Лекция №1. „ГИС в управлении инженерными сетями ”

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

„ ГИС в управлении инженерными сетями ”

для студентов 4- го курса специальности

7.070900 Геоинформационные системы и технологии направления 0709 Геодезия, картография и землеустроительство

дневной формы обучения

Составитель: к.т.н. Евдокимов А. А.____________

Трудно представить, что произойдет с человечеством, если удалить все трубопроводные и электрические системы - водоснабжения и водоотведения, газовые (магистральные и городские), тепловые и вентиляционные, разнообразные системы энергоснабжения и др. Каждую из этих систем можно представить в виде трех типов слабо зависимых по характеру и критерию функционирования подсистем:

· месторождений целевого продукта;

· предварительной переработки целевого продукта;

· транспортных и распределительных сетей.

Назначение первых двух подсистем - подготовить для потребления заданное количество целевого продукта определенного качества. Назначение третьей подсистемы - обеспечить потребителей подготовленным целевым продуктом в виде потоков, формируемых под воздействием разности давлений или потенциалов, которые создаются активными элементами, входящими в состав третьей подсистемы: насосными или компрессорными станциями, электростанциями и т.п.

	Эту наиболее разветвленную и сложную подсистему назовем инженерной сетью.

Примеры инженерных сетей приведены на рис. 0.1.

Рис. 0.1. Примеры инженерных сетей и их использование

С точки зрения современной теории систем инженерные сети можно представить в виде сложных систем взаимодействия большого числа подсистем (элементов) трех типов:

· источники;

· потребители;

· линии связи.

	Взаимосвязь этих подсистем, определяемую каким-либо формальным способом, будем называть структурой инженерной сети.

В частности, если все подсистемы сети будут двухполюсными элементами, то структура может иметь вид ориентированного связного графа. Подсистемы, как правило, также обладают своей структурой и могут рассматриваться как совокупность взаимодействующих подсистем.

Каждая подсистема инженерной сети характеризуется двумя переменными величинами (расход целевого продукта, перепад давления или разность потенциалов) и рядом параметров. Значения переменных во всех подсистемах сети характеризуют потокораспределение в этой сети и определяются структурой сети и параметрами ее элементов.

Основное функциональное назначение инженерной сети состоит в обеспечении потребителей требуемым количеством целевого продукта под давлением не менее некоторого заданного (минимально допустимого). При этом во времени требуемое количество целевого продукта у каждого потребителя случайным образом непрерывно изменяется (по часам суток, дням недели, сезонам и т.д.), а обеспечить требуемое потокораспределение во времени необходимо с минимальными общими затратами (энергетические затраты на непроизводительные расходы целевого продукта, ущербы от аварий, расходы на содержание служб эксплуатации и пр.) и максимальной общей прибылью. Иными словами, перед службами эксплуатации инженерных сетей стоит задача выбора таких структур и режимов функционирования инженерных сетей, которые позволили бы отслеживать и обеспечивать требуемые количества расхода целевого продукта во времени по всем потребителям, реализуя некоторую рациональную стратегию оптимизации по целому ряду критериев и показателей.

Эти критерии и показатели условно можно разделить на следующие три группы:

· технологические;

· технико-экономические;

· надежностные.

Часть из них можно сформулировать строго математически, другие задаются неявно и могут быть вычислены или оценены путем имитационного моделирования на ЭВМ, т.е. в результате решения уравнений модели при задаваемых граничных условиях, третьи вообще трудно поддаются аналитическим подсчетам и могут быть грубо оценены косвенно через другие критерии (например, ущербы от невыполнения основного функционального назначения или те же ущербы от аварий и продолжительности их ликвидации).

ª Одни из этих критериев и показателей связаны непосредственно с функционированием инженерной сети и для их вычисления или оценки, а тем более для поиска рациональных значений, необходимо прибегать к моделированию процессов потокораспределения, вплоть до решения задач оптимизации. При этом каждый вариант моделирования должен иметь удобный доступ к исходным данным и результатам расчета (желательно при визуальном отображении графа сети или его части) с одновременным контролем необходимых параметров и переменных (расчетно-графические задачи).

§ Оптимизация же по другим критериям связана с быстрым поиском планшетов, на которых фиксируется картография местности, к элементам которой произведены привязки соответствующих звеньев инженерной сети с требуемой оперативной информацией (например, для систем водоснабжения и водоотведения привязка месторасположения колодца к ближайшим зданиям, позволяющая аварийным службам быстро найти этот колодец, даже если он залит асфальтом; оперативный поиск ближайших гидрантов во время пожара и т.д.) или увеличенной в масштабе части планшета с местом аварии, позволяющей диспетчеру или аварийной бригаде одной инженерной сети обнаружить другие инженерные сети, проложенные в районе этой аварии (информационно-картографические задачи).

¨ Третьи критерии и показатели будут отражать затраты на работу служб эксплуатации и их подразделений, расчеты с заказчиками продукции, оценки благосостояния работников этих служб.

© Четвертые критерии позволяют оценить общие энергетические затраты на текущее функционирование инженерной сети (например, расходы энергии на насосных станциях в системах водоснабжения и водоотведения).

Существующая практика развития инже­нерных се­тей, связанная с покрытием дефи­цита (для систем водоснабжения) или избытка (для систем водоотведения) целевого про­дукта, как правило, бази­руется на освоении и вво­де в эксплуатацию новых источников или водосборников этого про­дукта, что связано с дополнительными финансовыми, материальными и временными затратами. В то же время в самих сетях скрыты большие ре­­зервы, использование которых по­зволяет до­бить­ся существенного снижения непроизводительных ма­те­ри­альных и энергети­ческих затрат во многих от­раслях народного хозяйства, а также улучшить обес­печение населения и промышленности целевым про­дук­том и в результате дать значительный народнохозяйственный эффект. Реализация этих ре­зер­вов должна основы­вать­ся на новых ме­тодах эк­с­плуатации и развития ин­женерных сетей, позво­ля­ющих:

· максимально снижать непроизводитель­ные по­­те­ри за счет оптимизации режимов фун­кци­о­ни­ро­ва­ния и повышения оперативности принятия реше­ний в про­цессе эксплуатации и развития сетей;

· повышать надежность и живучесть ин­женер­ных сетей за счет структурного резер­вирования, по­лу­чен­ного и обоснованного с помощью имита­ци­он­ного структурного модели­рования;

· тестировать варианты возможных реше­ний по уп­равлению инженерной сетью в про­цессе ее эк­с­плу­атации с помощью имитацион­ного парамет­ричес­кого и структурного моде­лирования;

· оперативно идентифицировать текущее сос­то­­яние инженерной сети в зависимости от по­ложе­ния регулирующих органов (запорной арматуры, вы­клю­ча­телей, потенциометров и т.п.), графи­чес­ки ин­тер­претировать и визу­ализировать на экране мо­нитора (стати­ческая идентификация), а также иден­тифи­цировать изменение текущего состояния се­ти в зависимости от изменения положения одно­го или группы регулирующих органов (дина­ми­чес­кая иден­ти­фи­кация);

· уменьшать ущербы от аварий за счет более опе­­ративной локализации аварийной зоны, а также разумного взаимодействия с диспетчерами служб эк­сплуатации других ин­женерных сетей городов и пред­­приятий;

· упрощать и упорядочивать решения различ­ных экономических проблем, стоящих перед служ­ба­ми эк­с­плуатации, в том числе проблем бухгал­тер­ского учета, материально-технического снаб­же­ния, учета кадров, рас­чета с абонентами и т.д.

Дата добавления: 2014-01-13