ZASTOWANIE DANYCH Z MONITORINGU W SYSTEMIE ZARZ DZANIA MIEJSK SIECI WODOCI GOW 1

Transkrypt

1 ZASTOWANIE DANYCH Z MONITORINGU W SYSTEMIE ZARZ DZANIA MIEJSK SIECI WODOCI GOW 1 JAN STUDZI SKI Instytut Bada Systemowych PAN Warszawa Streszczenie W coraz wi kszym stopniu wdra a si w krajowych przedsi biorstwach wodoci gowych systemy monitoringu na sieciach wodoci gowych, lecz ich wykorzystanie nie odpowiada ich mo liwo ciom. Systemy monitoringu słu obecnie jako autonomiczne programy do zbierania informacji o produkcji wody i ci nieniach w hydroforniach strefowych, daj c ogóln wiedz o stanie pracuj cej sieci wodoci gowej, gdy jednocze nie mog i powinny by wykorzystywane jako elementy systemów zarz dzania sieci. Taki system informatyczny do zarz dzania miejsk sieci wodoci gow przedstawiono w artykule. Słowa kluczowe: zarz dzanie miejsk sieci wodoci gow, komputerowe systemy wspomagania decyzji, systemy GIS, systemy monitoringu, modelowanie matematyczne systemów wodoci gowych. 1. Wprowadzenie Miejskie systemy wodno- ciekowe składaj si zwykle z czterech podsystemów: uj cia wody, sieci wodoci gowej, sieci kanalizacyjnej i oczyszczalni cieków, przy czym sie wodoci gowa wydaje si w tym systemie elementem kluczowym. Zmieniaj ce si obci enie sieci wodoci gowej wpływa na prac pompowni w stacjach uj cia wody, decyduje o obci eniu hydraulicznym sieci kanalizacyjnej i oczyszczalni cieków, a poprawne zarz dzanie sieci wodoci gow decyduje o wła ciwej jako ci i ilo ci wody dostarczanej do odbiorców. Dlatego jednym z podstawowych zada w przedsi biorstwie wodoci gowym jest efektywne zarz dzanie 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 jako ci; dostarczanie wody pod odpowiednim ci nieniem; zapobieganie awariom sieci wodoci gowej; w przypadku wyst pienia awarii, szybka jej lokalizacja i usuni cie; 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 przedsi biorstwie wodoci gowym, jednak traktuje si je zwykle w sposób niezale ny i s wykonywane przez ró ne działy przedsi biorstwa. Natomiast w rzeczywisto ci zadania te s ze sob zwi zane i powinny by realizowane z uwzgl dnieniem tej współzale no ci. Ponadto ich wła ciwa realizacja zale y od pewnego wspólnego zbioru informacji, które mo na pozyska instaluj c na sieci wodoci gowej odpowiedni system monitoringu. 1 Artykuł napisany w ramach realizacji projektu rozwojowego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy szego R

2 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, W dalszym ci gu zostanie pokazane, w jaki sposób dane pozyskiwane z monitoringu sieci wodoci gowej ułatwiaj rozwi zywanie problemów zwi zanych z jej zarz dzaniem, jak bardzo jest celowym tworzenie całych zło onych systemów informatycznych do zarz dzania sieciami wodoci gowymi, w których monitoring jest jednym z kluczowych elementów systemu, oraz jak ci le problematyka wła ciwego zarz dzania, czyli działanie o charakterze jako ciowym, jest zwi zane z pewnymi obszarami wiedzy technicznej, czyli działaniami o charakterze ilo ciowym. Ostatnie spostrze enie wiadczy o tym, e zarz dzanie, w tym zarz dzanie wiedz jest działaniem interdyscyplinarnym, ł cz cym w sobie techniki ilo ciowe i jako ciowe i nie mo na spodziewa si skutecznego zarz dzania opartego tylko na intuicji i do wiadczeniu, jak równie nie mo na w zarz dzaniu ogranicza si jedynie do stosowania algorytmów obliczeniowych. Jednak poł czenie obu rodzajów działania, jako ciowego i ilo ciowego, chocia wskazane, jest bardzo trudne, poniewa jest zwi zane z du ymi trudno ciami organizacyjnymi i ponoszeniem wysokich kosztów a przede wszystkim z przełamaniem pewnych nawyków my lowych oraz przyzwyczaje, co wydaje si najtrudniejsze. St d potrzeba wskazywania o rodkom decyzyjnym na zalety działa integracyjnych i celowo kompleksowej informatyzacji przedsi biorstw wodoci gowych. W koncepcji autora takiemu celowi słu y niniejsza praca. 