Применение геоинформационных технологий в организации работы и управлении жилищно-коммунального хозяйства административного района муниципального образования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В настоящее время геоинформационные системы (ГИС) достаточно широко используются при эксплуатации коммуникаций предприятий жилищно-коммунального хозяйства, так как именно инженерные сети являются одной из наиболее важных частей жилищно-коммунальной сферы муниципального образования. Рассмотрим весь спектр преимуществ ГИС и экономического эффекта при внедрении данных систем на предприятиях ЖКХ.

Что же такое ГИС? Геоинформационная система - это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам городской территории.

При внедрении ГИС на предприятия ЖКХ руководители и базовые службы получают мощный инструмент для управления разветвленной инфраструктурой инженерных сетей, позволяя полностью автоматизировать или сильно упростить выполнение различных задач, возникающих в процессе эксплуатации инженерных коммуникаций. Дает возможность моделирования физических процессов в сетях, сокращения сроков проектирования развития сетей и выдачи технических условий на подключение новых потребителей, сокращение сроков поиска и локализации аварийных участков при общем снижении финансовых и трудозатрат и многие другие возможности. При этом все отделы и службы предприятия ЖКХ (диспетчерские, производственно-технические отделы, абонентские службы - в случае использования биллинговых систем, интегрируемых с ГИС, и другие) могут использовать отдельные возможности ГИС для повышения эффективности работы своих подразделений, что в целом значительно повышает эффективность эксплуатации всех инженерных коммуникаций предприятия. Одновременное нанесение на электронную топографическую основу различных инженерных сетей муниципального образования дает возможность всем службам города координировать свою деятельность, в том числе для устранения аварийных ситуаций и в других случаях необходимости разрытия грунта, без повреждений других коммуникаций, проложенных на территории.

1. Основные цели и задачи ГИС

Основные цели применения ГИС:

ь повышение оперативности принятия решений и управляемости отраслью ЖКХ на всех уровнях власти;

ь информационно-аналитическая поддержка всех участников правоотношений по управлению, содержанию и ремонту жилищного фонда и коммунальной инфраструктуры, предоставлению коммунальных услуг;

ь снижение (сдерживание) социальной напряженности за счет открытости информации по расчетам за услуги сферы ЖКХ.

Задачи:

ь обеспечение органов власти всех уровней актуальной и достоверной информацией о состоянии ЖКХ, необходимой для принятия обоснованных решений и проведения взвешенной государственной политики;

ь гарантированная открытость информации в сфере ЖКХ (в первую очередь, для граждан и управляющих компаний) и ее сохранность при «недружественной» смене управляющей организации.

Рассмотрим конкретные задачи, решаемые с помощью ГИС на предприятиях ЖКХ.

1. Централизованное хранение информации. Вся информация, описывающая сеть предприятия, концентрируется в едином хранилище, связанном с электронной картой территории. Это дает ряд преимуществ. Во-первых, централизованное хранение данных позволяет избежать дублирования и внутренней противоречивости информации. Во-вторых, база знаний предприятия о своей сети перестает быть зависимой от конкретных физических лиц. В-третьих, единая электронная база данных обеспечивает быстрый доступ вех отделов и служб предприятия к достоверной информации по объектам инженерных коммуникаций. Сетевая версия внедряемой ГИС позволяет сотрудникам различных отделов и служб предприятия ЖКХ одновременно работать с системой.

2. Полная паспортизация объектов сети. Все известные данные об объектах инженерных коммуникаций внесены в прикрепленные к ним таблицы. Таким образом, в системе постоянно хранятся паспортные данные по всем объектам, в том числе - схемы всех колодцев, камер, насосных станций или ЦТП, расходы, напоры и схемы подключения потребителей и т.п. Полноценное описание всех объектов сети позволяет осуществлять поиск объектов по любому запросу, как по пространственным, так и по табличным данным; в любой момент времени знать состояние объектов. Автоматически формировать отчеты и справки, графическую информацию по любому из объектов сети, сводные отчеты по всей сети в целом или по части территории в любой необходимой форме.

