Командная работа над проектом цифровизации городского хозяйства студентов факультета географии РГПУ им. А.И.Герцена

Командная работа над проектом цифровизации городского хозяйства студентов факультета географии РГПУ им. А.И.Герцена

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы организации совместной дистанционной работы специалистов при выполнении задач цифровизации городского хозяйства. Предложена методика и набор программных инструментов российского производства для безопасной работы с данными разных форматов (офисные документы и таблицы, геоданные ГИС, телеметрии и др.) и для ведения конфиденциальной деловой переписки в формате «одного окна». Благодаря платформенному подходу предложенный инструментарий позволяет оперативно разворачивать единое информационного пространство как в сети Интернет, так и в изолированных сетях Интранет, в т.ч. для работы с информацией ограниченного доступа.

На примере работы выполненной с привлечением студентов факультета географии Герценовского университета в рамках производственной практики, продемонстрированы высокие темпы и положительные результаты при решении задач развития «Умных городов». Достигнутые результаты показали высокую эффективность и потенциальные возможности участия учебных заведений в проектах по внедрению IT-технологий национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации».

Материалы статьи могут быть использованы органами власти и коммерческими организациями при управлении проектами территориального планирования и развития коммунальной инфраструктуры городов с использованием цифровых технологий, а также учебными заведениями в качестве методических рекомендаций для составления образовательных программ и проведения производственной практики студентов в области ГИС.

Ключевые слова: умный город, генплан, системы коммунальной инфраструктуры, управление проектом, интегрированная среда общих данных и взаимодействия

Введение

Модернизация городского хозяйства посредством внедрения цифровых технологий на текущий момент относится к ключевым задачам эффективной градостроительной политики, обеспечения благоприятной среды жизнедеятельности населения и развития жилищно-коммунального хозяйства [1]. Базы решений для умных городов [2, 3] содержат большое количество решений, число которых постоянно увеличивается и стоит задача их качественного сравнения для выбора применительно к конкретной задаче.

Помимо сложности выбора из готовых программных решений к барьерам на пути цифровизации городов в нашей стране могут быть отнесены дефициты обеспеченности компетентными кадрами и продукцией российского производства [4].

Для преодоления этих и иных барьеров национальной программой «Цифровая экономика Российской Федерации» предусмотрены и реализуются федеральные проекты «Жилье и городская среда», «Кадры для цифровой экономики» и «Цифровые технологии».

В связи с отмеченным актуальным является следующее:

• детальная демонстрация возможностей и апробация комплексных программных решений российского производства - как уже имеющих практическое применение в российских и зарубежных компаниях, так и находящихся в стадии разработки (особенно разрабатываемых при финансовой поддержке государства);

• повышение компетенций и навыков в части использования цифровых технологий - как для работающих специалистов, так и студентов учебных заведений.

В статье эти вопросы рассмотрены на примере производственной практики студентов 4 курса кафедры экономической географии, проведенной в формате дистанционной работы из-за ограничений, связанных с распространением новой коронавирусной инфекции (COVID-19) [5-7]. В процессе практики организовано взаимодействие типовой проектной команды, разработаны данные территориального планирования и развития коммунальной инфраструктуры. В качестве рабочих инструментов использовано отечественное программное обеспечение для работы с данными разных форматов – офисными и пространственными форматами данных, а также для организации единого информационного пространства проектных команд (цифровой среды общих данных и взаимодействия).

Организационно-методические положения

Цели и задачи практики

Цель практики - закрепление и освоение нового теоретического материала по работе с ГИС-системами, приобретение базовых знаний и навыков студентов по практической работе с пространственными данными.

Задачами практики явились:

1. Освоить программные инструменты, знания которых становятся обязательными для инженеров, работающих с ГИС.
2. Ознакомление с законодательством РФ в сферах градостроительства, развития систем коммунальной инфраструктуры, и использования информационных технологий.
3. Анализ пространственных данных градостроительного зонирования и обеспеченности территорий инженерной инфраструктурой.
4. Оценка удобства и определение направлений совершенствования принятых методов и инструментов проведения практики

Состав и базовые навыки участников практики

Команда, сформированная на период практики составила 8 человек:

1. Преподаватели и магистранты РГПУ им. Герцена – 2 чел.
2. Представители компании ООО «КОДИНГ», в которой проходила практика - 1 чел.
3. Студенты РГПУ им. Герцена – 5 чел.

