Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarządzania miejską siecią wodociągową

Pełen tekst

(1)PROJEKTOWANIE ZINTEGROWANEGO SYSTEMU INFORMATYCZNEGO ZARZDZANIA MIEJSK SIECI WODOCIGOW10 JAN STUDZISKI Instytut Bada Systemowych PAN Warszawa. Streszczenie W artykule omawia si proces tworzenia informatycznego systemu zarzdzania miejsk sieci wodocigow na przykładzie systemu budowanego dla wodocigów rzeszowskich. Pokazano struktur i funkcje systemu, opisano problemy zwizane z jego wdroeniem oraz przedstawiono wnioski wynikajce z dotychczasowych dowiadcze eksploatacyjnych. System jest opracowywany w Instytucie Bada Systemowych PAN w ramach projektu rozwojowego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyszego. Słowa kluczowe: Systemy SWD, informatyczne systemy zarzdzania, miejskie systemy dystrybucji wody, systemy monitoringu, systemy GIS, mapy numeryczne, modele hydrauliczne sieci wodocigowych 1. Wprowadzenie Systemy informatyczne stosowane do kompleksowego zarzdzania przedsibiorstwami wodocigowymi, to w Polsce jeszcze rzadko . Przy czym przez zarzdzanie kompleksowe rozumiemy tutaj wykonywanie przez system zarówno zada organizacyjno-finansowych (gospodarka magazynowa, ksigowo , obsługa klientów przedsibiorstwa itp.), jak i technicznotechnologicznych (symulacja komputerowa realizowanego procesu, optymalizacja i sterowanie procesem itp.). Wykonujcy takie zadania system informatyczny powinien składa si ze współpracujcych ze sob modułów odpowiedzialnych za funkcje administracyjne i techniczne. Jednak powszechn praktyk w krajowych przedsibiorstwach wodocigowych jest obecnie albo wdraanie systemów odpowiedzialnych jedynie za sfer działa administracyjnych lub tylko technicznych, albo najczciej eksploatacja programów wykonujcych pojedyncze zadania zwizane z zarzdzaniem przedsibiorstwem i nie zintegrowanych w formie jednolitego systemu. Dlatego zastaje si zwykle tak sytuacj, e w poszczególnych działach przedsibiorstwa wodocigowego funkcjonuj programy do obliczania płac, do rejestracji sprzedawanej wody, monitorujce przepływy i cinienia na sieci wodocigowej czy systemy mapy numerycznej, natomiast nie ma midzy nimi komunikacji i równie zwykle nie planuje si ich integracji a jedynie kupowanie nowych programów do nowych zada. Sytuacja taka spowodowana jest na ogół dwiema przyczynami: po pierwsze, takich zintegrowanych systemów informatycznych nie ma na rynku i trzeba je tworzy , co jest spraw trudn od strony organizacyjnej i kosztown, ponadto z braku odpowiednich dowiadcze równie niepewn pod wzgldem spodziewanych rezultatów; brak takich dowiadcze powoduje równie, e decydenci nie bardzo orientuj si w tym, czego mog si spodziewa po wdroeniu takiego systemu, std ich na ogół niech do rozpoczynania takich prac i finansowania ich ze rodków 10 Praca wykonana w ramach projektu rozwojowego MNiSzW nr R11 001 01..

