Управление телекоммуникационными системами с использованием ГИС-технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Ускорение темпов проектирования и строительства новых сетей, модернизация инфраструктуры уже существующих, повышение качества обслуживания сетей являются одними из основных задач в области управления телекоммуникационной инфраструктурой.

Для решения данных задач необходим инструмент, способный работать с большими объемами регионально распределенных разнородных данных, достаточно гибкий, и масштабируемый, чтобы обеспечивать потребности как локального, так и межрегионального уровня. Информационно-телекоммуникационные системы (ИТС) - комплекс аппаратно-программных средств, используемый для решения задач проектирования, строительства, мониторинга и эксплуатации телекоммуникационной инфраструктуры предприятия связи. Геоинформационные системы (ГИС) представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее существовавших автоматизированных систем, а с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных. В современной трактовке ГИС - это автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация.

Геоинформационные системы имеют эффективное внедрение во все области человеческой деятельности (земельные кадастры, недропользование, инженерные коммуникации, нефтегазовая отрасль, экология, транспорт, сельское хозяйство и др.).

С одной стороны, применение ГИС для обработки и анализа пространственной информации в различных областях жизнедеятельности способствует возникновению междисциплинарных понятий и методов. С другой стороны, развитие самой геоинформатики приводит к организации внутренних (собственных) требований к объектам изучения, что приводит к определенным ограничениям методов, используемых в конкретных дисциплинах (строительстве, геологии, биологии и т.д.). Такая ситуация создает атмосферу живого общения людей, которые занимаются различной деятельностью (иногда очень разной), но объединенных геоинформационным подходом к работе или исследованиям.



1. Геоинформационные системы и технологии

1.1 Понятие геоинформационной системы (ГИС)

Понятие географической информационной системы заимствовано из английского языка и является дословным переводом термина geographic information system. Этот термин появился в русскоязычной литературе в середине семидесятых годов, и уже на ранней стадии заимствования он получил более краткую форму геоинформационная система.

ГИС представляет собой аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества.

Как известно ГИС тесно связан с картографией.

Их взаимосвязь проявляется в следующих аспектах:

- тематические и топографические карты - главный источник пространственно-временной информации;

- системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка служат основой для координатной привязки всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС;

- карты - основное средство географической интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и другой используемой в ГИС информации;

- картографический анализ - один из наиболее эффективных способов выявления географических закономерностей, связей, зависимостей при формировании баз знаний, входящих в ГИС;

- математико-картографическое и ЭВМ-картографическое моделирование - главное средство преобразования информации в процессе обеспечения принятия решений, управления, проведения экспертиз, составления прогнозов развития геосистем и т.п.;

- картографическое изображение - целесообразная форма представления информации потребителям, а автоматическое изготовление оперативных и базовых карт, трехмерных картографических моделей, дисплей-фильмов - одна из главных функций ГИС.

В наиболее общем смысле, геоинформационные системы это инструменты для обработки пространственной информации, обычно явно привязанной к некоторой части земной поверхности, которые используются для ее управления. Это рабочее определение не является ни полным, ни точным. Как и в случае с географией, термин трудноопределим и представляет собой объединение многих предметных областей. В результате, нет общепринятого определения ГИС. Сам термин изменяется в зависимости от интеллектуальных, культурных, экономических и даже политических целей. В этом аспекте Майкл ДеМерс приводит характерный пример синонимичных к «ГИС» понятий (Таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Примеры синонимичных к "ГИС" понятиям и их источники [4]

Термин	Источник
Географическая информационная система (Geographic Information System)	Американская терминология
Географическая информационная система (Geographical Information System)	Европейская терминология
Геоинформатика (Geoinformatics)	Канадская терминология
Геореляционная информационная система (Georelational Information System)	Техническая терминология
Информационная система по природным ресурсам (Natural Resources Information System)	Дисциплинарная терминология
Информационная система по геологии или наук о Земле (Geoscience or Geological Information System)	Дисциплинарная терминология
Пространственно информационная система (Spatial Information System)	Негеографический термин
Система анализа пространственных данных (Spatial Data Analysis System)	Терминология на основе функций системы

географический информационный система платформа

Исходя из выше изложенного, ГИС можно рассматривать с различных позиций. К примеру с научной точки зрения ГИС - метод моделирования и познания природных и социально-экономических систем. ГИС - это система, применяемая для исследования природных, общественных и природно-общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки.

