Koncepcja budowy systemu GIS i modelu...

Koncepcja budowy systemu GIS

i modelu hydraulicznego

sieci wodociągowej

Zamawiający: Przedsiębiorstwo Komunalne w Czarnej Białostockiej sp. z o.o.

Wersja 1.1

Aktualność: 30 października 2015 r.

Strona 2 z 26

Metryka Dokumentu

Zawartość dokumentu:

Koncepcja budowy systemu GIS i modelu hydraulicznego sieci wodociągowej na zlecenie

Przedsiębiorstwa Komunalnego w Czarnej Białostockiej sp. z o.o. zgodnie z umową nr 1/GIS/2015

z dnia 19 października 2015 r.

Podmiot opracowujący:

Zespół GIS i modelowania matematycznego

AquaRD sp. z o.o.

ul. Złota 61/100, 00-819 Warszawa

tel.: 222578774, fax:222578776

www: http://aquard.pl, e-mail: [email protected]

Spółka wpisana do Rejestru Przedsiębiorców prowadzonego przez Sąd

Rejonowy dla m. st. Warszawy, XII Wydział Gospodarczy Krajowego

Rejestru Sądowego pod numerem KRS 0000159597

NIP 525-22-62-044, REGON 015445911

kapitał zakładowy 687 500,00 zł w całości opłacony

Historia zmian:

Wersja Data wydania Autor zmian Opis zmian

1.0 2015-10-21 Jakub Bobrowski Utworzenie dokumentu

1.1 2015-10-30 Jakub Bobrowski Przegląd i uzupełnienie dokumentu

Zatwierdzenie dokumentu:

………………………………………….. ………………………………………… ……………………………………………. data podpis pieczęć firmowa

Strona 3 z 26

Spis treści

I. Informacje wstępne ....................................................................................................................................................... 4

1.1. Cel powstania koncepcji ..................................................................................................................................... 4

1.2. Zakres koncepcji .................................................................................................................................................... 4

1.3. Skrócona charakterystyka Zamawiającego ................................................................................................ 5

1.3.1. Podstawy działania ...................................................................................................................................... 5

1.3.2. Skrócony opis infrastruktury .................................................................................................................. 5

II. Logiczny model danych .............................................................................................................................................. 7

2.1. Model danych przestrzennych ........................................................................................................................ 7

2.1.1. Podstawy teoretyczne ................................................................................................................................ 7

2.1.2. Modelowanie obiektów ............................................................................................................................. 7

2.2. Model danych do obliczeń hydraulicznych ............................................................................................. 13

2.2.1. Podstawy teoretyczne ............................................................................................................................. 13

2.2.2. Modelowanie obiektów .......................................................................................................................... 13

2.3. Powiązanie modelu GIS i modelu matematycznego ............................................................................ 15

III. Zakres danych ............................................................................................................................................................ 16

3.1. Zakres danych źródłowych i koncepcja zasilenia systemu danymi .............................................. 16

3.1.1. Zakres danych źródłowych ................................................................................................................... 16

3.1.2. Założenia do procesu zasilenia systemu GIS danymi ................................................................. 16

3.1.2. Minimalne wymagania w zakresie danych do modelu matematycznego .......................... 17

3.2. Rzeczywiste pomiary na sieci oraz kalibracja i weryfikacja wyników ........................................ 18

3.2.1. Kampania pomiarowa ............................................................................................................................. 18

3.2.2. Kalibracja i weryfikacja wyników ...................................................................................................... 18

IV. Opis oprogramowania ............................................................................................................................................ 20

4.1. Opis oprogramowania GIS ............................................................................................................................. 20

4.2. Opis oprogramowania do modelowania .................................................................................................. 21

V. Architektura systemu ............................................................................................................................................... 24

VI. Szkolenia użytkowników....................................................................................................................................... 26

Strona 4 z 26

I. Informacje wstępne

1.1. Cel powstania koncepcji

Celem powstania niniejszej koncepcji jest wskazanie danych (o sieci wodociągowej

i kanalizacyjnej oraz ich obiektach), metod i procedur, a następnie zdefiniowanie sposobu ich

wykorzystania przez Przedsiębiorstwo Komunalne w Czarnej Białostockiej sp. z.o.o (zwanej dalej

Zamawiającym):

do podejmowania decyzji (z wykorzystaniem oprogramowania GIS)

do nadzoru, planowania i reagowania kryzysowego (na podstawie obliczeń modelu

komputerowego sieci).

1.2. Zakres koncepcji

Koncepcja prowadząca do budowy systemu informacji przestrzennej (zwanego dalej: GIS)

i modelu hydraulicznego sieci wodociągowej obejmujących w swym zakresie zagadnienia

związane z zebraniem i usystematyzowaniem danych o sieci wodociągowej i kanalizacyjnej oraz

ich obiektach zakładała opis, wymaganych przez zamawiającego, następujących zagadnień:

a. Zebranie i wprowadzenie danych do baz danych GIS,

b. Dostarczenie oprogramowania, wykonanie modelu, przeprowadzenie kampanii

pomiarowej w celu uzyskania danych referencyjnych, kalibracja i weryfikacja modelu,

c. Zakres szkolenia pracowników Zamawiającego;

d. Dostarczenie oprogramowania do modelowania sieci wodociągowej, ewentualnego

oprogramowania pomocniczego, jeżeli nie jest w nie wyposażona standardowo

aplikacja do modelowania (np. do obróbki danych, edycji, porównywania oraz

analizowania ciągów pomiarowych).

e. Zakres założeń analizy pracy sieci wodociągowej na podstawie opracowanego modelu

komputerowego systemu dystrybucji wody wraz z wytycznymi odnośnie działań

inwestycyjnych i eksploatacyjnych, skutkujących poprawą jakości wody,

usprawnieniem hydrauliki sieci, minimalizacją kosztów eksploatacyjnych

i wskazaniem planowanych działań inwestycyjnych (np. doposażenie sieci

wodociągowej w reduktory ciśnienia, stacje hydroforowe).

