Zastowanie danych z monitoringu w systemie zarządzania miejską siecią wodociągową

Pełen tekst

(1)ZASTOWANIE DANYCH Z MONITORINGU W SYSTEMIE ZARZDZANIA MIEJSK SIECI WODOCIGOW1. JAN STUDZISKI Instytut Bada Systemowych PAN Warszawa. Streszczenie W coraz wikszym stopniu wdraa si w krajowych przedsibiorstwach wodocigowych systemy monitoringu na sieciach wodocigowych, lecz ich wykorzystanie nie odpowiada ich moliwociom. Systemy monitoringu słu obecnie jako autonomiczne programy do zbierania informacji o produkcji wody i cinieniach w hydroforniach strefowych, dajc ogóln wiedz o stanie pracujcej sieci wodocigowej, gdy jednoczenie mog i powinny by wykorzystywane jako elementy systemów zarzdzania sieci. Taki system informatyczny do zarzdzania miejsk sieci wodocigow przedstawiono w artykule. Słowa kluczowe: zarzdzanie miejsk sieci wodocigow, komputerowe systemy wspomagania decyzji, systemy GIS, systemy monitoringu, modelowanie matematyczne systemów wodocigowych. 1. Wprowadzenie Miejskie systemy wodno-ciekowe składaj si zwykle z czterech podsystemów: ujcia wody, sieci wodocigowej, sieci kanalizacyjnej i oczyszczalni cieków, przy czym sie wodocigowa wydaje si w tym systemie elementem kluczowym. Zmieniajce si obci enie sieci wodocigowej wpływa na prac pompowni w stacjach ujcia wody, decyduje o obci eniu hydraulicznym sieci kanalizacyjnej i oczyszczalni cieków, a poprawne zarzdzanie sieci wodocigow decyduje o właciwej jakoci i iloci wody dostarczanej do odbiorców. Dlatego jednym z podstawowych zada w przedsibiorstwie wodocigowym jest efektywne zarzdzanie t sieci. W ramach tego zadania nale y realizowa szereg podzada , takich jak: pełne pokrycie potrzeb odbiorów na wod pitn; dostarczanie do odbiorców wody o odpowiedniej jakoci; dostarczanie wody pod odpowiednim cinieniem; zapobieganie awariom sieci wodocigowej; w przypadku wystpienia awarii, szybka jej lokalizacja i usunicie; planowanie i wykonywanie remontów sieci; modernizacja i rozbudowa sieci; zapobieganie stratom wody; planowanie ceny wody na kolejny rok kalendarzowy itp. Wszystkie te zadania realizuje si w ka dym przedsibiorstwie wodocigowym, jednak traktuje si je zwykle w sposób niezale ny i s wykonywane przez ró ne działy przedsibiorstwa. Natomiast w rzeczywistoci zadania te s ze sob zwizane i powinny by realizowane z uwzgldnieniem tej współzale noci. Ponadto ich właciwa realizacja zale y od pewnego wspólnego zbioru informacji, które mo na pozyska instalujc na sieci wodocigowej odpowiedni system monitoringu.. 1. Artykuł napisany w ramach realizacji projektu rozwojowego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyszego R11 001 01..

(2) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007. 155. W dalszym cigu zostanie pokazane, w jaki sposób dane pozyskiwane z monitoringu sieci wodocigowej ułatwiaj rozwizywanie problemów zwizanych z jej zarzdzaniem, jak bardzo jest celowym tworzenie całych zło onych systemów informatycznych do zarzdzania sieciami wodocigowymi, w których monitoring jest jednym z kluczowych elementów systemu, oraz jak cile problematyka właciwego zarzdzania, czyli działanie o charakterze jakociowym, jest zwizane z pewnymi obszarami wiedzy technicznej, czyli działaniami o charakterze ilociowym. Ostatnie spostrze enie wiadczy o tym, e zarzdzanie, w tym zarzdzanie wiedz jest działaniem interdyscyplinarnym, łczcym w sobie techniki ilociowe i jakociowe i nie mo na spodziewa si skutecznego zarzdzania opartego tylko na intuicji i dowiadczeniu, jak równie nie mo na w zarzdzaniu ogranicza si jedynie do stosowania algorytmów obliczeniowych. Jednak połczenie obu rodzajów działania, jakociowego i ilociowego, chocia wskazane, jest bardzo trudne, poniewa jest zwizane z du ymi trudnociami organizacyjnymi i ponoszeniem wysokich kosztów a przede wszystkim z przełamaniem pewnych nawyków mylowych oraz przyzwyczaje , co wydaje si najtrudniejsze. Std potrzeba wskazywania orodkom decyzyjnym na zalety działa. integracyjnych i celowo kompleksowej informatyzacji przedsibiorstw wodocigowych. W koncepcji autora takiemu celowi słu y niniejsza praca. 