Городские инженерные сети и проблемы информатизации, или как Хоттабыч телефон сотворял

А.Р. Ексаев 
ИВЦ "Поток"

август 2000 г.

Вряд ли кто-то станет опровергать тот факт, что на сегодняшний день наиболее значимыми составляющими жилищно-коммунальной инфрастуктуры муниципальных образований являются инженерные коммуникаций. Сети тепло-, газо-, электро-, водо- снабжения и водоотведения, без преувеличения, выполняют функцию жизнеобеспечения городов. Качество и надежность их функционирования во многом определяют жизнеспособность всех прочих городских служб и социальную обстановку.

Современные системы инженерных коммуникаций представляют собой весьма сложные технические объекты разветвленной структуры, управление которыми становится все более и более трудоемким, в особенности принимая во внимание обострившуюся в последние годы хроническую нехватку практически всех ресурсов - как организационно-финансовых, так и материальных, - начиная от энергоносителей и заканчивая квалифицированным персоналом.

В таких условиях совершенно неизбежно внедрение на предприятиях, эксплуатирующих трубопроводные и кабельные сети, специализированных компьютерных информационно-технологических систем, предназначенных для решения оперативных и стратегических задач управления сетями, моделирования и оптимизации режимов, производственно-технических и экономических задач. Если этого не делать, \коммуникации обречены на медленное и мучительное вымирание, сопровождающееся учащающимися аварийными ситуациями и катаклизмами, а следовательно… Впрочем, последствия и так ясны.

Сама по себе постановка вопроса очевидна, и, надо отдать должное руководителям соответствующих служб теплосетей, водоканалов, предприятий электро- и газоснабжения - они ее прекрасно осознают и по мере сил и возможностей пытаются внедрять у себя современные компьютерные технологии. Однако процесс этот, как правило, происходит крайне болезненно, поскольку такого рода попытки в большинстве случаев наталкиваются на проблему, результаты которой проявляются не сразу, а уже после того, как на информационные проекты затрачены существенные материальные средства, труд и время. Проблема эта состоит в том, что в основной своей массе разработчики компьютерных систем и программного обеспечения не являются квалифицированными технологами данной предметной области, и наоборот - имеющиеся в распоряжении эксплуатирующего предприятия грамотные технологи не в состоянии дать адекватную математическую и алгоритмическую постановку задачи для разработчиков-программистов. Кроме того, ситуация усугубляется тем, что, в связи с бурным развитием средств вычислительной техники, инструментальных средств программирования, баз данных и компьютерной графики, на рынке труда появилось огромное количество молодых программистов, прекрасно владеющих всеми навыками, которые позволяют им довольно легко создавать внешне эффектные компьютерные приложения. К великому сожалению, обычно им практически незнаком предмет информатизации. Технологии инженерных коммуникаций основаны на специальных разделах прикладной математики - теории графов, теории гидравлических и электрических цепей, столетняя (в среднем) практика эксплуатации этих сетей накопила опыт, также сводящийся к отдельным сложным прикладным наукам, со своей терминологией, методами и традициями. Не владея такими знаниями, невозможно создать полноценную и работоспособную информационную компьютерную систему, которая реально облегчит процесс эксплуатации сетей.

В последние три-четыре года на рыке информационных технологий в России появились и очень быстро стали популярными так называемые геоинформационные системы (ГИС). Это класс инструментальных и пользовательских программных средств, которые предназначены для работы с картами (любых масштабов), планами местности, топографическими планшетами и распределенными на местности объектами и процессами. Тем уважаемым читателям, которым интересны понятие и предмет ГИС, я порекомендовал бы познакомиться со специальной литературой по этому вопросу. В рамках же данной статьи ограничимся самыми общими положениями, существенными в ее контексте.

ГИС представляются крайне удобным аналитическим и интегрирующим инструментом для построения муниципальных информационных систем верхнего уровня, поскольку они позволяют на едином плане города "наложить" в виде тематических слоев и баз данных графическую и содержательную информацию из самых разных городских служб (например, земельный кадастр, архитектурное управление, инженерные коммуникации, дорожно-транспортная сеть, демографическая и экологическая ситуация и т.п.). С бурным развитием ГИС-технологий стало создаваться впечатление, что это чуть ли не панацея от всех бед, и туда вдруг ринулись все, в том числе и водоканалы, горгазы, тепло- и электросети, руководство которых, будучи озабоченными необходимостью информатизации, поддалось на всеобщую эйфорию.