В технологическом аспекте ГИС средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координационной географической информации. Таким образом, ГИС можно рассматривать как систему технологических средств, программного обеспечения и процедур, предназначенную для сбора пространственных данных, их анализа, моделирования и отображения в целях решения комплекса задач по планированию и управлению.

С производственной точки зрения ГИС - комплекс аппаратных устройств и программных продуктов, предназначенных для обеспечения управления и принятия решений, причем важнейший элемент этого комплекса - автоматические картографические системы. ГИС использует географические данные, а также непространственные данные и располагает операционными возможностями, необходимыми для пространственного их анализа. Назначение ГИС - обеспечение процесса принятия решений по оптимальному управлению ресурсами, организации функционирования транспорта и розничной торговли, использование объектов недвижности, водных, лесных и других пространственных ресурсов.

Таким образом, ГИС можно одновременно рассматривать как метод научного исследования, технологию и продукт ГИС-индустрии.



1.2 Базовые компоненты ГИС

Любая ГИС включает в себя следующие компоненты:

- аппаратная платформа (hardware);

- программное обеспечение (software);

- данные (data);

- человек-аналитик.

Аппаратная платформа в свою очередь состоит из следующих частей:

- компьютеры (рабочие станции, ноутбуки, карманные ПК);

- средства хранения данных (винчестеры, компакт-диски, дискеты, флэш-память);

- устройства ввода информации (дигитайзеры, сканеры, цифровые камеры и фотоаппараты, клавиатуры, компьютерные мыши);

- устройства вывода информации (принтеры, плоттеры, проекторы, дисплеи).

Сердцем любой ГИС являются используемые для анализа данные.

Устройства ввода позволяют конвертировать существующую географическую информацию в тот формат, который используется в данной ГИС. Географическая информация включает в себя бумажные карты, материалы аэрофотосъемок и дистанционного зондирования, адреса, координаты объектов собранные при помощи систем глобального позиционирования GPS (Global Position System), космических спутников или цифровой географической информации, хранимой в других форматах.

Если говорить о программном обеспечении ГИС, то следует отметить, что большинство программных пакетов обладают схожим набором характеристик, такими как, послойное картографирование, маркирование, кодирование геоинформации, нахождение объектов в заданной области, определение разных величин, но очень сильно различаются в цене и функциональности. Выбор программного обеспечения зависит от конкретных прикладных задач, решаемых пользователем.

1.3 Отраслевое использование ГИС

Возможности геоинформационных систем могут быть задействованы в самых различных областях деятельности. Вот лишь некоторые примеры использования ГИС:

1) Административно-территориальное управление:

- городское планирование и проектирование объектов;

- ведение кадастров инженерных коммуникаций, земельного, градостроительного, зеленых насаждений;

- прогноз чрезвычайных ситуаций техногенно-экологического характера;

- управление транспортными потоками и маршрутами городского транспорта;

- построение сетей экологического мониторинга;

- инженерно-геологическое районирование города.

2) Телекоммуникации:

- транковая и сотовая связь, традиционные сети;

- стратегическое планирование телекоммуникационных сетей;

- выбор оптимального расположения антенн, ретрансляторов и др.;

- определение маршрутов прокладки кабеля;

- мониторинг состояния сетей;

- оперативное диспетчерское управление.

3) Инженерные коммуникации:

- оценка потребностей в сетях водоснабжения и канализации;

- моделирование последствий стихийных бедствий для систем инженерных коммуникаций;

- проектирование инженерных сетей;

- мониторинг состояния инженерных сетей и предотвращение аварийных ситуаций.

