CC BY
13
УДК 681.518
1.М. Рябченко, В.В. Гагарш, Д.1. Рябченко ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСНО? СПЕЦ1АЛ1ЗОВАНО1 ШФОРМАЦ1ЙНО1 СИСТЕМИ УПРАВЛ1ННЯ 1НЖЕНЕРНИМИ МЕРЕЖАМИ НА ПРИКЛАД1 СИСТЕМ ПОДАЧ1 Й РОЗПОД1ЛУ
ВОДИ
Постановка проблеми в загальному вигляд1 1 ТТ зв'язок з важливими науковими або практичними задачами. На сучасному рiвнi розвитку виробництва, коли все бшьшу небезпеку представляе вихвд з ладу крупних промислових об'еклв, що призводить до значних витрат й руйнувань, на перший план виходять проблеми контролю i управлшня складними системами. Найбiльш серйозним по наслщках чинником таких аварiй часто е !х несподiванка. Необхiднiсть ухвалення рiшень в стислi термiни, коли важко одночасно проаналiзувати всi наявш данi, може призвести до непродуманих дiй, якi спричинять за собою важы наслiдки.
Якщо завчасно передбачити, проаналiзувати можливi «вузьш мюця» у функщонуванш таких об'ектiв, намiтити заходи оперативного реагування на виниклу аваршну ситуацiю, розробити методи ефективного Н усунення, то збиток вiд тако! аварп може бути зведений до мжмуму.
Системи подачi й розпод^ води (СПРВ) е достатньо яскравим прикладом промислового об'екту, вихiд з ладу якого може негативно вообразиться на функщонуванш цшого ряду господарських об'еклв i життедiяльностi населення. Розробка методiв оперативного реагування на аваршш ситуацп, дослiдження !х особливостей стае особливо актуальним iз зростанням мшт, збiльшенням розмiрiв мереж, а також у зв'язку з необхiднiстю шдвищення економiчностi, надiйностi !х функцiонування. Одшею з актуальних на сьогоднi е проблема визначення самих небезпечних д^нок мережi з погляду збитку, який може бути нанесений аварiею на даних донках, з метою розробки заходiв щодо профiлактики i запобтання аварiйних ситуацiй на самих небезпечних донках водорозподшьно1 мереж1.
Ця проблема дослщжуеться в рамках тематичного плану науково-дослщних робiт Мiжрегiональноl Академи управлшня персоналом з напряму 1.1 01.05 1нформатика та шбернетика. Код завдання 1.1.01.05.02, 1.1.01.05.04 «Розвиток методiв та програмного забезпечення для розв'язання задач математичного моделювання та оптимального управлшня» i пов'язана з практичними задачами виробничих управлшь водопровiдно-каналiзацiйних господарств (ПУВКХ) Укра1ни.
Анал1з досягнень 1 публжацш по тем1 досл1дження даноТ проблеми. Видшення невир1шених рашше частин загальноТ проблеми, яким присвячуеться дана стаття. З розвитком сучасних шформацшних технологш з'явилася можливiсть створювати комплекси, здатш допомагати задачам управлiння такими крупними системами, як шженерш мережi. Таш комплекси виконують функци проектування, швентаризацп, моделювання, а також шформащйно1 шдтримки експертних оцiнок i ухвалення ршень. Розробниками i дослiдниками пропонуеться велика кшьшсть рiзних рiшень. В даний час склався певний круг базових систем, що використовуються для шженерних мереж. 1сторично першими тут були системи автоматизованого проектування (САПР), за допомогою яких розроблялися проекти окремих елеменлв мереж, i бази даних, покликаш обслуговувати швентаризацшш запити, роботу iз споживачами i iншi задача Проте вiдiрванiсть таких систем вщ оперативно1 iнженерноl iнформацil робило !х обмежено придатними [1]. Сьогоднi найпоширешшими i вживаними на пiдприемствах водопровiдно-каналiзацiйного господарства е спецiалiзованi системи i геоiнформацiйнi системи (Г1С).
Для виршення задач, пов'язаних з розрахунком параметрiв функцiонування, розрахунку режимiв i поведшки мережi у виняткових випадках були створеш спецiалiзованi системи. Вони мають вбудоваш засоби створення принципових схем i внутрiшнi бази даних, що мштять тiльки iнформацiю, необхiдну для розрахуншв. Прикладом тако1 системи може служити система прийняття рiшення при аварiях на водорозподiльнiй мережi, призначена для вибору найращональшшого варiанту дш по усуненню аварiй на водорозподшьнш мережi залежно вiд ситуацil, що склалася [2]. Не дивлячись на велику значущють одержуваних результатiв, спецiалiзованi системи залишаються часто вiдiрваними вщ реально1 iнформацil про те, що е мережею, i вирiшують задачi розрахунку на досить грубому наближенш до не1.