(2) 186. Jan Studziski Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. własnych przedsibiorstwa; po drugie, wdraanie takiego systemu w przedsibiorstwie na ogół dezorganizuje jego prac w znacznym obszarze, co nie jest dobrze przyjmowane przez załog i kierownictwo; wdraanie takiego systemu czsto pociga za sob równie konieczno. wprowadzenia zmian organizacyjnych w przedsibiorstwie, co równie napotyka na czysto psychologiczne opory przed zmian dotychczasowego status quo. Znacznie łatwiej, taniej i bezpieczniej jest kupi pojedynczy, sprawdzony ju gdzie indziej program i wdraa go w wybranym i wydzielonym dziale przedsibiorstwa i postpowa tak sukcesywnie, dokupujc kolejno nowe programy dla innych działów i nowych zada. Taka polityka informatyzacji przedsibiorstwa, podyktowana niewiedz o moliwociach oferowanych przez zintegrowane systemy informatyczne, wysokimi kosztami ich opracowania, niepewnoci powodzenia całego złoonego przedsiwzicia i duymi spodziewanymi perturbacjami organizacyjnymi jest zrozumiała, niemniej niewłaciwa, co najmniej z jednego powodu: rosnca liczba rónych niezalenych programów obsługujcych róne działy przedsibiorstwa prowadzi do jego stopniowej dezintegracji i po przekroczeniu pewnej liczby tych programów uniemoliwia ich pó niejsz integracje; w rezultacie takie postpowanie prowadzi w dalszej perspektywie do skomplikowania zarzdzania przedsibiorstwem a nie jego ułatwienia, co zwykle jest przecie głównym powodem jego informatyzacji. Jednoczenie ta niekorzystna sytuacja moe i powinna si zacz wkrótce zmienia , poniewa po wstpieniu Polski do UE przedsibiorstwa wodocigowe uzyskały moliwo pozyskiwania duych rodków finansowych na informatyzacj z licznych europejskich programów pomocowych (fundusze strukturalne, programy spójnoci itp.) a take uzyskały dostp do dowiadcze, firm oraz technik i technologii informatycznych zachodnioeuropejskich i wiatowych, znacznie bardziej rozwinitych w tym zakresie, ni opracowania krajowe. W artykule przedstawiono kolejno: obecny stan informatyzacji krajowych przedsibiorstw wodocigowych w zakresie zada technicznych, struktur i funkcje systemu zarzdzania sieci wodocigow wdraanego w wodocigach rzeszowskich, proces tworzenia systemu i odniesienia tego procesu do prezentowanej w literaturze metodologii rozwijania informatycznych systemów wspomagania decyzji, wpływ wdraanego systemu na infrastruktur informatyczn i organizacj całego przedsibiorstwa wodocigowego, wynikajce z dotychczasowych dowiadcze eksploatacyjnych plany rozbudowy systemu rzeszowskiego o kolejne moduły i funkcje zwikszajce jego funkcjonalno i efektywno . 2. Stan informatyzacji przedsibiorstw wodocigowych Informatyzacja krajowych przedsibiorstw wodocigowych zaczła si na wiksz skal dopiero po transformacji ustrojowej w Polsce, tzn. po roku 1989, natomiast znacznie przyspieszyła dopiero po wstpieniu polski do UE, czyli od 3 lat. Umoliwiły to znaczne rodki finansowe, jakie mona na ten cel pozyskiwa z Unii Europejskiej, oraz napływ do Polski w wyniku tych wydarze nowoczesnych wiatowych technik i technologii informatycznych. Jednak mimo tych korzystnych obecnie uwarunkowa sytuacja w wodocigach w tym zakresie nie jest dobra, poniewa trudno szybko nadrobi wieloletnie opó nienia w obszarze badawczym i zmieni nabyte niewłaciwe przyzwyczajenia w sferze psychicznej. Opó nienia badawcze, to przede wszystkim brak własnych sprawdzonych rozwiza w zakresie narzdziowych aplikacji branowych, takich jak systemy map numerycznych, systemy monitoringu czy komputerowe modele hydrauliczne sieci wodocigowych. W rezultacie wikszo programów wdraanych w przedsibiorstwach wodocigowych pochodzi.