4) Транспорт:

- автомобильный, железнодорожный, водный, трубопроводный, авиатранспорт;

- управление транспортной инфраструктурой и ее развитием;

- управление парком подвижных средств и логистика;

- управление движением, оптимизация маршрутов и анализ грузопотоков.

5) Нефтегазовый комплекс:

- геологоразведка и полевые изыскательные работы;

- мониторинг технологических режимов работы нефте- и газопроводов;

- проектирование магистральных трубопроводов;

- моделирование и анализ последствий аварийных ситуаций.

6) Силовые ведомства:

- службы быстрого реагирования, вооруженные силы, милиция, пожарные службы;

- планирование спасательных операций и охранных мероприятий;

- моделирование чрезвычайных ситуаций;

- стратегическое и тактическое планирование военных операций;

- навигация служб быстрого реагирования и других силовых ведомств.

7) Экология:

- оценка и мониторинг состояния природной среды;

- моделирование экологических катастроф и анализ их последствий;

- планирование природоохранных мероприятий.

8) Лесное хозяйство:

- стратегическое управление лесным хозяйством;

- управление лесозаготовками, планирование подходов к лесу и проектирование дорог;

- ведение лесных кадастров.

9) Сельское хозяйство:

- планирование обработки сельскохозяйственных угодий;

- учет землевладельцев и пахотных земель;

- оптимизация транспортировки сельскохозяйственных продуктов и минеральных удобрений.



2. ГИС в области управления телекоммуникационными системами

2.1 Геоинформационные технологии в телекоммуникациях

Телекоммуникации сейчас представляют один из наиболее динамичных и быстро растущих сегментов рынка для распространения геоинформационных технологий. Причину этого явления, сферы применения и типичные задачи, которые помогает решить ГИС технология в этой области. Ниже приведен перечень наиболее распространенных задач, решаемых при помощи ГИС.

1) Планирование и проектирование сетей

- Разработка, интеграция и управление пространственными базами данных для планирования и инжиниринга;

- Использование существующих наборов данных, соответствующих центрам и границам проводных сетей, местоположению антенн, районам кабельного телевидения, цифровым моделям местности, центральным линиям улиц и адресным зонам, геодемографии, местным базам данных землепользования и т.д.;

- Пространственное отображение, редактирование и запросы объединенных баз данных;

- Пространственный анализ существующих сетей, окружающей среды и рыночных факторов;

- Анализ спроса (пространственное распределение) и прогноз;

- Пространственное задание и редактирование предполагаемой физической сети;

- Пространственный анализ и моделирование при планировании сети:

а) выбор участка с соответствующими расчетами для сотовых антенн, PCS радиопортов, узлов фибера, ретрансляторов и т.д.;

б) определение оптимального маршрута прокладки кабеля с учетом центральных линий улиц и железных дорог, а также различных подземных коммуникаций;

в) определение оптимального расположения радиорелейных линий с учетом профилей поверхности;

г) оптическая видимость из определенных точек (мест расположения антенн).

- Подготовка пространственных данных и их отображение для специализированных моделей представления сетей:

а) оценка производительности сети по модели;

б) анализ надежности сети;

в) моделирование распространения радиоволн и анализ зон их действия.

- Получение географически привязанных измерений величин электромагнитного поля (ГИС+GPS), анализ и представление;

- Создание нарядов на инженерные работы как в виде бумажных документов, так и в электронном виде для работы на портативных компьютерах.

2) Создание сети и сопроводительная инженерная документация

- Просмотр пространственных данных и их анализ для определения приоритетности работ и составления графика;

- Сбор данных на местности, проверка и приемка;

- Планирование снабжения и транспортировок, оптимизация и управление;

- Географическая поддержка для систем “Службы Одного Звонка” (“Позвони, прежде чем копать”);

- Географическое отслеживание состояния “выданный наряд/выполнение работы”;

- Разработка новой и использование существующей географически привязанной электронной сопроводительной документации на местах;

- Создание и управление интегрированной (пространственной и непространственной) базой данных физической сети.