2. Zarz dzanie w przedsi biorstwach wodoci gowych Mimo post puj cej informatyzacji krajowych przedsi biorstw wodoci gowych zarz dzanie nimi w dalszym ci gu ma charakter działa opartych na zdobywanym stopniowo do wiadczeniu i intuicji, natomiast w mniejszym stopniu opiera si korzystaniu z systemów informatycznych traktowanych jako narz dzia wspomagaj ce procesy decyzyjne. Przedsi biorstwa wodoci gowe coraz ch tnie 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 zarz dzania przedsi biorstwem. Kupowane oprogramowanie, to głownie programy dla działu finansowo-ksi gowego oraz zwi zane 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 przedsi biorstwa pracuj niezale nie od siebie i usprawniaj jedynie procesy obliczeniowe lub pomiarowe, a wi c wspomagaj rozwi zywanie zada technicznych, które mo na nazwa operacyjnymi, natomiast nie wspomagaj zarz dzania, czyli procesów decyzyjnych o charakterze taktycznym i strategicznym. W pracy [2] przedstawiono stan komputeryzacji wodoci gów krajowych w zakresie monitoringu, map numerycznych i oblicze hydraulicznych, z którego wynika, e nawet w obszarze działa czysto technicznych nie ma prób integrowania programów wykonuj cych 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 zarz dzanie w przedsi biorstwach wodoci gowych 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 przedsi biorstwach wodoci gowych. Przyczyny s dwie: organizacyjna i finansowa. Organizacyjna polega na tym, e w miar zakupu coraz wi kszej liczby komputerów i niezale nych

3 156 Jan Studzi ski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarz dzania miejsk sieci wodoci gow programów coraz trudniejsza staje si administracja sprz tem 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 wi kszymi kosztami przy braku jednocze nie mo liwo ci wykazania si wyra nymi wyliczalnymi korzy ciami z ich u ytkowania. Rodzi to niech kierownictwa do rozwoju informatyki w przedsi biorstwie i cz sto prowadzi do ograniczania tego rozwoju. Wyj ciem z niekorzystnej sytuacji jest, po pierwsze, integrowanie programów działaj cych w obszarze działa technicznych, po drugie, integrowanie programów z obszaru działa technicznych i obszaru działa administracyjnych, po trzecie, tworzenie narz dzi wspomagania decyzji przeznaczonych dla kadry kierowniczej a nie, jak dotychczas, dla pracowników kadry technicznej i administracyjnej wykonuj cych czynno ci o charakterze operacyjnym, jak zbieranie pomiarów z sieci wodoci gowej, drukowanie raportów o awariach, sporz dzanie listy płac, wystawianie faktur u ytkownikom sieci itp. Propozycja takiego narz dzia informatycznego zostanie przedstawiona w dalszym ci gu artykułu. Przy tym kluczowym elementem takiego narz dzia jest baza danych z informacjami o sieci wodoci gowej, wykorzystywanymi nast pnie 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 wodoci gowej. 3. Monitoring sieci wodoci gowej Przez monitoring sieci wodoci gowej rozumie si w ogólno ci system komputerowy zło ony z trzech elementów: urz dze pomiarowych do mierzenia ci nie i przepływu wody, systemu transmisji danych z punktów pomiarowych do komputera zbieraj cego i archiwizuj cego dane pomiarowe, oraz programu wizualizacji sieci wodoci gowej ze zlokalizowanymi na niej punktami pomiarowymi. Ka dy z tych elementów ma wiele mo liwo ci realizacji i powinien by analizowany niezale nie. Odno nie urz dze pomiarowych, idealny przypadek monitoringu