Dodatkowo w ramach prac nad dokumentem koncepcja została uzupełniona o niezbędne

elementy dopełniające wyżej wymienione zagadnienia obligatoryjne.

Strona 5 z 26

1.3. Skrócona charakterystyka Zamawiającego

1.3.1. Podstawy działania

Przedsiębiorstwo Komunalne w Czarnej Białostockiej działające na zasadzie Zakładu

Budżetowego zostało powołane uchwałą nr XIX/59/91 Rady Miejskiej w Czarnej Białostockiej

z dnia 7 maja 1991 r. na podstawie art. 18 ust. 2 pkt. 9 lit. i ustawy z dnia 8 marca 1990 roku

o samorządzie terytorialny (Dz.U. nr 16 poz. 95).

Na podstawie art. 23 Ustawy z dnia 20 grudnia 1996 roku o gospodarce komunalnej (Dz. U. nr

9 poz.43 z późn. zm.) oraz uchwał XI/79/03 z dnia 30.09.2003 r. i XV/112/04 z dnia 27 stycznia

2004 r. Rady Miejskiej w Czarnej Białostockiej Przedsiębiorstwo Komunalne Zakład Budżetowy

Gminy Czarna Białostocka zostało przekształcone w jednoosobową spółkę z ograniczoną

odpowiedzialnością.

Z dniem 31 marca 2004 roku Spółka została zarejestrowana w Sądzie Gospodarczym

Krajowego Rejestru Sądowego w Białymstoku pod numerem KRS 0000202586 i prowadzi

działalność pod nazwą „Przedsiębiorstwo Komunalne” w Czarnej Białostockiej Spółka

z ograniczoną odpowiedzialnością.

Celem działania spółki jest m.in. realizacja obowiązków gminy w zakresie zbiorowego

zaopatrzenia w wodę i odprowadzania ścieków komunalnych.

1.3.2. Skrócony opis infrastruktury

Na istniejącą infrastrukturę Gminy Czarna Białostocka składają się:

system uzdatniania wody,

sieć wodociągowa,

oczyszczalnia ścieków,

sieć kanalizacyjna.

Gmina Czarna Białostocka zasilana jest z ujęcia w Czarnej Białostockiej, w Czarnej Wsi

Kościelnej i w Niemczynie. System sieci wodociągowych jest podzielony na trzy strefy, które są

zasilane z wyżej wymienionych ujęć wody.

Ujęcie miejskie w Czarnej Białostockiej zasila w wodę sieć wodociągową w mieście Czarna

Białostocka. Na terenie stacji wodociągowej zlokalizowane są dwie studnie głębinowe, budynek

technologiczny oraz zbiorniki naziemne wody uzdatnionej. Woda po uzdatnieniu kierowana jest

do dwóch zbiorników wyrównawczych. Ze zbiorników woda jest pobierana zestawem

hydroforowym składającym się z sześciu pomp i kierowana do miejskiej sieci wodociągowej.

Ujęcie wiejskie w Czarnej Wsi Kościelnej zaopatruje w wodę sieć wodociągową obejmującą:

wieś Czarna Wieś Kościelna – ulice: Wesoła, Stawowa, Górna, Okrężna, Ustronie, Ratowiecka; wsie

Strona 6 z 26

Klimki, Ruda Rzeczka, Wólka Ratowiecka, Złotoria i Złota Wieś. Na terenie stacji wodociągowej

zlokalizowane są dwie studnie głębinowe oraz budynek stacji uzdatniania wody wraz ze

zbiornikami hydroforowymi.

Ujęcie wiejskie w Niemczynie zaopatruje w wodę mieszkańców następujących miejscowości:

Niemczyn, Oleszkowo, Chmielnik, Brzozówka Strzelecka, Brzozówka Ziemiańska, Brzozówka

Koronna, Łapczyn, Zdroje, Jezierzysk, Osierodek, Kosmaty Borek, Karczmisko, Czarna Wieś

Kościelna ulice: Szkolna, Piękna, Świętojańska, Szapela, Cicha, Sosnowa, Wierzbowa; Czarna

Białostocka ulice: Wrzosowa i Fabryczna do Parku Maszynowego. Na terenie stacji wodociągowej

zlokalizowane są dwie studnie głębinowe oraz budynek stacji uzdatniania wody z hydrofiltrem.

Sieć wodociągowa na terenie gminy na koniec 2014 r. miała długość 95 789 m. Na terenie

gminy Czarna Białostocka wiele odcinków sieci wodociągowej, jak i kanalizacyjnej znajduje się

w złym stanie technicznym, co powoduje awarie i przerwy w dostawie wody, jak również

problemy z odbiorem ścieków od mieszkańców i przedsiębiorstw funkcjonujących na

omawianym terenie. Część mieszkańców nadal zasila swoje domy w wodę ze studni kopanych lub

wierconych.

Sieć kanalizacyjna na terenie gminy na koniec 2014 r. miała długość 50 420 m. Na terenie

gminy Czarna Białostocka znajduje się 27 przepompowni ścieków i 4 tłocznie. Wszystkie ścieki

kierowane są na oczyszczalnię ścieków zlokalizowaną w Czarnej Białostockiej przy ul. Fabrycznej.

Jest to oczyszczalnia typu SBR o przepustowości technologicznej Qdmax = 2 500 m3/d, Qhmax =

150 m3/h.

Strona 7 z 26

II. Logiczny model danych

2.1. Model danych przestrzennych

2.1.1. Podstawy teoretyczne

Model danych przestrzennych określa sposób odwzorowania obiektów świata rzeczywistego

w aspekcie ich specyficznego kształtu, położenia w przestrzeni, a także istniejących między nimi

relacji. Bazą do realizacji modelu jest użycie podstawowych elementów geometrycznych dających

się wyróżnić ze względu na kryterium ilości ich wymiarów w przestrzeni. Dla zastosowań

podstawowych przyjęło się korzystać z elementów zerowymiarowych (punktów),

jednowymiarowych (linii) oraz dwuwymiarowych (obszarów) tworząc z nich obiekty proste –

punktowe, liniowe lub powierzchniowe lub ze względu na specyficzne uwarunkowania obiekty

złożone stanowiące zmultiplikowane obiekty typów podstawowych, np. obiekty powierzchniowe

złożone z kilku rozłącznych obszarów oraz obiekty powierzchniowe zawierające w sobie inne

obiekty powierzchniowe, których granice się nie przecinają.