3. Работа в режиме реального времени - просмотр, изменение и анализ данных. Преимущества: позволяет отслеживать текущее состояние инженерной сети и реагировать на её изменения, а также быстро принимать решения и предоставлять актуальную информацию по запросам муниципальных органов. Наложение информации об объектах инженерной сети на электронную карту территории делает её наглядной и значительно упрощает процесс анализа и систематизации.

4. Решение коммутационных задач позволяет быстро осуществить поиск запорной арматуры для изоляции аварийного участка; осуществить поиск кратчайшего пути между объектами сети; определить, какие потребители будут изолированы при изменении состояния сети.

5. Автоматизация работы диспетчерской службы позволяет осуществлять в электронном виде ведение журналов по аварийным, ремонтным, профилактическим работам; автоматически готовить отчеты об изменении состояния сети (например, где и какие были аварии за определенный период времени, какие устройства были перекрыты, какие и когда абоненты были отключены), оптимизировать планирование и организацию проведения ремонтных и профилактических работ, что обеспечивает продление срока службы технологического оборудования предприятия.

6. Проведение инженерных расчетов: инженерные расчеты дают возможность моделировать физические процессы в сети, определять давление, температуру и ряд других физических параметров инженерных сетей.

Например, для различных сетей инженерные расчеты могут быть следующими:

для сетей водоснабжения:

- поверочный гидравлический расчет, который позволяет рассчитать расходы и напоры во всех участках и узлах сети;

- конструкторский расчет, который позволяет рассчитывать оптимальный диаметр труб при подключении новых участков;

- расчет гидроудара, т.е. переходных процессов в сети, позволяющий найти «узкие места» и предотвратить разрывы труб;

для сетей теплоснабжения:

- наладочный расчет, позволяющий рассчитать диаметры дросселирующих устройств, поверочный расчет, позволяющий вычислять расходы, напоры и температуры на участках и в узлах сети;

- конструкторский расчет, который позволяет рассчитывать оптимальный диаметр труб при подключении новых участков или используется для оптимизиции заменяемых участков сети;

- построение температурных графиков,

- теплотехнические расчеты котельных: ведение суточных ведомостей, планирование работы котельной на определенный период и т.д.;

для сетей электроснабжения:

- расчет установившегося режима, т.е. определение всех токов и напряжений в сети;

- расчет токов коротких замыканий;

- проверка селективности защит при возникновении короткого замыкания;

для газовых сетей:

- поверочный расчет (при заданных расходах всех потребителей газа и заданных давлениях на источниках/потребителях рассчитываются газовые потоки на всех участках и давления во всех узлах газопровода);

- конструкторский расчет (рассчитываются диаметры труб участков газопровода, давления газа и газовые потоков (расходы) в узлах и на участках газопровода).

Проведение инженерных расчетов позволяет быстро рассчитать сеть, состоящую из десятков тысяч объектов и моментально произвести перерасчет при изменении состояния сети. Возможность проведения инженерных расчетов позволяет также существенно снизить трудозатраты на наладку, мониторинг текущего состояния сети при значительном сокращении временных ресурсов.

7. Проектирование развития сетей позволяет существенно сократить сроки выдачи технических условий на подключение потребителя и согласований на разрытие грунта; рассчитать, как ввод в эксплуатацию новых объектов отразится на состоянии всей остальной сети.

8. Интеграция с АСУ ТП и SCADA-системами. дает возможность использовать в ГИС реальные значения физических параметров объектов; позволяет произвести точную калибровку расчетной модели сети.

