Koncepcja budowy systemu GIS i modelu...
Transcript of 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
Długość obliczeniowa
Materiał
Średnica
Grubość ścianki
Producent
Rok budowy
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.1.3. Armatura zaporowa
Rodzaj armatury
Średnica
Materiał
Napęd
Stan
Producent
Typ
Rok budowy
Sposób pozyskania danych
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
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.1.5. Punkt rozbioru wody
Lokalizacja
Numer eksploatacyjny
Typ lokalizacji
Opis dodatkowy
Sposób pozyskania danych
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
Numer eksploatacyjny
Producent
Numer katalogowy
Nastawa
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.1.8. Ujęcie wody
Rodzaj sieci
Rodzaj ujęcia
Liczba studni głębinowych
Zatwierdzone zasoby
Wydajność wg Pozwoleń
wodnoprawnych
Wydajność nominalna ujęcia
Numer eksploatacyjny
Data ważności decyzji
pozwolenia wodno-prawnego
Głębokość
Numer katalogowy
Producent
Rzędna zwierciadła statycznego
Rzędna zwierciadła
dynamicznego
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.1.9. Zbiornik
Rodzaj sieci
Rodzaj zbiornika
Materiał
Metoda wykonania
Pojemność
Poziom wody
Poziom wody maksymalny
Producent
Numer eksploatacyjny
Minimalny poziom pracy
Rzędna przelewowa
Rzędna dna
Rzędna góry
Kształt zbiornika
Armatura sterująca
Armatura upustowa
Krzywa objętości
Rok budowy
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.1.10. Hydrant
Rodzaj hydrantu
Średnica
Producent
Zasuwa
Numer eksploatacyjny
Wydajność hydrantu
Pomierzone ciśnienie
Data pomiaru
Rok budowy
Wysokość nasady
Uwagi
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.2. Sieć kanalizacyjna
1.2.1. Przewód kanalizacyjny
Stan władania
Rodzaj sieci
Długość
Strona 10 z 26
Długość obliczeniowa
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
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne
Numer eksploatacyjny
Rodzaj sieci
Długość
Długość obliczeniowa
Średnica
Producent
Materiał
Stan władania
Numer studzienki włączeniowej
Ilość studzienek pośrednich
Rok budowy
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.2.3. Studzienka kanalizacyjna
Numer eksploatacyjny
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
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.2.4. Inne urządzenia kanalizacyjne
Rodzaj sieci
Rodzaj urządzenia
Numer katalogowy
Producent
Numer eksploatacyjny
Stan władania
Data zainstalowania
Rok budowy
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.3. Inne obiekty
1.3.1. Pompa
Wydajność
Wysokość podnoszenia
Moc
Obroty
Zasilanie
Numer eksploatacyjny
Falowniki
Monitoring pracy
Strona 11 z 26
Charakterystyka pompy
Sposób pozyskania danych
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
Numer eksploatacyjny
Umiejscowienie
Wyposażenie
Rodzaj
Typ
Numer
Rok budowy
Sposób pozyskania danych
Źródło danych
Status
1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa
Rodzaj sieci
Rodzaj AKP
Producent
Miejsce instalacji
Numer eksploatacyjny
Numer węzła pomiarowego
Identyfikator systemu SCADA
Sposób pozyskania danych
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
Sposób pozyskania danych
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