Картографічне забезпечення функціонування інтегрованої ГІС для управління експлуатацією міських підземних комунікацій (на прикладі Києва)

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОГРАФІЇ

УДК 528.92:65.620.9

11.00.12 - географічна картографія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

КАРТОГРАФІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ ІНТЕГРОВАНОЇ ГІС ДЛЯ УПРАВЛІННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЄЮ МІСЬКИХ ПІДЗЕМНИХ КОМУНІКАЦІЙ

(НА ПРИКЛАДІ КИЄВА)

Полякова Наталія Олександрівна

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі геодезії та картографії географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор Шевченко Віктор Олексійович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, завідувач науково-дослідною лабораторією картографії та геоінформатики географічного факультету

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, старший науковий співробітник Пархоменко Галина Орестівна, Інститут географії НАН України, провідний науковий співробітник відділу картографії

кандидат географічних наук, доцент Ровенчак Іван Ілліч, Львівський національний університет імені Івана Франка, доцент кафедри економічної і соціальної географії географічного факультету

Провідна установа:

Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, кафедра географії та картографії України, Міносвіти і науки України, м. Чернівці.

Захист відбудеться "10" червня 2005 року о 1400 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.163.01 при Інституті географії НАН України за адресою: 01034, Київ-34, Володимирська, 44.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту географії НАН України, 01034, Київ-34, Володимирська, 44.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради д. геогр. н. С.А. Лісовський

Анотації

Полякова Н.О. Картографічне забезпечення функціонування інтегрованої ГІС для управління експлуатацією міських підземних комунікацій (на прикладі Києва). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.12. - географічна картографія. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005.

Дисертацію присвячено питанням картографування міських підземних комунікацій великого міста з метою створення спеціалізованої геоінформаційної системи. Визначено властивості ГІС як інформаційної моделі великого територіально-технологічного об'єкту та обґрунтовано методику її створення. На прикладі АК "Київенерго" показано особливості функціонування географічної інформаційної системи великого енергетичного об'єднання. Охарактеризовано її призначення, складові частини, комплекс програмного забезпечення. Подано основні види інформації для функціонування ГІС, види програм, які забезпечують роботу з різними видами інформації, а також особливості інтеграції даних. Визначено порядок перспективного та поточного (щорічного) планування робіт по забезпеченню функціонування ГІС, порядок затвердження щорічних організаційно-технічних заходів упровадження окремих підсистем ГІС. Визначено масштаби електронних карт міста Києва, які є базовими для роботи в середовищі ГІС, розроблено систему відповідних умовних картографічних знаків. Описано методику створення електронної карти електричних та теплових мереж міста. картографування підземний комунікація

Ключові слова: географічні інформаційні системи, інженерні мережі, великомасштабні карти, виконавчі креслення, архівація.

Полякова Н.А. Картографическое обеспечение функционирования интегрированной ГИС для управления эксплуатацией городских подземных коммуникаций (на примере Киева). - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата географических наук по специальности 11.00.12. - географическая картография. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2005.

В диссертации обоснованы научные положения и методологические подходы относительно создания интегрированной ГИС для управления крупным предприятием инженерных сетей.

Исследования базируются на методологии картографических исследований в методике подготовки электронных карт для предприятий энергетического профиля. Первая глава посвящена рассмотрению сути понятия географических информационных систем на зарубежных предприятиях подземных коммуникаций (электрических и тепловых). Вторая глава раскрывает теоретико-методологические основы создания ГИС крупного территориального объекта картографирования. Сформулированы основные свойства и преимущества информационной модели объекта картографирования. В третьей главе обобщаются результаты разработок, которые характеризуют интегрированную геоинформационную систему инженерных коммуникаций (электрических и тепловых) города Киева. В четвертой главе описывается информационно-картографическое обеспечение предприятий инженерных коммуникаций (электрических и тепловых) города Киева.

В результате разработано: система условных знаков объектов энергетического профиля; технические задания, инструкции и др. материалы по роботе с картографической информацией; методика подготовки электронных карт для предприятий инженерных коммуникаций с использованием средства программного продукта AutodeskMap.5.

Основным результатом диссертационного исследования есть формулирование и обоснование научных положений и методических основ создания информационных географических баз на основе компьютерной технологии с использованием широкого спектра возможностей современных ГИС-технологий, что может быть использовано для создания специализированных ГИС других предприятий энергетического профиля.

Основные результаты работы нашли практическое внедрение в Департаменте перспективного развития АК "Київенерго", где установлена, функционирует и поддерживается в режиме "онлайн" ГИС для электрических сетей и планируется внедрение ГИС для тепловых сетей. По материалам диссертации составлены ведомственные инструкции, которые используются в Департаменте перспективного развития АК "Київенерго", в задачи которого входит присоединение потребителей к электрическим и тепловым сетям.

Ключевые слова: географические информационные системы, инженерные сети, крупномасштабные карты, исполнительные чертежи, архивация.

Polyakova N.O. Cartographic maintenance of functioning integrated GIS for management of city underground lines operation (as an example, Kyiv). - The Manuscript.

The dissertation for receipt of a science degree for a candidate of geographical sciences, speciality 11.00.12. - geographical cartography. The Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2005.

The dissertation is devoted to questions of mapping of underground communication lines of the big city with the purpose of creation of the specialized geoinformation system. The GIS' qualification as information model of large territorial - technological object is determined and a technique of its creation is proved. As an example, a joint-stock company "Kievenergo" explains the features of functioning of the geographical information system of large power association. Its purpose, components and complex of the software are characterized. The basic kinds of the information for GIS functioning, the kinds of programs which ensure the functioning with different kinds of information and the features of integration of the data are represented. The order of perspective and current (annual) scheduling on maintenance of GIS functioning, the order of the statement of annual organizational - technical actions of introduction of separate GIS subsystems are determined. The scales of electronic maps of city of Kiev which are basic for work in GIS are determined, the system of appropriate conditional cartographic marks is developed. The technique of creation of electronic map of electric and thermal systems of city is described.

