75
окна. Окно свойств объектов должно позволять вносить данные, указанные в
Правилах технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации
[5].
Рисунок 22 – Интерфейс единой геоинформационной системы
железных дорог
Источник: авторская разработка с использованием CorelPHOTO
В случае, когда потребуется передвинуть карту земной поверхности, на
открывающемся участке должен появиться спутниковый снимок, пути и
объекты нового квадрата карты, а снимок, пути и объекты, оказавшиеся за
границей окна карты, должны исчезнуть.
Пример блок-схемы алгоритма перемещения по карте показан в
приложении З на рисунке З2.
Как можно заметить, алгоритм перемещения по карте в дальнейшем
потребуется доработать. В существующем виде, когда программа в ответ на
76
команду о перемещении карты, работает с полным объёмом данных, при
накоплении в базе данных большого количества информации работа
программы может сильно замедлиться, хотя объём отображаемых в окне
карты данных останется почти тем же.
Усовершенствовать данный алгоритм возможно за счёт введения
предварительной подготовки данных к выгрузке на карту. Так как у каждой
точки объекта и пути всегда известны значения широты и долготы (без них
объект не может быть внесён в систему), то можно заранее выгружать
объекты, находящиеся в невидимой области карты, но имеющие близкие по
отношению к видимой части широту или долготу. Предварительная выгрузка
в невидимую область карты позволит распределить во времени переработку
информации СУБД, за счёт чего ускорится вывод нужной пользователю
информации.
Опыт использования железнодорожниками отраслевой технической
документации показывает, что наиболее удобно для пользователей будет
отображать железнодорожный путь на карте не в реальном виде двух рельсов
(двухниточный план), а в виде оси пути (однониточный план), состоящей из
прямых и кривых линий, повторяющих изгибы реального пути (рисунок 23).
Таким способом будет построен масштабный план сети железных дорог.
В дальнейшем запланированы консультации с представителями служб
автоматики и телемеханики дирекций инфраструктуры. По их итогам будет
принято решение о необходимости постоянного применения двухниточного
масштабного плана, позволяющего в полной мере отображать электрические
рельсовые цепи работы светофорной сигнализации, стрелок и переездов, или
вынесении двухниточного плана в отдельный слой карты.
Железнодорожный путь представляет из себя последовательность
прямых и кривых отрезков. Крутизна подъёмов и уклонов по сравнению с
протяжённостью путей весьма незначительна, поэтому при первичном
построении путей ей можно пренебречь.
77
Рисунок 23 – Однониточное изображение пути на карте
Источник: выгрузка пользовательских данных в Google Earth
Также следует учесть, что для подавляющего большинства
железнодорожных направлений ОАО «Российские железные дороги»
имеется высокоточная съёмка, выполненная с использованием аппаратуры
Видеоизмерительной системы, а также комплексов «ЭРА» и КСПД ИЖТ.
Информация данных съёмок позволяет без особых проблем получить точки,
разграничивающие прямые и кривые отрезки железнодорожного пути, а
также любые промежуточные точки для построения интерполяционной
кривой Catmull-Rom. Также высокоточная съёмка позволяет выявить и при
последующих расчётах местоположения других объектов скорректировать
неточность подложенного спутникового снимка. На рисунке 23 можно
увидеть линию оси пути, полученную методами высокоточной съёмки, и
сдвиг пути на спутниковом снимке.
В данной ситуации можно сделать ошибочный вывод, что нет
необходимости иметь в новой ГИС слой спутниковых снимков. В ложности
такого вывода убеждает ситуация, когда большая ширина станции при
съёмке Видеоизмерительной системой или комплеком «ЭРА» не позволяет
78
отобразить в объективе камеры всю инфраструктуру (пример изображён на
рисунке 7, где боковой обзор загорожен вагонами). Также в России есть
немало мест, в том числе и на железных дорогах, куда физически трудно
добраться, чтобы измерить географические координаты недостающих
объектов полевыми комплектами геодезических навигаторов. Нередко в
такие места не ходят электрички, там нет дорог и гостиниц для ночлега.
Выйти из затруднительной ситуации как раз позволяет подложенный
спутниковый снимок, на котором со сдвижкой, аналогичной отобразившимся
объектам высокоточной съёмки, можно обнаружить и нанести недостающие
объекты, правда с несколько меньшей точностью.