2. Принципиальные основы применения ГИС-технологий для городских инженерных коммуникаций

В целом анализ реализации ГИС-проектов все больше убеждает в том, что сегодня наиболее эффективны в геоинформатике независимые коммерческие производственные организации, перспектива развития и благополучия которых строится на повышении эффективности информационного проекта. Независимый статус и прямая заинтересованность этих предприятий, в состав учредителей которых могут входить региональные и муниципальные органы власти, производственные и коммерческие компании, обеспечивает эффективное решение целого ряда проблем; начиная от межведомственного взаимодействия и постоянного обновления информации, кончая вопросами стандартизации обмена пространственной информации. Только таким структурам под силу заставить работать геоинформационные базы практически на все сферы деятельности человека, обеспечивая приток новых средств и специальных задач.

В этих условиях прорисовывается тенденция взаимопроникновения геоинформатики и отраслевых специализированных приложений, для которых ГИС может являться удобным средством визуализации и аналитики.

В настоящее время в структуре спроса превалируют не столько полнофункциональные ГИС, сколько ГИС-приложения для решения конкретных производственных и технологических задач. Рынок предложений явно смещен в сторону инструментария для построения интегральных ГИС, объединяющих конечные проекты в единой информационной среде. Для проектирования комплексных решений прикладных задач на основе ГИС необходимо располагать средствами интеграции. Этот дисбаланс спроса и предложения имеет тенденцию к постепенному выравниванию за счет усилий отечественных производителей, создающих именно ГИС-приложения - как в среде «фирменного» инструментария, так и на собственных средствах, организуя универсальный интерфейс с распространенными ГИС, либо присоединяя эти разработки к конкретным ГИС-проектам.

Современные ГИС-технологии позволяют без особых проблем создавать системы, отображающие на экране монитора, принтере или плоттере схемы инженерных коммуникаций на плане города. Но убедить персонал, занимающийся эксплуатацией инженерных сетей, в полезности подобных систем очень непросто. Еще сложнее довести систему до промышленной эксплуатации, то есть добиться того, чтобы система использовалась не только подразделением АСУ предприятия, но и производственными службами (диспетчерские службы, аварийные бригады, производственно-технические отделы и т.д.). Это, безусловно, зачастую связано и с невысокой культурой эксплуатации инженерных сетей, и с низким уровнем компьютерной грамотности эксплуатационного персонала, и с проблемами финансирования. Но главная причина заключается в другом. Подавляющее большинство поставляемых ГИС-продуктов конечного пользователя «не умеют» отвечать на целый ряд существенных для эксплуатации вопросов: не могут дать рекомендации по локализации аварийных участков, указать последствия тех или иных переключений, дать анализ повреждаемости сети и эффективности проводимых профилактических работ и т.д.

Не менее важными факторами, влияющими на отказ от использования профессиональных ГИС эксплуатирующими организациями являются:

- очень высокая стартовая стоимость (покупка инструментария и необходимого количества лицензий, разработка и внедрение решений), дорогой консалтинг;

- высокие требования к аппаратным ресурсам и операционной среде;

- необходимость наличия программистов, обученных и сертифицированных производителем ГИС-инструментария.

- необходимость покупки пользовательских лицензий на целый ряд «сопутствующих» систем и продуктов (серверные платформы, промышленные СУБД, средства сетевого администрирования и т.п.);

- высокая стоимость сервисов и низкая «доступность» разработчиков.

Как следствие - не окупаемость подобных проектов в ЖКХ. Прежде чем начинать трудоемкий и довольно дорогостоящий процесс ввода графической и атрибутивной информации по инженерным коммуникациям с помощью какого-либо ГИС-инструментария, нужно четко представлять себе, как реальный пользователь будет эту информацию использовать, решение каких конкретных задач необходимо заказчику.

3. Классификация прикладных задач эксплуатации инженерных коммуникаций

Для того, чтобы затраты на внедрение ГИС были окупаемы (или хотя бы небесполезны), она должна содержать в себе атрибутивную, методологическую и инструментальную основу для решения следующих наиболее общих задач, тесно связанных по потокам информации:

- графическое представление схемы инженерных сетей с привязкой к плану города;

- инвентаризация объектов распределенной инфраструктуры предприятий инженерных сетей;

- получение справок и генерация отчетов об инженерной сети;

- прогнозирование и моделирование аварийных ситуаций, мониторинг состояния сетей и предотвращение аварийных ситуаций;

- гидравлические расчеты, наладочные расчеты потребителей и расчет тепловых потерь (тепловые сети);

- учет потребления энергоресурсов;

- ведение архива, анализ и графическое отображение повреждений (дефектов) на сети;

- оперативное диспетчерское управление и обеспечение профилактических и аварийных ремонтных работ;

- технологические расчеты (режимы нагрузок, потери в инженерных сетях и т.п.);

- отслеживание, моделирование и отработка переключений и т.д.