Ze względu na fakt, iż w świecie rzeczywistym obiekty tworzą miedzy sobą różne konfi-

guracje zjawisk przestrzennych, istotnym elementem jest odwzorowanie wzajemnych relacji

przestrzennych (topologicznych) pozwalające na znalezienie logicznych zależności pomiędzy

obiektami i wyciąganie na ich podstawie wniosków.

W przypadku modelu logicznego niezbędnego do odwzorowania sieci wodociągowej lub

kanalizacyjnej niezbędne jest zastosowanie modelu wektorowego, który z definicji pozwala na

jawne określenie geometrii obiektów sieci (opisane współrzędnymi wierzchołków obiektu) oraz

ich bezpośrednie połączenie z atrybutami opisującymi ich charakterystyczne parametry.

Opisywane wdrożenie wymaga ponadto, głównie do celów referencyjnych, zastosowania

danych zapisanych w modelu rastrowym (zapisującego dane w postaci regularnych elementów

powierzchniowych zwanych pikselami) – głównie dla materiałów pochodzących ze skanowania

papierowych map i planów, a także zdjęć lotniczych, czy produktów powstałych w wyniku

skanowania laserowego.

2.1.2. Modelowanie obiektów

Model danych GIS powinien składać się z klas (typów definiujących strukturę i zachowanie

obiektów) pozwalających na odwzorowanie obiektów świat rzeczywistego, z podziałem na klasy

modelu wektorowego i rastrowego. Model powinien definiować słowniki, punkty integracji

z systemami informatycznymi Zamawiającego (baza danych wodomierzy, system SCADA,

informacje o awariach) oraz zależności topologiczne pomiędzy obiektami.

Strona 8 z 26

1. Atrybuty klas obiektów

1.1. Sieć wodociągowa

1.1.1. Przewód wodociągowy

Rodzaj sieci

Funkcja przewodu

Długość

Długość obliczeniowa

Materiał

Średnica

Grubość ścianki

Producent

Rok budowy

Sposób pozyskania danych

Źródło danych

Status

1.1.2. Przyłącze wodociągowe

Rodzaj sieci

Długość


Materiał

Średnica

Grubość ścianki

Producent

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.1.3. Armatura zaporowa

Rodzaj armatury

Średnica

Materiał

Napęd

Stan

Producent

Typ

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.1.4. Armatura regulacyjna

Rodzaj armatury

Nastawa [m słupa wody]

Średnica

Sterowanie

Napęd

Stan

Producent

Typ

Rok budowy

Krzywa strat

Opis dodatkowy


Źródło danych

Status

1.1.5. Punkt rozbioru wody

Lokalizacja

Numer eksploatacyjny

Typ lokalizacji

Opis dodatkowy


Źródło danych

Status

1.1.6. Wodomierz

Numer punktu rozbioru wody

Identyfikator w systemie

bilingowym

1.1.7. Stacja hydroforowa

Rodzaj sieci

Rodzaj stacji

Łączna wydajność pomp

Wydajność stacji

Wydajność maksymalna stacji

Strona 9 z 26

Ciśnienie gwarantowane

Ciśnienie rzeczywiste

Tryb pracy


Producent

Numer katalogowy

Nastawa


Źródło danych

Status

1.1.8. Ujęcie wody

Rodzaj sieci

Rodzaj ujęcia

Liczba studni głębinowych

Zatwierdzone zasoby

Wydajność wg Pozwoleń

wodnoprawnych

Wydajność nominalna ujęcia


Data ważności decyzji

pozwolenia wodno-prawnego

Głębokość

Numer katalogowy

Producent

Rzędna zwierciadła statycznego

Rzędna zwierciadła

dynamicznego


Źródło danych

Status

1.1.9. Zbiornik

Rodzaj sieci

Rodzaj zbiornika

Materiał

Metoda wykonania

Pojemność

Poziom wody

Poziom wody maksymalny

Producent


Minimalny poziom pracy

Rzędna przelewowa

Rzędna dna

Rzędna góry

Kształt zbiornika

Armatura sterująca

Armatura upustowa

Krzywa objętości

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.1.10. Hydrant

Rodzaj hydrantu

Średnica

Producent

Zasuwa


Wydajność hydrantu

Pomierzone ciśnienie

Data pomiaru

Rok budowy

Wysokość nasady

Uwagi


Źródło danych

Status

1.2. Sieć kanalizacyjna

1.2.1. Przewód kanalizacyjny

Stan władania

Rodzaj sieci

Długość

Strona 10 z 26


Materiał

Typ rury - połączeń

Rodzaj przekroju

Szerokość (średnica)

Rzędna początku przewodu

[m n.p.m.]

Rzędna końca przewodu

[m n.p.m.]

Spadek w ‰

Spadek wg projektu w ‰

Producent

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne


Rodzaj sieci

Długość


Średnica

Producent

Materiał

Stan władania

Numer studzienki włączeniowej

Ilość studzienek pośrednich

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.2.3. Studzienka kanalizacyjna


Rodzaj sieci

Kształt studzienki

Rodzaj studzienki

Rzędna włazu

Rzędna dna

Nawierzchnia

Klasa włazu

Rodzaj włazu

Data ostatniej wymiany włazu

Producent

Materiał studzienki

Funkcja studzienki

Geodezyjny numer studni

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.2.4. Inne urządzenia kanalizacyjne

Rodzaj sieci

Rodzaj urządzenia

Numer katalogowy

Producent


Stan władania

Data zainstalowania

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.3. Inne obiekty

1.3.1. Pompa

Wydajność

Wysokość podnoszenia

Moc

Obroty

Zasilanie


Falowniki

Monitoring pracy

Strona 11 z 26

Charakterystyka pompy


Źródło danych

Status

1.3.2. Komora

Rodzaj sieci

Kształt studzienki

Funkcja studzienki

Materiał komory

Rzędna włazu

Rzędna dna

Długość

Szerokość (średnica)