К областям интересов студентов относятся: экология и природопользование, топливно-энергетический комплекс, градостроительство и др.
Из указанного состава на начало практики знаниями языков программирования владели только ответственные за практику, из студентов – двое имели базовые знания по работе с PascalABC и SQL. Количество человек, владеющих навыками разной степени по работе в ГИС с разбивкой по ПО приведено на рисунке 1.
Количество человек, владеющих навыками разной степени по работе в ГИС с разбивкой по ПО приведено на рисунке 1.

Рисунок 1

Процессы, методы и инструменты

В таблице 1 приведены основные организационные задачи, стоящие перед руководителями проектных коллективов, которые были учтены для эффективного выполнения работ, а в таблице 2 соответствующие методы и инструменты для реализации этих задач.

Этап практики	Содержание работ
Подготовительный	Настройка единого информационное пространства для совместной работы с общими данными, с учетом организационной структуры и категорий доступности информации. Настройка инструментов планирования и мониторинга выполнения работ. Настройка инструментов для уведомлений и коммуникации.
Производственный	Проведение встреч с участниками в формате видеоконференцсвязи. Публикация информационных материалов для общего доступа, включая образовательные материалы, исходные данные и результаты выполненных работ. Постановка задач и контроль их выполнения. Переписка по вопросам решения задач практики.
Заключительный	Публикация отчетных материалов о практике. Подведение итогов с презентацией результатов практики. Архивное хранение результатов практики.

Таблица 2 - Основные методы решения задач и инструменты для их реализации использованные в период практики

Методы	Инструменты
Командная работа в программной среде для совместной работы	Datrics* - отечественное ПО, предназначенное для организации совместной работы с данными разных форматов (документы, таблицы, ГИС, телеметрия), коммуникации пользователей и мониторинга рабочего процесса в едином интерфейсе пользователя.  Zoom – программное обеспечение для видеоконференций.
Информационное моделирование в геоинформационной системе (ГИС)	ZuluGIS – отечественная ГИС, предназначенная для разработки приложений, требующих визуализации пространственных данных в векторном и растровом виде, анализа их топологии и их связи с семантическими базами данных.  QGIS – свободно распространяемая ГИС.
Анализ данных и автоматизация решения задач с использованием языков программирования	SQL, Python, VBScript, Java Script.

*Программное обеспечение Datrics является отечественной разработкой, выполненной при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям (образован в соответствии с постановлением Правительства РФ №65 от 03.02.1994)

 В качестве альтернативных известных инструментов могут быть использованы следующие:

1. Среды для командной работы: Microsoft (Teams, SharePoint, Skype), Google (Docs, Meet), Trello и др.
2. ГИС: MapInfo, ArcGIS [8] и др.

Окончательный выбор инструментов был обоснован следующими основными требованиями:

Готовой интеграцией решения с возможностью одновременной работы в формате «одного окна» с данными ГИС-системы, документами MS Word и PDF, таблицами MS Excel и коммуникации.

Безопасностью и надежностью хранения данных без риска постороннего доступа и порчи данных.

Использованием, преимущественно, отечественного и свободно распространяемого ПО, имеющего практическое применение в российских и зарубежных компаниях.

Порядок выполнения работ 

Общие сведения

Среди организационных особенностей проектов цифровизации городского хозяйства могут быть выделены три общие:

1. Цикличность выполнения работ связанная с необходимостью периодической актуализации данных, как правило, ежегодно.
2. Междисциплинарный характер выполнения работ, характеризующийся большим количеством участников процесса (рисунок 2).
3. Межотраслевая связь принимаемых решений, в комплексе влияющих на бюджеты городов и требующая постоянного обмена данными (рисунок 3) [9].

Эти особенности учтены при выборе в качестве среды взаимодействия программного обеспечения Datrics, обладающего гибкими возможностями по настройке прав доступа к данным на основе ролевой модели, возможностями версионирования данных, обеспечивая доступ в любой момент времени к разным версиям документов, и возможностями интеграции со смежными информационными системами. Одной из практических областей применения таких возможностей являются информационные системы обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД) [10].

Рисунок 2 – Условная схема организации взаимодействия междисциплинарных команд при выполнении проектов цифровизации городского хозяйства

Организация рабочей среды

Порядок настройки среды для совместной работы приведен в приложении А к настоящей статье.

Для работы с геоданными использован ZuluServer 8.0 c веб-службами для многопользовательской работы со слоями в настольном приложении ZuluGIS и в веб-приложениях ZuluGIS Online и Datrics.

Законодательство

В процессе практики студенты были ознакомлены со следующим базовым законодательством, которое необходимо знать специалистам, выполняющим проектные работы по развитию городов:

Законодательство в сфере градостроительства и развития систем коммунальной инфраструктуры:

1. Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29.12.2004 г. N190-ФЗ.
• Документы по разработке схем и программ развития систем коммунальной инфраструктуры (городских систем газо-, электро-, тепло-, водоснабжения и водоотведения).
• Федеральный закон от 28 июня 2014 г. N 172-ФЗ "О стратегическом планировании в Российской Федерации".
2. Законодательство об условиях и безопасности использования информации:
• Федеральный закон от 27 июля 2006 г. N 149-ФЗ "Об информации, информационных технологиях и о защите информации".
• Закон РФ от 21 июля 1993 г. N 5485-I "О государственной тайне".

На примере Санкт-Петербурга рассмотрена взаимосвязь основных документов, обеспечивающих развитие города в соответствии с региональным Законом Санкт-Петербурга от 1 июля 2015 г. N 396-75 "О стратегическом планировании в Санкт-Петербурге" (рисунок 3).

Рисунок 3 - Принципиальная схема документов по развитию городов (на примере Санкт-Петербурга)

Сокращения: СКИ - системы коммунальной инфраструктуры; ИЭК - инженерно-энергетический комплекс, является частью СКИ и включает системы газо-, электро-, тепло-, водоснабжения и водоотведения; ПКР - программы комплексного развития СКИ

Причиной включения в перечень рассматриваемого законодательства документов по работе с информацией явилось то, что к исходным данным по развитию городов относится информация, дифференцируемая по уровню доступности на общедоступную информацию (открытые данные) и информацию ограниченного доступа (государственная и коммерческая тайна). Низкая осведомленность по данному вопросу может привести к привлечению к ответственности специалистов, работающих в бюджетных и в коммерческих организациях.

Для удобства рассмотренное законодательство было размещено во вспомогательном проекте «Нормативно-справочная информация» (рисунки А.1, Б.1).

Источники информации

Для решения задач практики студентам было предложено разработать и проанализировать территориальное развитие городов Ленинградской области - Выборга и Сясьстроя, на основе следующих общедоступных данных:

1. Данные официальных сайтов городов Выборг и Сясьстрой: генеральные планы и схемы теплоснабжения муниципальных образований.
2. Пространственные данные с Tile-сервера OpenStreetMap и ресурсов, предоставляющих возможность скачивания данных OpenStreetMap в векторном формате (NextGIS, Geofabrik и др.).

 Для быстрого нахождения и удобства использования все исходные данные размещались в категории «Исходные данные» (рисунки Б.2-Б.3).

Разработка и анализ данных

На основе собранных исходных данных для городов Выборг и Сясьстрой разработаны:

1. Пространственные данные в ZuluGIS: слои функциональных зон и электронных моделей систем теплоснабжения (рисунок Б.4).
2. Табличные данные в ZuluGIS: геометрические характеристики и параметры плотности застройки по территориальным зонам (рисунок Б.5).
3. Отчеты в Datrics: описания разработанных данных и результатов выполненного анализа данных (рисунок Б.6).

При разработке и анализе геоданных использовались возможности программного обеспечения ZuluGIS по формированию выборок данных и автоматизации работы с базами данных слоев с использованием инструмента SQL-запросов (рисунок Б.7). В рамках самостоятельных работ студентами выполнены задачи:

1. Выборка данных из одного и нескольких слоев (оператор SELECT):
• Выведены результаты запросов по 1 слою с геометрическими характеристики одновременно всех функциональных зон: ID; площадь, м²; периметр, м; и др.
• То же с заданием условий выборки с использованием оператора WHERE;
• То же с математическими расчетами и округлениями значений;
• Выведены результаты запросов по нескольким слоям: количество зданий, расположенных внутри контуров функциональных зон; рассчитаны площади, занятые зданиями внутри зон, а также коэффициенты застройки и плотности застройки в соответствии с СП 42.13330.2016 "Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений".
2. Изменение данных (оператор UPDATE):
• При создании слоев электронных моделей систем теплоснабжения атрибутные значения по объектам слоев частично заполнены значениями из смежных слоев: адреса всех потребителей тепла перенесены из слоя со зданиями.