Наступним незалежним класом систем, вживаних для iнженерних мереж, е геошформацшш системи. Цi системи вщповщають потребам просторового моделювання шженерних мереж, !х взаемнiй ув'язцi з об'ектами навколишнього свiту. Проте при використовуванш Г1С постае низка проблем.
1нструментальш Г1С в чистому виглядi не можуть вирiшувати специфiчнi задачi моделювання i розрахунку. Для вирiшення цих задач потрiбнi додатковi моделi, алгоритми i вбудоваш процедури.
Все вищесказане указуе на те, що окремо данi класи систем не можуть комплексно виршити задачу шформацшно! пiдтримки iнженерних мереж. Одним з варiантiв рiшення дано! проблеми може бути штегращя Г1С i спецiалiзованих систем i, як наслщок, створення комплексно! спещалiзовано! шформацшно! системи управлшня iнженерними мережами.
Формулювання мети статтi. Мета статтi полягае у виборi оптимально! архiтектури комплексно! спецiалiзовано! iнформацiйно! системи управлiння шженерними мережами (в штатних i аваршних режимах роботи) засновано! на штерфейс Г1С i володiючо! всiма перевагами спецiалiзованих iнформацiйних систем.
Виклад основного матерiалу з повним обгрунтовуванням отриманих наукових результа^в.
Як загальна структура 1С управлшня шженерними слями пропонуеться структура, що складаеться з трьох роздшв, кожний з яких е електронною векторною картою i служить для виршення рiзних задач.
Перший роздш - траси трубопроводiв на планi мiсцевостi - мютить декшька груп шарiв даних:
1) Топографiчний план мiсцевосmi. Дана група шарiв мiстить полiгональнi шари рельефу мшцевосл, об'ектiв гiдрографi!, кварталiв, будiвель, вулиць i лiнiйнi шари осей вулиць, транспортних мереж i iнших комунальних мереж (електропостачання, теплопостачання, газопостачання i т.п.).
2) Об'екти - джерела послуг, що надаються (водозабори, насосш станцп i iн.). Дана група шарiв мiстить полiгональнi шари даних об'еклв i шари, прив'язки даних об'еклв, що мiстять, до об'еклв мiсцевостi.
3) Об'екти, що створюють трубопровiдну мережу, утвореш дiлянками трубопроводу, колодязями i запiрною арматурою. Дана група шарiв представлена лiнiйними шарами водоводiв, точковими шарами колодязiв i запiрно! арматури i шарами, що мштять прив'язки об'ектiв до об'еклв мiсцевостi.
4) Об'екти, що забезпечують тдключення споживачiв до трубопровiдноi мережi. До них вщносяться введення в будiвлi i вузли управлiння введеннями водопроввдно! мережi. Ця група шарiв також представлена контурами об'ектiв i необхiдними прив'язками.
На дану електронну карту об'екти трубопровiдно! мережi наносяться з максимальною точшстю, що допускаеться масштабом, щоб уникнути помилок при прив'язщ об'ектiв мережi до об'еклв мiсцевостi.
Другий роздiл - оперативнi схеми трубопроводiв на планi мiсцевостi - мютить аналопчш групи шарiв (топографiчний план мiсцевостi, об'екти - джерела послуг, що надаються, об'екти, що створюють трубопроввдну мережу i об'екти шдключення споживачiв до трубопроввдно! мереж1). Дана карта мае наступний ряд штотних вiдмiнностей вiд карти трас трубопроводiв.
1. Об'екти трубопроввдно! мереж1 представляються схемно, що бшьш зручно для диспетчерських служб, наприклад, дiлянки трубопроводiв зображаються лiнiями, паралельними вертикальним i горизонтальним напрямам по вщношенню до орiентацi! карти на екраш комп'ютера.
2. Окрiм осьових лшш дiлянок трубопроводу е вiдрiзки труб, причому точно в тш же кiлькостi i розташованi в тш же послiдовностi, що i реальнi вiдрiзки труб на мюцевосл.