Даже поверхностный взгляд на этот перечень функциональных характеристик программных средств для комплексной автоматизации диспетчерских и производственно-технических служб муниципальных сетей инженерных коммуникаций позволяет оценить место и удельный вес собственно ГИС и ГИС-подобных приложений в таких системах. Классические геоинформационные технологии покрывают функциональные потребности лишь первой и, в небольшой степени, второй группы перечисленных задач. Все остальные функции обеспечивают давно отработанные и продолжающие развиваться методы и алгоритмы прикладной математики данной предметной области.

4. Этапы внедрения ГИС на предприятиях ЖКХ

В зависимости от конкретных потребностей и особенностей предприятия процесс внедрения ГИС может быть различным, но в общем случае типовой процесс внедрения состоит из следующих этапов:

· определение главных целей внедрения системы, формализация требований к задачам, решаемых системой;

· выбор необходимого программного обеспечения;

· поставка, установка и настройка программного обеспечения;

· проектирование структуры данных, стилей, форм, шаблонов и условных обозначений;

· инвентаризация всего исходного (как бумажного, так и электронного) материала, его анализ;

· проведение работ по получению недостающих данных;

· подключение (сканирование, калибровка, вставка) бумажного материала в систему, импорт существующего электронного материала;

· векторизация городской территории и объектов инженерных сетей;

· заполнение таблиц семантических данных;

· ввод системы в эксплуатацию: обучение пользователей, настройка прав доступа к данным и т.д.;

· работы по актуализации данных и развитию функциональности ГИС.

Сроки внедрения ГИС в среднем составляют от 4 до 8 месяцев.

При внедрении ГИС на предприятиях сферы ЖКХ неизбежно возникают проблемы. Как правило, это:

· использование программного обеспечения, неприспособленного к решению комплекса специализированных задач предприятий сферы ЖКХ или программного обеспечения с закрытой моделью данных, не позволяющего осуществлять конвертирование информации в иную программную среду;

· половинчатость решений, т.е. недостаточное финансовое и кадровое обеспечение процесса внедрения и эксплуатации ГИС;

· отсутствие источников исходных пространственных и семантических данных либо противоречие в них;

· отсутствие регламента эксплуатации системы и актуализации информации;

· проблемы взаимодействия с муниципальной геоинформационной системой.

Однако успешный многолетний опыт внедрения подобных геоинформационных систем позволяет специалистам в области геоинформационных технологий уверенно утверждать, что все эти проблемы имеют решения, как на этапе внедрения, так и на этапе эксплуатации ГИС.

Специалистами проведен анализ сфер использования ГИС-технологий, анализ состояния ЖКХ и обоснование целесообразности использования ГИС-технологий для мониторинга объектов ЖКХ. Выделим основные компоненты любой ГИС. В этом вопросе также существуют разные точки зрения, однако большинство исследователей сходится к нескольким основным компонентам. На рисунке 1 представлен наиболее полный комплекс компонентов ГИС с равнозначной значимостью, однако существует множество мнений, выделяющих определенные зависимости и делающих акценты на определенных компонентах системы. Некоторые ученые полагают, что ГИС имеют три основных элемента: компьютеры и комплектующие, модули прикладного программного обеспечения, а также надлежащий организационный контекст. Другие считают, что в ГИС главенствующее значение имеют данные и именно их нужно ставить на первое место в системе. В таком случае рисунок значительно видоизменится, но, возвращаясь к этому варианту построения принципиальной схемы ГИС, следует отметить, что здесь все компоненты равносильны и система не может эффективно функционировать без какого-то из них.