Как это случается с любым новым и динамичным процессом, вокруг ГИС быстро выросла масса слухов, мифов и заблуждений. Одно из таких заблуждений касается систем инженерных коммуникаций. Главное ошибочное рассуждение, лежащее в основе принятия решений об использовании той или иной информационной технологии применительно к инженерным сетям, примерно таково: “В первую очередь надо получить схемы сетей, привязанные к топооснове (тот или иной план местности - прим. автора). Это наглядно, красиво и современно. Далее, по мере необходимости, будем обучать нашу графическую систему решать технологические и эксплуатационные задачи”. Беда в том, что девять из десяти подобных проектов, касающихся инженерных сетей, приводят своих зачинателей к горькому осознанию потраченных впустую денег и сил, как только выясняется, что на основе созданной графической и информационной базы данных в принципе невозможно решение большинства технологических задач. Причина предельно проста, хотя и не лежит на поверхности - любая инженерная сеть в корне отличается от всех других пространственных объектов тем, что она является в первую очередь направленным математическим графом, со всеми вытекающими отсюда топологическими и математическими свойствами, и лишь во вторую очередь она выступает в качестве некоего пространственного объекта ГИС. Таким образом, в подавляющем большинстве случаев предприятия инженерных коммуникаций, принимающие решение о внедрении у себя (собственными либо привлеченными силами) ГИС-технологии, попадают в весьма недешевый капкан геоинформационной моды и недокомпетентности своих служб АСУ. При этом крайне негативную роль играют два фактора: стремление побыстрее получить и показать первые результаты, и невозможность либо нежелание прилагать сколько-нибудь серьезные усилия к комплексной проработке проекта.

В течение последних года-полутора резко увеличилось количество обращений к нам в ИВЦ "Поток" от предприятий водопроводно-канализационного хозяйства и теплосетей (они раньше других почувствовали необходимость в информатизации в силу более сложных структур своих трубопроводных сетей и, соответственно, управления ими) с заявками примерно такого содержания (близко к тексту): "Мы ввели в компьютер план города и нанесли на него свою сеть, наполнили базу данных по оборудованию. Таким образом, графика и база данных у нас уже есть, теперь нам нужны гидравлические расчеты, мы хотим у вас купить программу". (Необходимый комментарий: ИВЦ "Поток" в течение 10 лет известен на рынке информационных технологий как разработчик и поставщик специализированных расчетно-технологических и информационно-графических компьютерных систем для эксплуатации инженерных сетей). Запрос, ставший классическим, повторяемость в разных вариациях - почти стопроцентная для тех, кто уже "наигрался" с ГИСами. Осторожные попытки с нашей стороны выяснить, а что же в действительности сделано, какими средствами, и как это можно реально использовать, почти всегда и однозначно приводят к грустной необходимости объяснять (насколько это возможно, понятным языком), что, увы, 90% проделанной работы неизбежно придется переделать, поскольку изначально отсутствовала грамотная технологическая, математическая и алгоритмическая постановка задачи для информационной модели. (Помните историю из детства, как Старик Хоттабыч сотворил изумительный по красоте и материальной ценности телефонный аппарат? Если бы бедолага знал, что в этом роскошном творении внутри еще что-то должно быть, и это "что-то" и есть содержательная суть - этот шикарный кусок мрамора с золотой инкрустацией мог бы иметь потребительскую ценность. А так… Но Хоттабычу проще, он джинн - как сотворил, так и "растворил". В нашем случае все гораздо хуже - немалые ресурсы собираются по крохам, "отрываются от сердца", и оказываются затраченными впустую, на повышение энтропии Вселенной). Представьте себе, как такие ситуации дискредитируют информатизацию вообще и геоинформатику в частности! Лишь в единичных случаях руководители, отвечающие за информационную систему, находят у себя силы и смелость, а у финансового директора - дополнительное финансирование, для того, чтобы вернуться на исходную позицию и начать все сначала (или почти сначала). Наши специалисты в этой ситуации делают все возможное и невозможное, чтобы спасти хотя бы часть "введенных в компьютер" данных, попытавших их переструктурировать и "втянуть" в корректную информационную модель. Однако, за редким исключением, сохранить и использовать в какой-то степени (как "черновик", "подложку") удается лишь графическую информацию, а она по трудозатратам составляет примерно 10-12% от общего объема базы данных.

Из всего числа обращающихся к нам организаций, эксплуатирующих инженерные сети, в гораздо более благоприятной ситуации, как это ни парадоксально звучит, находятся те, которые в силу каких-либо причин еще не предпринимали серьезных попыток внедрить у себя компьютерные информационные технологии, и не слишком избалованы дорогостоящей вычислительной техникой. Они в этом смысле представляют собой "чистый лист", на котором можно "с нуля" создавать хорошую интегрированную компьютерную систему - с одной стороны, свободную от функциональных излишеств, и, следовательно, экономичную, а с другой стороны, удовлетворяющую насущным требованиям данного конкретного предприятия и постепенно развивающуюся в тех направлениях, которые определяются потребностями служб и их готовностью "подключаться" к информационной системе со своими задачами.