3. Основною вiдмiннiстю другого розд^ вiд першого е вiдсутнiсть шарiв прив'язок об'ектiв мереж1 до мшцевосл i наявнiсть шарiв принципових схем об'еклв, що створюють трубопровщну систему, до яких ввдносяться джерела послуг, що надаються, колодяз^ запiрна арматура, а також пристро! пiдключення споживачiв. Принциповi схеми об'ектiв формуються у виглядi масштабованих умовних знакiв устаткування, що розташовуються так само, як на паперових кресленнях принципових схем об'еклв. На вiдмiну вiд паперових носив, елементи принципових схем устаткування можуть вщображатися не в одному, а в декшькох станах, вщповщних поточному стану устаткування (наприклад, засувки можуть бути вщкритий або закритий i т.п.).
Третш роздiл 1С - оперативна схема без прив'язки до мiсцевостi - призначений для гiдравлiчного розрахунку трубопровiдноiмережi, експлуатовано'1'пiдприемством. Вiнмiстить тiльки трубопроводи, контури об'ектiв мережi i принциповi схеми, розташованi на картi так, щоб надати максимальну обзорнiсть i наочнiсть всiеi системи трубопровiдних мереж.
1С управлшня мережами, о^м електронних карт, мае реляцшну базу даних (БД), що збериаеться на SQL-серверi, в якш мютяться атрибути бшьшосл об'еклв, нанесених на карти 1С, i атрибутивш описи основних елеменлв технолопчного процесу шдприемства. Структура атрибутивних опиав об'еклв i устаткування трубопроввдно! системи е об'ектно-орiентованою моделлю шженерно! мереж1. Кожний об'ект вiдноситься до деякого класу, який успадковуеться ввд деякого бiльш абстрактного класу об'еклв. Кожному класу вщповщае окрема таблиця в БД, записи в якш характеризують окремi
об'екти даного класу.
1С управлшня мережами володie широкими можливостями отримання аналпично! шформаци за допомогою запипв. Bci iнформацiйнi запити в 1С можуть бути роздшений на два класи.
Перший клас - запити за визначенням шдмереж, шдключених зараз до джерел води, на основi станiв комутуючих елеменпв вие! мереж1 комунiкацiй. Варiанти тако! постановки задачi - запит за визначенням шдмереж, вщключених зараз ввд джерела, або запит на обчислення деякого загального параметра тако! мереж1 (наприклад, сумарне споживання).
Другий клас - запити вибору з 1С шформаци по об'ектах, що мають певну характеристику (наприклад, спосiб прокладення), або вибiр об'eктiв, на яких ввдбулася задана подiя, виконана вказана робота або знайдена несправшсть вказаного вигляду.
Запити обох класiв повинш надавати результат користувачу як видшенням об'eктiв на картi, так i формуванням форматованого списку об'eктiв iз заданим набором атрибутiв. Цим обумовлеш наступнi вiдмiнностi пiдсистеми запитiв 1С вщ традицiйних способiв реал!заци запипв до БД.
Внутрiшнiй механiзм виконання запипв першого класу заснований на формуванш графсько! моделi трубопроввдно! мережi i видiленнi зв'язних областей на нш. Далi на графi мереж! знаходиться та зв'язана область, яка задовольняе заданим параметрам. Попм ввд видшено! зв'язно! областi виконуеться перехвд до початкових елементiв графсько! модел! як! повертаються користувачу як результат виконання запиту. Бшьш докладна шформащя по особливостях застосування графських моделей в 1С шженерних мереж приведена в [3].
Виконання запипв другого класу активно використовуе можливосп базово! SQL-орiентовано! СУБД, в якш збериаються атрибутивш дан!. Можлившть виконання запипв на мов! SQL дозволяе програмно сформувати по заданим користувачем критер!ях пропозищю на SQL, повернувши результат у вигляд! набору !дентифшатор!в об'екпв. Дал! по цьому набору формуеться результуюча виб!рка об'екпв i видшяеться на карт!, або формуеться звгг.
Таким чином, за допомогою спещал!зовано! шформацшно! системи управлшня шженерними сгтями можуть бути виршений наступш задач!:
1. Формування кадастру трубопровод!в i об'екпв шженерно! мереж!, експлуатовано! шдприемством. Ршення ще! важливо! задач! стае можливим тшьки при переход! ввд зберпання шформаци на традицшних паперових ноаях в граф!чний формат геошформацшно! системи. Кр!м того, за наявносп злагоджених (виконаних в однш систем! координат !з заданою точшстю) кадастр!в вах мюьких комушкацш (мереж електропередач!, тепло-, водо- i газопровод!в, мереж водоввдведення) спрощуеться м!жвшомча робота за погодженням ремонтних робгл Вона зводиться тшьки до роздрукованого плану дшянки i узгодження необхвдних вшключень.