oznacza, e w ka dym w le sieci jest zainstalowany ci nieniomierz i w ka dym odcinku sieci jest zainstalowany przepływomierz, w wyniku czego operator sieci ma na bie co informacj o wszystkich przepływach i ci nieniach. Poniewa przepływy i ci nienia okre laj stan sieci, wi c informacje o warto ciach tych parametrów pozwalaj zorientowa si, czy sie pracuje wła ciwie, tzn. czy s poprawne ci nienia w w złach odbioru wody i czy odbierane ilo ci wody s zgodne z oczekiwaniami odbiorców. Jednak taki przypadek monitoringu jest praktycznie nierealizowalny ze wzgl du na koszty, poniewa koszt instalacji takiego monitoringu byłby wi kszy od kosztów budowy całej sieci wodoci gowej. Dlatego projektuj c system monitoringu nale y dokona ograniczonego wyboru punktów pomiarowych, kieruj c si przy tym dwoma kryterium celu: ł cznymi kosztami monta u tych punktów i ilo ci 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 uwzgl dnia si nie tylko koszt aparatury pomiarowej w punkcie, czyli przepływomierza i ci nieniomierza, ale równie koszt budowy studni pomiarowej w w le lub na odcinku sieci a tak e koszt monta u tzw. szafki pomiarowej zawieraj cej urz dzenia zapisu i transmisji danych oraz koszt monta u tzw. szafki energetycznej zawieraj cej ródło zasilania elektrycznego urz dze pomiarowych

4 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, i transmisyjnych. Przy tym, gdy koszt jednostkowy szafki pomiarowej, szafki energetycznej, studni pomiarowej i ci nieniomierza jest na ogół niezale ny od wyboru punktu pomiarowego, to koszt przepływomierza zale y w sposób istotny od rednicy rury, na której jest zamontowany. St d 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 wi kszy 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 ogólno ci mo liwie ogranicza ich liczb, chocia wida te, e minimalizacja kosztów monta u niekoniecznie oznacza minimalizacj liczby punktów pomiarowych. Z kolei w przypadku maksymalizacji ilo ci 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 charakteryzuj ce si du a wra liwo ci na zmiany stanu sieci nazwiemy punktami charakterystycznymi. Maksymalizacja przekazywanej informacji oznacza zwykle zwi kszanie liczby punktów pomiarowych, a wi c 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 wzgl dem jako ci przekazywanej wiedzy o sieci wi kszej liczbie punktów zlokalizowanych w mniej wra liwych miejscach sieci. Wybór odpowiednich punktów pomiarowych do monitorowania sieci wodoci gowej jest nietrywialnym zadaniem, do rozwi zania 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 nast puj cych czterech kroków: 1. Wykonanie oblicze symulacyjnych przy u yciu modelu hydraulicznego sieci wodoci gowej dla stanu standardowej eksploatacji sieci: Dla zadanego redniego obci enia sieci wyznacza si ci nienia w złowe we wszystkich w złach i przepływy we wszystkich odcinkach sieci. 2. Wykonanie oblicze symulacyjnych dla stanów awaryjnych sieci: Przy symulowanych kolejno w ka dym w le sieci wyciekach awaryjnych, istotnie ró nych od obci enia redniego, wyznacza si nowe ci nienia w złowe we wszystkich w złach i nowe przepływy we wszystkich odcinkach sieci. 3. Sortowanie potencjalnych punktów pomiarowych m według malej cej wra liwo ci S D na zmiany ci nienia: ( p mk / p m ) E km S = k m Dm Ekm k m pmk = P mk p m m = 1, 2,..., N gdzie p m oznacza ci nienie w punkcie m dla redniego obci enia sieci, P mk - ci nienie w punkcie m dla wycieku awaryjnego w punkcie k, E km - najkrótsz odległo liczon