3) Системы поддержки функционирования и управления сетями

- Пространственные данные (физическая сеть, землепользование и т.д.) как неотъемлемая часть системы эксплуатационных баз данных;

- Геокодирование оборудования сетей или событий, связанных с транспортными средствами, или адресное геокодирование;

- Просмотр (с географической привязкой) состояния сетей, сообщение о неисправностях, авариях, характере трафика, пространственный анализ аварий и неисправностей;

- Интеграция с данными систем “Одного вызова” на географической основе;

- Пространственная поддержка принятия превентивных мер для предупреждения аварий и неисправностей;

- Адресное геокодирование, основанное на сообщениях о неисправностях или местонахождении, указанном в наряде;

- Более точное оформление нарядов, основанное на пространственных данных, а также более точная их оценка;

- Оптимизация поездок и перевозок, маршрутизация транспорта

- Автоматическая система слежения за передвижением транспортных средств - управление и отображение данных;

- Анализ соответствия границ обслуживаемой области и приходящейся на нее рабочей нагрузки, переопределение областей.

4) Маркетинг, продажи, обслуживание клиентов

- Пространственные базы данных распределения населения;

- Пространственные базы данных по сегментации рынка и по образу жизни/структуре расходов населения;

- Пространственные базы данных по доступности различных сетей и услуг;

- Пространственный анализ геокодированных по адресу баз данных клиентских счетов;

- Прогноз спроса, анализ планирования и зонирования;

- Географическое сопоставление предложения продуктов/услуг и спроса по сегментам рынка;

- Географическое сопоставление и оптимизация методов и средств рекламы;

- Запросы по соединениям/рассоединениям и адреса/телефоны обращений при неисправностях.

5) Географически связанные информационные службы

ГИС также позволяет оказывать дополнительные услуги пользователям, вот несколько возможных примеров:

- Географическая доступность продуктов/услуг (“Служба желтых страниц”);

- Служба адресного геокодирования/определения местонахождения и определения маршрута до выбранного пункта;

- Географические базы данных и интерактивное обучение для школ и населения по широковещательным сетям.

2.2 Модель ГИС в области проблем управления телекоммуникационной инфраструктурой

Причиной большой популярности ГИС в области проблем управления телекоммуникационной инфраструктурой являются стремительные темпы модернизации используемых в сфере телекоммуникаций технологий, а также развитие самой системы связи.

Можно привести следующую классификацию прикладных задач, решаемых в сфере управления телекоммуникационной инфраструктурой при помощи инструментов ГИС (Рисунок 1).



Рисунок 2.1 - Классификация прикладных задач, решаемых в сфере управления телекоммуникационной инфраструктурой

Для применения ГИС-технологий в сфере управления телекоммуникационной инфраструктурой на начальном этапе требуется подготовка исходной информации, а также создание базы данных для ее использования в ГИС-среде. Разноплановая информация с целью электронно-графического моделирования и ГИС-анализа может представляться в виде специализированной ГИС.

Основными функциями программного обеспечения ГИС будут являются: компьютерная визуализация карт-основ; графическое представление первичной сети связи; сохранение в цифровом формате баз атрибутивных данных, связанных с объектами электронных карт-основ; картографическое моделирование и наличие программных инструментов проведения ГИС-анализа современного состояния телекоммуникационных систем; обеспечение гибкой системы запросов пользователя к базам данных; возможность редактирования электронных карт, удаление с них или нанесение объектов, а также обновление и дополнение атрибутивной информации.

База данных может формироваться в виде нескольких картографически представленных блоков (директорий):

1) сети и средства связи;

2) информатизация, сети и системы передачи данных;

3) радиовещание, радиосвязь и телевидение.

Разные виды атрибутивных данных (категория, ранг, качество, величина, отношения) и расчетная статистика охарактеризуют телекоммуникационные сети, их структурные элементы. Прежде всего это предприятия, телекоммуникационные центры и узлы; отдельные виды связи - почтовая, телефонная сети связи общего пользования; мобильная и сотовая связь (сети UMC, DCC и Kyivstar GSM); спутниковая (космическая) и компьютерная телекоммуникации; сети и системы передачи данных; радиовещание, радиосвязь и телевидение.

