Аникина Е.М., Лебедев Н.Н., ЗАО «ГИСпроект», г. Москва, e-mail: info@gispro.ru, web: www.gispro.ru, Овчаренко Н.И., ОАО «МОЭСК»
Abstract
GIS of Moscow Region Energy System Company, Ltd – the beginning
The first stage of GIS creation for the large energy company is described. Overview of the project: creation of multilevel spatial database architecture, industrial data modelling and database filling, adding analytical resources and tools, including web-application, integration with other information systems of the company.
ОАО «Московская областная электроэнергетическая сетевая компания» – «МОЭСК» создана по постановлению Правительства Московской области в 2005 году для повышения надежности электроснабжения потребителей и координации работы множества организаций, выполняющих функции распределения электроэнергии в Московской области.
Хозяйство компании охватывает 23 муниципальных образования области, где расположено более 3000 распределительных и трансформаторных подстанций, принимающих, перерабатывающих и распределяющих электроэнергию по кабельным и воздушным линиям электропередач потребителям.
В 2009 году в компании было принято решение о более активном внедрении и использовании современных информационных технологий, которые позволяют повысить производительность работы, контроль и учет хозяйственных объектов, оперативность выполнения производственных функций.
В качестве основных информационных технологий для внедрения были выбраны системы финансового учета 1С, электронной паспортизации объектов распределительной электросети и геоинформационные технологии. Предполагалось, что все системы будут внедряться одновременно с учетом необходимости их взаимодействия.
Тендер на создание стартовой корпоративной ГИС выиграл Проектный и учебно-методический центр «ГИСпроект», сотрудники которого уже не раз участвовали в проектах, связанных с моделированием и запуском комплексных корпоративных ГИС-систем.
Ситуация в МОЭСК осложнялась отсутствием на момент начала проекта ГИС-специалистов, а также разрозненностью, фрагментарностью и низким качеством существующих пространственных данных, служащих исходными материалами производственного блока в ГИС.
Поскольку все мероприятия по организации запуска ГИС должны были быть проведены в очень сжатые сроки, работу организовали параллельно в нескольких основных направлениях:
- создание архитектуры корпоративной ГИС с определением ее цели, задачи, функций основных участников, видов рабочих мест;
- создание многоуровневой картографической основы Московской области и территорий производственного интереса компании, позволяющей как можно лучше позиционировать производственные объекты и служить пространственным элементом ориентирования;
- разработка логической и физической моделей формирования производственных данных, которые послужат организующим фактором для консолидации информации и ее загрузки в базу пространственных данных;
- отработка методики и частичное наполнение производственной базы данных по нескольким районам;
- разработка регламентов взаимодействия с другими внедряемыми информационными технологиями;
- подготовка группы специалистов, обеспечивающих работоспособность корпоративной ГИС;
- запуск стартового варианта ГИС МОЭСК для корпоративного управления и мониторинга.
Архитектура ГИС «МОЭСК»
Архитектура системы определялась структурной организацией производственной деятельности МОЭСК. Работа выполнялась по территориально-иерархическому принципу. Компания имеет центральный аппарат управления и 20 территориальных подразделений – электроэксплуатационных компаний (ЭЛЭК). Предполагалось, что на первом этапе все информационные ресурсы будут собраны в центре, на едином корпоративном сервере МОЭСК с возможностью организации региональных узлов (рис. 1).
Рис. 1. Общая архитектура ГИС МОЭСК.
В качестве клиентов системы планировались рабочие места множества пользователей, ориентированных на выполнение различных функций.
Для управления системой в целом предназначены административные функции, обеспечивающие создание, управление единой базой данных, аутентификацию пользователей.
Формирование и ведение слоев пространственной базы данных и атрибутивной информации осуществляется операторами, имеющими права редактирования данных. Предусмотрена возможность проведения редакции как при прямом доступе к базе данных, так и в открепленных версиях базы геоданных (БГД) при организации работы в полевых условиях или в отдаленных ЭЛЭК.
