Эрик Ерзин, научный редактор журнала Infocom.uz, e-mail: ericin@list.ru
Проект по разработке ГИС водоснабжения города Ташкента выполнен голландской консалтинговой компанией Royal Haskoning и ташкентским трестом «СУВСОЗ». Цель этого пилотного проекта – совершенствование существующих методов и технологий в сфере управления, проектирования и эксплуатации системы питьевого водоснабжения посредством автоматизации информационных процессов и технологических процедур.
Согласно проекту, ГИС водоснабжения Ташкента должна представлять собой высокотехнологичную систему, которая реализует следующие функции:
- автоматизация процессов сбора, учета, систематизации и хранения количественных и качественных характеристик при инвентаризации существующих водопроводных сетей и сооружений
- непрерывный мониторинг состояния и использования существующих водопроводных сетей и сооружений в процессе эксплуатации с обновлением информационной базы системы актуальными сведениями
- обеспечение оперативного доступа к информации и ее автоматизированного анализа пользователями треста «СУВСОЗ», которые вырабатывают оптимальные решения в сфере управления, планирования и эксплуатации водопроводных сетей и сооружений
- обеспечение автоматизированного режима диспетчеризации водопроводных сетей и сооружений в процессе эксплуатации.
В ведении треста «СУВСОЗ» находятся следующие объекты водоснабжения: линейная часть трубопроводов, смотровые колодцы и камеры с установленной в них арматурой и оборудованием, насосные станции и другие наземные сооружения. Кроме того, в систему объектов входят водозаборные сооружения и другие источники водоснабжения. В качестве объектов водопотребления выступают жилые и производственные здания и сооружения, а также объекты оросительной сети.
Исходя из этого, для ГИС водоснабжения были определены следующие классы объектов:
- Точечные (колодцы, камеры, гидранты, насосные станции, арматура и оборудование, здания и сооружения, места аварийных повреждений)
- Линейные (участки сети трубопроводов)
- Площадные (эксплуатационные участки, здания, кварталы, аварийные зоны и т.п.)
В тресте «СУВСОЗ» действует система учета объектов водоснабжения, предусматривающая регистрацию инвентарных номеров в бухгалтерской книге по факту укладки произвольных участков сети трубопроводов или установки отдельных элементов инженерного оборудования (рис. 1). Как следствие, один инвентарный номер могут иметь участки труб, уложенные в разных местах, так как поступили на учет по одной накладной.
Рис. 1. Типичный объект учета ГИС водоснабжения.
В отличие от информации бухгалтерского учета, где данные об объектах представлены в табличном виде, основу ГИС составляет графическая информация. Поэтому было очень важно при построении информационной модели ГИС обеспечить однозначное, топологически корректное определение уникальных учетных номеров для каждого отдельно расположенного объекта модели. То есть каждый участок сети водоснабжения должен «знать» (содержать информацию) об объектах, с которыми он пространственно связан. Например, участок сети трубопроводов U-10 (линейный объект) начинается в колодце К-5 и заканчивается в колодце К-23 (два точечных объекта): номера этих колодцев хранятся в атрибутивной базе данных участка сети U-10. В то же время в атрибутах этих колодцев определено, что к ним подходит участок сети U-10. И так по всем объектам топологически корректной модели.
В дальнейшем при эксплуатации ГИС топология позволяет очень быстро находить нужный объект и автоматически решать целый ряд задач пространственного и сетевого анализа. Например, где ближайший к аварийному участку U-37 колодец с задвижкой и какой у него номер.
Таким образом, крайне важно, чтобы каждый топологически корректный объект модели сети водоснабжения получил свой уникальный учетный номер. При этом, для сохранения связи с прежней системой учета следовало предусмотреть сохранение старого инвентарного номера в составе атрибутивных сведений об объекте.
Выбор подходящей ГИС
При выборе ГИС-программы для пилотного проекта системы водоснабжения Ташкента учитывались следующие факторы: популярность и известность на рынке, опыт применения в похожих проектах, простота в установке и использовании, возможность русификации, наличие сервисной поддержки в СНГ со стороны разработчика.
Исходя из этих критериев, было принято решение остановиться на известном семействе продуктов ArcGIS.
Необходимые сведения по учету и эксплуатации объектов
Для того чтобы разрабатываемая ГИС наиболее полно соответствовала своему назначению и успешно решала задачи заказчика, перед ее разработкой было очень важно детально определить состав сведений об объектах, которыми необходимо управлять и информацию по которым необходимо собрать в процессе предстоящей инвентаризации.
Поэтому разработка проекта была начата именно с определения этих сведений. Совместно со специалистами «СУВСОЗ» был проанализирован перечень основных классов объектов эксплуатации. Затем был разработан документ, содержащий подробное описание необходимых сведений по каждому типовому объекту инвентаризации.
На основе этого документа были также разработаны и утверждены формы инвентаризации этих объектов.
Разработка структуры базы данных ГИС
Документ с подробным описанием сведений по объектам лег в основу разработки структуры базы геоданных, так как сведения из инвентаризационных форм должны обязательно найти свое место в подготовленной базе данных ГИС.
В итоге была сформирована структура базы геоданных и подготовлен интерфейс для ввода сведений инвентаризационных форм в ArcGIS.