Результаты всех самостоятельных работ размещены в категории «Выполненные задания» (рисунок А.2).

Результаты самостоятельных работ могут быть использованы администрациями и теплоснабжающими организациями городов Выборг и Сясьстрой. И при корректировке с уточнением по фактическим исходным данным приняты в практическую деятельность управления и развития городами.

Дополнительные возможности

Помимо основных описанных результатов работ в течение практики было выполнено ознакомление:

1. С автоматизацией задач в ZuluGIS с использованием языков программирования VBScript и JScript, использование которых среди прочего позволяет пользователям расширять функционал программного обеспечения добавлением собственных кнопок в интерфейсе ZuluGIS.
2. С автоматизацией задач в QGIS с использованием языка программирования Python, знание и использование которого для инженеров и аналитиков становится обязательным во многих организациях. 
3. С работой в ZuluGIS с данными, полученными от беспилотных летательных аппаратов на примере анализа тепловизионной съемки.
4. С развитием возможностей программирования и анализа данных с использованием языков программирования Python и JavaScript в Datrics.

Итоги

Достигнутые результаты

В процессе практики были освоены следующие навыки и знания:

1. Выполнено ознакомление с основным законодательством, учет которого требуется при выполнению работ по развитию городов.
2. Освоено использование отечественного программно-расчетного комплекса ZuluGIS, включая возможности создания геоданных, визуализации семантической информации, пространственного анализа и проведения расчетов по системам теплоснабжения с использованием лицензий ZuluThermo.
3. Получены навыки по работе с языками программирования SQL, Python и VBScript.
4. Освоено отечественно программное обеспечение для совместной работы Datrics.

 Полученные навыки позволили выполнить следующие самостоятельные задания:

1. Решить частные задачи, выполняемые при разработке Генеральных планов городов и поселений, а именно разработать геоданные по функциональным зонам городов Ленинградской области (Выборг и Сясьстрой), и проанализировать их с оценкой основных показателей плотности застройки по каждой зоне. Выполненный анализ позволил сделать выводы о корректности оценки показателей относительно использованных данных, и их соответствия законодательным требованиям.
2. Разработать геоданные по теплоснабжению указанных городов в виде электронных моделей систем теплоснабжения, решающих помимо задач отображения и паспортизации объектов еще и расчетные задачи для планирования ремонтов и развития, а также повседневной технической эксплуатации систем.

Выводы

1. Организация процесса работ и успешно выполненные задачи, которые были поставлены перед командой студентов, соответствуют задачам, решаемым при практической деятельности компаний, использующих ГИС.
2. Возможности, реализованные в программном обеспечении Datrics, позволили оперативно развернуть единое информационное пространство для типовой проектной команды по цифровизации городского хозяйства
3. При работе в ZuluGIS развитый методический контент на русском языке, размещенный на YouTube-канале ZuluGIS и в разделе «Документация» сайта ООО «Политерм» позволил в короткие сроки разработать и выполнить анализ геоданных городов Выборг и Сясьстрой пользователями, ранее не имевшими навыков работы в программном комплексе.
4. Для повышения эффективности выполнения работ целесообразна интеграция Datrics с сервисами видеоконфернцсвязи, как обязательной компоненты живого общения, ускоряющего процесс выполнения работ.
5. С целью интенсификации процессов цифровизации в России и адаптации выпускников к производственной деятельности актуальным является включение в образовательные программы учебных заведений планов по изучению российских ГИС-систем, не уступающих мировым аналогам при выполнении практических задач, а также современных языков программирования для автоматизации задач и анализа данных.
6. В процессе выполненной работы выпускники факультета географии Герценовского университета получили знания и навыки, которые в короткие сроки могут быть адаптированы для эффективного решения задач цифровизации городского хозяйства.

Благодарности

Участники практики благодарят компанию ООО «Политерм» за предоставленные лицензии программного обеспечения линейки продуктов ZuluGIS и консультации оказанные в процессе практики.