Wysokość robocza

Klasa włazu

Materiał włazu

Producent


Umiejscowienie

Wyposażenie

Rodzaj

Typ

Numer

Rok budowy


Źródło danych

Status

1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa

Rodzaj sieci

Rodzaj AKP

Producent

Miejsce instalacji


Numer węzła pomiarowego

Identyfikator systemu SCADA


Źródło danych

Status

1.3.4. Zdarzenie

Stan zdarzenia

Rodzaj sieci

Typ zdarzenia

Klasyfikacja zdarzenia

Opis zdarzenia

Numer zdarzenia

Treść zgłoszenia

Zgłaszający

Data zgłoszenia

Przyjmujący zgłoszenie

Klasyfikacja naprawy

Opis naprawy

Numer zlecenia

Data interwencji

Wykonawca

Data zakończenia naprawy


Źródło danych

1.2. Zależności topologiczne

Obiekt 1.3.4. Zdarzenie może być zależny od dowolnego obiektu. Pozostałe zależności

opisano w tabeli nr 1.

Strona 12 z 26

Tabela nr 1: zależności topologiczne klas obiektów

Obiekt Obiekt zależny Typ zależności

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.1.2. Przyłącze wodociągowe nadrzędny-podrzędny

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.1.3. Armatura zaporowa nadrzędny-podrzędny

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.1.4. Armatura regulacyjna nadrzędny-podrzędny

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.1.7. Stacja hydroforowa nadrzędny-podrzędny

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.1.8. Ujęcie wody nadrzędny-podrzędny

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.1.9. Zbiornik nadrzędny-podrzędny

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.1.10. Hydrant nadrzędny-podrzędny

1.1.1. Przewód wodociągowy 1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa nadrzędny-podrzędny

1.1.2. Przyłącze wodociągowe 1.1.3. Armatura zaporowa nadrzędny-podrzędny

1.1.2. Przyłącze wodociągowe 1.1.4. Armatura regulacyjna nadrzędny-podrzędny

1.1.2. Przyłącze wodociągowe 1.1.5. Punkt rozbioru wody nadrzędny-podrzędny

1.1.2. Przyłącze wodociągowe 1.1.10. Hydrant nadrzędny-podrzędny

1.1.5. Punkt rozbioru wody 1.1.6. Wodomierz nadrzędny-podrzędny

1.1.4. Armatura regulacyjna 1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa nadrzędny-podrzędny

1.1.8. Ujęcie wody 1.3.1. Pompa nadrzędny-podrzędny

1.1.8. Ujęcie wody 1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa nadrzędny-podrzędny

1.1.7. Stacja hydroforowa 1.3.1. Pompa nadrzędny-podrzędny

1.2.1. Przewód kanalizacyjny 1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne nadrzędny-podrzędny

1.2.1. Przewód kanalizacyjny 1.2.3. Studzienka kanalizacyjna nadrzędny-podrzędny

1.2.1. Przewód kanalizacyjny 1.2.4. Inne urządzenia kanalizacyjne nadrzędny-podrzędny

1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne 1.2.3. Studzienka kanalizacyjna nadrzędny-podrzędny

1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne 1.2.4. Inne urządzenia kanalizacyjne nadrzędny-podrzędny

Strona 13 z 26

2.2. Model danych do obliczeń hydraulicznych

2.2.1. Podstawy teoretyczne

Sieć wodociągowa stanowi układ zależności, mający charakter grafu matematycznego

składającego się z wielu krawędzi (połączeń pomiędzy obiektami) oraz wierzchołków (węzłów)

dający się opisać układem nieliniowych równań algebraicznych.

Elementami składowymi modelu są: źródła ciśnienia lub przepływu (pompy zasilające,

przepompownie), sieć rurociągów o określonej strukturze przestrzennej i topologii, łącząca

źródła wody z odbiorcami, oraz samych odbiorców determinujących zmienne w czasie

zapotrzebowanie na wodę.

W związku z faktem iż graf modelu hydraulicznego ma charakter przestrzenny, a atrybuty

opisujące poszczególne rodzaje obiektów modelu występują w modelu GIS wprost (np.: topologia

sieci, długość, wiek oraz średnice przewodów, a także parametry obiektów sterujących) lub

pośrednio (np.: chropowatość zastępcza) wskazane jest tworzenie grafu na podstawie danych

systemu GIS.

2.2.2. Modelowanie obiektów

Model matematyczny powinien składać się z klas (typów definiujących strukturę i zachowanie

obiektów) pozwalających na odwzorowanie obiektów świat rzeczywistego w formie grafu

matematycznego. Istotnym elementem modelu jest wskazanie relacji pozwalających na tworzenia

grafu w sposób zautomatyzowany. Model powinien być zgodny ze specyfikacją formatu

wykorzystywanego do zasilania wejściowego aplikacji EPANET2.

Model zgodny z EPANET musi definiować klasy obiektów fizycznych (dających się

odwzorować na mapie) jak i obiektów nie fizycznych obejmujących dane projektowe i operacyjne.

Obiekty można sklasyfikować w następujący sposób:

1. Węzły (Nodes)

a. Złącza (Junctions)

b. Rezerwuary (Reservoirs)

c. Zbiorniki (Tanks)

2. Połączenia (Links)

a. Rury (Pipes)

b. Pompy (Pumps)

c. Zawory (Valves)

3. Etykiety (Map Labels)

4. Wzorce czasowe (Time Paterns)

5. Krzywe (Curves)

Strona 14 z 26

6. Sterowanie (Controls)

a. Proste (Simple Control)

b. Oparte na regułach (Rule-based controls)

Plik eksportowany z systemu GIS do aplikacji modelowania matematycznego musi być

zgodny ze specyfikacją opisaną w Rozdział C.2 Dodatku C dokumentu Instrukcja obsługi programu

EPANET 2 (EPANET 2 Users Manual). Aktualna wersja dokumentu dostępna jest na stronie

internetowej pod adresem: http://www2.epa.gov/water-research/epanet

Wymagane do integracji aplikacji relacje pomiędzy obiektami modelu GIS i modelu

matematycznego zestawiono w Tabeli nr 2.

