Внедрение ГИС на предприятия сферы ЖКХ

Внедрение ГИС на предприятия сферы ЖКХ

Томилин Вячеслав Владиленович
Мужичков Евгений Александрович
ООО НВЦ «Интеграционные Технологии»
г. Долгопрудный
тел.: (495) 225-3921
http://www.gis.su
[email protected]

1. Что может дать ГИС предприятию сферы ЖКХ

Итак, Вы приняли решение внедрить ГИС на своем предприятии.

С одной стороны это современное, прогрессивное решение: ГИС на предприятии позволяет полностью автоматизировать или сильно упростить выполнение различных задач, возникающих в процессе работы, что приводит к сокращению как временных, так и денежных затрат. При полноценном внедрении ГИС речь идет уже не о повышении деятельности того или иного отдела, но о росте эффективности функционирования предприятия в целом.

С другой стороны – мало принять решение о внедрении ГИС. Необходимо с самого начала понять, что именно Вы хотите получить от внедрения системы, и построить процесс внедрения так, чтобы при эксплуатации максимально использовать возможности, ей предоставляемые. Сразу следует отметить, что использование всех возможностей ГИС осуществимо только при внедрении сетевой версии, что обеспечивает одновременную работу нескольких пользователей с одной и той же базой данных. Использование ГИС, установленной только на одном компьютере, возможно, но малоэффективно по сравнению с клиент-серверной версией.

Рассмотрим основные задачи, которые позволяет решать ГИС, уже внедренная и функционирующая на предприятии.

Задача 1. Централизованное хранение информации.

Вся информация, описывающая сеть предприятия, концентрируется в едином хранилище (без этого она разбросана по множеству отделов). Во-первых, это позволяет избежать дублирования и внутренней противоречивости информации. Во-вторых, база знаний предприятия о своей сети перестает быть зависимой от конкретных физических лиц (вся информация вносится в систему в процессе ее создания).

Задача 2. Полная паспортизация объектов сети.

С одной стороны, это в чем-то банальная фраза. Однако возможности, скрывающиеся за ней, очень широки. Что такое полностью паспортизированная сеть и что можно делать с ней в ГИС?

• каждый объект имеет свой уникальный номер;
• известны паспортные данные по всем объектам. В том числе - схемы всех колодцев, камер, насосных станций или ЦТП; расходы, напоры и схемы подключения потребителей; суточные графики водопотребления и работы насосных и т.д.;
• имеется возможность осуществлять поиск объектов по любому запросу, как по пространственным, так и по табличным данным;
• можно просматривать состояние объектов (открыта или нет задвижка, работает ли насос, подключен ли потребитель);
• можно автоматически формировать отчеты по любому из объектов сети, сводные отчеты по всей сети в целом или же по части территории (поквартально, порайонно).

Без внедрения ГИС проведение полной паспортизации труднодостижимо даже в малом городе. На составление же сложных отчетов могут уходить дни, если не недели.

Задача 3. Решение коммутационных задач.

Это означает, что за считанные секунды можно:

• определить, какие задвижки надо перекрыть для изоляции аварийного участка;
• определить, какие потребители при этом будут изолированы.

Эти задачи могут решаться и без ГИС, тем более что требуемая информация в ПТО, как правило, есть. Проблема состоит в скорости ее обработки - так, нам приходилось наблюдать случаи, когда на поиск запорной арматуры для перекрытия аварийного участка уходило несколько дней. Когда вся информация имеется в электронном виде, этот процесс существенно облегчается.

Задача 4. Автоматизация работы диспетчерской службы.

Установленная в диспетчерской службе ГИС позволяет:

• осуществлять в электронном виде ведение журналов по аварийным, ремонтным, профилактическим работам, оперативно вносить изменения по изменению состояния объектов сети.
• автоматически готовить отчеты об изменении состояния сети (например, где и какие были аварии за месяц, какие устройства были перекрыты, какие и когда абоненты были отключены).

Задача 5. Проведение инженерных расчетов.