Пример блок-схемы алгоритма создания и редактирования пути в
Единой ГИС железных дорог показан в приложении З на рисунке З3. Линия
пути прокладывается по точкам, имеющим пространственную привязку,
причём это могут быть как произвольные точки, так и точки объектов,
границы которых расположены непосредственно на оси пути, например:
стрелочные переводы всех видов, сбрасывающие остряки, глухие
пересечения, устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС),
железнодорожные весы, тупиковые призмы.
Километровые и пикетные столбы представляют из себя один из
классов железнодорожных объектов. Но этот класс выделяется среди других
классов объектов тем, что по километровым и пикетным столбам
рассчитываются железнодорожные координаты всех остальных
железнодорожных объектов. Поэтому для создания и редактирования на
карте километровых и пикетных столбов должен быть разработан отдельный
алгоритм, пример блок-схемы которого показан в приложении З на
рисунке З4.
На железных дорогах существует несколько видов координатных
измерений. В единой ГИС железных дорог в качестве основного вида
железнодорожной координаты принята так называемая путейская система:
79
километр, пикет, метр. Эту систему можно наблюдать в реальной жизни, она
отображена на километровых и пикетных столбах. Её суть заключается в
том, что в процессе движения поезда машинист всегда видит на
километровом столбе цифру того километра, который заканчивается, в какую
бы сторону ни двигался поезд. Это же правило действует и для пикетных
столбиков. Многие знают, что на железнодорожных километровых и
пикетных столбах цифры написаны с двух сторон. Причём одна из цифр в
большинстве случаев больше другой на математическую единицу
(рисунок 24).
Если поместить наблюдателя на путь на рисунке 24 и привести в
движение вправо или влево, то каждый раз наблюдатель будет видеть
впереди по ходу на километровом или пикетном столбе цифру того
километра или пикета, с которого он скоро выйдет.
Рисунок 24 – Отображение железнодорожного километража
(надписи, наносимые на противоположных сторонах столбов, для
удобства восприятия развёрнуты)
Источник: авторская разработка с использованием CorelDraw
Но использовать путейскую систему железнодорожных координат
хорошо не только из-за её визуального отображения на километровых и
пикетных столбах. На сети железных дорог нередко встречается
нестандартный километраж. Например, в Западном парке станции Лиски, в
котором проходит километраж направления Валуйки – Пенза, можно увидеть
вот такие цифры на километровом столбе (рисунок 25).
80
Рисунок 25 – Отсутствующий километр
Источник: авторская разработка с использованием CorelDraw
Или под Москвой на перегоне между станциями Бекасово-1 и
Бекасово-Сортировочное можно увидеть такой километраж (рисунок 26).
Рисунок 26 – Более десяти пикетов в километре
Источник: авторская разработка с использованием CorelDraw
Следует отметить, что длины отдельных пикетов также могут
значительно отличаться от 100 м как в бóльшую, так и в меньшую сторону.
Во всех других железнодорожных системах координат нестандартный
километраж приводит к неоднозначному отображению и последующему
ошибочному восприятию расстояний, а в путейской системе координат таких
проблем не существует. Именно поэтому в единой ГИС железных дорог
железнодорожные координаты будут отображаться в путейском формате, из
которого они при необходимости могут быть сконвертированы в любые
другие системы железнодорожных координат.
Пример блок-схемы алгоритма создания и редактирования
железнодорожных объектов показан в приложении З на рисунке З5.
Железнодорожные объекты удобно изображать в виде точек, описывающих
границы объектов (рисунок 27). Это позволяет значительно уменьшить
объём хранимой информации и облегчает последующее вычисление
железнодорожных координат объектов.
81
Рисунок 27 – Изображение объектов на карте
Источник: выгрузка пользовательских данных в Google Earth
Расчёт точек-проекций объекта на ось пути требуется для
последующих расчётов железнодорожных координат объекта,
применяющихся в технической документации, и расчёта расстояний и
тормозных путей, производимых в системах безопасности движения.
Например, на рисунке 27 для светофоров Ч1, Ч2, Ч3, местоположение
которых обозначено зелёным цветом, точки-проекции имеют то же название,
но цвет белый и меньший размер кружка-иконки объекта.