Tabela nr 2: Wymagane relacje pomiędzy modelami danych

Nazwa typu obiektu

Atrybuty obiektu Źródłowe obiekty modelu GIS

Złącza (Junctions)

Rzędna Rozbiór wody Początkowa jakość wody

Przewód wodociągowy (geometria) Hydrant (geometria) Armatura zaporowa (geometria)

Ujęcia (Reservoirs)

Wysokość hydrauliczna Początkowa jakość

Ujęcie (geometria)

Zbiorniki (Tanks)

Rzędna dna Średnica (lub kształt) Początkowy poziom wody Minimalny poziom wody Maksymalny poziom wody Początkowa jakość wody

Zbiornik (geometria) Zbiornik (atrybuty: krzywa objętości)

Rury (pipes)

Węzeł początkowy Węzeł końcowy Średnica Długość Współczynnik chropowatości Stan (otwarty, zamknięty)

Przewód wodociągowy (geometria) Przewód wodociągowy (atrybuty: średnica, długość, wiek, materiał, stan)

Pompy (pumps)

Węzeł początkowy Węzeł końcowy Charakterystyka pompy

Pompa (geometria) Pompa (atrybuty: charakterystyka pompy)

Zawory (Valves)

Węzeł początkowy Węzeł końcowy Średnica Ustawienie Stan

Armatura zaporowa (geometria) Armatura zaporowa (atrybuty: typ, średnica, ustawienie, stan, krzywa strat)

Krzywe (Curves)

Charakterystyka wydajności pompy Krzywa sprawności Krzywa objętości Krzywa strat

Pompa (atrybuty: charakterystyka pompy, krzywa sprawności) Zbiornik (atrybuty: krzywa objętości) Armatura zaporowa (atrybuty: krzywa strat)

Strona 15 z 26

2.3. Powiązanie modelu GIS i modelu matematycznego

Model danych GIS powinien uwzględniać konieczność eksportu przechowywanych danych

do struktury zgodniej z modelem matematycznym opisanym w punkcie 2.2. Koncepcji.

Eksport powinien mieć formę grafu sieci uzupełnionego o dodatkowe informacje niezbędne

do działania modelu matematycznego:

ciągi pomiarowe obiektów monitoringu (baza danych SCADA) z wybranego przez

użytkownika okresu

informacje o zużyciu wody w poszczególnych punktach rozbioru (baza danych systemu

rozliczeń) z wybranego przez użytkownika okresu

charakterystyki obiektów (parametry zbiorników, pomp, układów sterowania itp.)

Schemat powiązań modelu zaprezentowano na Rysunku nr 1.

Rysunek nr 1: Schematyczne powiązanie modeli danych w ramach koncepcji

Baza pomiarów (SCADA)

System GIS

Model Matematyczny

Baza zużycia wody

Strona 16 z 26

III. Zakres danych

3.1. Zakres danych źródłowych i koncepcja zasilenia systemu danymi

3.1.1. Zakres danych źródłowych

Źródłem danych przestrzennych i opisowych dla systemu informacji przestrzennej są:

wektorowe mapy sieci wodociągowej i kanalizacyjnej znajdujące się w zasobach

Zamawiającego,

warstwy informacji przestrzennej w zakresie uzbrojenia terenu znajdujące się na mapie

zasadniczej prowadzonej przez Powiatowy Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej

i kartograficznej w Białymstoku,

archiwa Zamawiającego zawierające papierową dokumentację z odebranych robót,

protokoły awarii i napraw oraz inne dokumenty o charakterze mapowym w tym

dokumentacja z przeprowadzonej inwentaryzacji aktywów wodociągowych,

dane z istniejącej bazy danych Zamawiającego dotyczące zbytu wody oraz monitoringu

parametrów sieci (SCADA),

dokumentacja parametrów i charakterystyk urządzeń wykorzystywanych do sterowania

działaniem sieci (zbiorniki, pompy itp.).

3.1.2. Założenia do procesu zasilenia systemu GIS danymi

Wykonawca zgromadzi informacje o sieci wodociągowej i kanalizacyjnej oraz ich obiektach

pozyskanej ze źródeł wskazanych w punkcie 3.1.1. Koncepcji.

Na podstawie zebranych danych, utworzy właściwe warstwy sieci uzbrojenia zgodne ze

wskazanym modelem z uwzględnieniem poniższych czynności:

uzupełnienie przebiegu brakujących segmentów sieci i lokalizacji obiektów

punktowych;

utworzenie warstwy punktów rozbioru wody; przypisanie do każdego punktu

rozbioru, obiektu z systemu bilingowego Zamawiającego oraz punktu adresowego lub

numeru działki ewidencyjnej zgodnego z ewidencją gruntów i ewidencją numeracji

adresowej.

zapewnienie odpowiedniego podziału odcinków sieci wodociągowej i kanalizacyjnej,

np. miejsc rozgałęzień przewodów i w miejscach lokalizacji zasuw, na podstawie

dokumentacji źródłowej;

utworzenie węzłów poprzez nadanie odpowiedniego, niepowtarzalnego

identyfikatora;

zachowanie topologii połączeń (dociąganie) pomiędzy obiektami i węzłami sieci;

Strona 17 z 26

Identyfikacja obszarów niezgodności w topologii sieci i ich korekta wraz z opisem

rodzaju problemu;

Wykorzystanie dokumentacji technicznej do wprowadzenia atrybutów opisowych

obiektów sieci opisanych w modelu danych zgodnie ze słownikami przyjętymi

w modelu danych

3.1.2. Minimalne wymagania w zakresie danych do modelu matematycznego

Dane zawarte w bazie danych GIS, stale aktualizowane, są źródłem zasilenia modelu

matematycznego. Z pełnego zakresu danych znajdujących się w bazie GIS eksport do modelu

powinien umożliwiać automatyczne przeniesienie

a. następujących typów obiektów:

