В данной статье рассматриваются основные отличительные черты организации системы водоотведения крупного мегаполиса, модели представления системы водоотведения в современных информационных системах и характеристика автоматизации системы водоснабжения МУП «Уфаводоканал». Подробно описываются преимущества использования технологий информационного моделирования объектов водоснабжения и водоотведения в ГИС в рациональном планировании, а также приводится пример автоматизации и описание её реализации с применением описанных технологий.
В каждом городе России водопроводно-канализационное хозяйство находится под управлением организации, входящей в Группу компаний «РОСВОДОКАНАЛ», основная сфера деятельности которой — снабжение питьевой водой населения и промышленных предприятий в городе и близлежащих районах. В функции предприятия входят очистка воды и ее транспортировка по водопроводным сетям, отведению стоков, строительство и техническое обслуживание водопроводно-канализационных объектов.
Быстрое развитие информационных технологий позволяет все большему количеству людей применять вычислительную технику в сфере своей профессиональной деятельности. Одним из основных направлений применения информационных систем являются задачи оперативного управления.
Роль муниципальной ГИС для предприятий, эксплуатирующих инженерные коммуникации, трудно переоценить. В настоящий момент современное программное обеспечение позволяет решать широчайший спектр задач в области управления городскими инженерными сетями и получать ощутимый экономический эффект от внедрения ГИС-технологий.
Вся информация, описывающая сеть предприятия, концентрируется в едином хранилище, что позволяет избежать дублирования и внутренней противоречивости информации. База знаний предприятия о своей сети перестает быть зависимой от конкретных физических лиц. Кроме того, единая электронная база данных обеспечивает быстрый доступ всех отделов и служб предприятия к достоверной информации по объектам инженерных коммуникаций. В любой момент времени сотрудник предприятия может получить регламентируемый доступ к паспортным данным по всем объектам; расходы, напоры и схемы подключения потребителей; суточные графики водопотребления и работы насосных станций и так далее, а также позволяет осуществлять в электронном виде ведение журналов по аварийным, ремонтным, профилактическим работам. Становится возможным автоматически подготавливать отчеты об изменении состояния сети (например, где и какие были аварии за определенный период времени, какие устройства были перекрыты, какие и когда абоненты были отключены), оптимизировать планирование и организацию проведения ремонтных и профилактических работ, что обеспечивает продление срока службы технологического оборудования предприятия. Автоматизируется процесс поиска запорной арматуры для изоляции аварийного участка, получение списка отключенных абонентов, поиска кратчайшего пути между объектами сети.
Таким образом, основной целью исследования является системный анализ задачи формирования отключаемых участков в системе ГИС водоснабжения и использования пространственных данных в программном обеспечении организации водоканал на примере МУП «Уфаводоканал».
1. Организация системы водоотведения крупного мегаполиса
Система водоснабжения и водоотведения любого большого города — сложный комплекс инженерных объектов, в который входят напорные и самотечные сети, водопроводные и насосные станции, очистные сооружения. Основными стратегическими направлениями работы МУП «Уфаводоканал» в последние годы были строительство новых сетей, планомерная замена изношенных трубопроводов и аварийно-ремонтные работы. Принятые решения по реорганизации производственных процессов, совершенствованию системы учета и контроля, оптимизации распределения средств позволили предприятию не только решать задачи по увеличению объемов капитального строительства и реконструкции, но и, как результат, решить проблему дефицита питьевой воды, централизованного сбора и транспортировки сточных вод на очистные сооружения канализации в городе с населением более 1 млн человек.
Основной задачей сейчас является не только улучшение качества услуг водоснабжения и водоотведения, предоставляемых потребителям, но и на базе внедрения современных технологий, оптимизация экономических решений при модернизации и эксплуатации водопроводно-канализационного хозяйства в городе. Для реализации этой задачи была выбрана ГИС «ИнГео» разработанная Центром системных исследований «Интегро» в г. Уфа. Система идеально подходит для создания и поддержки карт уровня город-район с сотнями тысяч объектов, относящихся к сотням различных типов. ГИС «ИнГео» может использоваться для создания Муниципальной ГИС, служить картографической основой для построения информационной системы обеспечения градостроительной деятельности или внедряться на уровне отдельных организаций — предприятий ЖКХ и крупных промышленных предприятий.