Поскольку геоинформационные технологии в настоящее время применяются во многих сферах человеческой деятельности, то нельзя трактовать их только применительно к географии (или геологии, геодезии). Они имеют значение и применение значительно более широкое, чем только в указанных дисциплинах. Приставка "гео" означает только использование пространственного принципа организации информации. Поэтому области применения ГИС выходят из пределов географических изысканий.

В условиях современности с её тенденциями к глобализации, тотальной информатизации и актуализации энерго- и ресурсосберегающих технологий расширяются сферы использования геоинформационных систем. Если в середине прошлого века сферы применения ГИС сводились к земельному кадастру и военным нуждам, то сейчас ГИС-технологии распространены практически повсеместно. Далее представлены основные сферы применения ГИС-технологий, однако и это далеко не полный список, поскольку существует значительное количество узкоспециальных приложений, не подпадающих под приведенные области.

Основные области применения: управление земельными ресурсами и земельный кадастр, проектирование, инженерные изыскания, планирование в градостроительстве, архитектуре и строительстве. Тематическое картографирование в большинстве областей его применения, жилищнокоммунальное хозяйство, археология, маркетинг. Геодезия, сельское хозяйство, логистика и управление перевозками, геология, экологический мониторинг, управление природными ресурсами и т.д.

В настоящее время в жилищно-коммунальной сфере нашей страны существуют серьезные проблемы, требующие новых подходов при реформировании. Значительная доля жилищного фонда Украины состоит из жилых домов, построенных в прошлом веке. Его состояние таково, что по разным оценкам до 70 % выработанного на теплоисточниках тепла не доходит до потребителей, из них 40% теряется в теплоцентралях и 30% непосредственно в домах. При проектировании, строительстве и эксплуатации современных зданий и сооружений также не в полной мере реализуется комплексный подход к энергоресурсосбережению. По данным статистики фактические теплопотери в жилых домах на 20-30 % превышают проектные значения. Так, при инструментальном обследовании домов крупнопанельного домостроения установлено, что фактическое приведенное сопротивление теплопередаче стен составляет 0,8 кв.м 0С/Вт по сравнению с нормативной величиной в 3,16 кв.м 0С/Вт, а окон соответственно 0,2 и 0,54.

Экономия потребляемой коммунальными предприятиями электрической энергии достигается за счет снижения потерь в системах трансформирования, распределения и преобразования, а также за счет оптимизации режимов эксплуатации оборудования, потребляющего эту энергию. Экономия расходования воды достигается за счет снижения утечек в трубопроводах, повышения качества и технического состояния санитарно-технической арматуры. Из сказанного следует, что кроме политики модернизации ЖКХ страны необходимо создание жесткой системы учета и контроля потребления энергоресурсов. В этих целях необходима разработка новых методик и технических средств учета и контроля. Одним из перспективных направлений является использование в этих целях геоинформационных систем. Применение ГИС-технологий для мониторинга - это эффективный метод энерго-ресурсосбережения при эксплуатации объектов недвижимости ЖКХ. ГИС-технологии в ЖКХ будут использоваться, прежде всего, в целях учета и обработки информации о потреблении энергоресурсов в объектах ЖКХ, в частности, в жилых домах с учетом степени изношенности коммуникаций и технического состояния самих зданий и инженерных сооружений с целью разработки мероприятий по энергосбережению. Принципиальная схема ГИС для мониторинга в ЖКХ включает в себя датчики учета расходования энергоресурсов, GPS-приемники, аппаратное обеспечение, программное обеспечение, автоматизированное рабочее место диспетчера и набор методик анализа.