Подготовка и обучение персонала
Для того чтобы сотрудники треста «СУВСОЗ» могли самостоятельно использовать ArcGIS для заполнения базы геоданных по инвентаризационным формам, а также в своей дальнейшей работе со сформированной геоинформационной моделью сети водоснабжения, компанией Royal Haskoning был организован специальный тренинг. В процессе занятий привлеченные сотрудники «СУВСОЗ» получили знания и практические навыки работы с ArcGIS.
Прошедшие обучение сотрудники были направлены непосредственно на пилотный участок обслуживания (Сергели), где, используя программу ArcGIS, успешно решали задачи ввода сведений инвентаризации и формирования модели сети водоснабжения.
Заполнение баз данных и формирование модели сети водоснабжения
В качестве пилотного участка обслуживания, на примере которого планировалось продемонстрировать возможности ГИС водоснабжения для города Ташкента, был выбран район массива Сергели.
В Сергелийском районном отделении треста «СУВСОЗ» был организован базовый центр сбора и обработки информации, поступающей в результате инвентаризации объектов. Здесь же было организовано автоматизированное рабочее место, оснащенное персональным компьютером и сканером. На компьютер была установлена ArcGIS 9.1 с разработанной структурой базы геоданных объектов инвентаризации, а также настроен интерфейс ввода информации в эту базу данных.
В качестве картографической подосновы были взяты цифровые планы территории участка обслуживания, предоставленные изыскательским институтом «Тошкенттадкикот». Они были интегрированы в рабочую среду ArcGIS в качестве растровых информационных слоев в условной системе координат и затем использованы для привязки объектов инвентаризации к местности. На их основе был также сформирован информационный слой, содержащий существующие здания и сооружения. Для этих объектов была разработана своя структура базы данных, содержащая сведения о типе здания, этажности, адресе и номере дома, о количестве квартир в жилых домах. Указанные сведения могут быть весьма полезны заказчику, так как здания и строения являются основными потенциальными объектами водопотребления.
В ГИС водоснабжения основными являются тематические слои, на которых отображаются учетные объекты сети водоснабжения: колодцы, колодцы с гидрантами, камеры, арматура, резервуары, скважины, насосные, сеть трубопроводов (рис. 2).
Рис. 2. Участок водопроводной сети с атрибутивной информацией.
Благодаря возможностям ArcGIS, заполнение баз данных и формирование объектной модели происходило практически параллельно. Созданные в результате обследования пилотного участка формы инвентаризации были использованы следующим образом:
1. На основании информации о местоположении объекта и ближайших ориентирах, указанных на схеме инвентарной формы, определяется его позиция на растровой подложке плана местности.
2. В режиме объектного редактора устанавливаются соответствующий типу объекта слой и режим создания объекта, затем в определенную ранее позицию размещается условное обозначение точечного объекта (например, колодца или камеры). Для нанесения линейного объекта (участка сети) последовательно указываются точки вершин ломаной линии до ее полной отрисовки от одного узла сети до другого.
3. После нанесения объекта на план к нему добавлялась атрибутивная информация из формы инвентаризации (рис. 3).
Рис. 3. Просмотр атрибутивной информации (в том числе графической) по водопроводному колодцу.
При формировании модели сети особое внимание обращалось на геометрически корректную стыковку смежных объектов: например, участок сети трубопровода должен заканчиваться точно в центре узлового объекта колодца, камеры и т.п.
Обеспечение необходимой точности привязки объектов и установление правильных отношений между ними в дальнейшем позволило на основе корректно построенной топологии сети решать задачи пространственного и сетевого анализа.
Перспективы использования ГИС водоснабжения
Главной целью пилотного проекта было показать возможности и эффективность применения современных информационных технологий на основе ГИС в решении задач треста «СУВСОЗ» (рис. 4).
Рис. 4. Общий вид интерфейса ГИС водоснабжения.
Полнофункциональное внедрение ГИС-системы позволит тресту «СУВСОЗ» в перспективе решать следующие задачи:
- Построение и поддержание в актуальном состоянии информационной модели системы водоснабжения на основе мониторинга данных, поступающих от предприятий и организаций, осуществляющих строительство, ремонт, реконструкцию, эксплуатацию, демонтаж водопроводных сетей и сооружений на них.
- Анализ технических характеристик учетных участков сети водоснабжения и сооружений, планирование мероприятий в целях предотвращения аварийных ситуаций.
- Информационное обеспечение планирования и контроля исполнения профилактических и ремонтных работ.
- Оптимальное проектирование новых трубопроводов и размещения на них инженерных сооружений на основе анализа и выявления потребностей в развитии существующей системы водоснабжения.
- Оперативное диспетчерское управление в нормальном режиме эксплуатации систем водоснабжения.
- Оперативное реагирование на аварии и чрезвычайные ситуации на основе использования модели систем водоснабжения и быстрого получения необходимой информации.
- Построение и поддержание в актуальном состоянии топологически корректной модели потоков воды по водоводам и магистральным водопроводным сетям на основе мониторинга данных, периодически поступающих по показаниям расходомеров, размещенных в узловых точках сети (источники, узлы распределения, потребители).
- Расчет и анализ потоков воды от источников до потребителей по актуальной модели, оперативное обнаружение мест утечки и аварийных участков трубопроводов.
Здесь приведен сокращенный вариант статьи Эрика Ерзина. В полном виде она опубликована в 2006 г. во 2-м номере информационно-аналитического ежемесячного журнала Infocom.uz, посвященного информационным и коммуникационным технологиям, см. http://ru.infocom.uz/.