Модели представления системы водоотведения в информационных системах
Основным назначением информационной системы является повышение организованности и управляемости сетей водоотведения путем перехода на единую информационную модель сетей водоотведения и электронную технологию документооборота.
Основные функции информационной системы:
– систематизация на топографической основе информации об объектах сетей водоотведения, застройке, дорожной и улично-дорожной сети, гидрологии, зонах затопления, отчуждения, охранных зонах, полосах и участках землеотвода;
– ведение графической и атрибутивной информации по всем объектам и оборудованию сетей водоотведения;
– совместное представление трасс магистралей, распределительных трубопроводов и других инженерных коммуникаций на электронной топографической основе;
– удобный инструментарий для инвентаризации объектов и оборудования;
– оперативное получение информации об объектах сетей водоотведения в любой части территории;
– подробное отслеживание неисправностей, регламентных и ремонтно-восстановительных работ, измеряемых параметров объектов и оборудования;
– информационное обеспечение для планирования работ по реконструкции и ремонту сетей водоотведения с учетом других инженерных коммуникаций;
– контроль сроков и качества выполнения работ;
– отслеживание остаточного ресурса оборудования;
– графическое отображение на схемах сетей выведенных из работы на ликвидацию аварий или ремонт участков трубопроводов, насосных станций, камер и колодцев, узлов управления и их оборудования;
– отображение на плане местности планируемых и выполняемых работ на объектах.
В первом разделе информационной системы представлены трассы трубопроводов и прочих коммуникаций с привязкой к контурам сооружений на плане местности. С увеличением масштаба в контурах КНС, колодцев, водоочистных сооружений автоматически становятся видимыми планы их строительных частей.
Во втором разделе информационной системы послойно в разных масштабах представлены технологические схемы канализационных и дренажных сетей на плане местности с имитацией текущих состояний запорной арматуры. При определенном масштабе в контурах объектов становятся видимыми их схемы.
В третьем разделе информационной систем представлена технологическая схема с высокой обзорностью без привязки к местности. Все объекты и оборудование описываются технологическими паспортами. Имеется возможность синхронного отображения некоторого фрагмента топоосновы в масштабе, отличном от основного. Структура системы адаптируется к местным условиям эксплуатации сетей водоотведения. (Рисунок 1)
Рис. 1. Представление трасс трубопроводов и планов объектов на местности.
Графические изображения создаются с помощью библиотек типовых элементов (символов, условных обозначений), линий, геометрических фигур, надписей. Предусмотрена возможность расширения и коррекции библиотек элементов. Выбор объектов для параметрического и технологического описания осуществляется как путем выделения их графических изображений, так и путем выбора объектов из каталога (Рисунок 2). Обеспечивается распечатка графических изображений трасс, схем и их фрагментов, а также атрибутивных и прочих отчетов.
Рис. 2. Технологическая схема КНС
Создание единого информационного пространства городских сетей водоотведения позволяет существенным образом повысить их организованность и управляемость [2]. Эффективность использования информационной системы представлена в таблице 1.
Таблица 1
Эффективность использования информационной системы
|
Факторы эффективности |
Способ достижения |
|
Экономия рабочего времени ИТР за счет исключения ручной обработки информации на бумажных носителях и перераспределение его в интеллектуальном направлении (повышение квалификации посредством обмена опытом, изучение новых технологий эксплуатации оборудования) |
Использование информационных запросов к базе данных, позволяющих автоматизировать получение отчетной документации. Унификация событий, состояний, информационных модулей, использование справочников для упрощения технологии ведения документации |
|
Снижение затрат на эксплуатацию инженерных сетей за счет снижения аварийности |
Упреждение аварий посредством оперативного выявления слабых мест (неисправности, малый остаточный ресурс) |
|
Снижение затрат на эксплуатацию инженерных сетей за счет более эффективных режимов сетей |
Имитационное моделирование и апробация различных режимов сетей |
|
Исключение приобретения оборудования, ненадежного по результатам эксплуатации |
Посредством информационных запросов выявляется оборудование различных типов с наименьшим числом отказов |
|
Снижение ущербов потребителей услуг инженерных сетей за счет уменьшения перерывов электроснабжения |
Упреждение аварий посредством оперативного выявления слабых мест (неисправности, малый остаточный ресурс) |
|
Снижение расходов на материалы (запчасти, специальные материалы) |
Проверка правильности отчетов по расходам материалов при анализе причин повторных неисправностей одних и тех же объектов |
Характеристика автоматизации системы водоснабжения МУП «Уфаводоканал»
Базы цифровых карт объектов разработки являются важнейшей со-ставляющей информационных технологий долговременного и оперативного управления системой водопроводных сетей МУП «Уфаводоканал».