średnice przewodów wodociągowych (od 80 mm i większe) - nominalne

i wewnętrzne;

materiał oraz chropowatość przewodów;

długości przewodów (między poszczególnymi węzłami) w układzie trój-

wymiarowym;

a. uzbrojenia magistralnych przewodów wodociągowych: zasuwy (przepustnice), reduktory

ciśnień, odwodnienia;

b. uzbrojenia rozbiorczych przewodów wodociągowych: zasuwy, hydranty, reduktory

ciśnień, zawory odwadniające na końcówkach przewodów wodociągowych;

c. rzędnych terenu wzdłuż przewodów wodociągowych (w węzłach);

d. rzędnych osi przewodów wodociągowych i magistralnych (w węzłach);

e. miejsc włączeń przyłączy wodociągowych wraz z zagregowaną informacją o wielkości

zużycia wody przez odbiorców podłączonych do tych przyłączy;

f. przypisanych rozbiorów i strat wody,

g. zamkniętych zasuwy na granicy stref zasilania,

h. istniejące punkty monitoringu

i. utworzenia warstwy projektowanych przewodów.

Ponadto eksport danych powinien odwzorowywać Stacje Uzdatniania Wody, w zakresie

następujących parametrów:

wydajności poszczególnych SUW,

charakterystyki poszczególnych pomp, wraz z reżimami,

ciśnienie wyjściowe,

pojemności i współpraca zbiorników wody czystej, poziomy wody w zbiornikach,

zasady współpracy poszczególnych SUW.

Eksport w zakresie zasuw i przepustnic powinien uwzględniać następujące parametry:

Strona 18 z 26

numer identyfikacyjny,

średnica,

stan otwarcia,

współczynnik oporów lokalnych przepływu itp.

3.2. Rzeczywiste pomiary na sieci oraz kalibracja i weryfikacja wyników

3.2.1. Kampania pomiarowa

W celu zweryfikowania obliczeń modelu matematycznego niezbędne jest przeprowadzenie

początkowej kalibracji modelu. Również po zmianach związanych z rozbudową lub istotną

renowacją sieci należy dokonywać jego podobnej rekalibracji.

Dane do kalibracji powinny być dostarczane do modelu z systemu monitoringu, a także

powinny być pozyskane w wyniku kampanii pomiarowej przeprowadzonej na sieci wodociągowej

(szczególnie w przypadku obszarów o niewystarczająco zagęszczonej sieci monitoringu.

Dla pomiarów ciśnienia sugeruje się zastosowanie autonomicznych, programowalnych

rejestratorów mikroprocesorowych zapewniających sekwencyjny pomiar i rejestrację ciśnienia

oraz temperatury oraz ich zapis na nośniku pamięci.

Urządzenia muszą posiadać stopień ochrony zapewniany przez obudowę na poziomie IP68

(zgodnie z normą: PN-EN 60529:2003).

Wbudowany w urządzenie przetwornik ciśnienia musi zapewniać pomiar ciśnienia

w zakresie od 0 do 16 bar z dokładnością ≤ 0,5% zakresu pomiarowego.

Do pomiarów przepływu sugeruje się stosowanie istniejącej infrastruktury pomiarowej

(przepływomierzy) lub w przypadku ich braku uzupełnienie najmniej ingerującymi w strukturę

sieci przepływomierzy ultradźwiękowych podłączonych do rejestratorów mikroprocesorowych

zapewniających sekwencyjny pomiar i rejestrację przepływu oraz zapis na nośniku pamięci.

Rejestracja danych powinna odbywać się trybie cyklicznym lub liniowym z interwałem

czasowym konfigurowalnym w zakresie 1 s do 31 dni z rozdzielczością 1 s. Urządzenia muszą

zapewniać możliwość zapisu przynajmniej 86 400 rekordów.

Do celów kalibracyjnych niezbędne jest dostarczenie danych ciśnienia i przepływu

w wyznaczonych obszarach sieci, zbieranych w stałym interwale 10-minutowym, przy

jednoczesnej synchronizacji czasu wszystkich urządzeń pomiarowych.

3.2.2. Kalibracja i weryfikacja wyników

Kalibracyjne ciągi pomiarowe wraz z opisem atrybutowym zgodnym z modelem danych

powinny zostać zapisane w bazie danych oraz być dostępne z poziomu aplikacji GIS a za jego

pośrednictwem umożliwiać tworzenie plików kalibracyjnych dla aplikacji do modelowania

matematycznego.

Strona 19 z 26

Szacuje się, że liczba ciągów kalibracyjnych dla obszaru funkcjonalnego powinna pochodzić

z nie mniej niż 30 punktów pomiarowych.

Przyjmuje się, że maksymalna rozbieżność pomiędzy wartością wyliczoną a pomierzoną

w ramach kampanii pomiarowej nie powinna być większa niż 5 % dla przynajmniej 80 %

punktów kalibracyjnych.

Strona 20 z 26

IV. Opis oprogramowania

4.1. Opis oprogramowania GIS

Aplikacja GIS ma dostarczyć narzędzia do prowadzenia ewidencji sieci wodociągowej

i kanalizacyjnej oraz ich obiektów. Wymagania funkcjonalne w zakresie oprogramowania GIS

powinny uwzględniać:

a) dostawę systemu do zarządzania infrastrukturą sieciową i oprogramowania

bazodanowego wraz z instalacją i narzędziami do prawidłowego funkcjonowania

i eksploatacji systemu, dającego możliwość wykonania pełnej ewidencji uzbrojenia sieci

w rozbiciu na wszystkie podstawowe elementy sieci, a także dowolnych innych obiektów

zdefiniowanych przez administratora systemu,

b) możliwość prezentacji danych wektorowych oraz prezentację danych, mapowych

podkładów rastrowych, ortofotomap oraz Numerycznych Modeli Terenu ze wskazanych

lokalizacji na serwerze zasobów,

c) możliwość prezentacji danych zawartych w podkładzie, w sposób dający się definiować

przez użytkownika,

d) możliwość prezentacji danych nie podlegających ewidencji geodezyjnej, takich jak:

protokoły, plany, schematy, dane techniczne (np. data budowy, rodzaj materiału),

e) zbieranie i prezentację danych na temat awarii,

f) możliwość tworzenia map tematycznych z opcją wyświetlenia danych według wybranych

atrybutów na mapie,

g) możliwość wymiany danych z innymi systemami informatycznymi poprzez zastosowanie

powszechnego formatu wymiany danych,

h) możliwość wydruku map w dowolnym formacie, w dającej się definiować skali.