При промышленной реализации единой ГИС железных дорог возможна
детализация алгоритмов для определённого типа объектов, однако в рамках
данной работы необходимость в этом не усматривается.
После нанесения на карту путей, километровых, пикетных столбов и
других объектов в системе должен быть сформирован железнодорожный
участок с присвоением ему уникального кода. Пример блок-схемы алгоритма
создания и редактирования железнодорожного участка показан в
приложении З на рисунке З6.
82
Железнодорожным участком следует считать отдельное направление
железной дороги, по которому поезд может проехать от начала и до конца, не
изменяя направление движения, и у которого километровый и пикетный
отсчёт непрерывно и равномерно увеличивается в одном из направлений
движения и так же равномерно и непрерывно уменьшается в
противоположном направлении движения. Показанный на рисунках 25 и 26
нестандартный километраж не нарушает данную логику. Единственным
исключением из данного правила можно считать километраж участка
Александров – Орехово-Зуево, который начинается с 1-го и доходит до 6-го
километра, после которого начинается 117-й километр и затем уже
увеличивается равномерно, заканчиваясь на 191-м километре станции
Орехово-Зуево.
Правилом формирования железнодорожных участков грубо
пренебрегли при создании ЦНСИ, являющейся сегодня основной базой
данных ОАО «РЖД». Исправить эту ошибку уже невозможно, так как на
основе ЦНСИ создано множество информационных систем и любое
изменение принципов работы ЦНСИ приведёт к разрушению
информационной целостности ОАО «РЖД». Зато в новой единой ГИС
железных дорог можно отдельным слоем указать границы и номера
железнодорожных участков ЦНСИ, и после наполнения новой системы
данными она сможет взять на себя все функции ЦНСИ.
Блок-схемы алгоритмов удаления железнодорожного участка,
объектов, километровых, пикетных столбов и путей из единой ГИС
железных дорог, изображённые в приложении З на рисунках З7, З8, З9 и З10,
достаточно очевидны и не требуют описания. Следует лишь отметить, что
при удалении железнодорожного участка все нанесённые на карту объекты,
пути, километровые и пикетные столбы этого участка продолжают
отображаться на карте, сохраняются в базе данных, но без привязки к
участку, и могут быть использованы для последующей работы.
83
Выводы по главе 3
Разработан интерфейс программы.
Подобраны наиболее удачные математические формулы для
графического построения путей и объектов.
Разработаны десять базовых алгоритмов работы единой
геоинформационной системы управления безопасностью движения и
перевозочным процессом железных дорог и представлены в виде блок-схем.
Представленные алгоритмы и формулы полностью обеспечат
фундамент для функционирования единой геоинформационной системы
управления безопасностью движения и перевозочным процессом железных
дорог.
84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В первой главе выполнен обзор геоинформационных систем общего
пользования и специализированных геоинформационных систем
железнодорожного транспорта. Из обзора видно, что геоинформационные
системы общего пользования почти не касаются темы железных дорог. В то
же время железнодорожные геоинформационные системы имеют настолько
узкую специализацию, что не могут быть полноценно использованы даже
внутри отрасли. Вывод очевиден: универсальной ГИС для использования на
железной дороге сегодня не существует.
Несмотря на это, рассмотренные геоинформационные системы общего
пользования: Google Earth, Яндекс.Карты, 2ГИС и другие – нередко
используются для восполнения недостатков специализированных
железнодорожных ГИС, так как в ГИС общего пользования в удобной форме
визуализирована информация и можно сразу же узнать (хотя и с меньшей
точностью) географические координаты нужной точки на поверхности
Земли, а в специализированных системах рассчитать и получить такую
информацию затруднительно или совсем невозможно.
Факт того, что геоинформационные системы общего пользования
используются в профессиональных нуждах железнодорожников, говорит о
том, что ни одна из железнодорожных специализированных
геоинформационных систем сегодня уже не отвечает требованиям своих
пользователей.
В попытках приспособить отраслевые системы под спецализированные
нужды создавались другие узкоспециализированные ГИС. В итоге
железнодорожная сеть описана в нескольких геоинформационных системах,
в некоторых из них содержится высокоточная и очень подробная
информация, которая может быть полезна другим работникам железных
дорог и применена для регулирования технологических процессов. Но узкая