С целью реализации нужд предприятия были выбраны оптимальные схемы комплексирования программно — информационных средств и уточнены процедуры эксплуатации, выполняемых в ГИС. Схемы комплексирования формируются на основе внутренних возможностей, имеющихся базовых ГИС. Так для выполнения процессов векторизации растровых карт, и ведению цифровых карт в ГИС «ИнГео» имеется удобный набор инструментов и функций. Наличие внутреннего графического редактора позволяет создавать любые условные обозначения.
Обеспечивая доступ из нескольких рабочих станций к автоматизированной базе данных цифровых карт, сосредоточенной на одном сервере, ГИС «Ин-Гео» способствует повышению безопасности хранения цифровой картографической информации.
ГИС «ИнГео» представляет собой программный продукт, работающий в режиме клиент-сервер, и состоящий из двух частей:
– сервера данных ГИС;
– клиентской части ГИС, реализующей основные функции системы.
Сервер данных ГИС «ИнГео» устанавливается на сервер Windows для организации многопользовательской работы с базой данных ГИС. Активизация Сервера данных ГИС «ИнГео» происходит автоматически в момент загрузки операционной системы. Одновременно с активизацией Сервера открываются базы данных ГИС «ИнГео». Создание новой базы данных ГИС «ИнГео» выполняется администратором на сервере данных ГИС «ИнГео».
ГИС «ИнГео» оперирует с двумя типами объектов:
– пространственные;
– системные.
Совокупность пространственных и системных объектов образует цифровую карту в данной системе. К пространственным объектам относятся объекты, которые отображаются в виде графики и соответствуют реальным объектам на местности. Системные объекты — это объекты, с которыми оперирует ГИС для выполнения возложенных на нее функций. (Рисунок 3)
Рис. 3. Дерево системных объектов в базе данных ГИС «ИнГео»
Как видно из рисунка цифровая карта данных ГИС «ИнГео» состоит из следующих системных объектов:
– территория — некоторая прямоугольная область, имеющая заданные границы, в рамках которой создаются цифровые карты;
– проект — это системный объект, являющейся «шлюзом» между пользователем и системой, позволяющий распределить цифровые карты по смыслу;
– векторная карта — векторное представление растровой карты в ГИС;
– слой — это множество однотипных системных объектов, имеющих общий набор семантических характеристик и обладающих одинаковыми правилами создания и методами обработки;
– стиль — это метод и способ отображения системного пространственного объекта на цифровой карте. В ГИС «ИнГео» имеются следующие виды стилей: стандартный, символьный, текстовый;
– семантическая таблица слоя — это таблица, в которую помещаются значения характеристик пространственного объекта;
– топологические отношения — это системный объект, организующий пространственную связь между объектами из двух разных слоев.
Заключение
В данной статье были рассмотрены основные отличительные черты организации системы водоотведения крупного мегаполиса, модели представления системы водоотведения в современных информационных системах и характеристика автоматизации системы водоснабжения МУП «Уфаводоканал». Подробно описаны преимущества использования технологий информационного моделирования объектов водоснабжения и водоотведения в ГИС в рациональном планировании, а также приводится пример автоматизации и описание её реализации с применением описанных технологий.
Литература:
- Романова Ю. Д. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для ВУЗов. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Эксмо-Пресс, 2008. — 304 с.
- Советов Б. Я. Информационные технологии — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство. Юрайт, 2016. — 263 с.;
- ЦСИ «ИНТЕГРО» // Центр системных исследований «Интегро». URL: http://www.integro.ru (дата обращения: 14.02.2018).
- Валеев Р. А. Геоинформационные технологии и информационная поддержка деятельности городских органов внутренних дел: опыт Республики Башкортостан: монография / Р. А. Валеев, О. А. Ефремова, В. Г. Крымский и др. — Уфа: УГАТУ, 2013. — 295 c.;
- Косыгин А. Б., Фомина И. В., Горицкий В. М., Хромов Д. П. Методика оценки технического состояния и остаточного ресурса трубопроводов водопроводной и канализационной сетей г. Москвы // Водоснабжение и санитарная техника («ВСТ»). — 2010. — № 3. — С. 31–33.