Key words: geographical information systems, engineering systems, large-scale maps, executive drawings, archiving.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дослідження. Енергетичний комплекс великого міста (з населенням порядку 1 млн і більше) може об'єднувати у своєму складі підрозділи, що виконують функції вироблення електричної і теплової енергії, її транспортування та реалізації споживачам, експлуатації електричних і теплових мереж різних типів, планування поточного та перспективного їх розвитку. Це складний територіальний та технологічний комплекс, для оптимального функціонування якого необхідна не менш складна інформаційна система управління, що в свою чергу потребує закладання вже на стадіях розробки можливостей виконувати дві комунікативні функції: перша (внутрішня) - інформаційно об'єднувати усі підсистеми енергетичної компанії, друга (зовнішня) - здійснювати координаційні відносини з подібними системами міста, управлінням та його підрозділами.

Практична реалізація таких функцій пов'язана з використанням сучасних геоінформаційних технологій, що базується на інтеграційних можливостях картографії та інформатики, коли інтегруючою ланкою у цьому процесі виступає просторово-визначена інформація.

Теоретико-методичне обґрунтування з подальшим практичним впровадженням системи надійного управління дозволяє здійснювати науковий підхід в експлуатації технологічно і інформаційно складними об'єктами, що є однією із переваг використання спеціалізованих геоінформаційних систем. З іншого боку, необхідність відповідних досліджень є актуальною стосовно акціонерної компанії "Київенерго", функціонування якої супроводжується аналізом та використанням значної кількості різноякісної інформації, більшість якої необхідно представляти у картографічній формі. Окрім того, потужність потоку такої інформації постійно зростає. Все це зумовлює необхідність наукового обґрунтування та практичної реалізації конкретної системи із специфічним картографічним забезпеченням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження тісно пов'язані з науково-дослідною держбюджетною темою "Геоінформаційне картографування. Формування концептуальних підходів до створення, забезпечення функціонування і застосування геоінформаційних систем і технологій для вирішення військових і народногосподарських завдань" (2001 - 2005р., №01БФ 050-04), яка виконується на кафедрі геодезії і картографії Київського національного університету імені Тараса Шевченка; виконанням державної програми розвитку Акціонерної Компанії "Київенерго" (на період до 2010р.); генеральним планом розвитку Києва (на період до 2020р., зокрема, план розвитку електричних та теплових мереж).

Мета і завдання дослідження. Основна мета дослідження - розробити теоретико-методичні основи створення та картографічного забезпечення геоінформаційної системи великого енергетичного об'єднання на прикладі АК "Київенерго".

Реалізація сформульованої мети зумовила постановку і вирішення наступних задач:

- проаналізувати зарубіжний досвід використання ГІС в територіальному управлінні окремими енергетичними компаніями рангу великого міста;

- визначити властивості ГІС як територіальної інформаційної моделі стосовно великого енергетичного об'єкта рангу великого міста;

- обґрунтувати теоретико-методичні основи проблемного картографування інженерних мереж на основі використання можливостей геоінформаційних технологій;

- визначити передумови впровадження інтегрованої геоінформаційної системи в практику управління інженерними комунікаціями АК "Київенерго";

- обґрунтувати структуру та зміст спеціалізованої ГІС;

- проаналізувати можливості і переваги ГІС при управлінні інженерними мережами великого міста;

- визначити вимоги до картографічного забезпечення функціонування ГІС інженерних мереж великого міста.

Об'єктом дослідження є енергопостачальні мережі міста Києва як складного соціально-економічного, територіально-технологічного утворення.

Предметом дослідження є методологічні та практичні проблеми використання картографічного методу при створенні ГІС для управління в експлуатації міських комунікацій.

Методи дослідження. Дисертація виконана на основі загальнотеоретичних положень картографії та геоінформаційного картографування, висунутих у працях Берлянта О.М., Бочарова М.К., Кошкарьова О.В., Тікунова В.С., Сербенюка С.М., Лур'є І.К., Мартиненка А.І., а також Пархоменко Г.О., Руденка Л.Г., Козаченко Т.І., Карпінського Ю.О., Лященка А.А., Самойленка В.М. та інших авторів.

Загальні методичні засади дисертаційного дослідження склали сучасні уявлення про роль і місце геоінформаційних систем в управлінні складними територіально-технологічними об'єктами, в реалізації картографічного моделювання.

Для досягнення мети дослідження були використані системний підхід та структурно-графічне моделювання (при визначенні концептуальних основ створення ГІС великого територіального об'єкту та принципів використання ГІС в управлінні інженерними мережами); технічні, картографічні, статистичні та експертні методи при визначенні основ та методологічної схеми при розробці конкретної інтегрованої геоінформаційної системи; графо-аналітичні та технічні методи обробки інформації - при створенні електронних карт та формуванні баз даних; метод експерименту при розробці картографічного забезпечення функціонування ГІС, опрацювання бази даних та розробки умовних знаків для карт інженерних комунікацій

Наукова новизна одержаних результатів полягає у розробці науково-методичних основ картографічного забезпечення функціонування інженерної ГІС для управління експлуатацією міських підземних комунікацій великого міста на прикладі Києва.

Поглиблено фундаментальні положення про потенційні можливості ГІС стосовно управління великими територіально-технологічними об'єктами.

Деталізовано властивості ГІС як інформаційної моделі, що відбиває функціональні можливості компанії "Київенерго".

Розроблено положення про створення графічної бази даних у вигляді растрових картографічних зображень інженерних документів, необхідних для формування бази даних ГІС інженерних комунікацій.