Очень часто именно возможность проведения инженерных расчетов является главной причиной принятия решения о внедрении ГИС. Действительно, возможность за считанные минуты рассчитать сеть, состоящую из десятков тысяч объектов, моментально произвести перерасчет при изменении состояния сети – фантастична. В случае теплосети речь идет о следующих типах расчетов, осуществляемых с использованием ГИС:

• наладочный расчет - обеспечение потребителей требуемым количеством воды и тепловой энергии; наладка тепловой сети – дросселирование (гашение) избыточного напора у потребителя. Проведение расчета самой теплосетью дает возможность отказаться от дорогостоящих услуг наладочных организаций;
• поверочный расчет - определение фактических расходов теплоносителя на участках тепловой сети и у потребителей, а также количества тепловой энергии, получаемой потребителем. Позволяет рассчитывать работу сети с учетом часто меняющихся условий – например, температуры воздуха;
• конструкторский расчет – анализ подключения новых потребителей (зданий или целых кварталов) к уже существующей и рассчитанной сети. В частности, позволяет упростить процесс выдачи технических условий на подключение.

В дальнейшем возможно развитие функциональности ГИС и внедрение программного обеспечения, например, для автоматизации расчетов с потребителями или теплотехнических расчетов котельных.

Можно и дальше продолжить список задач, решаемых ГИС, но уже сейчас видно, что список этот достаточно велик и преимущества, даваемые ГИС, не вызывают сомнений. Теперь рассмотрим как же надо внедрять ГИС.

---

2. Процесс внедрения ГИС-проектов

Допустим, проанализировав все выгоды использования ГИС, Вы приняли решение начать внедрение ГИС на своем предприятии. Внедрение систем такого класса – это длительный (в среднем 4-8 месяцев) и трудоемкий процесс, требующий немалых затрат и решения множества проблем как организационного, так и технического характера. Рассмотрим, как выглядит типовой процесс внедрения ГИС и из каких этапов он состоит. На основе нашего опыта работ, мы выделяем следующие этапы внедрения ГИС на предприятия сферы ЖКХ:

1. Определение главных целей внедрения системы, формализация требований к задачам, решаемых системой;
2. Выбор необходимого программного обеспечения;
3. Поставка, установка и настройка программного обеспечения;
4. Проектирование структуры данных, стилей, форм, шаблонов и условных обозначений;
5. Инвентаризация всего исходного (как бумажного, так и электронного) материала. Анализ материала;
6. Проведение работ по получению недостающих данных;
7. Подключение (сканирование, калибровка, вставка) бумажного материала в систему, импорт существующего электронного материала;
8. Векторизация городской территории и объектов инженерных сетей;
9. Заполнение таблиц семантических данных;
10. Ввод системы в эксплуатацию: обучение пользователей, настройка прав доступа к данным и т.д.;
11. Работы по актуализации данных и развитию функциональности ГИС.

---

3. Особенности внедрения ГИС-проектов на предприятия сферы ЖКХ

Процесс внедрения ГИС, описанный в предыдущем разделе, является достаточно общим для любого внедрения, будь то Теплосеть или Управление архитектуры города. Поэтому теперь следует отметить ряд особенностей, присущих ГИС именно на предприятиях сферы ЖКХ.

Особенность первая:

Предприятие занимается обслуживанием коммуникаций. Причем коммуникаций только своих.

Поэтому прежде всего оно заинтересовано во вводе информации о своих собственных сетях. Т.е. оцифровывается не все и вся, а лишь основная требуемая информация – базовые пространственные объекты и инженерные сети предприятия. Исходя из необходимости работы с сетями, выбирается и программное обеспечение – оно должно обеспечивать быстрый и удобный ввод коммуникаций, создание топологически корректного графа сети. Необходимо либо наличие, либо возможность подключения систем инженерных расчетов.

Конечно, предприятие испытывает необходимость и в знании месторасположения «чужих» сетей, но затраты на их ввод в систему могут оказаться чрезмерно высоки.

Вывод: ГИС предприятия – это ГИС его сетей, исходя из этого нужно устанавливать требования к внедрению ГИС на предприятии.

Особенность вторая:

Существуют разногласия между топографическим планом сети и ее расчетной моделью.

