ПРИМЕНЕНИЕ ГИС ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ МОНИТОРИНГЕ РАБОТЫ ГОРОДСКОЙ ЛИВНЕВОЙ КАНАЛИЗАЦИИ

В настоящее время проблемы водоотведения и очистки сточных вод, становятся очень актуальными в связи с нестабильным проявлением природных явлений. Обильные ливни, снегопады, резкие оттепели – приводят к чрезвычайным последствиям и следовательно наносят экономический ущерб.

Актуальность выбранной темы имеет как экологический, так и экономический аспект. Система водоотведения – это огромный комплекс сооружений, обслуживание и ремонт которого требуют серьезных затрат. Поэтому необходимо внедрять новые технологии, позволяющие снизить капитальные затраты.

Для снижения затрат необходимо использование и внедрение инновационных технологий. Таким образом, для того, чтобы обеспечить бесперебойную и эффективную работу городской ливневой канализации необходима разработка комплекса мер и систем поддержки принятия решений, позволяющих предупредить наступление чрезвычайных ситуаций, вызванных природными стихиями.

Сегодня меры по поддержанию системы ливневой канализации в рабочем состоянии включают в себя: ремонт неисправных колодцев, прочистку ливнёвок от мусора, при этом нет мониторинга за всей системой в целом.

Решение описанной проблемы актуальна не только для России, но и для зарубежных стран.

Для исследования был выбран частный пример - город Уфа. В связи с чрезвычайной природной ситуацией оказалась подтоплена часть улиц, городским дорогам был нанесен ущерб в 43 млн. рублей. В ходе разбирательств было выяснено, что отсутствуют сооружения для обезвреживания ливневых и талых вод.(1)

При наступлении чрезвычайной ситуации используется рабочая сила, т.к. нет автоматизации процесса, которая позволяет предупредить вероятность затопления.

Внедрение современных IT-технологий позволит выйти на новый инновационный уровень решения проблемы.

Главной целью мониторинга является постоянное отслеживание работоспособности системы ливневых канализаций. Постоянный контроль позволит снизить ущербы при чрезвычайных ситуациях, вызванных природными явлениями.

Решение задачи, связанной с мониторингом, автоматизацией процесса реагирования при чрезвычайных ситуациях основывается на исследовании закономерностей выпадения осадков. Запас составляется из годных к применению, но не употребляемых ресурсов. Цель решения задачи – уменьшение затрат ущерба из-за подтопления, вызванного природными явлениями ( в частности обильными ливнями).

Автоматизация позволяет своевременно и качественно анализировать уровень воды в ливневой канализации, а также автоматизировать процесс реагирования при достижении воды максимально возможного уровня. При автоматизации нужно учитывать такие факторы как: прогнозирование осадков, расчет объёма наполнения ливневой канализации и т.д.

На основе анализа статистических данных выпавших атмосферных осадков за 2014-2017 год были получены следующие результаты(2): максимальный объем осадков, выпавших за 2017 год, составил 110 мм в сентябре, что превышает показатели за рассмотренные 4 года.

В соответствии с ГОСТ 19.701-90 построена блок-схема алгоритма работы приложения с использованием пространственных данных. Построение алгоритма в виде графического представления дает более ясную картину работы алгоритма программы, не оглядываясь на конструкции языка программирования, на котором она реализована (рис.1, рис.2).

Рисунок 1. Обобщенная блок – схема алгоритма работы приложения

Рисунок 2. Детальная блок-схема алгоритма работы приложения

Авторами статьи предлагается решение рассматриваемой проблемы за счет создания прототипа системы поддержки принятия решений в сфере бесперебойного функционирования городской ливневой канализации на основе ГИС- технологий.

Для разработки рабочей системы необходимо создать тестовые данные местности. Для решения этой задачи выбрана программа ArcGIS, так как ее возможности достаточны для функционирования ГИС в системе подземных коммуникаций.(3)

Начальным этапом работы с прототипом ГИС является настройка входных данных, а также построение ЦМР.

Далее прототип осуществляет анализ ЦМР для выявления мест возможного переполнения труб системы ливневой канализации.

Анализ состоит из следующих этапов:

- Разбиение ЦМР на водосборные участки, которые определяются колодцами;

- Построение водосборных участков;

- Выбор конкретного водосборного участка;

- Расчет количества ячеек;

- Расчет пропускной способности трубы;

- Расчет объема сточных вод;

- Вычисление i-ой операции на которой возможно переполнение;

После вычисления i-ой операции выполняется следующий этап – Отображение результатов. После чего анализ считается завершенным.

Также, в дополнение, после завершения анализа, предлагается решение проблемы в виде установок датчиков, реагирующих на уровень воды и откачивающей аппаратуры.

На рисунке 3 представлена цифровая модель рельефа.

Рисунок 3. Цифровая модель рельефа

С помощью инструмента ToolBar задаем 2 команды. В первой команде ( обозначена знаком «+») выбираем рельеф и колодцы, после чего на выходе получаем 3 растра (рис. 4).

Рисунок 4. Рельеф на 3 растра

- PourPoints - это точки влива, в нашем случае колодцы;

- FlowDirection - это растр направлений потока;

- Watershed - это водосборные участки;

Данные растры добавлены с целью удобства, для того, чтобы пользователь мог что-либо изменить или проверить.

Вторая команда задействует сам алгоритм. Пользователь выбирает необходимый рельеф, интенсивность, а также количество итераций (рис. 5).

Рисунок 5. Алгоритм работы прототипа ГИС

Разработка и внедрение данного прототипа решает проблему подтопления при стихийных природных явлениях с помощью таких функций, как: системный анализ сетевой модели ливневой канализации, анализ 3D поверхности, анализ водосборных участков, анализ возможных зон подтопления, поддержка принятия решений (в виде установок откачивающей аппаратуры).

Список литературы:

1. Еженедельник «Аргументы и Факты» №41 11/10/2017:[Электронный ресурс].URL: http://www.ufa.aif.ru/society/jkh/nicheynaya _ livnevka_ tret_ulichnoy_kanalizacii_ufy_nikto_ne_obsluzhivaet.(Дата обращения 10.10.2017).
2. Климатический справочник населенных пунктов России: [Электронный ресурс].URL: http:// www. atlasyakutia. ru/ weather/ 2017/ prec/ ufa_ prec_2017.php. (Дата обращения 15.10.2017).
3. Павлов С.В., Христодуло О.И. Основные принципы интегрированной обработки пространственной информации для оценки и контроля взаимного влияния объектов промышленности и окружающей среды: [Электронный ресурс].URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26056134. (Дата обращения 15.10.2017).