Обґрунтовано необхідність впровадження ГІС як базової інтегрованої системи для управління експлуатацією підземних інженерних комунікацій м. Києва;

Визначено технічні вимоги до автоматичного керування енергетичним обладнанням АК "Київенерго" на базі спеціалізованої ГІС.

Розроблено і реалізовано діючу модель інтегрованої інформаційної системи картографічної бази даних інженерних мереж великого міста.

Створено систему умовних картографічних знаків для відображення підземних інженерних комунікацій на електронних картах.

Практичне значення отриманих результатів. Результати проведених досліджень увійшли до проміжного звіту (за 2004р.) кафедри геодезії та картографії Київського національного університету імені Тараса Шевченка "Геоінформаційне картографування. Формування концептуальних підходів до створення, забезпечення функціонування і застосування геоінформаційних систем і технологій для вирішення військових і народногосподарських завдань" (2001-2005 рр. №01БФ 050-04) підрозділ 1.3, стор.13-15.

За матеріалами дисертації складено відомчі інструкції, які використовуються у департаменті перспективного розвитку акціонерної компанії "Київенерго" ("Інструкція по роботі з електронною картою електричних та теплових мереж" та ін.)

Теоретико-методичні основи побудови географічно-інформаційної бази даних, методів та прийомів її практичної реалізації за допомогою телекомунікаційних мереж та геоінформаційних технологій, можуть бути використані для визначення управлінських принципів та положень в практиці експлуатації окремих інженерних мереж інших міст України.

Особистий внесок здобувача. Висновки та положення дисертаційної роботи обґрунтовані і отримані автором самостійно на основі обробки матеріалів, які стосуються функціонування АК "Київенерго", а також інших компаній по експлуатації та управління інженерними мережами.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на наукових конференціях: "Бердичівщина: поступ у третє тисячоліття" (Бердичів, 2001р.), конференції студентів та аспірантів географічного факультету імені Тараса Шевченка (2002, 2003, 2004), науковий семінар представників підприємств інженерних мереж України та Росії (м. Київ, 2003р.), ІХ з'їзд Українського географічного товариства (Чернівці, 2004р.).

Публікації. За результатами дисертаційного дослідження опубліковано 5 праць, загальним обсягом 0,9 друк. арк., з них одна (0,15 друк. арк.) у співавторстві. Із загального числа праць 3 (0,65 друк. арк.) опубліковано у фахових виданнях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Робота викладена на 154 сторінках тексту, вміщує 17 рисунків, 1 таблицю, 55 сторінок додатків. Перелік використаних джерел включає 129 найменувань.

Основний зміст дисертаційної роботи

Розділ 1 "Використання ГІС в експлуатації міських комунікацій" присвячений вивченню досвіду роботи географічних інформаційних систем в електричних (ВАТ "Мосенерго") та теплових мережах (АТ "Мостеплоенерго").

Аналіз результатів розробок впровадженої системи GeoDraw/ГеоГраф виробництва Інституту географії Російської Академії наук (ІГ РАН) дав змогу визначити можливості застосування, а саме:

- істотного підвищення зручності і продуктивності роботи, можливості роботи з дуже великим числом об'єктів, має зручний сервіс для здійснення перетворень при зшиванні планів;

- забезпечення практично усіх вимог стосовно роботи з базою даних по тепломережах з достатньо складною структурою, яка створена і ведеться в СКБД;

- розвитку засобів створення форм, проектування різних умовних знаків всіх типів;

- поряд з цифровими планами тепломереж, GeoDraw/ГеоГраф дає змогу оформлення також різних схем по вузлах і об'єктах, які зафіксовані на планшетах, і зв'язують їх з цими об'єктами для використання в оперативній роботі;

- можливості оперативного виведення цифрових планів на друк на широкий спектр інших технічних послуг дозволяє уникнути трудомістких робіт з редагування значної кількості планів на паперовій основі;

- для різних задач, в тому числі для диспетчерської діяльності, надаються функції автоматичного оновлення тематичних карт з визначеним часовим кроком, який здійснюється в умовах оперативної зміни інформації про об'єкти в таблицях.

Обслуговування будь-якого достатньо складного об'єкта є можливим при наявності інформації про територіальні розташування і взаємозв'язки його складових елементів. Форми збереження подібної інформації залежать від характеру й особливостей об'єктів, що обслуговуються. Для таких просторово розподілених мереж як газопроводи, нафтопроводи, ЛЕП, інженерні мережі міст та ін., цілком природним є вибір у якості основи для збереження подібної інформації топографічних карт відповідних масштабів, на яких за допомогою умовних знаків вказується розташування об'єктів експлуатації і наноситься необхідна технічна інформація.

Розвиток геоінформаційних технологій істотно розширив функціональні можливості застосування карт у діяльності інженерних служб, що займаються обслуговуванням об'єктів зазначеного класу.

Такі ГІС можуть бути успішно використані, як показує досвід, для комунікаційних міських мереж різних видів: електричних, теплових, телефонних, водопровідних та ін. Головною проблемою при їх створенні і експлуатації є правильний вибір програмного продукту, що залежить в свою чергу, від характеристик прокладання, експлуатації мереж та інших складнощів. Основними вимогами до програмного продукту, як показує вивчений досвід, повинні бути такі:

- легкість комбінування графічних об'єктів й атрибутивних даних з БД;

- забезпечення вільного доступу до даних і їх коригування;

- сумісна обробка векторних і растрових даних;

- інтегрування до проекту дані мультімедіа.

Автором було вивчено досвід створених різних ГІС для використання на підприємствах енергетичного профілю, але жодна з них не відповідає найголовнішим потребам зазначених підприємств.

Наприклад, система для електричних мереж напругою 35 кВ та вище, характеристики таких мереж не змінюються інколи понад десятки років, а їх відсоток від загального числа мереж складає близько 3-5%. Такі ГІС можуть бути використані лише для керівного складу підприємства інженерних мереж (ІМ), для прийняття лише загальних рішень.