Это очень важная особенность, связанная с тем, что изображенная на топографических планах сеть не соответствует ее реальной структуре. И дело не в халатности составителей топопланов, это – принципиальная проблема. Например, прямой и обратный трубопровод на большинстве топопланов изображаются одной линией. Игнорируется структура сетей в колодцах и камерах, не изображаются контрольные и измерительные устройства, запорная арматура. Вынесение всей этой информации на крупномасштабную карту может привести к ее чрезмерной загроможденности и неудобочитаемости, но все же необходимо для корректной работы системы. Данная проблема может решаться с помощью генерализации (настройки диапазонов масштабов видимости объектов).

Вывод: При внедрении ГИС на предприятия, обслуживающие инженерные сети, необходимо совмещать расчетную модель сети и ее картографическое изображение в рамках одной системы. Это накладывает дополнительные ограничения на выбор внедряемой ГИС и методику ввода данных.

Особенность третья:

ГИС предприятия сферы ЖКХ – это система муниципального уровня

При внедрении любых геоинформационных систем неизбежно возникает вопрос правильного пространственного описания объектов. Применительно к предприятиям сферы ЖКХ это означает:

• Требования к системе координат.
  Т.к. ГИС предприятий уровня города или района описывают сравнительно небольшую территорию, использовать геоцентрические или иные сложные координат нет смысла. Лучше всего использовать местную прямоугольную систему координат.
• Требования к точности.
  Для предприятий сферы ЖКХ нужна высокая относительная точность расположения сетей относительно базовых пространственных объектов (привязок на местности), т.к. именно по привязкам ориентируются мастер или ремонтная бригада при проведении работ.
• Требования к масштабу.
  Основным масштабом, используемым при работе с бумажными картами, на предприятиях сферы ЖКХ, является М 1:500. В случае электронной карты это понятие несколько видоизменяется – увеличивать изображение на экране можно без ограничений. Т.е. «пятисотка» может быть получена на основе планшетов М 1:2000 (точность таковых составляет 40 см, что вполне достаточно для определения месторасположения инженерных сетей).
  При необходимости в процессе работы с электронной картой всегда можно вставить планшеты либо исполнительную съемку масштаба 1:500 и уточнить расположение уже векторизованных объектов. Также можно нанести и высотные отметки, отсутствующие на планшетах М 1:2000.

Вывод: Для большинства задач предприятия использование планшетов М 1:2000 дает сравнимые с М 1:500 результаты. При этом стоимость внедрения ГИС на их основе существенно ниже.

Резюмируя вышесказанное, отметим:
Основное требование к работающей ГИС – это ее функциональность. И правильность пространственного описания объектов определяется именно функциональным назначением системы, причем определяется она самим предприятием.

Особенность 4. Создание «малобюджетных» ГИС-проектов.

Для предприятий ЖКХ возможно создание так называемых «малобюджетных» ГИС-проектов. Под таковыми понимаются системы, внедренные с относительно небольшими временными и финансовыми затратами, при этом способные решать некоторые задачи, присущие полнофункциональной ГИС.

За нашу практику нам приходилось сталкиваться с двумя вариантами «малобюджетного» внедрения ГИС:

• Первичны расчеты магистральных сетей и энергосбережение.
  Вводятся данные по магистральным сетям, котельным и ЦТП (или источникам и ВНС); квартальные (районные) сети заменяются обобщенными потребителями. Данный вариант позволяет получить информацию об общей работе сети и разработать рекомендации по оптимизации режима работы насосных станций.
• Первично решение коммутационных задач.
  Сеть векторизуется без внесения семантических данных, но с нанесением запорной арматуры. В результате достаточно быстро появляется возможность решать диспетчерские и коммутационные задачи.

---

4. Подбор исходного материала для создания ГИС

В процессе внедрение ГИС не менее половины работ приходится на оцифровку (т.е. векторизацию и заполнение табличных данных) объектов инженерных сетей. Источником этих данных в основном служит имеющийся на предприятии бумажный материал. Качество данного материала определяет качество создаваемой ГИС и, соответственно, эффект от ее внедрения.