2. Основне застосування даних, нанесених на кадастровий роздш i оперативну схему плану мшцевосп - швентаризащя встановлених труб i устаткування. Це дозволяе ощнити стушнь зносу системи трубопровод!в з використанням вбудованих в систему запипв i спрогнозувати найв!ропдшш! м!сця i час аварш. На основ! даного прогнозу можна провести попереджуюч! ремонти, що понизить сумарш витрати шдприемства на лшввдащю наслшыв аварш на трубопроводах.
3. На основ! анал!зу частоти ремонтних робгт на р!зних типах устаткування за допомогою вбудованих в систему звтв проводиться виявлення якнайменше яшсних сортаменпв труб i марок устаткування, що е важливою шформащею для служби постачання.
4. Наявшсть оперативних схем з можливютю оперативно! змши стану комутуючих елеменпв (засувок, затвор!в i ш) i вбудованих в 1С запипв за визначенням абоненпв, шдключених (вшключених) до системи трубопроводу залежно ввд !! поточного стану, дозволяе диспетчерськш служб! оперативно реагувати на можлив! аваршш ситуаци i ухвалювати правильш ршення по управлшню трубопровшною стто.
5. Наявшсть оперативних схем з прив'язкою до мшцевосп i без не! дозволяе програмно, за допомогою вбудованих в 1С засоб!в розрахунку режим!в, виконувати пдравл!чний i тепловий розрахунок вае! трубопроввдно! мереж1 або !! окремих дшянок, автоматизувати роботу служби режим!в i ухвалювати обгрунтоваш ршення по проектуванню або ремонту джерел водопостачання (водозабор!в, насосних станцш i in).
Висмовки по даному дослвджеммю i перспективи подальших дослвджемь в даному мапрямь Проведений огляд дозволяе зробити наступш висновки. В даний час юнуе два шдходи до створення шформацшних систем управлшня шженерними мережами - це використовування неспещал!зованих базових програмних комплекив - Г1С i САПР - для побудови на !х основ! систем шформацшного моделювання шженерних мереж i розробка i подальше застосування вузькоспещал!зованих систем для розрахунку i моделювання параметр!в функцюнування мереж1.
В той же час сучасш настшьш системи Г1С мають вс необхшш засоби для штеграци в
шформацшш комплекси. Все це дозволяе зробити висновок про доцшьшсть i ефектившсть побудови систем шформацшного моделювання з використанням ушверсально! Г1С, що мае засоби штеграцп i призначено! для виконання таких шдзадач, як вiдображення даних i просторовий аналiз.
Подальшi дослiдження в даному напрямi полягають в розробщ iнтерфейсу взаемодi! Г1С i спецiалiзованих систем, який забезпечуватиме ефективний обмш даними i !х аналiз як засобами Г1С, так i засобами спецiалiзовано! системи.
Л1ТЕРАТУРА
1. http://www.gisa.ru/publicat.html // Сарычев Д.С. Современные информационные системы для инженерных сетей. - Томск, 2003.
2. Холодная Т. А. Разработка методов анализа аварийных ситуаций в инженерных сетях: Дис. ... канд. техн. наук: 05.13.03. - Харьков, 1997. - 162 с.
3. Вайсфельд В.А., Ексаев А.Р. Принципиальные основы применения ГИС-технологий для городских инженерных коммуникаций // Инженерные коммуникации и геоинформационные системы: материалы первого учебно-практического семинара, «ГИС-Ассоциация», 14-17 октября 1997 г. -М.: 1997, с. 3-9.
РЯБЧЕНКО 1.М. - проф., д.т.н., завщувач кафедри « Стратепчного менеджменту» Харшвського шституту МАУП.
Научные интересы: прогрессивные информационные технологии.
ГАГАРЩ В.В. - доцент кафедри «1нформацшних систем i технологш в мюькому господарствi ЦПО i ЗН» Харк1всько! нацiонально! академi! мюького господарства
Научные интересы: прогрессивные информационные технологии.
РЯБЧЕНКО Д.1. - астрант Харк1вського нацiонального унiверситету радiоелектронiки.
Научные интересы: прогрессивные информационные технологии.