(3) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 17, 2008. 187. z zagranicy, co czsto oznacza, e nie s one dopasowane do polskich uwarunkowa. Z kolei niewłaciwe przyzwyczajenia dotycz braku cisłej współpracy midzy sfer gospodarcz a naukowo-badawcz w Polsce oraz take braku współpracy i wymiany dowiadcze midzy samymi przedsibiorstwami. Brakuje tu nie tylko przyzwyczaje, ale take formalnych mechanizmów, które tak współprac mogłyby ułatwi . Rezultat jest taki, e róne przedsibiorstwa samodzielnie zakupuj róne aplikacje narzdziowe do zarzdzania sieci wodocigow i ta rónorodno uniemoliwia potem integracj programów w ramach jednego przedsibiorstwa i wymian dowiadcze midzy przedsibiorstwami. Stosunkowo najlepsza sytuacja jest w zakresie wdraania map numerycznych i systemów monitoringu sieci wodocigowych, najgorsza dotyczy stosowania modeli hydraulicznych oraz programów optymalizacji do projektowania i sterowania sieciami a take integrowania rónych programów do postaci informatycznych systemów wspomagania decyzji (Karczmarska, 2008). 3. Opis informatycznego systemu zarzdzania sieci wodocigow W Instytucie Bada Systemowych od kilku lat prowadzi si współprac z Miejskim Przedsibiorstwem Wodocigów i Kanalizacji w Rzeszowie, dotyczc komputeryzacji miejskiego systemu wodno-ciekowego. Jednym z elementów tego systemu jest sie wodocigowa. Komputeryzacja sieci polega na opracowaniu i wdroeniu systemu informatycznego zarzdzania obiektem, z uwzgldnieniem funkcji technicznych i administracyjnych realizowanych w ramach zarzdzania. Funkcje techniczne, to: monitoring przepływów i cinie w wybranych punktach sieci, obliczenia hydrauliczne wykonane dla wszystkich rur i wzłów sieci wodocigowej, wizualizacji sieci w postaci mapy numerycznej, lokalizacja awarii, optymalizacja i projektowanie oraz generowanie planów rewitalizacji sieci, sterowanie sieci wodocigow, wykonywanie rónorodnych analiz przestrzenno-tematycznych. Z kolei funkcje administracyjne, to: rejestracja uytkowników sieci – klientów Przedsibiorstwa, rejestracja opracowanych projektów technicznych i ledzenie ich realizacji, rejestracja odbiorów technicznych i stanów awaryjnych, ewidencja i ledzenie realizacji planowanych przegldów eksploatacyjnych. Schemat tego systemu jest przedstawiony na rys. 1 (Karczmarska, 2007). Nie wszystkie pokazane tam moduły s ju zakoczone i równie nie mona uzna , e struktura tego systemu jest ju zamknita i adne nowe aplikacje nie zostan do niego włczone, poniewa system wykonywany w postaci autonomicznych i jednoczenie współpracujcych ze sob modułów jest otwarty i znajduje si cigle jeszcze w fazie rozbudowy. Zasada funkcjonowania systemu jest nastpujca (Studziski, 2008): Z Działu Geodezji Urzdu Miasta pozyskuje si w formie cyfrowej map geodezyjn sieci wodocigowej. Jest ona wprowadzana do systemu G/Technology w Przedsibiorstwie (produkt firmy Intergraph), bdcego aplikacj branow systemu GIS i generujcego map numeryczn sieci. Kluczowym elementem systemu jest Branowa Baza Danych, zawierajca wszystkie umieszczone na mapie geodezyjnej informacje o sieci wodocigowej, uzupełnione w Przedsibiorstwie o dodatkowe dane archiwalne o sieci. W rezultacie system G/Technology jest w stanie generowa graf geodezyjny sieci wodocigowej, bdcy cyfrowym odzwierciedleniem mapy geodezyjnej. Jednak ten graf ma szereg wad uniemoliwiajcych jego wykorzystanie w obliczeniach i analizach operacyjnych. Midzy innymi ma on szereg niecigłoci wynikajcych z tego, e takie niecigłoci znajduj si na rysunku sieci tworzonym przez geodet. Dlatego pierwsz czynnoci realizowan przez system.

(4) 188. Jan Studziski Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. G/Technology jest transformacja grafu geodezyjnego do postaci tzw. grafu topologicznego o poprawionej strukturze. Na podstawie tego grafu mona wykonywa rónorodne analizy przestrzenno-tematyczne dotyczce sieci, midzy innymi takie jak: ledzenie cigłoci sieci wodocigowej w wybranym jej obszarze (por. rys. 2), znajdowanie najkrótszej drogi w sieci midzy dwoma zadanymi punktami (por. rys. 3), lokalizacja zasuw odcinajcych fragment sieci, w którym nastpiła awaria (por. rys. 4), wyznaczanie obszarów nie zabezpieczonych hydrantami na wypadek poaru (por. rys. 5) itp.. G /T e c h n o lo g y. A p lik a c je s y s te m u F K. ( e d y to r g r a fi c z n y ) PPD – PASZPO RTO W A B A Z A D A N Y C H S IE C I W ODOCGOW EJ. A p l i k a c j a M E D IA A p lik a c ja O T A p lik a c ja G W . BRANOW A BAZA DANYCH BBD W a ria n t sta n u r z e c z y w is t e g o i w a r i a n t y p rz e w id y w a n y c h s ta n ó w aw a ryjn y ch. SZT. A p lik a c ja W T A p lik a c ja A W /P E O B L IC Z E N IA H Y D R A U L IC Z N E S IE C I W O D O C IA G O W E J. MONITORING. (po konwersji). DANE Z GEODEZJI. SO K. O P T Y M A L IZ A C J A. STR. S T E R O W A N IE s ie c i w o d o c i g o w . Rys. 1. Schemat informatycznego systemu zarzdzania wdraanego w MPWiK w Rzeszowie. Rys. 2. ledzenie cigłoci topologicznej sieci wodocigowej ograniczone do zdefiniowanego obszaru sieci, w systemie G/Technology.

(5) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 17, 2008. 189. . ). Rys. 3. ledzenie najkrótszej drogi w sieci wodocigowej midzy dwoma punktami, w systemie G/Technology g. g. g. g. g g. g. g g. g. g g g. M. g. g. g. g g f.. g. h. g. g. 4. M. 1. g g. 5k. g g g. g. g. g. g g. g g. g g. g g. g g. g. g. g. f.. g g. 1. g. g g. g. h. 3. h 5k. M. h. h. Rys. 4. ledzenie obszaru sieci wodocigowej z miejsca wystpienia awarii do najbliszych zasuw odcinajcych, w systemie G/Technology Graf topologiczny sieci wodocigowej umoliwia wprawdzie wykonywanie rónorodnych analiz sieci, nie umoliwia jednak wykonywania oblicze hydraulicznych, poniewa nie zawiera wzłów, które nie wystpuj równie na mapie geodezyjnej. Dlatego kolejn czynnoci realizowan przez system G/Technology jest transformacja grafu topologicznego do postaci tzw. grafu hydraulicznego, w którym na wszystkich przeciciach i kocówkach rur wodocigowych wprowadza si wzły: montaowe (punkty przecicia rur wewntrz sieci), zasilajce ( ródła wody), odbiorcze (uytkownicy sieci) i pomiarowe (punkty pomiarowe systemu monitoringu). Kady obiekt grafu sieci na mapie numerycznej ma swój opis w Branowej Bazie Danych, stanowicej integraln cz systemu G/Technology. Opisy wzłów pomiarowych s aktualizowane na bieco danymi przekazywanymi z punktów pomiarowych systemu monitoringu zainstalowanego.

(6) 190. Jan Studziski Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. na sieci wodocigowej. Obecny system monitoringu sieci wodocigowej w Rzeszowie składa si z 30 punktów pomiarowych, przekazujcych do systemu G/Technology informacje o mierzonych cinieniach i przepływach (yła, 2008). Transmisja danych z punktów pomiarowych do serwera systemu monitoringu odbywa si dla 15 punktów za pomoc telefonii komórkowej (system GPRS) oraz dla pozostałych punktów drog radiow. W systemie monitoringu wizualizacj, archiwizacj i przetwarzanie danych pomiarowych wykonuje program ProconWin firmy Infoprod (rys. 6).. Rys. 5. Lokalizacja hydrantów zapewniajcych ochron przeciwpoarow w wybranym osiedlu, w systemie G/Technology. Rys. 6. Układ wzłów pomiarowych systemu monitoringu sieci wodocigowej Rzeszowa System monitoringu słuy do biecej obserwacji stanu pracy sieci wodocigowej i równie do kalibracji jej modelu hydraulicznego. Do uruchomienia modelu hydraulicznego system.

(7) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 17, 2008. 191. G/Technology generuje odpowiednie pliki danych wejciowych z danymi pobranymi z Branowej Bazy Danych. Dla sieci wodocigowej w Rzeszowie uruchomiono trzy modele hydrauliczne: EPANET, dostpny w Internecie, OHIO (ObliczeniaHydrauliczneIOptymalizacja), opracowany w IBS PAN (Pawlak, 2008), oraz MOSUW (Modelowanie Optymalizacja Sterowanie Układów Wodcigowych), bdcy adaptacj modelu opracowanego i funkcjonujcego w Niemczech (Straubel, Studzinski, 2000). Modele te róni si algorytmami obliczania układów równa algebraicznych opisujcych sie wodocigow oraz zakresem wykonywanych funkcji: EPANET wykonuje obliczenia hydrauliczne sieci, OHIO dodatkowo dokonuje optymalizacji sieci za pomoc pewnego algorytmu optymalizacji jednokryterialnej, za pomoc modelu MOSUW mona wykona. obliczenia optymalizacji i sterowania sieci wodocigow za pomoc metody optymalizacji wielokryterialnej. W modelu OHIO mona uruchomi funkcje sygnalizacji stanu cinie i przepływów w sieci oznaczajc rónymi kolorami wzły o rónych cinieniach (por. rys. 7) i rónokolorowymi strzałkami rury o rónych przepływach (por. rys. 8).. Rys. 7. Ekran programu OHIO z sygnalizacj stanu cinie w wzłach sieci.