Картографические источники специализированной ГИС охарактеризуют каналы связи (кабельные, радиорелейные и спутниковые), их линейно-узловую структуру, первичную сеть.

ГИС-анализ является процессом поиска пространственных закономерностей распределения данных и взаимосвязей между объектами. Его использование предусматривает отслеживание структуры и функционирования телекоммуникационных систем, их функциональных особенностей, процесса изменения их определяющих характеристик.

В рассматриваемом случае ГИС-анализ будет состоять в компьютерном (электронно-графическом) моделировании - создании и использовании системы информационных моделей пространственного распределения и взаимосвязей основных параметров функционирования телекоммуникаций.

Характерные этапы работ при ГИС-анализе функционирования телекоммуникационных систем следующие:

1) работа с таблицами данных, содержащих атрибутивную информацию, обработка геоинформации и получение логических решений (выводов) в соответствии с запросами ГИС-анализа;

2) математико-статистический анализ закономерностей пространственного распределения и структуры телекоммуникационных сетей, оценка их временных изменений;

3) динамическое пространственное моделирование - создание карт часовых рядов, оценочных карт изменений с целью анализа процессов формирования структуры телекоммуникационных систем, изменений их параметров во времени (местоположение, геометрия, свойства); создание системы структурно-динамических диаграмм и графиков по числовым критериям;

4) создание карт плотности, концентрации телекоммуникационных сетей, уровней их развития;

5) поиск региональных закономерностей процессов формирования и развития телекоммуникационных систем (анализ информации путем визуального сопоставления, а также методом наложения слоев).

С этой точки зрения можно построить ГИС, отвечающую требованиям перечисленных выше задач. Общая архитектура такой системы будет выглядеть, например, как показано на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Общая архитектура информационно-телекоммуникационной системы на основе ГИС-технологий



Информационно-телекоммуникационная система состоит из 4 основных модулей (модуль управления данными, модуль анализа, модуль эксплуатации, модуль проектирования) и одного операционного модуля (уровень миграции). Каждый модуль отвечает за свой перечень процессов, включенных в карту деятельности предприятия связи. Каждый модуль имеет геоинформационную основу и базируется на работе алгоритмов, имеющихся в стандартных ГИС-решениях.

Предложенная модель ГИС также использует в основе принципы, присущие любой информационной системе:

- информационная целостность;

- функциональная полнота;

- масштабируемость;

- открытость архитектуры;

- надежность.



Заключение

В данной работе изложены основные понятия о назначении и функционировании геоинформационных систем и технологий в области телекоммуникаций.

Приведено определение геоинформационной системы и описаны ее основные признаки. Описаны задачи, решаемые с помощью ГИС-технологий при использовании в телекоммуникационных системах. Основное внимание было уделено применению ГИС-технологий для решения задач, в сфере управления телекоммуникационной инфраструктурой. В качестве наглядного примера была представлена архитектура модели ГИС, отвечающая требованиям указанных выше задач.

Подводя итог проведенной работы можно сказать, что ГИС (вместе с телекоммуникационной составляющей) - сложная современная ИС, позволяющая решать широкий круг задач по сбору, обработке и передаче информации. Такая интегрированная система опирается на три технологии, бурно развивающиеся в настоящее время: управление БД; геоинформатику; телекоммуникации.



Список использованных источников

1. Щербинин М.В. Принципы построения геоинформационных систем // Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. №2, Москва, 2007.

2. Щербинин М.В. Классификация прикладных задач, решаемых в телекоммуникационной сфере при помощи ГИС-технологий // Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. Специальный выпуск, 2006.

3. Щербинин М.В. Использование ГИС-технологий в телекоммуникационных системах. // Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. №3, 2006.

4. ДеМерс. Географические информационные системы. Основы: Пер. с англ. / ДеМерс, Н. Майкл - М.: Дата+, 1999. - 491 с.

Размещено на Allbest.ru