Наиболее востребованными и перспективными выглядят измерительные системы различных показателей. В русле современных энергосберегающих тенденций актуальным выглядит применение измерительных систем количества энергоресурсов для учета, контроля и анализа состояния объектов. Суть таковой системы заключается в предварительном сборе информации об объектах, создании баз данных и оперативном учете и контроле состояния указанных систем. Как указано выше любая ГИС состоит из нескольких основных компонентов. В данном конкретном случае необходимо соответствующее аппаратно-программное обеспечение, дающее возможности производить диспетчерский, технологический и технический контроль состояния систем водо- и теплоснабжения. Внедрение ГИС в сфере учета ресурсов помогает в осуществлении контроля, как количественных показателей, так и в анализе качества и режимов снабжения и потребления воды и энергоносителей, кроме того, именно в ГИС проводится паспортизация всех объектов с последующей привязкой атрибутивной информации к интерактивной карте.

Информация от специальных счетчиков, расположенных на объектах, поступает через интеграторы сети (ИС) к пользователю. Пользователем зачастую является диспетчерская, где установлен сервер, содержащий базу данных со всей измерительной и атрибутивной информацией. На сервере или серверах установлено специальное программное обеспечение, содержащее в себе как возможность создания, хранения, редактирования картографической информации с привязанными к ней атрибутивными данными, так и возможность использования специальных интегрированных СУБД. Связь между элементами системы осуществляется по экранированной витой паре. Использование такого рода систем производит значительный экономический, социальный и административный эффект. Далее представлена принципиальная схема использования ГИС-технологий в сфере жилищнокоммунального хозяйства на примере диспетчерской системы. Применение такого рода систем существенно повышает эффективность функционирования предприятий, в структуре которых используются ГИС.

На основе выше изложенного, можно сделать следующие выводы:

- научно-технический прогресс немыслим без использования ГИС-технологий;

- расширяются сферы использования ГИС-технологий;

- состояние ЖКХ требует расширения использования ГИС-технологий;

- применение ГИС-технологий для мониторинга ЖКХ сельских территорий - эффективный метод его реформирования.

геоинформационный прикладной инженерный коммунальный

Заключение

Внедрение геоинформационных технологий является одним из способов повышения эффективности функционирования предприятий ЖКХ и позволяет создать единую топографически корректную карту территории на основе всего многообразия имеющегося материала, а, совместно с внесенными семантическими (характеризующими объекты) данными, образует Информационную систему предприятия ЖКХ. Современные цены на необходимое аппаратное и программное обеспечение делают внедрение ГИС доступным для любого предприятия коммунальной сферы.

Литература

1. Гагарин В.Г. К обоснованию повышения теплозащиты ограждающих конструкций зданий / В.Г. Гагарин / СтройПРОФИль, 2010. - №1 (79).

2. Гагарин В.Г. Об окупаемости затрат на повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий / В.Г. Гагарин // Новости теплоснабжения, 2002. -№ 1. - С. 3-12.

3. Грабовый П.Г. Основы организации и управления жилищно-коммунальным комплексом / П.Г. Грабовый // Учебно-практическое пособие. - М.: Изд-во «АСВ», 2004 г.

4. Еремченко Е. Новый подход к созданию ГИС для небольших муниципальных образований/ Е. Еремченко. - ArcReview, 2005. - № 2 (32).

5. Клименко В.В. Влияние климатических и географических условий на уровень потребления энергии / В.В. Клименко // Доклады АН, 1994. - Т.339. - № 3. - С. 319-322.

6. Стражников А.М. Система контроля в сфере жилищно-коммунального хозяйства / А.М. Стражников // Доркомстрой - 2006. - № 7 - С.22-26.

7. Сурнин А.Ф. Муниципальные информационные системы. Опыт разработки и эксплуатации/ А.Ф. Сурнин. - 1998.

8. Чернышов Л.Н. Актуальные проблемы энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве России / Л.Н. Чернышов - М.: Энергосбережение, 2000. - № 1. - С. 32-33.

9. Чернышов Л.Н. Обоснование концепции энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве/ Л.Н. Чернышов, И.Л. Пичугин // Строительство и реконструкция. - 2010. - № 6 (32).

Размещено на Allbest.ru