(8) 192. Jan Studziski Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. Rys. 8. Ekran programu OHIO z sygnalizacj stanu przepływów w odcinkach sieci Programy wchodzce w skład systemu informatycznego (rys. 1) mona odpowiednio pogrupowa , tworzc trzy funkcjonalne systemy działajce w ramach systemu informatycznego: System Zarzdzania Technicznego (SZT) – uwzgldnia w swojej strukturze moduły funkcyjne: AW (obsługa AWarii), PE (obsługa planowanych PrzegldówEksploatacyjnych), system monitoringu, programy oblicze hydraulicznych (EPANET, OHIO lub MOSUW) i sprzgnite z nimi algorytmy optymalizacji i sterowania, oraz zapewnia sprawn eksploatacj sieci istniejcej oraz optymalne planowanie rozbudowy i modernizacji sieci. . System Obsługi Klienta (SOK) – uwzgldnia moduły funkcyjne: WT (wydawanie WarunkówTechnicznych), OT (przyjmowanie OdbiorówTechnicznych), MEDIA / GW (obsługa GospodarkiWodno ciekowej) i system G/Technology do realizacji analiz ilociowych i jakociowych, oraz zapewnia – poprzez szybki dostp do informacji o kliencie i obiektach sieci – sprawn obsług klienta od etapu złoenia warunków technicznych dotyczcych jego przyłczenia do sieci wodocigowej, poprzez etapy projektu, uzgodnie, budowy, odbioru technicznego, a do etapu zawarcia umowy, a w dalszym cigu zapewnia systematyczne prowadzenie odczytów wodomierza, wystawianie faktur i kontrol płatnoci.. . System Eliminowania Strat (STR) – rozumiany jako narzdzie dostpu do rónych informacji o systemie produkcji, dystrybucji i sprzeday wody z moliwoci wykonywania przestrzennych analiz porównawczych danych z Systemu Obsługi Klienta (SOK) oraz danych gromadzonych przez System Zarzdzania Technicznego (SZT), pozwala stworzy i uruchomi procedury zmierzajce do eliminowania strat wody..

(9) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 17, 2008. 193. 5. Zmiany organizacyjne w przedsibiorstwie Wprowadzanie złoonego systemu informatycznego w Przedsibiorstwie pociga za sob konieczno wprowadzenia w nim pewnych zmian organizacyjnych (Karczmarska, Studziski. 2008). System działa w sieci komputerowej Przedsibiorstwa, która w miar instalacji kolejnych programów musiała ulec rozszerzeniu (por. rys. 9). W chwili obecnej w sieci pracuje 8 serwerów z bazami danych rónych programów składajcych si na tworzony system informatyczny (Posiak, 2008).. Rys. 9. Sie komputerowa sieci wodocigowej w Rzeszowie Jednoczenie system wymusza tworzenie nowych stanowisk pracy w rónych działach Przedsibiorstwa do obsługi rónych modułów systemu: mapy numerycznej do wizualizacji sieci i wykonywania analiz, monitoringu do obserwacji aktualnego stanu sieci, modeli hydraulicznych i programów optymalizacji do sterowania sieci oraz planowania i wykonywania prac projektowych. W ten sposób pełni on rol integrujc w Przedsibiorstwie, poniewa pracownicy rónych działów pracujcy w ramach jednego systemu s zmuszeni ze sob współpracowa . 6. Problemy z realizacj systemu informatycznego Przedstawiony system informatyczny do zarzdzania sieci wodocigow jest wdraany w wodocigach rzeszowskich. Proces jego tworzenia i implementacji róni si, niestety, od modelowych procedur postpowania, zalecanych w literaturze do projektowania systemów informatycznych wspomagania decyzji (Rojek, 2007). Problemy wystpujce podczas takiej pracy s zasadniczo trzech rodzajów: organizacyjne, merytoryczne i finansowe. Problemy organizacyjne s zwizane z kompletowaniem zespołów wykonawczych, tak po stronie realizatora, którym w omawianym przypadku jest placówka naukowa – IBS PAN, jak i po.

(10) 194. Jan Studziski Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. stronie beneficjenta, czyli MPWiK w Rzeszowie, oraz z zapewnieniem dobrej współpracy obu zespołów. Nie jest to takie proste, poniewa zespól badawczy jest interdyscyplinarny, złoony ze specjalistów rónych dziedzin: matematyków, automatyków, programistów, informatyków i technologów, którzy operuj na ogół rónymi specjalistycznymi jzykami, natomiast zespół branowy jest złoony z inynierów praktyków, majcych czsto niechtny, bo pragmatyczny stosunek do teoretycznych wypowiedzi akademickich. Stworzenie takich zespołów a nastpnie zapewnienie przez dłuszy okres czasu poprawnej kooperacji midzy nimi jest trudnoci, która czsto uniemoliwia realizacj projektu. Problemy merytoryczne polegaj na pojawianiu si w trakcie realizacji prac badawczych nowych zagadnie, których wczeniej nie przewidziano a które musz by rozwizane, aby prace zakoczyły si sukcesem. W przypadku omawianego systemu informatycznego sytuacje takie wystpowały praktycznie na kadym etapie bada, rozszerzajc kadorazowo zakres prac i zwikszajc take ponoszone koszty. Tworzony system informatyczny składa si z trzech podstawowych modułów: systemu mapy numerycznej z Branow Baz Danych, systemu monitoringu oraz modeli hydraulicznych z algorytmami optymalizacji. Pierwsze problemy pojawiły si ju przy opracowywaniu mapy numerycznej, gdy okazało si, e dane dostarczane z Działu Geodezji Urzdu Miasta, na których podstawie tworzy si graf geodezyjny sieci wodocigowej, s niepełne i nie pozwalaj na wykonywanie oblicze hydraulicznych. Aby z grafu geodezyjnego utworzy graf hydrauliczny, umoliwiajcy takie obliczenia, naleało opracowa procedury zapewniajce cigło grafu i generujce wzły sieci. Kolejny problem zwizany ze sprzgniciem mapy numerycznej z modelem hydraulicznym powstał, gdy stwierdzono, e dane geodezyjne dotyczce sieci nie umoliwiaj na okrelenie współrzdnej wysokociowej wygenerowanych punktów wzłowych. Naleało opracowa kolejn procedur do aproksymacji wysokoci wzłów sieci na podstawie współrzdnych wysokociowych miejskich punktów geodezyjnych, którymi dysponował Urzd Miejski. Zastosowano przy tym, dla celów porównawczych, dwa algorytmy: aproksymacji krigingowej oraz aproksymacji geometrycznej, pokrywajc trójktami przestrze wyznaczon punktami geodezyjnymi. Problemy zwizane z systemem monitoringu dotyczyły przede wszystkim liczby i lokalizacji punktów pomiarowych na sieci wodocigowej oraz wyboru sposobu transmisji danych z punktów pomiarowych do programu wizualizacji i archiwizacji. Liczba punktów pomiarowych, ze wzgldu na koszty ich montowania, powinna by moliwie mała i jednoczenie ilo przekazywanych przez nie informacji o sieci powinna by moliwie dua. Z kolei transmisja danych moe odbywa drog radiow, telefonii komórkowej lub kablow i zasadniczo nie ma wiarygodnych analiz porównawczych, które by wykazywały jednoznacznie wyszo którego z tych systemów. Dlatego w Rzeszowie budow systemu monitoringu na sieci wodocigowej rozpoczto pocztkowo od jednej pilotowej dzielnicy i kilku punktów pomiarowych i stopniowo rozbudowujc system osignito obecnie poziom 30 punktów pomiarowych rozmieszczonych na całej sieci, przy czym przede wszystkim zlokalizowane s one w przepompowniach strefowych, w punktach ródłowych i na kocówkach sieci. Odnonie systemów transmisji danych, działaj obecnie w Rzeszowie, równie dla celów porównawczych, równolegle trzy systemy: telemetryczny (kablowy), komórkowy (GPRS) i radiomodemowy. Problemy zwizane z modelami hydraulicznymi dotyczyły zasadniczo czterech zagadnie: wyboru właciwej kombinacji piercieni sieci wodocigowej do konstruowania układu równa algebraicznych opisujcych sie , wyboru metody rozwizywania tego układu równa, stopnia.