Функции просмотра и анализа БГД, контроля за ее наполнением и достоверностью, подготовки отчетов, иллюстраций и бумажных копий фрагментов пространственных данных закреплялись за читателями и аналитиками геоинформационной системы.
По требованию МОЭСК предполагалось также обеспечение функций публичного доступа к информационному ресурсу.
Набор необходимых функций ГИС МОЭСК определил выбор программной платформы ArcGIS, в арсенале которой имеется набор элементов серверной и клиентской составляющих для формирования корпоративной геоинформационной системы.
В качестве серверного программного продукта был выбран вариант сервера – ArcGIS Server Enterprise Standard для СУБД Microsoft SQL Server. Промышленная СУБД MS SQL Server определена корпоративным стандартом для всех систем информатизации в МОЭСК.
В клиентской части ГИС предполагалось использовать настольные продукты семейства ArcGIS: ArcEditor, ArcView, мобильные ГИС – ArcPAD, а также стандартные Internet- браузеры для работы в среде Web. При этом учитывалось, что при расширении аудитории пользователей необходимо максимально использовать возможности работы через Интернет. К массовым пользователям были отнесены операторы ЭЛЭК, руководящий состав и сотрудники центрального аппарата, обращающиеся к ГИС для справочных целей, а также население области в зоне ответственности ЭЛЭК (рис. 2).
Рис. 2. Программная платформа ГИС «МОЭСК».
Многоуровневая картографическая основа ГИС МОЭСК
Картографическая основа – важный базовый элемент геоинформационной системы, обеспечивающий пространственную связность ее элементов. Под картографической основой понимаются базовые пространственные данные (БПД).
Понятие БПД определено в соответствии с представлениями, развиваемыми в рамках государственной (Российской) инфраструктуры пространственных данных (РИПД). БПД включают три основных элемента: векторные топографические данные о местности, цифровые модели рельефа и данные дистанционного зондирования (ДЗЗ).
В качестве рабочей координатной основы была выбрана плоская система координат проекции Гаусса-Крюгера 7 зоны. Использование стандартной проекции открыло возможность привлечения в проект базовых и других справочных данных на территорию зоны ответственности МОЭСК, присутствующих в настоящее время на серверах мировых и отечественных поставщиков данных: Google, Yandex, OpenStreetMap, WikiMapia, BingMaps и др.
В связи с тем, что распределительная сеть МОЭСК является частью электроэнергетической сети страны и взаимодействует с распределительными сетями других организаций, функционирующих на территории Московской области, а также получает электроэнергию из систем транспортировки электроэнергии более высокого уровня, охват картографической основы распространяется на всю территорию области.
Для обеспечения представления производственных данных были выбраны три основных уровня генерализации.
Областной уровень – предназначен для позиционирования систем электропередач, поставляющих электроэнергию в распределительные сети МОЭСК. Этот уровень представляет зоны ответственности компании и характеристики общей картины инфраструктурных объектов. Уровень детальности определен картографическими данными, соответствующими по содержанию масштабу 1:100 000. Составными элементами БПД в данном случае являлись: векторная цифровая модель местности, созданная по материалам цифровой топокарты масштаба 1:100 000; цифровая модель рельефа (ЦМР) с шагом в 100м, построенная средствами ArcGIS по данным цифровой топокарты; космический снимок на территорию Московской области со спутника Landsat (15м). На данном уровне БПД охватывают всю территорию области.
Уровень ЭЛЭК – обеспечивает более детальную характеристику данных в районах сопряжения линий электропередач с распределительными сетями МОЭСК. Уровень детальности БПД соответствует по содержанию открытым слоям топокарты масштаба 1:25 000. Этот уровень включает БПД на территорию районов зон ответственности МОЭСК.
Уровень отдельных поселений – предназначен для подробного отображения элементов распределительной сети МОЭСК в зонах ответственности: местоположений трансформаторных подстанций, связывающих кабельных и воздушных линий электропередач и распределительных сетей, направленных к потребителям. Детальность БПД соответствует цифровым планам поселений масштаба 1:10 000, которые характеризуются общим понятием содержания «до дома». Важными составляющими таких планов являются адресный план и внутренняя структура поселения: кварталы, улицы и отдельные строения. Поскольку цифровые планы городов создавались в самое разное время и различались по качеству, для их уточнения были приобретены снимки высокого разрешения с космических спутников Quick Bird, World View. Для более точной привязки снимков использовались данные полевых измерений с помощью промышленных GPS-приемников. БПД данного уровня создавались на территории поселений, включенных в зоны деятельности ЭЛЭК.
В проект также включена дополнительная информация, необходимая для нанесения производственных данных:
- магистральные линии электропередач (высокого напряжения 35-220кВ) и питающие центры, представленные с особой детализацией и с учетом условных обозначений, принятых в электроэнергетике;
- зоны ответственности различных ЭЛЭК.
Все отобранные данные были загружены в единую модель базовых пространственных данных, разработанную сотрудниками «ГИСпроект». Модель определила единую структуру данных всего масштабного ряда, единые справочники и классификатор объектов, используемых в БГД в качестве справочников – доменов. (Более детальную информацию о модели можно получить на нашем сайте www.gispro.ru). Для оформления базовой картографической основы использовались как традиционные условные знаки, принятые в отечественной картографии, так и принятые в МОЭСК символы отображения производственных объектов, облегчающие восприятие изображения пользователями системы. Поскольку БПД более детальных уровней не охватывают всей территории области, была разработана система отображения пространственных данных, сочетающая одновременную видимость цифровой основы разных масштабов. Для сглаживания границ стыки БПД разных уровней были согласованы по всем представленным пространственным объектам. Примеры разноуровневой картографической основы на различных масштабах отображения приведены на рис. 3.
Рис. 3. Разноуровневая картографическая система, слева-направо: областной уровень; уровень электроэксплуатационных компаний (ЭЛЭК); уровень отдельных поселений.
Модель производственных данных ГИС МОЭСК
Создание любой базы данных начинается с ее проектирования – создания логической и физической моделей.
Для создания модели производственных данных МОЭСК, прежде всего, был проведен анализ производственных объектов и информации, с которой работает компания. При создании пространственных элементов базы данных отбирались объекты трех классов: линии электропередач, трансформаторные подстанции и потребители. Атрибутивные характеристики этих объектов предстояло собрать из различной технической документации. Было установлено, что наиболее детальные данные параллельно собираются в электронном архиве документов путем сканирования всей технической документации ЭЛЭК. Архив включает паспорта производственных объектов и их элементов, акты обслуживания и другую техническую информацию.
Поскольку паспортизация объектов проводилась много лет на основе разработанных стандартных бланков, именно этот документ был положен в основу информационного наполнения базы пространственных данных. Полнота заполнения паспортов производственных объектов оценена в 60-65%.
Прообразом модели послужила ГИС-модель распределительных электросетей ArcGIS Electric Distribution Model, разработанная компанией Miner&Miner. Модель создавалась в программном продукте Microsoft Visio c использованием нотации uml – универсального языка моделирования.
На логическом уровне построения модели среди всех возможных абстрактных классов объектов распределительных сетей отобраны лишь те, которые подлежали инвентаризации в рамках ГИС МОЭСК. Они включали:
- сегменты электрической сети – линии электропередач, объекты и характеристики объектов, осуществляющих передачу электроэнергии в распределительной сети;
- устройства электросети – различные устройства, обеспечивающие защиту, стабильное распределение, регулирование и преобразование электроэнергии (трансформаторные подстанции, трансформаторы, переключатели, предохранители и т.п.);
- потребители электроэнергии – промышленные, коммерческие и бытовые объекты, потребляющие электроэнергию.
