управляющим входам блока 9 выбора решаемых задач и блока 5 выбора участка.

Устройство формирования геоинформационной базы данных для участков железных дорог работает следующим образом.

Спутниковая радионавигационная система 1 передает по каналу 2 спутниковой связи на приемник 3 спутниковых сигналов навигационные сообщения. Принятые навигационные сообщения приемник 3 передает в блок 4, который осуществляет их привязку к железнодорожным координатам и передает в блок 5 выбора участка. Работник управления дороги осуществляет выбор участка железной дороги, относительно которого необходимо сформировать геоинформационные данные, для чего он подает соответствующие сигналы на управляющий вход блока 5. Выбранные данные, относящиеся к конкретному участку железной дороги, поступают в блоки 6, 7 и 8, а также в блок 9. Блок 6 картографической информации участка осуществляет преобразование данных в карту местности конкретного участка железной дороги различного масштаба. Блок 9 осуществляет выбор решаемых задач, в соответствии с которыми для выбранного участка в блоке 8 определяют количественные и качественные характеристики объектов и их взаимосвязи. Информация с выхода блока 8 поступает в блок 7, где на основе данных блока 5 выбранного участка строится графовая структура. Данные с выходов блока 6 картографической информации участка и блока 7 топологической структуры направляют в блок 10, в котором осуществляют их сопряжение и преобразование в стратифицированную базу данных участка железной дороги. Сформированная геоинформационная база данных хранится в блоке 11. Данные, касающиеся выбранного участка железной дороги, поступают в АРМ 12 работника управления дороги, который в случае необходимости осуществляет корректировку выбора решаемой задачи для выбранного участка железной дороги или использует полученную информацию для управления железной дорогой.

Группа изобретений относится к области обработки цифровых данных и может быть использована на железнодорожном транспорте для организации геоинформационных данных объектов на участках железной дороги. Технический результат заключается в повышении надежности и информативности геоинформационной базы данных, позволяющей оптимизировать различные задачи по управлению железной дороги за счет оперативного учета изменений ситуации на участках железной дороги. Способ заключается в формировании стратифицированной базы данных на картографической основе, включающей пространственную и семантическую части, состоящие из привязанных друг к другу сложных слоев разных масштабов, каждый из которых представляет собой карту одного масштаба, и топологического слоя, выполненного в виде графовой структуры, расположение которой соответствует пространственному расположению точечных, линейных и площадных объектов участков железной дороги с описанием их свойств и отношений между ними. Устройство включает спутниковую радионавигационную систему, связанную посредством канала спутниковой связи с приемником навигационных сигналов, выход которого через блок преобразования спутниковых сигналов в железнодорожные координаты подключен к блоку выбора участка. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ формирования геоинформационной базы данных для участков железной дороги, заключающийся в формировании стратифицированной базы данных на картографической основе, включающей пространственную и семантическую части, причем пространственная часть состоит из привязанных друг к другу сложных слоев разных масштабов, каждый из которых представляет собой карту одного масштаба, включающую простые, линейные, точечные и полигональные слои, а семантическая часть включает топологический слой, выполненный в виде графовой структуры, расположение которой соответствует пространственному расположению точечных, линейных и площадных объектов участков железной дороги с описанием их свойств и отношений между ними.

2. Устройство формирования геоинформационной базы данных для участков железной дороги, включающее спутниковую радионавигационную систему, связанную посредством канала спутниковой связи с приемником навигационных сигналов, выход которого через блок преобразования спутниковых сигналов в железнодорожные координаты подключен к блоку выбора участка, один из выходов которого соединен с входами блока картографической информации участка, блока построения топологической структуры и базы данных характеристик объектов железной дороги, а другой выход - с информационным входом блока выбора решаемых задач, выход которого подключен к другому входу базы данных характеристик объектов железной дороги, выходами соединенной с соответствующими входами блока построения топологической структуры, блок сопряжения, включенный между выходами блоков картографической информации участка и построения топологической структуры участка и входом блока хранения геоинформационной базы данных участков дороги, шиной обмена данных соединенного с аппаратно-программным комплексом автоматизированного рабочего места работника управления дороги, выходы которого подключены к управляющим входам блока выбора решаемых задач и блока выбора участка.