(11) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 17, 2008. 195. szczegółowoci generowanych przez map numeryczn grafów hydraulicznych oraz wyboru metody optymalizacji do kalibracji, projektowania i sterowania sieci wodocigow. W przypadku piercieniowej sieci wodocigowej liczba moliwych kombinacji piercieni ronie silnie nieliniowo wraz z liczb tych piercieni a poniewa algorytmy obliczeniowe s przyblione, wic ostatecznie sformułowana posta układu równa ma istotne znaczenie na wyniki oblicze. W tworzonym w IBS PAN modelu OHIO przyjto przy wyborze kombinacji piercieni zasad, aby łczna długo. rur w wybranej kombinacji piercieni była minimalna. Odnonie moliwych do zastosowania metod rozwizywania układów nieliniowych równa algebraicznych s dwie moliwoci: stosowanie algorytmów specjalizowanych, uwzgldniajcych wystpowanie równa liniowych i nieliniowych w układzie równa modelu i rozwizujcych je w sposób rekurencyjny, oraz stosowanie algorytmów traktujcych układ równa modelu jako jedn cało i rozwizujcych go iteracyjnie. W omawianym przypadku, dla celów porównawczych, zastosowano oba podejcia: w modelu OHIO do rozwizywania równa modelu stosuje si specjalizowany algorytm rekurencyjny Crossa, natomiast w modelu MOSUW stosuje si klasyczny algorytm iteracyjny Newtona-Raphsona. Kwestia koniecznoci rónicowania szczegółowoci grafów hydraulicznych generowanych przez system mapy numerycznej do modelu hydraulicznego wyniknła w momencie, gdy generowane grafy obejmowały coraz wikszy obszar sieci i stawały si coraz bardziej szczegółowe. Gdy grafy sieci były ograniczone na przykład do jednej dzielnicy miasta, mogły wtedy bez szkody dla oblicze zawiera cał struktur wodocigow, tzn. wszystkie wystpujce w niej rury nawet o najmniejszych rednicach i wszystkie przyłcza, stanowice wówczas wzłowe punkty rozbioru. Natomiast w miar rozszerzania si obszaru sieci objtej obliczeniami i zwizanego z tym wzrostu liczby równa modelu, czas oblicze coraz bardziej si wydłuał a do przypadków zawieszania si programu. W rezultacie wprowadzono do oblicze hydraulicznych dwie modyfikacje: Pierwsza polega na moliwoci zastpowania rozbiorów wzłowych rozbiorami odcinkowymi, przy czym rozbiór odcinkowy oznacza zsumowane rozbiory wzłowe, traktowane w obliczeniach jako łczne obcienie rury, której s przyporzdkowane. Takie postpowanie znacznie zmniejsza liczb równa modelu, poniewa eliminuje liczne wzły odbiorcze i łczce je odcinki sieci, zastpujc je jednym przewodem i jednym rozbiorem odcinkowym. Druga modyfikacja polega na moliwoci generowania przez map numeryczn trzech rodzajów grafów hydraulicznych: maksymalnego, minimalnego i mieszanego. Graf maksymalny obejmuje wszystkie rury i przyłcza sieci traktowane jako wzły odbiorcze i moe by uywany albo do wizualizacji sieci wodocigowej albo do oblicze hydraulicznych w przypadku małych fragmentów sieci. Graf minimalny obejmuje wszystkie rury o rednicach wikszych od zadanej, a wic w praktyce przewody magistralne, i operuje głownie rozbiorami odcinkowymi, i moe by uyty do oblicze hydraulicznych całej sieci wodocigowej, chocia te obliczenia maj wówczas charakter bardzo ogólny i pogldowy. Graf mieszany obejmuje wszystkie rury i przyłcza sieci traktowane jako wzły odbiorcze w przypadku wybranego ograniczonego fragmentu sieci oraz przewody magistralne i rozbiory odcinkowe dla pozostałej czci sieci i moe by uywany do projektowania i optymalizacji sieci wodocigowej w tym fragmencie. Metody optymalizacji stosowane w zarzdzaniu sieciami wodocigowymi mog by dwóch rodzajów: jednokryterialne i wielokryterialne. Optymalizacja jednokryterialna polega na sformułowaniu kryterium w postaci pojedynczej funkcji celu, najczciej o charakterze technicznym, wzgldnie na sformułowaniu kryterium optymalizacji bdcego sum kilku funkcji.

(12) 196. Jan Studziski Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. celu z przyporzdkowanymi im wagami, a nastpnie na rozwizaniu zadania minimalizacji lub maksymalizacji kryterium jedn z metod programowania matematycznego, stosujc gradientowe lub bezgradientowe metody optymalizacji statycznej. Takie postpowanie jest stosunkowo proste, w jego wyniku otrzymuje si jednoznaczne rozwizanie, jednak stosowanie pojedynczej funkcji celu czy nawet sumy kilku funkcji z wagami bardzo ogranicza zakres bada. Z kolei optymalizacja wielokryterialna polega na minimalizacji lub maksymalizacji kilku niezalenych funkcji celu. Takie postpowanie jest trudne od strony obliczeniowej i zwykle bardzo czasochłonne, dajc w rezultacie nie jedno rozwizanie a zbiór rozwiza quasi-optymalnych, z których naley dopiero wybra. rozwizanie najbardziej korzystne. Ogromn jego zalet jest natomiast moliwo badania sieci wodocigowej z uwzgldnieniem bardzo rónych warunków pracy, co upodabnia proces oblicze do rzeczywistych warunków eksploatacji. Biorc pod uwag wady i zalety obu rodzajów optymalizacji, zainstalowano w programie OHIO algorytm optymalizacji jednokryterialnej a w programie MOSUW, dla porównania, algorytm optymalizacji wielokryterialnej. Problemy finansowe wystpujce przy realizacji omawianych prac dotycz zwykle trudnoci z zaplanowaniem przewidywanych kosztów. Prace tego rodzaju maj charakter innowacyjny a nie rutynowy i w znacznym stopniu aplikacyjny a nie jedynie teoretyczny, i – jak wykazano wyej – nie mona na ich pocztku przewidzie wszystkich problemów, które pojawia si ju w trakcie realizacji i które musz by rozwizane, aby wymagane wdroenie zakoczyło si powodzeniem. Std konieczno duej elastycznoci tak w planowaniu, jak i w realizacji wydatków, co jest trudne do urzeczywistnienia w obecnym krajowym systemie przyznawania rodków na projekty badawcze, szczególnie w sytuacji, gdy te rodki s bardzo ograniczone. Wydaje si jednak, e ta niekorzystna sytuacja zaczyna powoli si zmienia w zwizku z coraz szerszym dostpem do rodków finansowych Unii Europejskiej, które s znacznie wiksze. 7. Uwagi kocowe Przedstawiono opis i struktur systemu informatycznego zaprojektowanego do kompleksowego zarzdzania miejsk sieci wodocigow, problemy, jakie powstaj przy tego typu pracach o charakterze badawczo-rozwojowym, a take zmiany organizacyjne, jakie wdraanie takiego systemu wymusza w badanym Przedsibiorstwie. Przedstawiony system nie jest jeszcze zakoczony i jego rozbudowa cigle trwa, w znacznym stopniu prowadzona ju samodzielnie przez Przedsibiorstwo, w szczególnoci w zakresie rozbudowy systemu monitoringu oraz aktualizacji mapy numerycznej sieci wodocigowej. Naley przyzna , e tworzenie takiego zintegrowanego systemu informatycznego jest zadaniem złoonym i kosztownym, jednak wydaje si, e taka jest włanie przyszło informatyzacji przedsibiorstw wodocigowych a kolejne wdroenia, po zdobyciu obecnych dowiadcze, bd ju znacznie łatwiejsze, szybsze i take tasze..

(13) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 17, 2008. 197. Bibliografia 1.. 2.. 3.. 4. 5.. 6. 7.. 8.. 9.. Karczmarska D. (2007) Uruchomienie komputerowego systemu wspomagania decyzji projektanta i operatora sieci wodocigowej. Raport Badawczy IBS PAN i MPWiK Rzeszów, Warszawa-Rzeszów 2007. Karczmarska D. (2008) Stan komputeryzacji wybranych wodocigów krajowych w zakresie systemów monitoringu, mapy numerycznej i oblicze hydraulicznych. Raport Badawczy IBS PAN i MPWiK Rzeszów, Warszawa-Rzeszów 2008. Karczmarska D., Studziski J. (2008) Restrukturyzacja przedsibiorstwa wodocigowego wymuszana wdraaniem zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania. Raport Badawczy IBS PAN i MPWiK Rzeszów, Warszawa-Rzeszów 2008. Pawlak A. (2008) OHIO – aplikacja do modelowania i optymalizacji układu dystrybucji wody. Raport Badawczy IBS PAN, Warszawa 2008. Posiak K. (2008) Wdraanie, eksploatacja i rozwój sieci komputerowej w Miejskim Przedsibiorstwie Wodocigów i Kanalizacji w Rzeszowie. Raport Badawczy IBS PAN I MPWiK Rzeszów, Warszawa-Rzeszów 2008. Rojek I. (2008) Projektowanie systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. PAN IBS, Seria Badania Systemowe / Inynieria rodowiska, Warszawa 2008. Straubel R., Studzinski J. (2000) Computer aided planning and operating of the water networks in Königs Wüsterhausen and Rzeszow. Proceedings of the 4th International Conference in Water Supply and Quality (M.M. Sozanski, Ed.), Krakow 2000. Studzinski J. (2008) Wspomaganie zarzdzania miejskim przedsibiorstwem wodocigowym za pomoc informacji z systemów monitoringu i mapy numerycznej. Studia i Materiały PSZW, Bydgoszcz, vol. 14, 2008, 100-115. yła A. (2008) System monitorowania sieci i obiektów wodocigowych w MPWiK Rzeszów. Raport Badawczy IBS PAN i MPWiK Rzeszów, Warszawa-Rzeszów 2008..

(14) 198. Jan Studziski Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarzdzania miejsk sieci wodocigow. DEVELOPMENT OF AN INFORMATION SYSTEM FOR THE MANAGEMENT OF COMMUNAL WATER NETWORKS Summary In the paper the process of developing an information system for the management of a communal water network on the exemplary case of the waterworks in the Polish city Rzeszow is described. The structure and the functions of the system are shown, the problems arising while introducing the system in the waterworks are discussed and the conclusions coming from the present operation experiences are presented. The system has been developed in the Systems Research Institute of Polish Academy of Sciences with the financial support of the Polish Ministry of Sciences and Higher education. Key words: Computer aided decisions making systems, communal systems of water supply and distribution, monitoring systems, GIS systems, numerical maps, hydraulic models of water networks. Jan Studziski Instytut Bada Systemowych PAN Warszawa e-mail: studzins@ibspan.waw.pl.

(15)