i) wbudowane mechanizmy uzależnienia widoku mapy od skali widoczności oraz

indywidualnych potrzeb użytkownika (ukrywanie obiektów),

j) wykorzystanie posiadanej biblioteki graficznej z predefiniowaną symboliką

gwarantującą prezentacje obiektów oraz pełną możliwość dodawania i edycji nowych

elementów przez operatora bez konieczności ingerencji programistycznej i rozbudowy

systemu,

k) posiadać rozbudowane i łatwe w obsłudze narzędzia do wyszukiwania danych z bazy

w oparciu o kryteria przestrzenne, klasyfikacyjne i opisowe, eksport raportów, wyników

do aplikacji biurowych, edycję atrybutów oraz geometrii obiektów,

l) definiowanie dowolnych etykiet dla obiektów wodno-kanalizacyjnych generowanych

automatycznie na podstawie ich atrybutów,

Strona 21 z 26

m) przygotowywanie własnych konfiguracji danych i prezentacji tematycznych,

n) możliwość zabezpieczania i udzielania pojedynczemu użytkownikowi (grupie

użytkowników) dostępu do wybranego, ograniczonego zbioru na poziomie bazy danych

oraz zabezpieczenia przed dostępem do danych osób nieuprawnionych,

o) dostarczanie narzędzi edycji obiektów: wstawianie, przesuwanie, usuwanie całych

obiektów lub ich wierzchołków, kopiowanie oraz przenoszenie obiektów z jednej

warstwy do drugiej, łączenie obiektów,

p) odpowiednie zabezpieczenie przed utratą danych,

q) występowanie funkcjonalności wbudowanej lub wtyczki (plug-in) umożliwiających

eksport grafu sieci do aplikacji modelowania matematycznego

4.2. Opis oprogramowania do modelowania

Model komputerowy musi być wykonany w oparciu o system GIS eksportujący strukturę

sieci. Aplikacja do modelowania (klasy EPANET 2) powinna spełniać co najmniej następujące

wymagania:

a) możliwość wprowadzania dowolnych zmian w grafie sieci przy pomocy interfejsu

graficznego użytkownika,

b) prezentację wyników symulacji w postaci kolorowych kartogramów, możliwość

stosowania kodu kolorów, grubości linii i wielkości punktów (węzłów) w zależności od:

średnic rurociągów (kolor i grubość linii),

wielkości przepływów (kolor i grubość linii),

prędkości przepływu wody (kolor i grubość linii),

ciśnień w węzłach (kolor i wielkość punktu-węzła),

rozbiorów węzłowych (kolor i wielkość punktu-węzła),

strat liniowych ciśnienia (kolor i grubość linii),

źródła zasilania (kolor i wielkość punktu-węzła),

wysokości ciśnienia (kolor oraz wielkość punktu-węzła),

wielkości minimalnych i maksymalnych dla ciśnienia, natężenia przepływu, wieku

wody itp. w zadanym przedziale czasowym (np. jednej doby),

c) prezentację wyników symulacji w postaci opisowej (etykiet) dla dowolnego elementu

sieci (odcinek, węzeł, zbiornik, pompa, itp.) dla dowolnie wybranych parametrów łącznie,

np. prędkość przepływu i natężenie przepływu,

d) prezentację wyników symulacji w postaci tabelarycznej dla dowolnie wskazanych grup,

elementów w formie tabel segregowanych z uwagi na dany parametr, np. wysokość

ciśnienia,

e) prezentację wyników symulacji w postaci wykresów 2D i 3D,

Strona 22 z 26

f) generowanie dowolnych planów sytuacyjnych i profili przewodów,

g) prezentację kierunków przepływu wody,

h) lokowanie danych do przeprowadzonych symulacji na wskazanym serwerze w celu,

umożliwienia wspólnego dostępu uprawnionych użytkowników,

i) możliwość dokonywania zmian z automatyczną aktualizacją bazy danych,

j) automatyczne obliczanie długości przewodów w układzie trójwymiarowym,

k) eksport uzyskanych wyników lub pozostałych danych zamieszczonych w modelu do

arkuszy kalkulacyjnych i baz danych celem dalszej obróbki, włączając w to definiowanie

kolumn eksportu,

l) możliwość identyfikacji stref zasilania z poszczególnych SUW,

m) możliwość zadania zmiennego parametru wzorcowego dla węzła,

n) Możliwość sprawdzenia poprawności grafu (topologii) sieci,

o) animacja pracy sieci wodociągowej zgodnie z zadanym krokiem czasowym,

p) animacja zmian w czasie (na wykresie) podstawowych wielkości wyliczanych przez

aplikację, np. zmiana wysokości ciśnienia w czasie jednej doby dla wskazanego ciągu rur

(przewodów wodociągowych),

q) możliwość ustawienia parametrów pracy uzbrojenia sterującego hydrauliką, np.

częściowo przymknięta zasuwa, reduktor (PRV) ze zmienną nastawą w czasie,

r) możliwość dokonywania analiz porównawczych poszczególnych scenariuszy (wariantów

pracy sieci wodociągowej) w formie graficznej i tabelarycznej,

s) aplikacja musi umożliwiać odczytywanie różnych plików graficznych, jako geodezyjny

cyfrowy podkład (wektorowe źródła danych - *.dxf, *.shp), jak również umożliwiać

wczytanie odpowiednio skanowanych map zasadniczych, planów, ortofotomap w postaci

rastrowej (pliki formatu *.bmp, *.jpg, *.tif (tiff), *.png, *.gif),

Wynikowy model komputerowy systemu dystrybucji wody powinien umożliwić przede

wszystkim:

zarządzanie układem dystrybucji wody,

podejmowanie właściwych decyzji dotyczących planowania modernizacji i rozwoju

układu dystrybucji wody,

właściwe działanie w sytuacjach awaryjnych,

ustalanie zasięgu stref zasilania,

dostęp do wszystkich ważnych dla systemu parametrów poprzez ich wizualizację

graficzną i opisową,

symulowanie normalnej i awaryjnej pracy systemu z uwzględnieniem prawidłowej

i niezawodnej dostawy wody odbiorcom przy zaistniałych różnych warunkach (m.in.

Strona 23 z 26

w pracy awaryjnej, w czasie remontów sieci czy stacji strefowych, w czasie wyłączenia

poszczególnych ujęć lub zmiany ich wydajności),

modelownie wydzielonych układów dystrybucji wody w tym modelowanie pracy sieci

wodociągowej i modelowanie jakościowe pracy sieci wodociągowej.

W ramach realizacji zadania należy przyjąć, że:

a) podstawowy model powinien być wykonany dla stanu istniejącego;

b) do struktury sieci należy wprowadzić jako przewody projektowe (inne legendy)

przewody uzgodnione na etapie projektu budowlano - wykonawczego oraz przewody

projektowane;

c) Wykonawca w ramach przedmiotu zamówienia przeprowadzi instruktaż stanowiskowy

dla pracowników Zamawiającego;

d) po zakończeniu szkoleń, Zamawiający będzie mógł samodzielnie użytkować,

aktualizować, rekalibrować i rozbudowywać model w oparciu o przekazaną przez

Wykonawcę wiedzę;

e) Wykonawca dokona oceny wdrożonych i użytkowanych przez Zamawiającego systemów

informatycznych pod kątem wykorzystania ich do rozbudowy, aktualizacji modelu;

f) Wykonawca dokona podziału systemu wodociągowego na strefy dla potrzeb:

monitoringu pracy sieci z uwzględnieniem bilansowania rozbiorów i strat w każdej ze

stref,

zarządzania ciśnieniem,

zróżnicowania współczynników nierównomierności rozbiorów wody i udziału

poszczególnych grup odbiorców.

Strona 24 z 26

V. Architektura systemu

Do działania systemu konieczny jest sprzęt komputerowy, a także sprzęt do przechowywania

i udostępniania danych (serwer) połączone ze sobą w sieci komputerowej zapewniającej sprawną

komunikację.

Ze względu na specyfikę danych zaleca się umożliwienie dostępu do nich jak najszerszemu

gronu pracowników, na różnych poziomach uprawnień edycyjnych.

Schemat połączeń pomiędzy elementami systemu prezentuje Rysunek nr 2.

Rysunek 2: Połączenia pomiędzy elementami systemu

Strona 25 z 26

Wobec powyższego proponuje się zastosowanie architektury spełniającej poniższe kryteria:

a) Dane przestrzenne zgodne z modelem danych powinny być przechowywane w dedyko-

wanej bazie danych umożliwiającej na przechowywanie danych geometrycznych oraz

powiązanych z nimi danych atrybutowych

b) Dostęp do bazy danych określony powinien być na poziomie bazy danych przez

administratora posiadającego możliwość ustanowienia odpowiednich poziomów

uprawnień dla użytkowników:

do odczytu danych

do odczytu i edycji danych atrybutowych

do odczytu i edycji danych geometrycznych i atrybutowych

c) Dane rastrowe o charakterze podkładu mapowego powinny być udostępniane do

aplikacji GIS za pośrednictwem usług sieciowych (WMS lub WMTS); źródło danych

powinno pochodzić z serwera plików

d) Dane o charakterze dokumentacyjnym (skany protokołów, schematów itp.) powinny być

przechowywane na serwerze plikowym, a metadane dokumentów w strukturze bazy

danych zgodnej z modelem.

e) Komputery klienckie i serwer powinny być włączone do sieci komputerowej

umożliwiającej swobodną wymianę danych pomiędzy nimi.

f) Aplikacje GIS i aplikacja do modelowania zainstalowane na komputerach klienckich

powinny mieć dostęp do zasobów serwera bazy danych i serwerowych zasobów

plikowych. Aplikacja GIS powinna mieć możliwość łączenia się do zdefiniowanych

przestrzennych usług sieciowych (min. WMS, WMTS i WFS) poprzez sieć Internet.

g) Aplikacja GIS powinna za pośrednictwem bazy danych móc łączyć się z bazami danych

w zakresie informacji o zużyciu wody oraz w zakresie pomiarów telemetrycznych

poszczególnych elementów sieci wodociągowej i kanalizacyjnej.

Strona 26 z 26

VI. Szkolenia użytkowników

W ramach wdrożenia systemu niezbędne jest zaplanowanie i przeprowadzenie trzech typów

szkoleń dla użytkowników obejmujących swoim zakresem treści minimalne:

a) Szkolenie 1: Tworzenie i edycja danych przestrzennych

Przegląd funkcjonalności aplikacji

Tworzenie i edycja danych

Zarządzanie danymi rożnych typów

Podstawowe analizy przestrzenne

Analizy przestrzenne specyficzne dla przedsiębiorstw wodociągowo-

kanalizacyjnych

b) Szkolenie 2: Podstawy użytkowania aplikacji do modelowania matematycznego

Podstawy działania sieci hydraulicznych i ich odwzorowania w środowisku

komputerowym

Obsługa programu do modelowania – przegląd funkcji

Ustawienie programu i parametrów pracy sieci

Analiza funkcjonalności na przykładowych danych

Tworzenie map, zestawień i wykresów

c) Szkolenie 3: Modelowanie pracy systemów dystrybucji wody

Tworzenie scenariuszy zachowania sieci

Przygotowanie analiz jakości wody

Symulacje zachowania sieci w trakcie pożaru (znaczny pobór z hydrantów)

Optymalizacja czasu pracy pomp

Obliczanie optymalnych parametrów dla projektowanych odcinków sieci

Koncepcja budowy systemu GIS i modelu...

Documents

Transcript of Koncepcja budowy systemu GIS i modelu...