5 158 Jan Studzi ski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarz dzania miejsk sieci wodoci gow wzdłu odcinków sieci mi dzy punktami k i m, N oznacza liczb wszystkich w złów sieci. 4. Optymalizacja wielokryterialna dla wyznaczenia liczby i lokalizacji punktów pomiarowych: Uwzgl dniaj c wszystkie mo liwe kombinacje liczby i umiejscowienia punktów pomiarowych wykonuje si obliczenia optymalizacji z nast puj cymi kryteriami celu: Minimum liczby punktów Maksimum wra liwo ci lokalizacji wycieku Minimum kosztów instalacji punktów pomiarowych. Przy tym jako miar wra liwo ci lokalizacji wycieku mo na stosowa sum ró nic mi dzy pomiarami ci nie 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 działaj cego ju monitoringu, o czym dokładniej b dzie powiedziane w dalszym ci gu artykułu. Oznacza to, e aby wyznaczy model hydrauliczny sieci wodoci gowej nale y dysponowa systemem monitoringu i aby zainstalowa system monitoringu nale y dysponowa modelem hydraulicznym. Problem ten rozwi zuje si zwykle metod kolejnych przybli e, tzn. instaluje si na sieci wodoci gowej 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 (opisuj cy jedynie główne magistrale sieci wodoci gowej, tzn. uwzgl dniaj cy odcinki sieci o najwi kszych rednicach), nast pnie za pomoc tego modelu rozszerza si system monitoringu o kolejne punkty, które słu z kolei do wyznaczenia bardziej szczegółowego modelu i takie post powanie mo na kontynuowa a do momentu uzyskania dokładnego modelu i efektywnego systemu monitoringu. Odno nie systemu transmisji danych pomiarowych mamy do czynienia zasadniczo z trzema mo liwo ciami: 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 decyduj ce o jako ci i kosztach transmisji. W przypadku ł czno ci kablowej mo na korzysta z istniej cej 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 widz cych centraln anten odbiorcz zlokalizowan w miejscu komputera zbieraj cego i archiwizuj cego dane pomiarowe lub wariant wi kszej liczby ni szych masztów, z których cz stanowiłyby maszty przeka nikowe. Odno nie wyboru programu wizualizacji sieci wodoci gowej mamy do czynienia z du liczb ró nych programów o ró nych mo liwo ciach. Dost pne programy wizualizacji, oferowane

6 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, przez ró ne firmy operuj ce na rynku polskim, to na przykład ifix, InTouch, Genesis, Lookout, Wizcon, ProTool, Procon, WinCC i RSView. Ró ne przedsi biorstwa wodoci gowe preferuj ró ne programy, na ogół kieruj c si jedynie bie cymi podstawowymi wymaganiami pod adresem monitoringu i cen programu, zgodnie z wymaganiami obowi zuj cych 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 zwi zanych z tym przyszłych wymaga, którym aktualnie wybrany program mo e nie sprosta. Te przyszłe wymagania mog dotyczy na przykład konieczno ci 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 wcze niej kroków próbkowania oraz okresów u redniania pomiarów, wreszcie mo liwo ci rozbudowy systemu do odpowiednio du ej liczby punktów pomiarowych. Dla celów badawczych i sprawozdawczych nale y zwykle mie mo liwo samodzielnego pisania odpowiednich procedur narz dziowych, co oznacza, e program wizualizacji powinien dysponowa własnym prostym j zykiem programowania. Równie nie ka dy program mo e obsługiwa kilka kanałów transmisji danych i zwykle programy wizualizacji maj ograniczone mo liwo ci odno nie 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 wła ciwego oprogramowania oraz firmy instaluj cej system a tak e wdro enie systemu, czyli przede wszystkim zakup sprz tu 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 zwi zana z powa nymi kosztami. Przy czym w realizacj systemu powinny by zaanga owane osoby reprezentuj ce ró ne obszary wiedzy: informatycy, automatycy, programi ci, matematycy, specjali ci bran owi dysponuj cy wiedz i do wiadczeniem z eksploatacji odno nej sieci wodoci gowej. Niestety, zorganizowanie takiego wzorcowego zespołu w ramach danego przedsi biorstwa wodoci gowego jest bardzo trudne, kalkulowane koszty wydaj si zwykle zbyt wysokie a mo liwe do uzyskania korzy ci bardzo w tpliwe, co powoduje, e systemy monitoringu instalowane zwykle w polskich przedsi biorstwach wodno-kanalizacyjnych s bardzo ograniczone odno- nie liczby punktów pomiarowych i bardzo ubogie odno nie 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 wodoci gowej o ci nieniach i przepływach w tych punktach. 4. Mo liwe zastosowania systemu monitoringu Klasyczna i zwykle realizowana funkcja monitoringu sieci wodoci gowej, to archiwizowanie i wizualizacja pomiarów przepływów i ci nienia 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 zwi zanych bezpo rednio ze sterowaniem operacyjnym i zarz dzaniem sieci wodoci gow. Takie zadania, to:

7 160 Jan Studzi ski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarz dzania miejsk sieci wodoci gow Kalibracja modelu hydraulicznego sieci wodoci gowej. Model hydrauliczny opisany liniowymi i nieliniowymi równaniami algebraicznymi zawiera szereg parametrów, których warto ci w momencie formułowania modelu nie s dokładnie okre lone. Cz z tych parametrów, na przykład rednice ruroci gów, mo na okre li stosunkowo dokładnie, natomiast o warto ciach innych parametrów, takich jak na przykład chropowato odcinków sieci, wiadomo jedynie, e s zawarte w pewnym dopuszczalnym przedziale i te warto ci nale y wyznaczy w procesie obliczeniowym zwanym kalibracj. Zmieniaj c warto ci nieznanych parametrów w zadanych przedziałach i wykonuj c obliczenia symulacyjne modelu oblicza si przepływy i ci nienia w odcinkach i w złach sieci, które porównuje si nast pnie z przepływami i ci nieniami zmierzonymi w punktach pomiarowych systemu monitoringu. Je eli wyst puje zgodno warto ci obliczonych i mierzonych, to przyjmuje si, e model jest poprawny i stanowi wiarygodne odzwierciedlenie badanego obiektu. Je eli takiej zgodno ci nie ma, to zmienia si r cznie lub automatycznie warto ci parametrów modelu i ponownie sprawdza si jego poprawno, powtarzaj c te czynno ci do momentu uzyskania wymaganej zgodno ci mi dzy modelem i obiektem (przy tym proces dopasowywania modelu do obiektu nazywa si kalibracj, gdy zmiana warto ci parametrów modelu odbywa si r cznie, natomiast w przypadku automatycznej zmiany tych warto ci wła ciwsz si nazwa: identyfikacja modelu). Mo na zauwa y, e kalibracja modelu jest tym bardziej poprawna, im dysponuje si wi ksz liczb punktów pomiarowych monitoringu dla porównywania pomiarów z obliczeniami. Jednocze nie kalibracja nie jest czynno ci jednorazow ; poniewa parametry sieci wodoci gowej zmieniaj si z czasem (np. chropowato ), wi c wyznaczanie ich warto ci okresowo powtarza. Wykrywanie stanów awaryjnych: Wdra aj c system monitoringu z punktami pomiarowymi odpowiadaj cymi punktom charakterystycznym sieci wodoci gowej mo na wykrywa stany i lokalizowa miejsca awarii. W przypadku normalnej eksploatacji sieci mamy do czynienia z pewnym typowym rozkładem ci nie w w złach oraz z typowymi zmianami tego rozkładu. Wyst pienie awarii jest sytuacja nietypow, która wpływa na nietypow zmian ci nie w złowych w obszarze awarii. Sygnalizacja tej zmiany przez system monitoringu jest informacj dla operatora sieci o mo liwo ci wyst pienia awarii. Wykrywanie nieuzasadnionych poborów wody: Cz sto zdarza si praktyce, e kradnie si wod z sieci wodoci gowej. Oznacza to, e produkcja wody przekracza udokumentowany rozbiór wody. W przypadku braku systemu monitoringu mo na jedynie stwierdzi wyst pienie takiego zdarzenia w skali całej sieci. Natomiast je eli istnieje dokładny monitoring, to porównuj c rejestrowane odbiory wody przez u ytkowników sieci z przepływami monitorowanymi przestrzennie mo na zlokalizowa miejsca sieci, w których wyst puj istotne nierówno ci mi dzy poborem i produkcj, a wi c wskaza miejsca potencjalnych kradzie y wzgl dnie niejawnych wycieków wody. Wyznaczanie modeli prognozuj cych obci enie sieci: Obci enie sieci zmienia si cyklicznie w zale no ci od pory roku, dnia tygodnia czy pory dnia. Te zmiany maj wpływ na sterowanie sieci, w szczególno ci na napełnianie i opró nianie zbiorników wyrównawczych zlokalizowanych w sieci: przewiduj c wi ksze obci enie sieci powinno si odpowiednio wcze niej zbiorniki napełni, podczas gdy mo na je opró nia w przypadku mniejszego zapotrzebowania na wod. Równie do wykonywania dokładnych oblicze

8 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, hydraulicznych sieci nale y zna godzinowe rozkłady obci enia ju nie tylko całej sieci, ale równie jej poszczególnych w złów lub grup w złów. Aby takie modele obci enia sieci wzgl dnie w złów sieci wyznaczy, nale y dysponowa odpowiednio długimi seriami pomiarów przepływu z zainstalowanego na sieci systemu monitoringu. Sterowanie pr dko ci przepływu wody w sieci: Problem dotyczy poprawiania jako ci wody kr cej w sieci wodoci gowej. 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 pr dko ci. Szczególnie dotyczy to przypadków sieci starych o rurach stalowych, eliwnych lub cementowych, które z upływem czasu rdzewiej lub zarastaj glonami. Aby unikn pogarszania si jako ci 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 niezb dne do stwierdzania niekorzystnych przestojów wody i realizacji takiego sterowania. 5. System informatyczny zarz dzania sieci wodoci gow System monitoringu sieci wodoci gowej mo e oczywi cie funkcjonowa w przedsi biorstwie wodoci gowym jako system autonomiczny i je eli b dzie odpowiednio dokładny, to jest w stanie realizowa samodzielnie szereg zada znacznie usprawniaj cych zarz dzanie sieci. Jednak rozwi zaniem znacznie korzystniejszym jest wdro enie w przedsi biorstwie 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 wła ciwie wykorzystany, powinien on współpracowa z modelem hydraulicznym sieci wodoci gowej. Dodaj c jako kolejny element map numeryczn sieci wodoci gowej oraz modele prognozowania obci enia sieci a tak e algorytmy optymalizacji i sterowania sieci otrzymujemy struktur takiego kompleksowego systemu wspomagania decyzji, b d cego idealnym narz dziem zarz dzania sieci wodoci gow (rys. 1).

9 162 Jan Studzi ski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarz dzania miejsk sieci wodoci gow Sterowanie Prognozowanie Optymalizacja Mapa numeryczna Model hydrauliczny Bran owa Baza Danych Monitoring Sie wodoci gowa Rys. 1. Struktura systemu wspomagania decyzji dla sieci wodoci gowej. Takich systemów nie ma jeszcze w krajowych przedsi biorstwach wodoci gowych, jednak wydaje si, e w tym wła nie kierunku powinien i rozwój informatyzacji tych przedsi biorstw. Z kolei kolejnym poziomem informatyzacji byłoby obejmowanie zakresem działania systemu wspomagania decyzji wdro onego dla potrzeb sieci wodoci gowej równie innych układów eksploatowanych w przedsi biorstwie wodoci gowym, takich jak sie kanalizacyjna, oczyszczalnia cieków oraz pompownie ródłowe tłocz ce wod do sieci wodoci gowej. Prace w tym zakresie s prowadzone w Instytucie Bada Systemowych PAN w ramach projektu badawczego pn. Opracowanie systemu wspomagania decyzji do zarz dzania, sterowania operacyjnego i planowania miejskiego systemu wodno- ciekowego. 6. Uwagi ko cowe Istotnym problemem w rozwoju informatyzacji w krajowych przedsi biorstwach wodoci gowych jest obecna słaba współpraca jednostek badawczych z gospodark. Nie istniej obecnie mechanizmy zach caj ce przedsi biorstwa do wspierania prac badawczo-rozwojowych. Niskie nakłady bud etowe na nauk i wynikaj ce st d niskie wynagrodzenia w placówkach badawczych oraz brak jasnych priorytetów badawczych skoordynowanych z potrzebami i mo liwo ciami gospodarki doprowadziły do znacznego osłabienia infrastruktury badawczej, co ju spowodowało i w dalszym ci gu powoduje znaczny odpływ kadry z tego sektora. Celem strategicznym jest zatem rozwijanie konkurencyjnej gospodarki opartej na wiedzy i przedsi biorczo ci i pozostaj cej w cisłej współpracy z sektorem nauki. S do tego niezb dne odpowiednie programy badawcze o charakterze aplikacyjnym, finansowane lub współfinansowane przez pa stwo, gdy same przedsi biorstwa z jednej strony nie s w stanie ponosi stosunkowo wysokich kosztów zwi zanych

10 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, z kompleksow informatyzacj a drugiej strony nie maj jeszcze wystarczaj cego przekonania do celowo ci prowadzenia takich prac. St d pomoc pa stwa jest tu bezwzgl dnie 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 szczególno ci Miejskiego Przedsi biorstwa Wodoci gów i Kanalizacji w Rzeszowie. Nale y ponownie podkre li, e efektywna informatyzacja przedsi biorstwa wspomagaj ca zarz dzanie nim na podstawie gromadzonych i odpowiednio przetwarzanych informacji wymaga cisłej i długotrwałej współpracy osób o bardzo ró nych kwalifikacjach, czyli zespołów interdyscyplinarnych składaj cych si z pracowników nauki ró nych specjalno ci i praktyków z do wiadczeniem bran owym, a wi c kadry technicznej przedsi biorstwa. Dlatego, pomijaj c nawet sprawy finansowe, nie jest praktycznie mo liwe, aby tak zło one prace mogły by wykonane w sposób wła ciwy jedynie siłami przedsi biorstwa lub jedynie przez zewn trzne zespoły pracowników naukowych. To z kolei rodzi okre lone problemy organizacyjne i logistyczne zwi zane ze stworzeniem i kierowaniem odpowiednim zespołem. Podsumowuj c, problemy finansowe, brak odpowiedniej wiedzy po stronie przedsi biorstw o korzy ciach z kompleksowej informatyzacji oraz trudno ci organizacyjne s główn przyczyn mizernego stanu tej informatyzacji w krajowych przedsi biorstwach wodoci gowych. Aby ten stan poprawi, s niezb dne pa stwowe du e programy badawcze zorientowane na zaspakajanie okre- lonych potrzeb gospodarki. Przynios one korzy nie tylko przedsi biorstwom, ale równie instytutom naukowym znajduj cym si od kilkunastu lat w stanie permanentnej wegetacji. Równie konieczne jest organizowanie nie tylko krajowych, ale równie mi dzynarodowych, bilateralnych programów badawczych, poza tymi istniej cymi w ramach Unii Europejskiej, co pozwoli na korzystanie z bogatego do wiadczenia 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 wodoci gach rzeszowskich. W: Eksploatacja wodoci gów i kanalizacji: GIS, modelowanie i monitoring w zarz dzaniu systemami wodoci gowymi i kanalizacyjnymi, t. 7, PZSIiTS, Warszawa 2005, 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 Studzinski J.: Problemy zarz dzania informacj w miejskim przedsi biorstwie wodoci gowym. Kongres Zarz dzania Wiedz, Ciechocinek, stycze Straubel R., Holznagel B.: Mehrkriteriale Optimierung fuer Palnung und Steuerung von Trink- und Abwasser-Verbundsystemen. Wasser Abwasser, 140, Nr. 3, 1999,

11 164 Jan Studzi ski Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarz dzania miejsk sieci wodoci gow 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 studzins@ibspan.waw.pl