2. Zarz dzanie w przedsibiorstwach wodoci gowych Mimo postpujcej informatyzacji krajowych przedsibiorstw wodocigowych zarzdzanie nimi w dalszym cigu ma charakter działa opartych na zdobywanym stopniowo dowiadczeniu i intuicji, natomiast w mniejszym stopniu opiera si korzystaniu z systemów informatycznych traktowanych jako narzdzia wspomagajce procesy decyzyjne. Przedsibiorstwa wodocigowe coraz chtnie kupuj obecnie komputery i ró nego rodzaju oprogramowanie, jednak s one wykorzystywane głownie do usprawniana pracy biurowej i administracyjnej, natomiast w najmniejszym stopniu nie s u ywane jako systemy wspomagania decyzji w skomplikowanym procesie zarzdzania przedsibiorstwem. Kupowane oprogramowanie, to głownie programy dla działu finansowo-ksigowego oraz zwizane z gospodark magazynow. Ostatnie lata, to równie wdra anie systemów mapy numerycznej oraz systemów monitoringu. Jednak cech charakterystyczn tych działa jest, e kupowane programy instalowane w ró nych działach przedsibiorstwa pracuj niezale nie od siebie i usprawniaj jedynie procesy obliczeniowe lub pomiarowe, a wic wspomagaj rozwizywanie zada technicznych, które mo na nazwa operacyjnymi, natomiast nie wspomagaj zarzdzania, czyli procesów decyzyjnych o charakterze taktycznym i strategicznym. W pracy [2] przedstawiono stan komputeryzacji wodocigów krajowych w zakresie monitoringu, map numerycznych i oblicze hydraulicznych, z którego wynika, e nawet w obszarze działa. czysto technicznych nie ma prób integrowania programów wykonujcych ró ne funkcje. Tym bardziej nie ma takich usiłowa w zakresie integrowania programów technicznych i administracyjnych i tworzenia z ich u yciem kompleksowych systemów wspomagania decyzji. Mo na powiedzie, e zarzdzanie w przedsibiorstwach wodocigowych przebiega obecnie w dwóch niezale nych obszarach: w obszarze działa technicznych, gdzie poszczególne działy samodzielnie wykonuj swoje rutynowe zadania, oraz w obszarze działa administracyjnych, gdzie kadra decyzyjna zajmuje si organizacj, kierowaniem i planowaniem. Takie niezale nie wykonywane działania nie tylko nie s efektywne, ale s nawet szkodliwe dla rozwoju informatyzacji w przedsibiorstwach wodocigowych. Przyczyny s dwie: organizacyjna i finansowa. Organizacyjna polega na tym, e w miar zakupu coraz wikszej liczby komputerów i niezale nych.

(3) 156. Jan Studziski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarzdzania miejsk sieci wodocigow. programów coraz trudniejsza staje si administracja sprztem i oprogramowaniem, je eli nie tworz one zintegrowanego systemu informatycznego. Przyczyna finansowa polega na tym, e tak zakup, jak i eksploatacja komputerów i programów wi si z coraz wikszymi kosztami przy braku jednoczenie mo liwoci wykazania si wyranymi wyliczalnymi korzyciami z ich u ytkowania. Rodzi to niech kierownictwa do rozwoju informatyki w przedsibiorstwie i czsto prowadzi do ograniczania tego rozwoju. Wyjciem z niekorzystnej sytuacji jest, po pierwsze, integrowanie programów działajcych w obszarze działa technicznych, po drugie, integrowanie programów z obszaru działa technicznych i obszaru działa administracyjnych, po trzecie, tworzenie narzdzi wspomagania decyzji przeznaczonych dla kadry kierowniczej a nie, jak dotychczas, dla pracowników kadry technicznej i administracyjnej wykonujcych czynnoci o charakterze operacyjnym, jak zbieranie pomiarów z sieci wodocigowej, drukowanie raportów o awariach, sporzdzanie listy płac, wystawianie faktur u ytkownikom sieci itp. Propozycja takiego narzdzia informatycznego zostanie przedstawiona w dalszym cigu artykułu. Przy tym kluczowym elementem takiego narzdzia jest baza danych z informacjami o sieci wodocigowej, wykorzystywanymi nastpnie przez odpowiednie modele matematyczne do prognozowania stanów sieci i generowania scenariuszy sterowania operacyjnego sieci. Z kolei ródłem potrzebnych danych jest odpowiednio zaprojektowany system monitoringu sieci wodocigowej. 