Жодна організація, яка займається розробленням ГІС не звернула увагу на виконавчі креслення (в електричних мережах) або схеми (в теплових мережах) інженерних мереж, що являють собою основний і безцінний картографічний матеріал для ГІС. Архів виконавчих креслень є головною складовою інформації щодо паспортизації інженерних мереж підприємств енергетичного профілю.

У розділі 2 "Концептуальні основи створення ГІС великого територіального об'єкта" розглянуто картографічну інформаційну модель, що призначена в межах ГІС забезпечувати: формування та експорт готових електронних карт, технологічних, виконавчих і розрахункових схем; формування структурованих запитів з пошуку елементів інфраструктури міської забудови і технічної системи; можливість виділення частини системи або географічних об'єктів за різними ознаками (площинними, лінійними, адресними, топологічними тощо); перегляд і підготовку технологічних даних, необхідних для теплових і гідравлічних розрахунків; запуск розрахункових технологічних задач з аналізу параметрів роботи мережі; можливість сприймати, аналізувати і відображати поточну інформацію зі встановлених датчиків; друк графічної і табличної інформації, а також вихідних документів.

Програмне забезпечення ГІС має бути орієнтованим на: єдине ядро у вигляді СКБД; вмішувати пакет розрахункових задач автоматизованих робочих місць, що налаштовуються під формати семантичних і графічних баз даних; обслуговувати інтегруючий засіб електронної візуалізації, що володіє перерахованими властивостями ГІС.

Конкретний вибір типів окремих складових частин програмного забезпечення залежить від масштабів підприємства, його фінансових можливостей і прогнозованих строків окупності. У ГІС зокрема у спеціалізованій інженерній мають бути такі складові: інтегрований пакет програмного забезпечення ГІС середнього класу, СКБД і пакет розрахункових задач.

Основні вимоги до ГІС великого територіального об'єкта сформульовано на основі усвідомлення мети її створення та призначення, а саме: надання керівництву оперативної і достовірної інформації для прийняття рішень; налагодження системи обліку і контролю всіх ресурсів на підприємстві; підвищення рівня керованості підприємством.

Основними функціями програмного забезпечення ГІС в системі ІМ є: комп'ютерна візуалізація карти Києва з точністю і в масштабі 1:2000, що необхідні для вирішення задач, які постають перед організацією, графічне представлення схеми ІМ із прив'язкою до плану міста; збереження в цифровому форматі баз атрибутивних даних, зв'язаних з об'єктами електронної карти, одержання інформації і генерація звітів щодо ІМ; ведення архіву, аналіз і графічне відображення ушкоджень (дефектів) на мережі; ведення оперативних журналів у диспетчерських службах; наявність програмних інструментів проведення геоінформаційного аналізу поточного стану системи (наприклад, проведення гідравлічного розрахунку тепломереж, налагоджувального розрахунку споживачів, розрахунку теплових втрат), і спрощувати адміністрування ресурсами; забезпечення гнучкої системи запитів користувача до баз даних; можливість редагування існуючої електронної карти, видалення і додавання об'єктів, а також оновлення і доповнення атрибутивної інформації з об'єктів на карті; виведення на друкувальний пристрій фрагментів карти в типових форматах і специфікаціях; видача рекомендацій з локалізації аварійних ситуацій; обмін даними по локальній (усередині організації) і регіональній (між взаємодіючими міськими структурами) комп'ютерних мережах.

Основні вимоги до розробки та створення ГІС великого територіального об'єкта є такі: можливість безперебійного функціонування ГІС та доступ до неї як внутрішніх, так і зовнішніх (поза межами Київенерго) користувачів, що забезпечує ефективний і оперативний обмін інформацією між окремими організаціями, які пов'язані із життєзабезпеченням функціонування міста; використання єдиної картографічної основи для усіх інженерних мереж міста, незалежно від відомчого підпорядкування (масштаб 1:2000); уніфікація та підвищення графічної і технологічної якості робочих матеріалів, у т.ч., картографічних.

Методична схема розробки інтегрованої інформаційної системи картографічної бази даних інженерних мереж має наступні етапи: вибір оптимального програмного продукту; сканування топографічної типової основи масштабу 1:2000; розробка спеціалізованої системи умовних знаків для відображення підземних міських комунікацій; побудова карт відповідних мереж; об'єднання картографічних матеріалів з іншими (таблицями, графіками), тобто практично це поєднання об'єктів інженерних комунікацій на карті з їх технічними характеристиками; постійне оновлення картографічної інформації, що є однією з ознак функціонування ГІС.

Розглянуті теоретичні основи створення геоінформаційної системи як картографічної інформаційної моделі об'єкта картографування дають підставу зробити висновок про те, що лише ГІС здатні вирішувати завдання, які входять до функціональних обов'язків підприємства енергетичного профілю.

У розділі 3 "Розробка інтегрованої геоінформаційної системи інженерних комунікацій міста Києва" розглянуто можливі шляхи наповнення інтегрованої ГІС інженерних комунікацій просторовими даними з утворенням картографічної бази даних (КБД), яка на єдиній електронній карті-основі інтегрує усю систему інженерних комунікацій, що визначає можливість здійснення оптимального управління у її окремих підсистемах.

Розглянуто соціально-економічні, організаційно-управлінські та технологічні передумови розробки та створення інформаційної ГІС.

Приклад ГІС АК "Київенерго" свідчить, що базова інтегрована технологічна інформаційна система забезпечує сучасний рівень інформаційного обслуговування діяльності підприємства, створення і підтримки геоінформаційного ресурсу організації про основний об'єкт експлуатації - теплові і електричні мережі, перехід до якісно нової системи обліку і прийняття рішень на основі геоінформаційних технологій, цифрової електронної карти міста.

