3.2 Методы улучшения

Предприятие водоснабжения и водоотведения являются ключевой подсистемой процессов жизнеобеспечения крупного мегаполиса.

Они обеспечивают транспортировку больших объемов воды и канализационных стоков, инженерные сети предприятий имеют большую протяженность и сложно организованы. К сетям может быть подключено несколько тысяч потребителей и крупных предприятий, при этом технологические объекты, подразделения управления, ремонтные службы предприятия, как правило, распределены по всей территории мегаполиса [1].

Пространственная организация, пути транспортировки, учет расположения основных подразделений и объектов, событий, возникающих на сетях, а также окружающих их условий, существенно влияют на управление деятельностью предприятия в целом. Можно сказать, что система водоснабжения и водоотведения крупного мегаполиса является сложным инженерно-техническим сооружением, которое требует эффективное управление с использованием современных достижений информационных технологий [2].

В настоящее время, одной из актуальных задач развития информационных технологий на предприятиях водоснабжения является создание и внедрение единой корпоративной информационной системы инженерных сетей.

Инженерные сети - это сложная иерархически распределенная по территории и взаимоувязанная по функциям совокупность объектов наземного инженерного оборудования и подземных коммуникаций, требующая для своего информационного обеспечения и управления высокоразвитых компьютерных технологий.

Сейчас многие предприятия водоснабжения и водоотведения занимаются решением проблемы создания корпоративных информационных систем [1-4]. Их информационные системы являются совокупностью множества программных продуктов, которые поддерживают выполнение бизнес-процессов контроля состояния сетей и режимов эксплуатации, гидравлического моделирования, учет выполняемых работ и т.д. [3]. Как правило, ядром системы является ГИС, которая в информационной среде воспроизводит пространственную организацию, конструкцию и события, которые происходят на инженерных сетях предприятия. ГИС является интегрирующим элементом: через цифровую карту обеспечивается доступ к информационным ресурсам других систем, создаются информационные ресурсы для гидравлического моделирования, синхронизируются классификаторы и справочники.

Однако, в процессе при эксплуатации ГИС в составе корпоративной информационной системы предприятия водоснабжения возникают ряд проблем, решение которые не возможно без развития существующих информационных технологий:

1. Не корректно спроектирована или не полная модель данных (МД) по водопроводным и канализационным сетям: в МД не описаны все устройства, входящие в водопроводную и канализационную сети, существующая МД не достаточно полно отслеживает пути транспортировки от источника к потребителю, отсутствует связность сетей внутри колодцев, нет водозаборов, что, в свою очередь, приводит к сложностям при проведении гидравлического моделирования и эксплуатации постоянно действующей модели водопроводных и канализационных сетей.

2. Из-за программной закрытости эксплуатируемой ГИС возникает проблема интеграции с другими информационными системами предприятия, в частности, проблема организации обмена данными, в режиме реального времени, с системами АСУ ТП, системами гидравлического моделирования и САПР, обмен информацией с другими системами выполняется не регулярно.

3. Отсутствуют возможность контроля целостности пространственных данных по инженерным сетям, нет управления и контроля над потоками пространственных данных.

4. Из-за особенностей эксплуатируемой ГИС возникают сложности создания специализированных АРМов, которые должны работать на единой информационной основе и поддерживать работу специалистов и подразделений. Нет возможности организации технологии работы с БД данных по принципу «база данных проекта - мастер база – архивная база данных».

5. У эксплуатируемой ГИС не хватает функциональности для подготовки аналитических карт, возможностей оперативного анализа эксплуатации инженерных сетей и прослеживания движения технологического транспорта; нет возможности создания трехмерных моделей инженерных сетей.

6. У эксплуатируемой ГИС не достаточен уровень безопасности.

7. Обмен и обновление данных ГИС с удаленными подразделениях не регулярен, существуют проблемы поставки информационных ресурсов ГИС в удаленные подразделения предприятия.

8. Наличие слоев, дублирующих пространственную и паспортную информацию, имеет место дублирование справочников.

Исходя из вышесказанного, для эффективного управления системами водоснабжения и канализации, а также оперативного обеспечения руководства и сотрудников предприятия полной и достоверной пространственной информацией, предлагается разработать и построить геоинформационную систему (ГИС) инженерных сетей на основе программных продуктов Arc GIS. Данная система будет являться одним из основных средств поддержки планирования и управления инженерными сетями, которая позволит повысить эффективность работы систем водоснабжения и водоотведения.

Исходя из опыта авторов по разработке прикладных ГИС в других предметных областях, из анализа деятельности предприятий водоснабжения и водоотведения, при создании ГИС инженерных сетей предлагается решить следующие классы задач:

• Поддержка в актуальном состоянии пространственной и технологической информации по системам водоснабжения, канализации и энергообеспечения;

• Обеспечение доступа к паспортной информации по объектам инженерных сетей;

• Предоставление полной функциональности работы с картой инженерных сетей службам предприятия, включая поиск объектов, локализация отключаемых участков, формирование перечня абонентов и т.д.;

• Детальное отслеживание путей транспортировки воды и канализации;

• Отслеживание аварий, прогнозирование развития последствий и автоматизированная выработка планов мероприятий по их ликвидации;

• Поддержка разработки планов по замене и реконструкции сетей;

• Подготовка аналитических карт (карты планирования ремонтов и замены сетей, карты обоснования событий на инженерных сетях, карты качества воды и т.д.);

• Трехмерное моделирование основных объектов инженерных сетей; Отслеживание мест нахождения и маршрутов движения технологического транспорта, разработка путевых листов;

• Формирование технических условий на подключение объектов к водопроводной и канализационной сетям;

• Подготовка отчетных документов;

• Интеграция с информационными системами предприятия. Геоинформационная система инженерных сетей должна включать следующие информационные разделы:

• Детальные карты, схемы систем водоснабжения и канализации; Адресный план города;

• Проектные решения;

• Данные для моделирования;

• Паспортные данные по объектам инженерных сетей;

На сегодня общая тенденция развития информационных технологий в целом и ГИС-технологий в частности заключается в переходе от архитектур с «толстым» клиентом к архитектурам с «тонким» клиентом. Для ГИС инженерных сетей эта задача является актуальной в связи с возможностью организации рабочих мест на любом компьютере, в том числе в управлениях (цехах, филиалах и т.д.) водопроводных и канализационных сетей. Использование ArcGIS Server при разработке ГИС инженерных сетей позволит предоставить ГИС-функциональность, ранее доступную только пользователям настольных ГИС-решений, в стандартной серверной информационной среде:

- обеспечение централизованного управления географическими ресурсами, такими как карты, службы геокодирования и, задействованными в приложениях, программными объектами;

- интеграция с другими информационными системами предприятия, в частности, с системами АСУ ТП.

Реализация системы на веб-платформе, позволит в перспективе использовать разработанные программы как основу геопортала, объединяющего данные и задачи из разных информационных систем, например, получение паспортных данных, получение сводок по эксплуатации объектов, визуализация состояния сетей и объектов, поиск объектов, находящихся на инженерных сетях и т.д.

Сервис-ориентированная архитектура

Веб-приложение геоинформационной системы предоставляет собой ПО ГИС, реализуемое настольными приложениями (на основе ArcMap), перенесенное на уровень сервера, компоненты «веб-приложение» и «гис-сервер» реализуют функционал ArcMap на уровне сервера. Такая архитектура имеет ряд преимуществ перед архитектурой с «толстым» клиентом: возможность работы с системой из браузера (то есть без установки на компьютеры клиентов специализированного ПО), возможность организации доступа через интернет, централизованное управление программами и данными.

На основе описанной архитектуры становится возможным реализация сервис-ориентированной архитектуры ГИС, в которой данные и программы динамически собираются в рамках веб-приложения (геоопортала). Это создаст основу для создания специализированных ГИС-АРМов для специалистов предприятия. Например, АРМы: отдела баз данных, диспетчерской службы, технологов по водопроводу и канализации, АРМ работы с клиентами, АРМ проектировщиков, АРМ контроля состояния сетей, АРМ выдачи технических условий и т.д.

Общая, предполагаемая схема организации инженерных сетей предприятия водоснабжения и водоотведения представлена на рисунке 1. Основным элементом поддержки бизнес-процессов является Корпоративная база геоданных (КБГД), которая обеспечивает хранение, предоставление пространственных и технологических данных в корпоративный WEB-портал, а также связи с БД информационных систем предприятия. ГИС-сервер ArcGis Server:

- обеспечивает функциональность работы с пространственными и паспортными данными по инженерным сетям;

- подготавливает данные, которые воспринимаются WEB-сервером; управляет WEB-сервисами портала.

Корпоративный портал обеспечивает выход на WEB-сервисы, которые являются специализированными АРМами, назначение которых приведено в таблице.

Таблица 1 - Состав автоматизированных рабочих (АРМ) мест в ГИС-портале МУП «Уфаводоканал»

АРМ	Назначение АРМа	Подключаемые модули и их предназначение
РМ отдела баз данных	Поддержка процедур актуализации пространственных и паспортных данных по объектам инженерных сетей. Подготовка специализированных, тематических карт. Выполнение запросов других подразделений предприятия; Подготовка отчетов.	Spatial Analyst – актуализация данных по рельефу, потенциалам, геологические объектам и т.д. Подготовка данных для аналитических карт. Network Analyst – актуализация данных в специализированной структуре данных Инженерная сеть. Schematics – актуализация данных в специализированном формате Cхем. Генерация схем по запросам подразделений
АРМ Диспетчерская	Управление визуализацией ситуационной карты водопроводной, канализационной и энергетической сетей на специализированном мониторе. Формирование отключаемых участков; Формирование перечня объектов, подключенных к участку сети или попадающих в зону отключения.	Network Analyst – обеспечение функциональности работы с инженерными сетями. Schematics – генерация и обеспечение функциональности работы с функциональными диаграммами инженерных сетей.

Продолжение таблицы 1

	Визуализация событий (аварии, утечки и т.д.) и состояния объектов сетей. Автоматизированное формирование рекомендаций эксплуатаций сетей. Отслеживание мест нахождения технологического транспорта и маршрутов их движения. Навигация по карте территории города, поиск сетевых объектов. Формирование сводок и отчетов. Экспресс анализ режимов эксплуатации инженерных сетей. Генерация функциональных схем устройства инженерных сетей
АРМ контроля состояния сетей	Работа с картой получения паспортной информации по объектам инженерных сетей. Подготовка данных для моделирования в специализированных системах. Ввод данных по результатам исследований.	Network Analyst – обеспечение функциональности работы с инженерными сетями. БД проекта – данные в форматах моделирующих систем.
АРМ подготовки технических условий на подключения	Работа с картой получения паспортной информации по объектам инженерных сетей. Проверка условий для подключения.
	Формирование карт-схем для подготовки технических условий
АРМ работы с клиентами	Работа с картой получения паспортной информации по объектам инженерных сетей. Формирование перечня абонентов подключенных к сети. Расчет баланса воды, потерь и стоков. Доступ к договорам на подключение, данным по абонентам.	Network Analyst – обеспечение функциональности работы с инженерными сетями.

Продолжение таблицы 1

АРМ технолога водопроводных (канализационн ых) сетей	Работа с картой получения паспортной информации по объектам инженерных сетей. Экспресс анализ режимов эксплуатации инженерных сетей. Визуализация событий (аварии, утечки и т.д.) и состояния объектов сетей. Подбор рекомендуемого оборудования	Schematics – генерация и обеспечение функциональности работы с функциональными диаграммами инженерных сетей.
АРМ проектировщика	Работа с картой получения паспортной информации по объектам инженерных сетей. Расчет и уточнение поверхностей рельефа, геологии и т.д. Подготовка карт размещения проектируемых объектов и карт прокладки инженерных сетей. «Ландшафтные» операции	Spatial Analyst – актуализация данных по рельефу, потенциалам, геологические объектам и т.д. Подготовка данных для аналитических карт. Network Analyst – обеспечение функциональности работы с инженерными сетями.
АРМ контроль качества воды	Работа с картой получения паспортной информации по объектам инженерных сетей. Представление данных по тупикам и застойным зонам. Ввод и представление на карте данных по отборам проб и качеству воды. Подготовка карт качества воды.	Spatial Analyst – данных для карт качества воды. Network Analyst – обеспечение функциональности работы с инженерными сетями, поиск застойных зон и подключенных абонентов.
АРМ разработчиков ПО	Работа с картой получения паспортной информации по объектам инженерных сетей. Разработка программного обеспечения. Подготовка тематических не регламентированных карт	ArcEditor – ядро для разработки. Spatial Analyst – подготовка ПО, использующего данные в формате – полей (сеток). Network Analyst – подготовка ПО, работающего с данными в формате инженерной сети. Schematics – подготовка ПО, работающего с функциональными схемами.

Продолжение таблицы 1

АРМ администратора ГИС

Администрирование структуры БГД. Управление службами ArcGis Server

Средства управления ArcGis Server. ArcEditor – управление структурой БГД.

Предполагается, что каждый АРМ должен работать с определенным набором слоев и паспортной информацией. При необходимости, администратор ГИС может изменить состав информации в АРМах; вход в АРМы авторизованный. В АРМах контроля качества сетей, подготовки технических условий на подключения и проектировщика создаются «базы данных проекта», в которых находятся пространственные и технологические данные текущих проектов и задач; по завершению проекта, утвержденные результаты и данные переносятся в корпоративную БГД.

Для получения динамических данных по эксплуатации объектов инженерных сетей предприятия, ArcGis Server должен быть связан с системами АСУ ТП. Полученные данные визуализируются в специальных слоях, средствами визуализации являются подписи, условные обозначения, градуированные символы и локальные диаграммы.

Важным моментом является контроль движения документов между подразделениями предприятия. В АРМы, в которых выполняется генерация карт и схем для документов (например, схемы подключения, карты размещения и т.д.) может быть встроена система управления документооборотом, которая позволит получить информацию об изменениях в пространственных данных, текущем состоянии того или иного документа, исполнителе, ответственном лице, куда был направлен документ и т.д.