3. Monitoring sieci wodoci gowej Przez monitoring sieci wodocigowej rozumie si w ogólnoci system komputerowy zło ony z trzech elementów: urzdze pomiarowych do mierzenia cinie i przepływu wody, systemu transmisji danych z punktów pomiarowych do komputera zbierajcego i archiwizujcego dane pomiarowe, oraz programu wizualizacji sieci wodocigowej ze zlokalizowanymi na niej punktami pomiarowymi. Ka dy z tych elementów ma wiele mo liwoci realizacji i powinien by analizowany niezale nie. Odnonie urzdze pomiarowych, idealny przypadek monitoringu oznacza, e w ka dym wle sieci jest zainstalowany cinieniomierz i w ka dym odcinku sieci jest zainstalowany przepływomierz, w wyniku czego operator sieci ma na bie co informacj o wszystkich przepływach i cinieniach. Poniewa przepływy i cinienia okrelaj stan sieci, wic informacje o wartociach tych parametrów pozwalaj zorientowa si, czy sie pracuje właciwie, tzn. czy s poprawne cinienia w wzłach odbioru wody i czy odbierane iloci wody s zgodne z oczekiwaniami odbiorców. Jednak taki przypadek monitoringu jest praktycznie nierealizowalny ze wzgldu na koszty, poniewa koszt instalacji takiego monitoringu byłby wikszy od kosztów budowy całej sieci wodocigowej. Dlatego projektujc system monitoringu nale y dokona ograniczonego wyboru punktów pomiarowych, kierujc si przy tym dwoma kryterium celu: łcznymi kosztami monta u tych punktów i iloci informacji, które z tych punktów mo na pozyska. Jest to, jak wida, problem optymalizacji wielokryterialnej, przy czym pierwsze kryterium podlega minimalizacji a drugie – maksymalizacji. W przypadku liczenia kosztów monta u punktów pomiarowych uwzgldnia si nie tylko koszt aparatury pomiarowej w punkcie, czyli przepływomierza i cinieniomierza, ale równie koszt budowy studni pomiarowej w wle lub na odcinku sieci a tak e koszt monta u tzw. szafki pomiarowej zawierajcej urzdzenia zapisu i transmisji danych oraz koszt monta u tzw. szafki energetycznej zawierajcej ródło zasilania elektrycznego urzdze pomiarowych.

(4) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007. 157. i transmisyjnych. Przy tym, gdy koszt jednostkowy szafki pomiarowej, szafki energetycznej, studni pomiarowej i cinieniomierza jest na ogół niezale ny od wyboru punktu pomiarowego, to koszt przepływomierza zale y w sposób istotny od rednicy rury, na której jest zamontowany. Std wynika, e w przypadku rur o bardzo zró nicowanych rednicach koszt monta u pojedynczego punktu pomiarowego na rurze o du ej rednicy mo e by wikszy od kosztu monta u dwóch punktów pomiarowych na rurach o małej rednicy. Z powy szego wynika, e aby zminimalizowa koszty monta u punktów pomiarowych nale y w ogólnoci mo liwie ogranicza ich liczb, chocia wida te , e minimalizacja kosztów monta u niekoniecznie oznacza minimalizacj liczby punktów pomiarowych. Z kolei w przypadku maksymalizacji iloci informacji przekazywanych przez punkty pomiarowe, powinny on by tak wybrane, aby przekazywały wiedz o stanie sieci nie tylko z danego punktu, ale równie z jego tak e dalszego otoczenia. Takie punkty charakteryzujce si du a wra liwoci na zmiany stanu sieci nazwiemy punktami charakterystycznymi. Maksymalizacja przekazywanej informacji oznacza zwykle zwikszanie liczby punktów pomiarowych, a wic działanie przeciwne do opisanego powy ej. Mo na jednak te zauwa y, e odpowiedni wybór stosunkowo niewielkiej liczby punktów charakterystycznych mo e by równowa ny pod wzgldem jakoci przekazywanej wiedzy o sieci wikszej liczbie punktów zlokalizowanych w mniej wra liwych miejscach sieci. Wybór odpowiednich punktów pomiarowych do monitorowania sieci wodocigowej jest nietrywialnym zadaniem, do rozwizania którego mo na stosowa ró ne algorytmy obliczeniowe. Jednym z nich, niekoniecznie najlepszym, jest algorytm podany przez R. Straubela i B. Holznagela w pracy [4]. Składa si on z nastpujcych czterech kroków: 1. Wykonanie oblicze symulacyjnych przy u yciu modelu hydraulicznego sieci wodocigowej dla stanu standardowej eksploatacji sieci: Dla zadanego redniego obci enia sieci wyznacza si cinienia wzłowe we wszystkich wzłach i przepływy we wszystkich odcinkach sieci. 2. Wykonanie oblicze symulacyjnych dla stanów awaryjnych sieci: Przy symulowanych kolejno w ka dym wle sieci wyciekach awaryjnych, istotnie ró nych od obci enia redniego, wyznacza si nowe cinienia wzłowe we wszystkich wzłach i nowe przepływy we wszystkich odcinkach sieci. 3. Sortowanie potencjalnych punktów pomiarowych m według malejcej wra liwoci SD na zmiany cinienia:. ¦ (∆pmk / pm ) Ekm S Dm = k ≠ m ¦ Ekm k ≠m ∆pmk =| Pmk − pm | m = 1, 2, ..., N gdzie pm oznacza cinienie w punkcie m dla redniego obci enia sieci, Pmk - cinienie w punkcie m dla wycieku awaryjnego w punkcie k, Ekm - najkrótsz odległo liczon.

(5) 158. Jan Studziski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarzdzania miejsk sieci wodocigow. wzdłu odcinków sieci midzy punktami k i m, N oznacza liczb wszystkich wzłów sieci. 4. Optymalizacja wielokryterialna dla wyznaczenia liczby i lokalizacji punktów pomiarowych: Uwzgldniajc wszystkie mo liwe kombinacje liczby i umiejscowienia punktów pomiarowych wykonuje si obliczenia optymalizacji z nastpujcymi kryteriami celu: −. Minimum liczby punktów. −. Maksimum wra liwoci lokalizacji wycieku. −. Minimum kosztów instalacji punktów pomiarowych.. Przy tym jako miar wra liwoci lokalizacji wycieku mo na stosowa sum ró nic midzy pomiarami cinie dla stanu standardowego pracy sieci i stanów awaryjnych dla przyjmowanych ró nych kombinacji liczby i lokalizacji punktów pomiarowych. Mo na zauwa y, e przy podanym algorytmie wyboru punktów pomiarowych mamy do czynienia z pewn niekonsekwencj: mianowicie w pierwszych dwóch krokach tego algorytmu u ywa si modelu hydraulicznego do wykonania oblicze symulacyjnych, podczas gdy wyznaczenie poprawnego modelu wymaga posiadania wiarygodnych danych pomiarowych z działajcego ju monitoringu, o czym dokładniej bdzie powiedziane w dalszym cigu artykułu. Oznacza to, e aby wyznaczy model hydrauliczny sieci wodocigowej nale y dysponowa systemem monitoringu i aby zainstalowa system monitoringu nale y dysponowa modelem hydraulicznym. Problem ten rozwizuje si zwykle metod kolejnych przybli e , tzn. instaluje si na sieci wodocigowej system monitoringu w ograniczonym zakresie (z punktami pomiarowymi ustalonymi nie tyle w charakterystycznych, co w głównych punktach sieci, jak ródła i przepompownie), za pomoc którego wyznacza si zgrubny model hydrauliczny (opisujcy jedynie główne magistrale sieci wodocigowej, tzn. uwzgldniajcy odcinki sieci o najwikszych rednicach), nastpnie za pomoc tego modelu rozszerza si system monitoringu o kolejne punkty, które słu z kolei do wyznaczenia bardziej szczegółowego modelu i takie postpowanie mo na kontynuowa a do momentu uzyskania dokładnego modelu i efektywnego systemu monitoringu. Odnonie systemu transmisji danych pomiarowych mamy do czynienia zasadniczo z trzema mo liwociami: przesyłem danych za pomoc systemu telemetrii, czyli drog kablow, za pomoc systemu telefonii komórkowej, czyli w systemie GSM, oraz za pomoc transmisji radiowej przy u yciu tzw. radiomodemów. Przy tym ka da z tych technologii ma jeszcze ró ne warianty realizacji decydujce o jakoci i kosztach transmisji. W przypadku łcznoci kablowej mo na korzysta z istniejcej sieci telefonii stacjonarnej lub ze specjalnie zainstalowanych wiatłowodów. W przypadku telefonii komórkowej przesył danych mo e si odbywa za pomoc standardowych komunikatów SMS lub za pomoc tzw. pakietowego przesyłu danych GPRS. Z kolei w przypadku transmisji radiowej, dla której nale y w punktach pomiarowych instalowa maszty antenowe, mo na wybra wariant stosunkowo niewielkiej liczby wysokich masztów widzcych centraln anten odbiorcz zlokalizowan w miejscu komputera zbierajcego i archiwizujcego dane pomiarowe lub wariant wikszej liczby ni szych masztów, z których cz stanowiłyby maszty przekanikowe. Odnonie wyboru programu wizualizacji sieci wodocigowej mamy do czynienia z du liczb ró nych programów o ró nych mo liwociach. Dostpne programy wizualizacji, oferowane.

(6) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007. 159. przez ró ne firmy operujce na rynku polskim, to na przykład iFIX, InTouch, Genesis, Lookout, Wizcon, ProTool, Procon, WinCC i RSView. Ró ne przedsibiorstwa wodocigowe preferuj ró ne programy, na ogół kierujc si jedynie bie cymi podstawowymi wymaganiami pod adresem monitoringu i cen programu, zgodnie z wymaganiami obowizujcych procedur przetargowych. Te podstawowe wymagania, to wizualizacja danych pomiarowych i ich archiwizacja. Nie bierze przy tym zwykle pod uwag mo liwej przyszłej rozbudowy systemu monitoringu i zwizanych z tym przyszłych wymaga , którym aktualnie wybrany program mo e nie sprosta. Te przyszłe wymagania mog dotyczy na przykład koniecznoci stosowania równolegle kilku ró nych systemów transmisji danych, generowania ró nych raportów o pomiarach dla celów badawczych lub sprawozdawczych, wykonywania ró nych analiz statystycznych na podstawie zebranych pomiarów, zmiany ustalonych wczeniej kroków próbkowania oraz okresów uredniania pomiarów, wreszcie mo liwoci rozbudowy systemu do odpowiednio du ej liczby punktów pomiarowych. Dla celów badawczych i sprawozdawczych nale y zwykle mie mo liwo samodzielnego pisania odpowiednich procedur narzdziowych, co oznacza, e program wizualizacji powinien dysponowa własnym prostym jzykiem programowania. Równie nie ka dy program mo e obsługiwa kilka kanałów transmisji danych i zwykle programy wizualizacji maj ograniczone mo liwoci odnonie obsługi odpowiednio du ej liczby punktów pomiarowych. Tak e istotn spraw jest posiadanie przez program wizualizacji wygodnego w obsłudze i bogatego w funkcje edytora graficznego. Powy sze rozwa ania wskazuj, e opracowanie koncepcji systemu monitoringu, wybór punktów pomiarowych, wybór właciwego oprogramowania oraz firmy instalujcej system a tak e wdro enie systemu, czyli przede wszystkim zakup sprztu pomiarowego i wykonanie studni pomiarowych oraz wykonanie i instalacja szafek pomiarowych i energetycznych s zło onym zadaniem, realizacja którego wymaga ró norodnych kwalifikacji, odpowiedniej organizacji pracy a tak e jest zwizana z powa nymi kosztami. Przy czym w realizacj systemu powinny by zaanga owane osoby reprezentujce ró ne obszary wiedzy: informatycy, automatycy, programici, matematycy, specjalici bran owi dysponujcy wiedz i dowiadczeniem z eksploatacji odnonej sieci wodocigowej. Niestety, zorganizowanie takiego wzorcowego zespołu w ramach danego przedsibiorstwa wodocigowego jest bardzo trudne, kalkulowane koszty wydaj si zwykle zbyt wysokie a mo liwe do uzyskania korzyci bardzo wtpliwe, co powoduje, e systemy monitoringu instalowane zwykle w polskich przedsibiorstwach wodno-kanalizacyjnych s bardzo ograniczone odnonie liczby punktów pomiarowych i bardzo ubogie odnonie realizowanych przez nie zada . Dysponuj one zwykle jedynie kilkoma punktami pomiarowymi zainstalowanymi nie w charakterystycznych a w głównych punktach sieci, tzn. w punktach ródłowych i w przepompowniach, czyli hydroforniach strefowych, a ich zadania ograniczaj si do informowania operatora sieci wodocigowej o cinieniach i przepływach w tych punktach. 4. Moliwe zastosowania systemu monitoringu Klasyczna i zwykle realizowana funkcja monitoringu sieci wodocigowej, to archiwizowanie i wizualizacja pomiarów przepływów i cinienia wody zbieranych w głównych punktach sieci, takich jak przepompownie strefowe i ródła wody. Jednak systemy monitoringu odpowiednio opracowane mog by u ywane równie do innych zada zwizanych bezporednio ze sterowaniem operacyjnym i zarzdzaniem sieci wodocigow. Takie zadania, to:.

(7) 160. Jan Studziski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarzdzania miejsk sieci wodocigow. • Kalibracja modelu hydraulicznego sieci wodocigowej. Model hydrauliczny opisany liniowymi i nieliniowymi równaniami algebraicznymi zawiera szereg parametrów, których wartoci w momencie formułowania modelu nie s dokładnie okrelone. Cz z tych parametrów, na przykład rednice rurocigów, mo na okreli stosunkowo dokładnie, natomiast o wartociach innych parametrów, takich jak na przykład chropowato odcinków sieci, wiadomo jedynie, e s zawarte w pewnym dopuszczalnym przedziale i te wartoci nale y wyznaczy w procesie obliczeniowym zwanym kalibracj. Zmieniajc wartoci nieznanych parametrów w zadanych przedziałach i wykonujc obliczenia symulacyjne modelu oblicza si przepływy i cinienia w odcinkach i wzłach sieci, które porównuje si nastpnie z przepływami i cinieniami zmierzonymi w punktach pomiarowych systemu monitoringu. Je eli wystpuje zgodno wartoci obliczonych i mierzonych, to przyjmuje si, e model jest poprawny i stanowi wiarygodne odzwierciedlenie badanego obiektu. Je eli takiej zgodnoci nie ma, to zmienia si rcznie lub automatycznie wartoci parametrów modelu i ponownie sprawdza si jego poprawno, powtarzajc te czynnoci do momentu uzyskania wymaganej zgodnoci midzy modelem i obiektem (przy tym proces dopasowywania modelu do obiektu nazywa si kalibracj, gdy zmiana wartoci parametrów modelu odbywa si rcznie, natomiast w przypadku automatycznej zmiany tych wartoci właciwsz si nazwa: identyfikacja modelu). Mo na zauwa y, e kalibracja modelu jest tym bardziej poprawna, im dysponuje si wiksz liczb punktów pomiarowych monitoringu dla porównywania pomiarów z obliczeniami. Jednoczenie kalibracja nie jest czynnoci jednorazow; poniewa parametry sieci wodocigowej zmieniaj si z czasem (np. chropowato), wic wyznaczanie ich wartoci okresowo powtarza. • Wykrywanie stanów awaryjnych: Wdra ajc system monitoringu z punktami pomiarowymi odpowiadajcymi punktom charakterystycznym sieci wodocigowej mo na wykrywa stany i lokalizowa miejsca awarii. W przypadku normalnej eksploatacji sieci mamy do czynienia z pewnym typowym rozkładem cinie w wzłach oraz z typowymi zmianami tego rozkładu. Wystpienie awarii jest sytuacja nietypow, która wpływa na nietypow zmian cinie wzłowych w obszarze awarii. Sygnalizacja tej zmiany przez system monitoringu jest informacj dla operatora sieci o mo liwoci wystpienia awarii. • Wykrywanie nieuzasadnionych poborów wody: Czsto zdarza si praktyce, e kradnie si wod z sieci wodocigowej. Oznacza to, e produkcja wody przekracza udokumentowany rozbiór wody. W przypadku braku systemu monitoringu mo na jedynie stwierdzi wystpienie takiego zdarzenia w skali całej sieci. Natomiast je eli istnieje dokładny monitoring, to porównujc rejestrowane odbiory wody przez u ytkowników sieci z przepływami monitorowanymi przestrzennie mo na zlokalizowa miejsca sieci, w których wystpuj istotne nierównoci midzy poborem i produkcj, a wic wskaza miejsca potencjalnych kradzie y wzgldnie niejawnych wycieków wody. • Wyznaczanie modeli prognozuj cych obci enie sieci: Obci enie sieci zmienia si cyklicznie w zale noci od pory roku, dnia tygodnia czy pory dnia. Te zmiany maj wpływ na sterowanie sieci, w szczególnoci na napełnianie i opró nianie zbiorników wyrównawczych zlokalizowanych w sieci: przewidujc wiksze obci enie sieci powinno si odpowiednio wczeniej zbiorniki napełni, podczas gdy mo na je opró nia w przypadku mniejszego zapotrzebowania na wod. Równie do wykonywania dokładnych oblicze.

(8) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007. 161. hydraulicznych sieci nale y zna godzinowe rozkłady obci enia ju nie tylko całej sieci, ale równie jej poszczególnych wzłów lub grup wzłów. Aby takie modele obci enia sieci wzgldnie wzłów sieci wyznaczy, nale y dysponowa odpowiednio długimi seriami pomiarów przepływu z zainstalowanego na sieci systemu monitoringu. • Sterowanie prdkoci przepływu wody w sieci: Problem dotyczy poprawiania jakoci wody kr cej w sieci wodocigowej. Woda wprowadzana do sieci po uzdatnieniu w stacji poboru wody mo e traci swoje walory smakowe i zapachowe, je eli przebywa w sieci odpowiednio długo i w dodatku nie kr y w niej z odpowiednio du prdkoci. Szczególnie dotyczy to przypadków sieci starych o rurach stalowych, eliwnych lub cementowych, które z upływem czasu rdzewiej lub zarastaj glonami. Aby unikn pogarszania si jakoci wody, nale y w takich przypadkach wymusi jej odpowiednio szybkie przepływy w sieci poprzez odpowiednie sterowanie prac pomp w przepompowniach i stanem zasuw zainstalowanych w sieci. Pomiary z monitoringu s niezbdne do stwierdzania niekorzystnych przestojów wody i realizacji takiego sterowania. 5. System informatyczny zarz dzania sieci wodoci gow. System monitoringu sieci wodocigowej mo e oczywicie funkcjonowa w przedsibiorstwie wodocigowym jako system autonomiczny i je eli bdzie odpowiednio dokładny, to jest w stanie realizowa samodzielnie szereg zada znacznie usprawniajcych zarzdzanie sieci. Jednak rozwizaniem znacznie korzystniejszym jest wdro enie w przedsibiorstwie kompleksowego systemu wspomagania decyzji, w którym monitoring byłby jedynie jednym z jego elementów. Z przeprowadzonych rozwa a wynika ju , e aby system monitoringu mógł by właciwie wykorzystany, powinien on współpracowa z modelem hydraulicznym sieci wodocigowej. Dodajc jako kolejny element map numeryczn sieci wodocigowej oraz modele prognozowania obci enia sieci a tak e algorytmy optymalizacji i sterowania sieci otrzymujemy struktur takiego kompleksowego systemu wspomagania decyzji, bdcego idealnym narzdziem zarzdzania sieci wodocigow (rys. 1)..

(9) 162. Jan Studziski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarzdzania miejsk sieci wodocigow. Sterowanie. Prognozowanie. Mapa numeryczna. Optymalizacja. Model hydrauliczny. Bran owa Baza Danych. Monitoring. Sie wodocigowa. . Rys. 1. Struktura systemu wspomagania decyzji dla sieci wodocigowej. Takich systemów nie ma jeszcze w krajowych przedsibiorstwach wodocigowych, jednak wydaje si, e w tym włanie kierunku powinien i rozwój informatyzacji tych przedsibiorstw. Z kolei kolejnym poziomem informatyzacji byłoby obejmowanie zakresem działania systemu wspomagania decyzji wdro onego dla potrzeb sieci wodocigowej równie innych układów eksploatowanych w przedsibiorstwie wodocigowym, takich jak sie kanalizacyjna, oczyszczalnia cieków oraz pompownie ródłowe tłoczce wod do sieci wodocigowej. Prace w tym zakresie s prowadzone w Instytucie Bada Systemowych PAN w ramach projektu badawczego pn. Opracowanie systemu wspomagania decyzji do zarzdzania, sterowania operacyjnego i planowania miejskiego systemu wodno-ciekowego. 6. Uwagi kocowe Istotnym problemem w rozwoju informatyzacji w krajowych przedsibiorstwach wodocigowych jest obecna słaba współpraca jednostek badawczych z gospodark. Nie istniej obecnie mechanizmy zachcajce przedsibiorstwa do wspierania prac badawczo-rozwojowych. Niskie nakłady bud etowe na nauk i wynikajce std niskie wynagrodzenia w placówkach badawczych oraz brak jasnych priorytetów badawczych skoordynowanych z potrzebami i mo liwociami gospodarki doprowadziły do znacznego osłabienia infrastruktury badawczej, co ju spowodowało i w dalszym cigu powoduje znaczny odpływ kadry z tego sektora. Celem strategicznym jest zatem rozwijanie konkurencyjnej gospodarki opartej na wiedzy i przedsibiorczoci i pozostajcej w cisłej współpracy z sektorem nauki. S do tego niezbdne odpowiednie programy badawcze o charakterze aplikacyjnym, finansowane lub współfinansowane przez pa stwo, gdy same przedsibiorstwa z jednej strony nie s w stanie ponosi stosunkowo wysokich kosztów zwizanych.

(10) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007. 163. z kompleksow informatyzacj a drugiej strony nie maj jeszcze wystarczajcego przekonania do celowoci prowadzenia takich prac. Std pomoc pa stwa jest tu bezwzgldnie potrzebna. Prezentowany projekt badawczy wychodzi w pewnym stopniu naprzeciw tym celom, gdy jego realizacja opiera si na cisłej współpracy jednostek badawczych i jednostek gospodarczych, w tym w szczególnoci Miejskiego Przedsibiorstwa Wodocigów i Kanalizacji w Rzeszowie. Nale y ponownie podkreli, e efektywna informatyzacja przedsibiorstwa wspomagajca zarzdzanie nim na podstawie gromadzonych i odpowiednio przetwarzanych informacji wymaga cisłej i długotrwałej współpracy osób o bardzo ró nych kwalifikacjach, czyli zespołów interdyscyplinarnych składajcych si z pracowników nauki ró nych specjalnoci i praktyków z dowiadczeniem bran owym, a wic kadry technicznej przedsibiorstwa. Dlatego, pomijajc nawet sprawy finansowe, nie jest praktycznie mo liwe, aby tak zło one prace mogły by wykonane w sposób właciwy jedynie siłami przedsibiorstwa lub jedynie przez zewntrzne zespoły pracowników naukowych. To z kolei rodzi okrelone problemy organizacyjne i logistyczne zwizane ze stworzeniem i kierowaniem odpowiednim zespołem. Podsumowujc, problemy finansowe, brak odpowiedniej wiedzy po stronie przedsibiorstw o korzyciach z kompleksowej informatyzacji oraz trudnoci organizacyjne s główn przyczyn mizernego stanu tej informatyzacji w krajowych przedsibiorstwach wodocigowych. Aby ten stan poprawi, s niezbdne pa stwowe du e programy badawcze zorientowane na zaspakajanie okrelonych potrzeb gospodarki. Przynios one korzy nie tylko przedsibiorstwom, ale równie instytutom naukowym znajdujcym si od kilkunastu lat w stanie permanentnej wegetacji. Równie konieczne jest organizowanie nie tylko krajowych, ale równie midzynarodowych, bilateralnych programów badawczych, poza tymi istniejcymi w ramach Unii Europejskiej, co pozwoli na korzystanie z bogatego dowiadczenia zagranicznych instytutów naukowych. Takich programów obecnie nie ma.. Bibliografia 1.. Studzi ski J., Karczmarska D., Popek J.: Uwagi o wdro eniu, eksploatacji i propozycjach rozbudowy GIS-Geomedia w wodocigach rzeszowskich. W: Eksploatacja wodocigów i kanalizacji: GIS, modelowanie i monitoring w zarzdzaniu systemami wodocigowymi i kanalizacyjnymi, t. 7, PZSIiTS, Warszawa 2005, 117-128. 2. Bogdan L., Karczmarska D., Studzi ski J.: Computerization of waterworks in Poland – current state and perspectives. In: Applications of Informatics in Environment Engineering and Medicine (Studzi ski J., Drelichowski L., Hryniewicz O., Eds.) PAS SRI, Series Systems Research, Vol. 42, Warsaw 2005, pp. 157-169. 3. Studzinski J.: Problemy zarzdzania informacj w miejskim przedsibiorstwie wodocigowym. Kongres Zarzdzania Wiedz, Ciechocinek, stycze 2006. 4. Straubel R., Holznagel B.: Mehrkriteriale Optimierung fuer Palnung und Steuerung von Trink- und Abwasser-Verbundsystemen. Wasser•Abwasser, 140, Nr. 3, 1999, 191-196..

(11) 164. Jan Studziski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarzdzania miejsk sieci wodocigow. APPLYING OF MONITORING DATA FOR COMMUNAL WATER NETWORK MANAGEMENT Summary The computer monitoring systems for water networks have been implemented in Polish waterworks in arising range in the last 10 years but their use there does not meet their potentialities. These systems are used currently as self-contained programs for collecting the data of water production and of water pressures in area pump works informing the water net operators about the general state of their object while could and should be used as elements of the water net management systems. Such an information system for management of communal water networks is presented in the paper. Keywords: communal water network management, computer decisions making systems, GIS, mathematical modeling of water network systems.. JAN STUDZINSKI Instytut Bada Systemowych PAN, Warszawa, Newelska 6 e-mail: studzins@ibspan.waw.pl http://www.ibspan.waw.pl/ http://www.ibspan.waw.pl/.

(12)