К сожалению, на большинстве предприятий ситуация с исходным материалом плачевная. Планшетов либо нет вообще, либо они безнадежно устарели, инвентаризационных карточек нет на половину территории, данные противоречат друг другу, мастера, которые одни знали свой район, больше не работают – вот суровая реальность типичного предприятия ЖКХ.

Казалось бы, о какой еще ГИС можно говорить в таком случае? Как раз наоборот – именно в таком случае внедрение ГИС становится жизненно необходимым для предприятия.

Во-первых, нужно сохранить в едином месте все данные, которые пока еще остались. Во-вторых, необходимо получить недостающие данные. И, в-третьих, только имея уже внедренную ГИС, можно организовать процесс актуализации, т.е. непрерывного уточнения и получения новых данных.

Исходным материалом для внедрения ГИС может являться:

• Планшеты масштабов М1:500 – 1:2000;
• Планы масштабов М 1:5000 – 1:10000;
• Исполнительная съемка;
• Внемасштабные схемы коммуникаций;
• Инвентаризационные карточки камер и колодцев;
• Отчеты наладочных организаций;
• Существующие в электронном виде картографические данные;
• Данные абонентского отдела;
• Данные по ЦТП и насосным станциям;
• Паспорта объектов сети;
• и т.д.

Подбор исходного материала

При внедрении ГИС необходимо использовать ВЕСЬ доступный исходный материал. Укажем основные причины для этого:

1. Различный материал имеет различную степень актуальности. Например, даже если планшеты М 1:500 были созданы несколько лет назад, то даже за это время в городе произошли изменения. Соответственно, необходимо использование исполнительной съемки.
2. Недостаточная полнота сведений на одном типе картографического материала. Распространенная ситуация - планшеты М 1:500 покрывают только часть городской территории. Для получения недостающих пространственных данных используются планшеты М 1:2000. И все же часть данных приходится брать уже с топокарт масштаба 1:5000-1:10000.
3. Некорректность использования планшетов в качестве источника семантических данных по объектам сети. Данные по длинам, диаметрам и материалам труб, указанные геодезистами на планшетах, зачастую неверны и не могут использоваться без предварительной проверки.
4. Наличие ошибок в конфигурации и топологии сети. Нередка ситуация, когда одного взгляда на планшет достаточно, чтобы определить, что в данном месте сеть не может идти так, как она изображена. К сожалению, составители топопланов не являются специалистами по обслуживанию сетей и не всегда добросовестно подходят к их изображению на картографических материалах. Зачастую колодцы просто соединяют между собой, не удостоверившись, что между ними действительно пролегает трубопровод.
5. Человеческий фактор. Ни один источник информации не может считаться идеальным. Всегда есть место ошибкам и опечаткам. Использование различного исходного материала на одну и ту же территорию позволяет с гораздо большей вероятностью выявить ошибки и неточности, вызванные опечатками и небрежностью.
6. Недостаточность исходных данных. Ни один тип исходного материала не содержит в себе все данные, необходимые для полноценного функционирования ГИС. Для получения пространственных данных используется картографический материал, по запорной арматуре – инвентаризационные карточки колодцев, по потребителям – отчеты абонентского отдела и т.д.

Любые противоречия в исходном материале необходимо соответствующим образом протоколировать в самой ГИС. В последствии это позволит более четко организовать процесс актуализации.

Выбор и получение картографической основы
Одной из первых проблем, возникающих в процессе внедрения ГИС, является получение актуальной картографической основы для нанесения базовых пространственных объектов. Хотя во многих городах России Администрацией (или УАиГ) ведутся работы по созданию электронной карты, далеко не всегда они готовы делиться своими данными с муниципальными службами, находя для этого разнообразные препятствия (секретность, собственность и т.п.). В любом случае, получение хоть каких-то результатов этих работ, сильно сократит затраты на внедрение (по нашему опыту, до двух раз).

---

5. Получение недостающего исходного материала

Получение пространственных данных Даже при использовании всех типов исходных материалов нередка ситуация возникновения белых пятен – районов города, пространственные данные по которым отсутствуют. Классическим методом получения недостающих данных является топографическая съемка. Проведение таковой геодезическими предприятиями требует соответствия работ действующим в РФ инструкциям. Эти инструкции подразумевают получение координат огромного числа объектов (из которых для предприятий ЖКХ реально необходимы не более 10-20%), что сказывается на стоимости работ. Т.е. применение данного метода видится неоправданным.