Разработка программного обеспечения Datrics выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям (образован в соответствии с постановлением Правительства РФ №65 от 03.02.1994).

Список литературы

1. Приказ Минстроя России от 25 декабря 2020 г. №866/пр «Об утверждении Концепции проекта цифровизации городского хозяйства «Умный город».
2. Банк решений умного города. Электронный ресурс: https://russiasmartcity.ru/ [дата обращения: 11.01.2021] 
3. Сборник лучших муниципальных практик, реализованных в 2019 г. в номинации «Умный город». Минстрой России, 2020.
4. Готовность к цифровой трансформации отрасли «Транспорт и логистика». Краткий отчет по результатам исследования. Strategy Partners, 2020.
5. Приказ Минобразования РФ от 18 декабря 2002 г. N 4452 "Об утверждении Методики применения дистанционных образовательных технологий (дистанционного обучения) в образовательных учреждениях высшего, среднего и дополнительного профессионального образования Российской Федерации"
6. Методические рекомендации Министерства науки и высшего образования РФ от 1 апреля 2020 г. "О переводе внеучебной (воспитательной) деятельности образовательных организаций высшего образования в дистанционный режим в рамках распространения новой коронавирусной инфекции".
7. Методические указания по производственной практике для студентов факультета географии, обучающихся по направлению «05.03.02 – География», профиль «География». РГПУ им. А.И. Герцена. 2020 г.
8. Совместная работа студентов в ArcGIS Online. Электронный ресурс: https://blogs.esri-cis.ru/2019/05/02/совместная-работа-студентов-в-arcgis-online/ [дата обращения: 11.01.2021]
9. Цифровизация инженерной инфраструктуры Санкт‑Петербурга. Теплоснабжение. Доклад АО «Газпром промгаз». Электронный ресурс: https://www.gov.spb.ru/gov/otrasl/ingen/news/148572/ [дата обращения: 11.01.2021]
10. Постановление Правительства РФ от 13 марта 2020 г. N 279 "Об информационном обеспечении градостроительной деятельности".

Приложение А – Настройка среды для совместной работы

Настройка среды для совместной работы выполнена в программном обеспечении Datrics в следующем порядке:

1. Создан проект «Практика. Герценовский университет»

Рисунок А.1 – Страница проектов

2. Созданы категории для размещения материалов и настройки прав доступа к данным.

Рисунок А.2 – Страница категорий

К категории «Учительская» разрешен доступ только руководителям для размещения данных ограниченного доступа по вопросам управления практикой.

3. Созданы групповые чаты

Рисунок А.3 – Групповые чаты

К чату «Учительская …» разрешен доступ только руководителям для переписки по вопросам управления практикой.

4. Выполнено подключение к серверу ГИС ZuluServer 8.0 и настроены персональные права доступа к данным 

Рисунок А.4 – Выполнено подключение к серверу ГИС ZuluServer 8.0

Примечание: в Datrics реализована возможность разграничения прав доступа к геоданным идентично настройкам, заданным на сервере ZuluServer (см. раздел «Управление доступом к данным» Руководства пользователя ZuluServer 8.0). При необходимости настройки могут быть заданы на группу пользователей и персонально - для каждого пользователя в отдельности. <

5. На стартовую страницу проекта выведены основные данные разрабатываемые студентами для мониторинга хода выполнения работ. В качестве контролируемых были выбраны геоданные разрабатываемые в ZuluGIS.

Рисунок А.5 – Сравнение отображаемых данных в Datrics и ZuluGIS

Приложение Б – Примеры данных

Рисунок Б.1 – Вспомогательные информационные материалы

Рисунок Б.2 – Исходные данные. Материалы генерального плана

Рисунок Б.3 – Исходные данные. Векторные слои OpenStreetMap

Рисунок Б.4 – Разработанные данные. Геоинформационные слои

Рисунок Б.5 – Разработанные данные. Таблицы

Рисунок Б.6 – Разработанные данные. Отчеты

Рисунок Б.7 – Программирование и анализ данных. SQL-запросы

Рисунок Б.8 - Программирование и анализ данных. Python

Авторы

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена»

Отчет о практике.

Исполнители:
Студенты 4 курса факультета географии, кафедры экономической географии:
Сомов Г.М., Смоленцев К.Р., Иванова Ю.Ю., Валиева Г.И., Груздева В.А.

Команда управления практикой: