Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Складн системи процеси № 2, 2006 НФОРМАЦЙН СИСТЕМИ ТЕХНОЛОГп НФОРМАЦЙН СИСТЕМИ ТЕХНОЛОГп УДК 528.235:681.3:628.1 ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДСИСТЕМА ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА ГОРОДСКОЙ СЕТИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Миросенко Д.А., Бахрушин В.Е., Горбань А.Н.

Гуманитарный университет "Запорожский институт государственногои муниципального управления", ул. Жуковского, 70-б, Запорожье, Украина, 69002, E-mail: Vladimir.Bakhrushin@zhu.edu.ua Введение Управление сетью водоснабжения производится на основании гидравлического моделирования этой сети и сравнительного анализа расчетных и фактических значений расхода, напора и пьезометров в ее контрольных точках. Задачей поверочного расчета, как одной из задач гидравлического моделирования, является, согласно [1], определение потокораспределения в сети, подачи и напора источников при известных диаметрах труб и отборах воды в узловых точках. При поверочном расчете известными величинами являются: диаметры и длины всех участков сети, их гидравлические сопротивления, фиксированные узловые отборы воды, напорно-расходные характеристики всех источников, геодезические отметки всех узловых точек. В результате поверочного расчета должны быть определены: расходы и потери напора на всех участках сети, подачи источников, пьезометрические напоры во всех узлах системы.

К поверочным расчетам относятся также расчеты системы на случай тушения пожара в час наибольшего водопотребления, расчеты сети и водопроводов при допустимом снижении подачи воды в связи с авариями на отдельных участках, оценка зоны действия гидравлического удара, коммутационные задачи - анализ отключений, переключений, поиск ближайшей запорной арматуры и другие топологические задачи. Эти расчеты необходимы для оценки работоспособности системы в условиях, отличных от нормальных, для выявления возможности использования установленного насосного оборудования, а также для разработки мероприятий, исключающих падение свободных напоров и снижение подачи ниже предельно допустимых значений.

Особенностью решения задачи поверочного расчета для больших городов является значительный объем информации об объектах сети водоснабжения, расположенных на топографических картах местности, в библиотеках деталировочных схем, атрибутивных базах данных объектов сети. Используемые в настоящее время компьютерные программы гидравлического моделирования не имеют возможности ввода и использования для расчетов такого большого объема информации различной структуры.

Задача может быть решена объединением методов геоинформационного и гидравлического моделирования с последующей разработкой компьютерных программ и электронных баз данных специализированной геоинформационной системы.

Актуальность автоматизации поверочного расчета средствами геоинформационных технологий заключается в необходимости применения компьютерных инструментальных средств для проведения оперативной оценки состояния сети водоснабжения большой размерности в режиме реального времени, определения оптимальной энергосберегающей структуры и восстановления ее работоспособности при возникновении аварийных ситуаций.

Основанием для разработки геоинформационной подсистемы является классическая постановка задачи поверочного расчета [1], дополненная следующими, повышающими достоверность и точность результатов расчета, факторами:

Складн системи процеси № 2, - техническими характеристиками и текущим состоянием запорной арматуры узлов переключений;

- повременными графиками отбора воды абонентами;

- гидродинамической связью расчетных значений напора и расхода с их фактическими значениями в контрольных точках сети.

Целью данной работы является разработка подсистемы поверочного расчета автоматизированной геоинформационной системы оперативного управления городской сетью водоснабжения. Материалы настоящей публикации являются продолжением работ авторов [2].

1. Методика исследования Исследования и разработка геоинформационной подсистемы проводились по следующей методике.

1. Определены основные носители информации о городских сетях водоснабжения и канализации - топографические карты М1:2000, отображающие городскую застройку совместно с сетями водоснабжения и канализации и содержащие деталировочные планы колодцев и насосных станций. Решение об электронном картографировании и разработке электронной базы деталировочных планов позволило оперативно вносить изменения в структуру сетей и деталировок, вести базы данных атрибутов объектов сети. Электронная карта имеет оверлейную структуру в составе растровой подложки - плана местности без инженерных коммуникаций, а также условных знаков объектов сетей водоснабжения и канализации - участков водоводов и коллекторов, колодцев, насосных станций, задвижек, обратных клапанов и абонентов.

2. Определен способ управления сетью водоснабжения - оценка состояния сети путем гидравлического моделирования [2] в составе поверочного и конструкторского расчетов;

анализ состояния сети при пожаротушении и аварийных ситуациях; контроль и управление качеством питьевой воды. Гидравлические расчеты базируются на математической модели - топологическом графе сети водоснабжения. Анализ структуры топологического графа определил структуру его цифровой модели.

3. На основе методики гидравлического моделирования [2] определен алгоритм оперативного автоматизированного поверочного расчета, использующего как характеристики объектов сети - координаты и значения атрибутов, так и взаимосвязи между объектами, заданные в цифровой модели топологического графа.

2. Структура цифровой модели местности Цифровую модель местности составляют электронные топографические планы, отображающие городскую застройку в системе условных знаков ДСТУ "Умовн знаки для топографчних планв масштабв 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500" [3]. Городская сеть водоснабжения представлена на этих планах условными знаками следующих объектов сети - колодцы, участки водоводов, абоненты, задвижки, датчики автоматического контроля напора и расхода воды, насосные станции. Определен необходимый и достаточный состав атрибутов этих объектов, приведенный в таблице.

Принятие решений в разработанной геоинформационной системе основывается на цифровых моделях местности, математическом моделировании и данных параметрического контроля:

- электронных планах местности в масштабах: М1:500, 1:2000, 1:10000;

- топологических графах инженерных коммуникаций как математических моделей инженерных сетей;

- математических моделях оптимизации и управления инженерными коммуникациями;

- базах данных параметров объектов электронных карт.

Складн системи процеси № 2, Таблица Основные объекты и их атрибуты Колодец Участок водовода Задвижка Условный знак: Условный знак: полилиния Условный знак:

трассы участка водовода Атрибуты: координаты Атрибуты: координаты Атрибуты: марка; диаметр;

расположения; линии трассы; рабочее давление Ру; общее геодезическая отметка геодезические отметки число витков; число витков земли; инвентарный номер; глубины прокладки труб; закрытия.

графическая схема длина участка; количество деталировки колодца, труб в трассе; диаметр и отображающая наличие и материал трубы водовода;

схему соединения приборов год и месяц постройки.

и запорной арматуры.

Насосная станция Датчик Абонент Условный знак: Условный знак:

Условный знак:

Атрибуты: координаты Атрибуты: координаты Атрибуты: координаты расположения; расположения; расположения; отметка геодезическая отметка геодезическая отметка земли в месте врезки;

высоты; показания напора H высоты; показания напора H высота здания;

и расхода Q на выходах и расхода Q. наименование абонента;

насосной станции. фактическое потребление воды за указанный период.

Система электронного картографирования производит формирование цифровой модели местности с точностью масштаба планшета-оригинала путем проведения следующих операций:

- сканирование планшетов М1:500, 1:2000, 1:10000 планов местности городской застройки либо генеральных планов предприятий, коррекция искажений сканирования, расположение на картограмме цифровой модели местной системы координат, их полная или частичная векторизация;

- поиск и вызов, согласно номенклатуре, электронного планшета требуемого масштаба по указанным координатам, адресу, имени объекта сети водоснабжения;

- ввод в базу данных ГИС фактографических и графических данных о каждом объекте карты и установление связи условного знака карты, представляющего объект, с этими данными.

Электронный планшет может состоять из растровой и векторной составляющих.

Векторная составляющая - это совокупность векторных условных знаков топографической подосновы согласно [4], состоящих из комбинации векторных примитивов - отрезков прямых и сплайнов, дуг окружностей, точек. Для работы "ГИС_ВОДОКАНАЛ" используются планшеты М1:2000, состоящие из растровой части - схем городской застройки без инженерных сетей, и векторной части - объектов городской сети водоснабжения и канализации (участки водоводов, колодцы, задвижки, насосные станции, абоненты, обратные клапаны и т.д.), представленных векторными условными знаками.

Векторные условные знаки могут представлять и другие объекты и субъекты заводского и/или городского хозяйства. Векторные условные знаки электронных карт Складн системи процеси № 2, обладают следующими, принципиально важными для применения геоинформационных технологий, свойствами:

- уникальные имена, координаты и геометрические характеристики;

- наличие параметров каждого объекта/субъекта заводского и/или городского хозяйства, представленного условным знаком на электронной карте.

Основным масштабом является М1:2000, на котором ведется городской архив сетей водоснабжения и канализации и схемы городской застройки. Для уточнения схем городской застройки по указанному месту на планшете М1:2000 вызывается планшет М1:500, содержащий всю необходимую информацию. Электронная карта города в М1:10000 используется для первичной оценки расположения сетей на городской застройке и перехода по указанному на М1:10000 месту на планшет М1:2000, где сети отображены с геодезической точностью, а условные знаки объектов сетей связаны с параметрами этих объектов, используемыми для математического моделирования.

3. Структура цифровой модели топологического графа Поверочный расчет производится на математической модели - топологическом графе, являющемся связным ориентированным планарным графом с помеченными ребрами и вершинами, адекватно отображающем на плоскости пространственную структуру городской сети водоснабжения. Топологический граф сети водоснабжения на цифровой модели карты представлен следующим образом:

а) вершинами графа являются условные знаки колодцев, абонентов, задвижек, датчиков автоматического контроля напора и расхода воды, насосных станций;

б) ребрами топологического графа являются участки водоводов;

в) метками вершин и ребер являются значения атрибутов объектов сети водоснабжения; при этом часть атрибутов расположена на цифровой модели карты, а остальные атрибуты каждого из объектов приводятся в диалоговом окне значений атрибутов.

Фрагмент цифровой модели карты - топографического плана с сетью водоснабжения и атрибутами объектов приведен на рисунке.

Рис. Фрагмент цифровой модели карты сети водоснабжения Складн системи процеси № 2, Метки вершин и ребер на цифровой модели карты имеют следующую структуру:

- выходы насосной станции задают в виде: Вых_1 Q=1020 H=37.6, содержащем информацию про номер выхода, выходные значения расхода Q и напора H;

- в метках участков кольцевых подграфов и магистральных водоводов размещается ключ расчетных данных в форме Q245,556 л/с_Н38,6_П131,8, где Q показывает расход на этом участке, Н - напор (высота подъема столба воды) в м, П - пьезометр (высотная отметка уровня земли) в м;

- в метках участков, подключающих абонентов к кольцам или магистральным водоводам, размещается ключ расчетных данных в форме F2,056 л/с_Н38,6_П131,8, где F показывает отбор абонента, Н - напор в м, П - пьезометр в м;

- метки абонентов приводятся в форме А_ЖЭУ-31 пр.Советский 1 / Q1584 з84 в52, отображающей следующие данные абонентов: признак метки - буква А, наименование абонента, адрес (улица и номер дома), Q - месячный отбор м3, з - уровень поверхности земли, в - высота здания в метрах;

- в метках датчиков приведены фактические и расчетные данные в форме:

ДСоветский пр Н_факт=46.7 Н_расчет=46.6, где буква Д - признак метки датчика, адрес расположения датчика, Н_факт - показание напора датчика на момент расчета, Н_расчет - расчетные значения напора.

Для проведения поверочного расчета на топологическом графе, отображающем текущее состояние сети водоснабжения, формируется матрица инциденций вершин и контуров следующей структуры:

u11 u12... u1l t21 t22... t2l v2 l+t31 t32... t3l v3 l+...

tk+1 1 tk+1 2... tk+1 l tk+1 l+где k - число вершин, l - число участков сети, ul,j (j = 1,..., l) - номера участков, vi,l+1 (i = 2,..., k + 1) - номера вершин, ti,j = 1, если участок u1,j соединен с вершиной vi,l+1 и соединение нерегулируемое; ti,j = 2, если участок u1,j соединен с вершиной vi,l+1 и регулируется задвижкой; ti,j = 3, если соединения нет (соединение нерегулируемое и неисправное); ti,j = 4, если участок u1,j соединен с вершиной vi,l+1 и регулируется обратным клапаном. При направлении потока воды по участку к вершине клапан открыт (ti,j = +4), при обратном направлении потока клапан закрывается (ti,j = -4).

В матрице инциденций устанавливается связь между участками и узлами сети с учетом состояния запорной арматуры, определяется ориентация топологического графа - направление потоков воды от выходов точки питания (насосной станции) к вершинам, непосредственно связанным с точкой питания ребрами. Направление потока указывается стрелкой над участком водовода от узла-истока (колодца) до узла-стока (колодца либо абонента).

4. Алгоритм автоматизированного поверочного расчета Поверочный расчет производится в режиме реального времени диспетчером по следующему алгоритму.

1. По координатно-адресной привязке производится поиск плана местности с необходимым фрагментом сети.

2. Диспетчер производит запуск компьютерной программы поверочного расчета.

Складн системи процеси № 2, 3. Компьютерная программа:

а) запрашивает текущие значения расхода Q и напора H выходов насосной станции, текущее время дня, день недели, число, месяц и год;

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам