Топологические задачи. 
Сетевой анализ в ГИС

В инженерных сетях, независимо от их назначения, можно выделить ряд общих, с точки зрения топологии, элементов.

• 1. Источник. Узловой элемент. В электроснабжении это может быть источник напряжения, трансформаторная подстанция, в водоснабжении — водонапорная башня, скважина, в теплоснабжении — котельная, ТЭЦ. Источник может иметь два состояния: включен или отключен.
• 2. Потребитель. Узловой элемент. Это потребители воды, газа, электрической и тепловой энергии. Источник может иметь два состояния: подключен или отключен.
• 3. Осекающее устройство. Узловой элемент. В электроснабжении — это рубильники, выключатели, контакторы, в трубопроводных сетях — запорная арматура: вентили, задвижки, краны. Отсекающее устройство может иметь два состояния: открыто или закрыто.
• 4. Простые узлы служат для соединения участков и всегда имеют одно состояние — открыто.
• 5. Участок. Линейный объект. Соединяет пару узлов. Это кабели, ЛЭП, участки трубопроводов. В зависимости от конкретной реализации, участок тоже может иметь состояния: открыт или закрыт. Кроме того, участок имеет направление от начального узла к конечному узлу.

Конкретных задач, использующих топологические свойства графа сети, можно придумать множество. Перечислим некоторые из них.

Проверка связанности.

Эта проверка базируется на поиске пути по графу между двумя узлами. Если путь между узлами найден, то узлы связаны друг с другом, и являются членами одной подсети. Таким образом можно определить, связан ли данный потребитель с данным источником, работают ли два источника на одну сеть.

Используя возможности ГИС по созданию тематических карт, можно покрасить все участки, связанные с указанным источником в один цвет, а все остальные в другой. Несмотря на простоту такой операции, это очень мощное средство контроля ошибок при вводе. Если в каком-то месте сети ошибочно допущен разрыв, то его можно сразу увидеть по смене цвета участков на границе разрыва.

Поиск ближайших отсекающих устройств.

Эта возможность крайне важна при локализации места аварии, или планового вывода участков сети из работы.

Конфигурация сети бывает довольно сложной и в уме не всегда можно быстро и правильно определить, какие отсекающие устройства нужно закрыть, чтобы изолировать участок сети. Ошибки в таких случаях могут стоить очень дорого. Особенно важно, чтобы отключение было оптимальным, т. е. привело бы к отключению минимального числа потребителей. На графе сети такие задачи решаются очень просто.

Анализ результатов переключений в сети.

На рисунке 3 изображены два состояния фрагмента сети, до и после отключения задвижки.

Рис. 3.

Когда задвижка на карте переводится в состояние «закрыта», граф сети пересчитывается, и отсеченные от источника потребители автоматически принимают состояние «отключен». При этом формируется список отключившихся потребителей. Если на карте присутствует слой со зданиями, и узлы потребителей помещены внутрь контуров зданий, то, пространственным запросом можно определить какие здания были отключены, и получить список их адресов.

Результаты отключения можно передать в диспетчерскую систему для формирования записей в журнале отключений, а список отключенных абонентов можно передать в систему по расчетам с потребителями для перерасчета начисляемой абонентской платы.

Заметим, что при отключении десятков и сотен потребителей, получение таких списков «вручную» довольно трудоемко и не гарантировано от ошибок.