Оптимальным способом ликвидации белых пятен является приобретение данных ДЗЗ - дистанционного зондирования земли (снимков из космоса). Современные спутники могут получать изображения с разрешением 61 см., что позволяет создавать карты масштаба 1:2000. Как было отмечено выше, этот масштаб вполне пригоден для предприятий ЖКХ.

Из-за существующих законодательных ограничений, приобретение и работа с такими снимками может производиться только организациями, в составе которых есть первый отдел. Остальным приходится довольствоваться снимками, загрубленными до разрешения 2 метра. В обоих случаях используется следующий метод:

• Получение координат базовых пространственных объектов на основе данных ДЗЗ;
• Проведение полевых работ. При этом осуществляется съемка не всех точек, а только узлов (камер, колодцев) инженерных сетей. Производится привязка узлов к базовым пространственным объектам, чем достигается высокая относительная точности отображения сетей.
• На основе нанесенных узлов в систему вносится схема проложения сетей.

Получение семантических данных
Для осуществления инженерных расчетов в ГИС необходимо внести семантические данные по потребителям, насосным станциям, ЦТП, котельным (источникам), узлам и участкам сети. Вся эта информация (кроме данных по участкам) в том или ином виде, имеется во всех соответствующих предприятиях.

Данные по участкам сети могут вноситься ориентировочно и уточняться в процессе эксплуатации системы:

• длины участков – измеряется фактическая длина, изображенная на карте;
• шероховатости и зарастания – вносятся примерно, исходя из материала труб и времени их закладки;
• утечки и потери – считаются по нормативам;
• материалы и диаметры – вносятся данные, аналогичные смежным участкам.

---

6. Поддержка актуальности ГИС

Процесс внедрения ГИС не завершается вводом ее в эксплуатацию. Чтобы система могла эффективно выполнять свои функции, данные должны всегда отражать текущее состояние сети. При этом речь идет не о разовых работах, а о разработке и использовании регламента актуализации, т.е. постоянном обновлении данных.

Исходные данные для поддержки актуальности ГИС разделяются на два типа:

• уточненные данные по уже имеющимся участкам сети. К таковым относятся отчеты наладочных организаций, результаты свежих топографо-геодезических работ. Также данные могут корректироваться на основе проведенных ремонтных работ (показатели шероховатости и зарастания можно измерить вручную линейкой). Еще одним методом является измерение фактических параметров сети (например, давление, скорость и температура в трубопроводе) и корректировка данных по объектам сети так, чтобы рассчитываемые показатели пришли в соответствие с фактическими.
• данные по новым объектам сети. Помимо вышеуказанного, сюда входят проектная документация и исполнительная съемка по новому строительству, отчеты о перекладке сетей, замене арматуры и проведенных ремонтных работах.

---

7. Заключение

В завершение кратко повторим основные тезисы.

1. Использование ГИС на предприятиях сферы ЖКХ способствует существенному повышению его эффективности. Но для успешного внедрения ГИС, следует с самого начала ответить на вопрос о том, зачем предпринято данное внедрение и какие задачи предстоит решать с помощью ГИС.
2. Любое внедрение ГИС – длительный сложный процесс, связанный со значительными трудозатратами. Специфика предприятий ЖКХ накладывает ряд дополнительных ограничений как на внедряемое программное обеспечение, так и на процесс ввода данных.
3. При вводе данных в ГИС следует использовать все доступные источники информации. Желательно использование готовой геоподосновы, причем допустим как масштаб 1:500, так и 1:2000 (последний является более предпочтительным по причинам финансового характера).
4. Кажущееся отсутствие пространственных или семантических данных на часть территории не должно служить препятствием внедрению ГИС. Все недостающие данные можно получить, в том числе и в процессе эксплуатации системы.
5. Главное правило эксплуатации ГИС: данные в системе должны отражать текущее состояние сети.