До найважливіших соціально-економічних передумов розробки інтегрованої геоінформаційної системи інженерних комунікацій міста належать: необхідність оперування складною розгалуженою системою масивів інформації, що актуально для управління складним територіально-технологічним утворенням, яким є велике місто; можливість здійснення оперативного управління функціонування різними системами життєзабезпечення міста, створених за різними організаційними та технологічними підходами; потенціальна можливість швидкого реагування стосовно найновіших технічних та управлінських розробок щодо функціонування інженерних мереж та їх впровадження; необхідність запобігання виникненню аварійних ситуацій або зведення до мінімуму їх наслідків.

Найважливішими організаційно-управлінськими передумовами є: світовий досвід використання інтегрованих геоінформаційних систем інженерних комунікацій стосовно різних за рангом територіальних утворень; практику стратегічного (перспективного) та поточного (щорічного) планування робіт зі створення та експлуатації ГІС та існування відповідного централізованого фінансування; облік та звітність стосовно виконаних робіт відповідно до етапів планування.

До технічних передумов розробки геоінформаційної системи інженерних комунікацій міста відносяться: необхідність удосконалення впорядкування технологій збору, обробки, зберігання та актуалізації інформації про територію міста; можливість створення єдиної системи забезпечення достовірною інформацією комунальних служб і організацій міста Києва, розробку єдиних вимог щодо базової цифрової основи міста.

Впровадження ГІС технологій у процес функціонування інженерних служб міста передбачає можливість здійснення низки заходів, які забезпечують перспективний прогресивний розвиток міського господарства, а саме:

- можливість сумісного накопичення і використання графічних та семантичних даних, перехресний доступ до інформації різного виду;

- підтримка тематичних даних, які розподіляються та їхня інтеграція за призначенням (проектні, дослідницькі та ін.) у т.ч. дані дистанційного зондування, геофізичних досліджень, моніторингових геологічних досліджень та ін.;

- технологічне суміщення проектування мереж з їх паспортизацією за результатами виконавчих зйомок ("безшовні технології");

- можливість просторового аналізу даних, моделювання і відображення результатів на електронній карті у найбільш оглядовому та зручному вигляді.

На основі аналізу можливостей геоінформаційних систем в управлінні складними технологічними системами; дослідження функціональних особливостей інженерних мереж міста; визначення специфіки використання картографічного методу в практиці їх експлуатації та врахування перспектив розвитку визначено вимоги до організації конкретної ГІС АК "Київенерго", її структури, вибору базових програмно-технічних засобів, картографічного та іншого інформаційного забезпечення, а також вимоги до ведення архіву технічної документації.

Вимоги до ГІС міських інженерних комунікацій: можливість представлення схеми інженерної мережі з прив'язкою до плану міста в електронному або паперовому вигляді; пошуку необхідного фрагменту схеми за найменуванням вузлів мережі, міським найменуванням, адресу будинків, абонентів, камер ті ін.; одержання текстової довідкової інформації щодо мережі; швидкої та простої модифікації введеної графічної і текстової інформації інженерних мереж; надання висновку з аналізу графічної інформації по шарах; введення архіву (журналу заявок) аварійних і ремонтно-відновлювальних робіт на інженерних мережах; реалізації різних технологій обміну інформації між декількома робочими місцями.

Вимоги до картографічного забезпечення ГІС передбачають, що: базовим картографічним ресурсом має бути електронна карта (растрові та векторні шари у єдиному масштабі 1:2000); вся картографічна інформація повинна бути у відкритих форматах з можливістю її редагування; у роботі доцільно використовувати загальноміський класифікатор вулиць та єдиний класифікатор обладнання; обов'язковим є нанесення просторового положення інженерних мереж на електронну карту з постійним оновленням; розвиток міської телекомунікаційної системи з метою забезпечення оперативного доступу до інформації суміжних служб підприємств інженерних мереж.

Вимоги до ведення архіву технічної документації полягають у необхідності сканування технічної документації, що є найбільш ефективним засобом перетворення великої кількості креслень у цифрову форму (растровий формат); з виконанням реставрації пошкоджених зображень та векторизації.

Розділ 4. "Особливості функціонування ГІС АК "Київенерго", присвячено обґрунтуванню методики застосування інтегрованої геоінформаційної системи великого територіально-технологічного утворення для здійснення управлінських функцій (рис.1). Таку роботу доцільно проводити з урахуванням конкретних принципів створення інформаційно-корпоративної системи:

- закріплення вибору ліцензійного програмного забезпечення на використання операційної системи, середовища, системи управління;

- розробка ГІС мережі АК "Київенерго" та інших спільних підсистем;

- визначення порядку перспективного та поточного (щорічного) планування робіт, відповідальних осіб (їх затверджують наказом по енергетичному об'єднанню);

- визначення нових інформаційних технологій функціонування кожної підсистеми (наприклад, перехід від місячного циклу звітності до подобового, введення інформації в момент прийняття в експлуатацію трас кабельних та теплових мереж);

- затвердження щорічних організаційно-технічних заходів упровадження підсистеми;

- закріплення наказом факту перерозподілу функціональних обов'язків, зміни схеми обміну (корегування) даних, які сумісно використовуються декількома підрозділами;

- визначення підрозділів, відповідальних за ведення класифікаторів (сумісно та окремо), які використовуються користувачами системи.

Слід зауважити, що на початковому етапі створення корпоративної ГІС кожен з цих процесів необхідно розглядати під конкретну задачу, комплекс, підсистему в цілому, але з різним рівнем уточнення. Основне при використанні вже діючої інформації усіма суб'єктами енергетичного об'єднання - логічні доповнення необхідними показниками, новими характеристиками. Фактично це доповнення даних по підстанціях, трансформаторних пунктах, котельнях, кабельних, теплових мережах, яке здійснюється за цифровими технологіями визначеними координатами цих об'єктів на карті.

Важливим питанням у розробці ГІС великого енергетичного об'єднання в умовах великого міста є вибір масштабу електронних робочих карт. При цьому важливо враховувати необхідність сумісної роботи усіх комунальних служб, що досягається, зокрема, прийняттям узгодженого масштабу.

В умовах Києва більшість таких служб працює з картою масштабу 1:2000, що і обумовлює доцільність її використання у подальшому. Окрім того, електронна карта цього масштабу за своєю інформативністю, деталізацією і точністю зображень практично відповідає вимогам енергетичного об'єднання.

Рис. 1. Структурно-графічна модель ГІС великого територіально-технологічного утворення

Поточна підтримка змін на карті може виконуватися енергетичним об'єднанням самостійно з креслень кабельних і теплових трас, на яких представлена детальна прив'язка трас до будівель та споруд. Але навіть при цьому необхідне щорічне уточнення, оновлення карт Головним управлінням містобудування, архітектури та дизайну міського середовища, до якого обов'язково надходять матеріали геодезичних і топографічних зйомок з усіх відповідних організацій та установ міста.

Створення ГІС доцільно розпочинати зі складання технічного завдання (ТЗ), яке створюється окремим незалежним підприємством за договором або розробляється спеціальною групою в енергетичному об'єднанні. При підготовці ТЗ визначають три типи автоматизованих робочих місць (АРМ), а саме:

- спеціаліста(ів) зі створення картографічної інформації;

- користувача(ів) картографічних даних;

- адміністратора картографічної бази даних.

Під час проектування корпоративної геоінформаційної системи необхідно передбачити, що користувач з правами доступу до будь-якої інформації може бути також і користувачем ГІС та користуватись геоінформацією з будь-якої точки мережі. Ця інформація може бути представлена у наступних формах (рис. 2):

Рис. 2. Структурно-графічна модель видів інформації АК "Київенерго"

- алфавітно-цифровій;

- у вигляді архіву креслень трас кабельних, повітряних та теплових мереж усіх типів і класів в електронному вигляді;

- картографічній (положення об'єктів енергетичного господарства та їх характеристики представлені у вигляді електронної карти.

Алфавітно-цифрова інформація (АЦІ) - це нормативно-довідкова база даних (опис об'єктів, паспорти і каталоги підстанцій (ПС), розподільчих пунктів (РП), трансформаторних підстанцій (ТП), кабельних мереж (КМ) потужністю 110/35/10/0,4 кВ, повітряних мереж потужністю 110/35/10/0,4 кВ і т.д.). З цим типом інформації енергопідприємства працюють давно і успішно у розрахунках втрат у мережах, оптимізації конфігурації нормальної схеми мережі, виявленні дефектів обладнання та їх аналізі, оцінці коефіцієнта втрат при пошкодженнях, плануванні та звітності про виконання робіт.

АЦІ створюється з використанням баз даних типу ACCESS або інших програмних продуктів, які насамперед, є системами управління базами даних і мають використовуватися спільно усіма користувачами корпоративної мережі. Джерелом інформації можуть бути таблиці схеми, каталоги підрозділів електричних і теплових мереж.

Архів креслень трас (АКТ) являє собою файли відсканованих трас з первинних робочих картографічних матеріалів масштабу 1:500. Дані в паперовому вигляді після узгодження проекту прокладки траси, її прокладки, підключення до електротепломережі енергетичного об'єднання монтажно-будівельні організації передають енергопідприємствам.

АКТ створюється там, де є необхідною архівація (збереження) креслень електричних, теплових трас. Після сканування, фільтрації даних з одного аркуша розміром порядку 500500 мм створюється файл-растр з обсягом приблизно 200 Кб. Векторизація (виділення) траси, розташованої на одному аркуші, сягає 50 Кб. Створюються каталоги архіву файлів з найменуванням за диспетчерською назвою об'єкта - кабельної (повітряної), теплової траси.

Архівація даних означає те, що кожен елемент інформації бази міститься в системі тільки один раз, а його архів створено на сервері в головній базі даних, де зберігаються всі графічні й текстові дані. Крім того, актуалізація даних означає, що всі дані мають поточний стан за рахунок організаційного забезпечення, динамічного оновлення (введення нового обладнання, демонтаж та зміни діючого).

Для переходу на створення модуля картографічної інформації (КІ) необхідно визначитися з основними параметрами, які повинні бути єдиними для зазначених форм. У даному випадку це:

- класифікатор вулиць, номерів будівель;

- класифікатор адміністративних районів міста, підрозділів електро- й теплопостачання;

- класифікатор марок та перерізів кабелів, проводів;

- диспетчерська назва усіх об'єктів ГІС.

Основним документом у процесі функціонування інформаційно-картографічного забезпечення електричних мереж є карта масштабу 1:2000.

Надійне функціонування інтегрованої ГІС для управління експлуатацією міських підземних комунікацій м. Києва як єдиної системи, обумовлює вимоги до відповідних умовних знаків. Основними з них є такі: уніфікованість, надійність в експлуатації стосовно можливостей машинної графіки, логічної системності.

Визначено також перелік шарів, які складаються з позначки та кольору кожного об'єкта з врахуванням можливостей роботи як з окремим шаром, так і з будь-яким їх переліком.

Для зручності та надійності в експлуатації ГІС енергетичного підприємства використано найпростіші геометричні фігури. Оскільки традиційна практика в системі "Київенерго" передбачає використання умовних позначень з літерними індексами, то кількість графічних позначень можна звести до мінімуму - коло (або концентричні кола з різним розміром та кольором) та лінія.

Логічна системність знаків, що розроблена означає розподіл їх відповідно до характеристик об'єктів: точкових, лінійних, площинних (рис. 3).

Для енергетичного об'єднання доцільно створити такі шари: картографічна основа (проїзди, квартали, будівлі і споруди), ПС, РП, ТП, збірки/щитові, кабельні лінії (КЛ), повітряні лінії (ПЛ) з поділом за напругою, промислові споживачі, споживачі приватного сектору, технічні умови підключення споживачів. Важливим є використання традиційних графічних зображень для тих чи інших об'єктів, які становлять шари картографічної інформації.

Оптимальним засобом, що дозволяє наносити інформацію на географічну основу є програмне забезпечення АutоСАD. Інформацію на карту доцільно вводити з декількох робочих місць з оновленням її на сервері.

За допомогою програмних засобів нами апробовано прив'язку енергетичних об'єктів, нанесених на карту, до інформаційних довідкових баз даних та до відсканованого архіву виконавчих креслень трас електричних ліній для можливості одержання їхніх характеристик. Нанесення на електронну карту основної енергетичної інформації: джерела живлення - ПС, РП, ТП; КЛ 110/35/10/0,4 кВ; ПЛ 330/110/35 кВ виконується у масштабі 1:2000.

Аркуші планшетів карти мають дійсну номенклатуру, та містять матеріали топографічної зйомки зі станом сучасності 1970-1980 рр. Меню програмного продукту AutodeskMар було пристосовано під роботу з нанесення шарів на електронну карту.

Для експлуатації теплових мереж (ТМ) необхідні схеми теплової мережі, паспортні дані про вузли та дільниці теплової мережі і розрахунковий гідравлічний режим.

За допомогою програмних засобів виконано прив'язку схеми інженерної мережі до карти міста. Будь-який фрагмент ТМ може бути виведений на екран монітора, при цьому кольорова гама, різні типи ліній, умовні знаки (рис. 3) і пояснювальні підписи дозволяють найбільш природно показати об'єкти ТМ та міста.

Всі умовні позначки елементів мережі на схемі карти міста, так само як і кольорова гама, налаштовуються відповідно до вимог користувача та нормативних документів.

У такій ГІС усі додатки тісно зв'язані між собою, працюють з єдиною базою даних і обмінюються даними через мережі.

ГІС для підприємств енергетичного профілю дозволяє створювати бази даних, схему мережі на карті міста, зв'язану з довідковою інформацією, розраховувати гідравлічні режими і вирішувати багато різних прикладних задач, пов'язаних з експлуатацією. Це є задачі як інформаційно-пошукового характеру, так і технологічні - паспортизація мережі і обладнання об'єктів, обробка заявок на перемикання, планові і аварійні ремонтно-відновлювальні роботи, моделювання і аналіз гідравлічних та теплових режимів ТМ, прогнозування теплового навантаження та ін.

При цьому ГІС гнучко налагоджуються на будь-який вид вихідної документації (види оперативних і експлуатаційних схем, схеми на базі стандартних міських планшетів різних масштабів - 1:500, 1:2000, 1:5000, умовні позначення, перелік параметрів, які паспортизуються та ін.). ГІС для підприємств енергетичного профілю є основою створення автоматизованих робочих місць у центрах диспетчерських служб, службі режимів, виробничо-технічному відділі та департаменті перспективного розвитку, який займається приєднанням споживачів до електричних та теплових мереж.

Для одержання необхідного фрагмента схеми користувач може рухатися на заданий крок, змінити масштаб, змінити центр екрана чи виконати пошукову операцію, обраний фрагмент схеми може бути роздрукований. Пошук необхідного фрагменту схеми здійснюються за найменуванням вузлів енергетичної мережі, міським найменуванням, адресам будинків, абонентів, джерел живлення і т.п. До ГІС входить також комплекс програм технологічного введення, що дозволяє створити базу даних параметрів вузлів та ділянок електричної та теплової мережі. Для значного спрощення та формалізації технологічного введення заздалегідь готують класифікатори (матеріали, види ізоляції труб, марки підігрівників, насосів, марки та переріз кабелю, типи електричних пристроїв та ін.). Введення доцільно здійснювати вибором тих чи інших значень параметрів із класифікаторів за допомогою меню, за винятком таких, значення яких не можуть бути обрані з класифікованого ряду (навантаження, довжини, геодезичні оцінки і т.п.).

Уся графічна інформація розділена на два логічні шари: план міста та інженерні мережі. Це означає, що користувач при бажанні може відображати або тільки план міста, або тільки інженерні мережі, або використовувати їхнє накладання. У свою чергу, кожен шар розбивається на підшари, перелік яких залежить від конкретних схем і погоджується з користувачем. Наприклад, теплова мережа може бути розділена на магістральну і внутрішньо квартальну, а електрична - на високовольтні та низьковольтні мережі.

Кольором відображається поточний стан устаткування. При відображенні схем вузлів (камер, колодязів, насосних станцій, головних розподільчих пунктів і т.д.) умовні позначки запірної арматури мають колір, що залежить від поточного стану (наприклад, зелений) - відкрито, червоний - закрито, жовтий - в проміжному стані). При цьому підтримуються різні технології зміни стану устаткування і моделювання переключень. Гідравлічний розрахунок виконується на основі автоматично сформованої розрахункової схеми для кожної зони теплопостачання в місті. При цьому допускаються будь-які сполучення вихідних даних, наприклад: паралельна робота декількох джерел, довільне розташування регуляторів тиску, гідравлічних втрат, сполучення споживачів з різними схемами приєднання тощо.

Однією з основних функцій диспетчерської служби є контроль за виконанням аварійно-відновлювальних робіт на основі журналу заявок аварійних і ремонтно-відновлювальних робіт на мережі. Реалізація технології електронного ведення журналів заявок значно полегшують роботу диспетчерської служби.

Після проведення переключень автоматично знаходяться відключені ділянки мережі і формується рапорт про відключених абонентів, що містить по кожній категорії абонентів (житло, школи, промислові об'єкти і ін.) відомості про відключене навантаження і кількість відключених будинків.

Основні відомості щодо технічних умов, які видані заносяться в базу даних - архіву технічних умов. Здійснюється швидкий пошук необхідних технічних умов за різними критеріями вибору: за датою видачі, за адресою, за найменуванням замовника та ін. При необхідності технічні умови можуть бути доповнені схемою приєднання.

Обмін інформацією між робочими місцями може здійснюватися трьома способами: копіюванням і оновленням інформації за допомогою дисків; у рамках роботи в локальній мережі; за допомогою модемів (в Київенерго обмін інформацією виконується за допомогою телекомунікаційних мереж).

Інтерфейс програми ручного введення повинен бути побудований таким чином, щоб мінімізувати кількість операцій при введенні даних. При наявності автоматизованої системи збору даних за допомогою спеціальних інтерфейсів програм відбувається запис телеметричної інформації до архіву. ГІС тепломереж дозволяє вести журнал прогнозу погоди і журнал фактичних метеорологічних даних (температура зовнішнього повітря, швидкість вітру, опади). У результаті забезпечується можливість введення багаторічного архіву параметрів, які описують режими роботи теплової мережі.

На основі утвореного статистичного архіву будується математична модель взаємозв'язку між витратами тепла і метеорологічними параметрами (прогнозування споживання тепла містом). У результаті за метеопрогнозом, який передається Гідрометцентром розраховуються прогнози споживання тепла по теплоджерелах для відкритої системи теплозабезпечення за допомогою гарячої води.

Додатково комплекс програм може забезпечувати ведення архіву параметрів, які обробляються з розрахунком різних техніко-економічних показників і даних висновків за місяць, квартал, рік та ін., отримання миттєвих, годинних і суміжних значень параметрів.

Обробка технологічних параметрів повинна виконуватися за допомогою сканерів з записом значень параметрів. Всі бази даних ГІС повинні зберігатися на серверах та мати проміжні архівні копії на дисках. Програмним забезпеченням для створення ГІС є комплекс програм фірми Autodesk: AutoCAD, AutoCad Map 2000, Autodesk Map та програми, що розширюють функціональні можливості попередніх, написані вітчизняними фахівцями.

Тут доречно підкреслити деякі особливості систем автоматизованих робочих місць. У системах керування експлуатацією підприємств інженерних мереж істотно переважає використання різного роду схем, у яких значення точності просторових даних поступається значенню описових даних; до цих графічних матеріалів скоріше відносяться стандартні технічні креслення або схеми, ніж топографічні вимоги. Властивий AutoCAD системам креслярський інструментарій значно розвинений.

Висновки

На основі проведеного дослідження розроблено теоретико-методичні основи картографічного забезпечення функціонування інтегрованої ГІС з метою управління міських підземних комунікацій великого міста (на прикладі м. Києва). Це здійснено з урахуванням специфіки об'єкта дослідження (АК "Київенерго) та можливостей сучасних ГІС, головною функцією яких є проведення картографічного моделювання на основі геоінформаційного аналізу даних.

При розробці теоретико-методичних основ забезпечення функціонування інтегрованої ГІС:

1. Проаналізовано досвід використання ГІС в управлінні окремими енергетичними зарубіжними компаніями, а саме ВАТ "Мосенерго" та АТ "Мостеплоенерго" та зроблено висновок що такі ГІС можуть бути використані для прийняття лише загальних рішень в експлуатації комунікацій; не вміщено до ГІС складне картографування розподільчих та низьких за напругою мереж, кількість яких переважна більшість.

2. Визначено властивості ГІС як інформаційної моделі стосовно великого територіального об'єкту, які визначаються можливостями:

- виділення частини системи або географічних об'єктів за різними ознаками (площинними, лінійними, адресними, топологічними тощо);

- формування структурованих запитів з пошуку елементів інфраструктури міської забудови і технічної системи;

- перегляду і підготовки технологічних даних, необхідних для теплових і гідравлічних розрахунків;

- формування та експорту наявних електронних карт, технологічних, виконавчих і розрахункових схем;

- запуску розрахункових технологічних задач з аналізу параметрів роботи мережі;

- сприймати, аналізувати і відображати поточну інформацію зі встановлених датчиків;

- формування та експорту готових електронних карт, технологічних, виконавчих і розрахункових схем;

- друку графічної і табличної інформації, а також вихідних документів;

3. Обґрунтовано теоретико-методичні основи проблемного картографування інженерних мереж на основі використання можливостей геоінформаційних технологій.

Методична схема створення такої інтегрованої інформаційної системи інженерних комунікацій м. Києва передбачає врахування конкретних принципів:

- закріплення вибору ліцензійного програмного забезпечення на використання операційної системи, базового програмного продукту ГІС, системи управління базами даних;

- визначення порядку перспективного та поточного планування робіт; відповідальних осіб;

- затвердження щорічних організаційних заходів впровадження ГІС.

4. Визначено, що впровадження інтегрованої геоінформаційної системи в практику управління інженерними комунікаціями АК "Київенерго" базується на соціально-економічних, організаційно-управлінських та існуючих технічних передумовах.

Соціально-економічні передумови визначають необхідність розробки та впровадження ГІС з точки зору ефективності використання АК "Київенерго" своєї основної функції - безперебійного забезпечення енергопостачання комунальної та промислової інфраструктури міста на основі оперативної обробки необхідної інформації.

Організаційно-управлінські передумови базуються на використанні існуючого досвіду роботи ГІС в експлуатації інженерних комунікацій різних рівнів та призначень та можливістю здійснювати за їх допомогою гнучке управління функціонування складною системою, якою є АК "Київенерго".