За пределами модели остался класс структурныхсопутствующих объектов, таких как опоры, смотровые колодцы и т.п., обеспечивающих размещение и поддержку функционирующих элементов систем энергоснабжения; на стартовом этапе создания ГИС МОЭСК этот класс не рассматривался.
Построение модели организовано в иерархическое дерево «сверху-вниз», от абстрактных к конкретным классам объектов. Общий вид статической модели блока производственных пространственных данных в рабочем окне программного продукта MS Visio приведен на рис. 4.
Рис. 4. Общий вид статической модели производственных данных ГИС МОЭСК.
На уровне абстрактных классов введен класс «ElectricNetwork», объединяющий объекты в общую региональную сеть.
На уровне конкретных классов объектов введены следующие классы:
- Eline – класс объектов «линия электропередачи»
- TP – трансформаторные подстанции
- Transformer – трансформаторы
- Cell – ячейки регулирующих устройств
- Fider – фидеры
- Users – потребители
Часть объектов не имеет собственной пространственной составляющей в ГИС. Они представлены в модели как классы объектов, связанных с объектами, имеющими пространственную составляющую.
Объекты, имеющие пространственную составляющую, включают уникальный идентификатор объекта, собственные характеристики, сформированные по данным из паспортов, а также ключевые поля для присоединения дополнительных характеристик, касающихся технических, эксплуатационных и экономических показателей.
Возможности ArcGIS обеспечивают автоматическое создание физической модели данных по ее логической схеме формата MS Visio.
С этой целью все логические элементы сети были интерпретированы в классы объектов БГД с определенной формой локализации и пространственных (топологических) взаимоотношений:
- класс объектов «Линии электропередач» – линейные;
- классы объектов «Трансформаторные подстанции» и «Потребители» – точечные;
- тип взаимоотношений – связность всех объектов в единой сети, отсутствие изолированных (не связанных с другими объектами) точечных элементов.
Разработанная логическая модель формата MS Visio преобразована в шаблон блока производственных данных в общей базе геоданных ГИС МОЭСК. Шаблон прошел проверку и был дополнен необходимыми правками непосредственно в приложении ArCatalog. Фрагмент шаблона блока производственных данных в БГД в приложении ArcCatalog приведен на рис. 5.
Рис. 5. Блок производственных данных в базе геоданных (БГД).
До начала ввода пространственных данных были разработаны принципы формирования уникальных идентификаторов пространственных объектов (IdGis), которые послужат первичным ключом для связи с пространственными объектами внешних баз данных (данных паспортизации или данных по потребителям в системе 1С). Идентификатор IdGIS формируется во всех информационных системах автоматически и независимо, но по единой схеме, что обеспечит совместимость производственных данных этих систем.
Для трансформаторных подстанций (ТП) IdGIS определяется по трем составляющим: местонахождению (код ОКТМО), типу и диспетчерскому номеру. Для линий электропередач – по кодам начального и конечного объектов; для потребителей – по номеру абонента энергопотребления.
Наполнение базы производственных данных
В рамках проекта предполагалось отработать методику ввода пространственных данных производственной составляющей. Сложность состояла в том, что информация о местоположении объектов была рассредоточена по разным документам и представлена в различной нестандартизованной форме: текстовых описаниях, схемах, адресах, рисунках. Для проведения эксперимента были отобраны территории двух ЭЛЭК: Воскресенской и Луховицкой.
К началу заполнения базы данных была подготовлена многоуровневая картографическая основа и отобрана информация, по которым можно установить местоположение производственных данных. Большинство трансформаторных подстанций имели адресную привязку и хорошо идентифицировались на космических снимках высокого разрешения. Для их точной пространственной привязки использовались следующие виды информации: адрес (если имелся), описание местоположения в технической документации, схематическое отображение ТП на планах линий электропередач. Эти источники информации сопоставлялись между собой, и объект идентифицировался на базовой пространственной основе (рис. 6). ТП формировали каркас пространственной организации сети в ЭЛЭК, а затем они соединялись кабельными или воздушными линиями мощности 6-10 кВ между собой и линиями электропередач 0,4 кВ – с потребителями.
Рис. 6. Пример технического документа, показывающего местоположение трансформаторных подстанций и трассировку кабельной линии.
Привязка ТП к основе сопровождалась внесением в базу данных всей имеющейся в технической документации информации: диспетчерского названия подстанции, ее типа, мощности, года ввода в эксплуатацию, количества и мощности трансформаторов и т.п.
В ходе работы было установлено, что ЭЛЭКи имеют разный уровень обеспеченности документами, и восстановление сведений о местоположении производственных объектов потребует привлечения региональных специалистов и полевых исследований.
Для привлечения к редактированию региональных специалистов были подготовлены картографическая основа и производственные данные в виде картографического сервиса, предоставлена возможность нанесения и редактирования производственных данных инженерам ЭЛЭК в web-приложении через Интернет. (Окно web-приложения для работы с данными в центре и в региональных ЭЛЭК приведено на рис. 7). Кроме того, дополнительные данные собирались при выезде сотрудников МОЭСК на местность для получения сведений о местоположении объектов с помощью GPS–приемника TOPCON.
Рис. 7. Web-приложение МОЭСК.
В результате выполненных работ была восстановлена распределительная сеть электроснабжения в экспериментальных районах. Привязанный к картографической основе фрагмент распределительной сети Воскресенской ЭЛЭК приведен на рис. 8.
Рис. 8. Распределительная сеть в одном из районов г. Воскресенска.
ГИС МОЭСК в стартовом варианте стала отправной точкой для расширения работ по наполнению единой БПД производственными данными остальных ЭЛЭК.
Аналитические шаги
Аналитические возможности ГИС – один из серьезных факторов в пользу внедрения системы в производственную деятельность.
Уже на стартовом этапе были опробованы простейшие функции для получения первых аналитических материалов по введенным в БГД производственным данным. Так, например, для задач расчета возможности присоединения новых пользователей к существующей сети были построены буферные зоны вокруг ТП и проведена их классификация по мощности и загруженности. Это значительно сокращает время поиска возможных вариантов для присоединения новых пользователей (рис. 9). Другой пример – анализ изношенности подстанций в сравнении с графиками планирования ремонтных работ. На рис. 10 приведен фрагмент аналитической карты ТП Луховицкой ЭЛЭК с классификацией подстанций по году их ввода в эксплуатацию.
Рис. 9. Мощность и загруженность существующих трансформаторных подстанций (ТП) г. Луховицы.
Рис. 10. Дата ввода в эксплуатацию трансформаторных подстанций (ТП) г. Луховицы.
Сотрудники компании видят большие перспективы у данного информационного ресурса и планируют разработку различных аналитических сценариев, которые будут решаться с помощью ГИС. В планах компании использовать ГИС-систему для подготовки отчетов и документации, сопровождаемых детальными картографическими материалами.
По мере выполнения работ проходили постоянные консультации с соисполнителями других информационных систем, сопряжение и согласования производственных данных. Было определено, что на первом этапе вся информация консолидируется в ГИС, поскольку она была развернута раньше, чем система паспортизации, и операторы вводят пространственную и атрибутивную информацию в обе системы. В дальнейшем, по мере заполнения системы паспортизации, для исключения дублирования данных предполагается перераспределить хранение данных по системам: техническую информацию по производственным объектам хранить в системе электронной паспортизации, а сведения о пользователях предполагается поддерживать в системе 1С. Таким образом, за ГИС сохранится интеграционная функция консолидации, представления и анализа производственной информации МОЭСК в едином ресурсе.
Старт ГИС МОЭСК дан. В компании сформировано ГИС-подразделение, обучены специалисты, получены первые результаты, но главное – формируются большие планы на масштабное использование уникальных возможностей этих технологий сотрудниками компании.
