Введение 3
Выбор модели данных 7
Распределённая база данных 7
Система управления базой данных 7
Реляционная база данных 7
Достоинства реляционной базы данных 9
Нереляционная база данных 9
Хранилище «ключ-значение» 10
Хранилище семейств колонок 10
Документоориентированная СУБД 10
Г рафовое хранилище 10
Достоинства нереляционной базы данных 11
Обоснование выбора технологий и модели данных 11
Практическая часть 13
Структура базы данных 13
Архитектура клиент-серверного приложения с РБД 17
Пользовательский интерфейс для наполнения РБД 19
API для доступа к РБД 22
Обсуждение результатов выбранной архитектуры 24
Оценка производительности 24
Распределение данных 26
Заключение 29
Список использованных источников 30
Глоссарий 31
Приложение 33
Под подземной коммуникацией принято понимать некоторый сложный технический комплекс, распределённый по некоторой территории и предназначенный для подачи энергии, данных от источников к потребителю либо для оказания иных услуг. Объектом исследования является проектирование базы данных городских коммуникаций. Различают три основных вида инженерных коммуникаций: кабельные, трубопроводные и транспортные. В данной работе речь будет рассматриваться проблема кабельных и трубопроводных сетей.
Как правило, к кабельным и трубопроводным сетям относят [1][2]:
• электрические сети;
• телефонные сети;
• сети данных;
• тепловые сети;
• нефтепроводы;
• газопроводные сети;
• водопроводные сети;
• канализационные сети;
• дренажные сети;
• специальные трубопроводы (промышленные и т.п.).
Данные сети являются предметом исследования. Инженерные сети непрерывно развиваются, обновляются и достраиваются, поэтому обнаружение подземных коммуникаций является очень важным пунктом при проведении земляных работ. При раскопках есть вероятность повредить пролегающую коммуникацию, что, во-первых, приведёт к трате бюджета на восстановление техники либо повреждённых труб или проводов, а во-вторых, может привести к летальному исходу, если коммуникация находится под напряжением.
В современном мире поиск подземных коммуникаций происходит при помощи схем и специальных приборов — трассоискателей.[3] Состоит этот прибор из двух частей: передатчика и приёмника. Передатчик посылает электрический сигнал в землю, а приёмник регистрирует электромагнитное поле кабеля, после чего подаёт сигнал пользователю о наличии подземной сети. Точность трассоискателей высока и достигает погрешности в несколько сантиметров. Однако данный подход также имеет минусы. Электромагнитное поле одной трассы может пересекаться и искажаться другим полем, например, от других коммуникаций, линий ЛЭП, посторонних металлических предметов. Для более точного определения местоположения проходящих под землёй трасс используется отдельный генератор сигналов, который подключается напрямую к кабелю, тем самым передавая электрический ток непосредственно по одному конкретному каналу. Ещё одним минусом такого подхода к поиску является стоимость приборов. На момент проведения работы стоимость трассоискателя начинается с отметки в сто тысяч рублей, а дополнительного генератора — с пятидесяти тысяч (см. рис. 1).
Альтернативным методом обнаружения подземных коммуникаций является карта инженерных коммуникаций (см. рис. 2). Погрешность поиска в таком случае зависит от масштаба изображения и обычно составляет несколько метров, что не является практичным.
Для бюджетного и точного поиска инженерных коммуникаций необходима цифровая карта коммуникаций, погрешность которой будет составлять не более нескольких сантиметров. На момент написания работы не существует программного обеспечения, предлагающего подобную карту. Целью данной выпускной работы является проектирование и реализация высокопроизводительной базы данных подземных коммуникаций для дальнейшего использования в создании цифровой карты инженерных сетей, а также пользовательский интерфейс для работы с данными внутри распределённой базы данных.
Для того, чтобы достичь цель, было поставлено несколько задач:
• анализ существующих систем управления базой данных и выбор подходящей из них для реализации;
• определение структуры базы данных и необходимых атрибутов для хранения информации;
• разработка API для взаимодействия приложения с базой данных;
• разработка пользовательского веб-интерфейса для взаимодействия с базой данных;
• оптимизация базы данных и оценка производительности API;
• анализ результатов, полученных в ходе выполнения работы.
В результате проведённых исследований и программной разработки была создана распределённая база данных городских коммуникаций, содержащая данные о местоположении сетей и основную необходимую информацию и готовая для внедрения в программный продукт, предоставляющий информацию о местоположении подземных коммуникациях. Данное хранилище было оптимизировано в производительности при помощи определения оптимизированной архитектуры хранения данных, создания индексов для поиска необходимых записей в таблице и распределения данных в РБД при помощи стратегии партиционирования. Доступ к базе данных городских коммуникаций производится при помощи программно реализованного REST API сервера, созданного на фреймворке Flask языка программирования Python.
Помимо этого был разработан веб-клиент для работы с данными внутри хранилища, а именно: удаление и редактирование существующих записей, а также создание новых. Вёрстка сайта была выполнена при помощи набора шаблонов Material Design Bootstrap, а для отображения карты использовано API карты от Yandex.