Мы реализовали десятки подобных проектов, и среди них нет двух одинаковых. Дело в том, что, помимо общих технологических принципов предметной области, по сложившейся многолетней практике у каждого предприятия существует масса собственных традиционных предпочтений, методов, классификаторов, и даже своя терминология. Например, системы кодировки (наименования) колодцев и камер, условные обозначения на эксплуатационных схемах, регламент ведения диспетчерских журналов, способы регулирования режимов и т.д. - перечень можно продолжать до бесконечности. Предприятия справедливо не желают (да и не должны) отказываться от своих "привычек" в угоду необходимости информатизации, и, следовательно, "коробочная" покупка программного обеспечения скорее всего окажется малоприемлемой . А отсюда - существует два пути, по которому они могут двигаться в сторону компьютерных технологий. Первый - пытаться создать для себя "персональную" информационную систему силами собственных специалистов служб АСУ. Теоретически, путь реальный, но доступный лишь очень-очень богатым предприятиям, поскольку такой проект становится безумно дорогим (это легко показать "на пальцах", автор готов предоставить несложные расчеты любому желающему), и с неопределенным результатом - причины обсуждались выше. Второй путь - воспользоваться готовой и отлаженной технологией создания информационных систем "под ключ" по индивидуальной спецификации силами специализирующейся на подобных проектах фирмы, уже имеющей положительный опыт внедрений. Такой путь несравнимо дешевле, существенно эффективней по времени и качеству реализации, минимизирует вероятность ошибочной постановки.

Прежде чем приступать к созданию компьютерной информационной системы предприятия инженерных коммуникаций, в первую очередь необходимо задаться вопросом - ради чего? Что она должна уметь, какие задачи призвана решать? От ответа на этот вопрос зависит выбор инструментальных средств и исполнителей.

Если единственной конечной целью является получение графических планов и схем, которые можно с гордостью продемонстрировать всем желающим и в особенности высокому начальству, то совершенно неважно, каким способом и на каких средствах это делать - вплоть до сканирования этих графических документов с бумажных носителей.

Другое дело, если все-таки целевой функцией является решение производственно-технических задач эксплуатации. В таком случае выбор инструментальных средств и информационной технологии - ключевой, крайне серьезный вопрос. Попробуем в нем разобраться.

Наипервейшая задача, с которой все начинается - паспортизация сетей и их объектов. Естественно, на базе некоторого графического представления. Чтобы сетью хоть как-то управлять, ее следует, по крайней мере, знать. Следующее утверждение может показаться странным, но я готов поручиться за его истинность, во всяком случае, оно справедливо для водопровода и канализации. Так вот: наличие достоверной информации в службах о собственных сетях и их технологических параметрах (в особенности для "старых" сетей) даже в самых "образцовых" эксплуатирующих предприятиях не превышает 70%. И при этом даже та информация, которая существует (в альбомах схем, на планшетах, в карточках паспортов, в оперативных диспетчерских документах, в исполнительной документации) - зачастую противоречива. Уже сам по себе переход с "бумажного" ведения информации на грамотно спроектированную компьютерную базу данных "вскрывает" все информационные пробелы и противоречия и вынуждает к наведению элементарного порядка в системе хранения и актуализации информации. Степень информированности об объекте и качество информации неизбежно заметно повышается, не говоря уже о появляющейся возможности быстрой автоматизированной обработки и анализа данных паспортизации - как в графическом виде (параметрические раскраски, выделения элементов с заданными свойствами и т.д.), так и в виде различного рода табличных выборок и аналитических документов. Таким образом, паспортизация сети - это основа, фундамент, на котором в дальнейшем может быть построено множество задач прикладного характера. В принципе, это задача-минимум, результат решения которой самоценен, и на этом можно (хотя и неразумно) остановиться. Если ограничиваться задачей паспортизации и графического представления сетей, не имея в виду перспективы развития системы путем наращивания на этот "фундамент" инженерных и технологических приложений, то спектр пригодных для этой цели инструментариев достаточно широк - от САПРовских систем типа AutoCAD (а лучше AutoMAP) до "легких" или профессиональных ГИС (ARC/INFO, ArcView, MapInfo, Framme и т. д.).

Однако, как правило, вслед за проведением паспортизации и наполнением графической и технологической базы данных, в большинстве предприятий "приходит аппетит" и обнаруживается естественное желание использовать накопленную информацию максимально эффективно. Например, иметь возможность моделировать сеть на компьютере и оптимизировать режим загрузки насосных станций и источников. Или, прежде чем производить на сети какие-либо переключения, промоделировать их и посмотреть - а что получится в результате: где появятся недопустимые режимы, какие абоненты окажутся отключенными, каким будет установившееся потокораспределение и т.п. Или подключить к информационной системе диспетчерскую службу - компьютерное ведение диспетчерских журналов и регистрация всех производимых работ с автоматическим внесением соответствующих изменений в базу данных паспортизации, ведение архива повреждений с возможностью его аналитической обработки и отображением мест повреждений на схеме сети. Или автоматизировать выдачу рекомендаций по локализации аварий. Перечень можно продолжать долго.

Так вот, возвращаясь к выбору средств реализации проекта - все перечисленные задачи требуют специального математического способа описания сети. Подавляющее большинство стандартных ГИС встроенных средств для такого описания не имеют, либо эти средства могут быть поставлены отдельно и стоят очень дорого. А данные паспортизации, изначально введенные без привязки к математическому (топологическому) описанию сети, должны быть "перепривязаны" - это кропотливая ручная процедура, по трудозатратам сравнимая с вводом заново. Теперь понятно, почему до начала каких-либо действий по внедрению компьютерных технологий все-таки следует тщательнейшим образом подойти к вопросу оценки проекта с точки зрения задач, ресурсов, средств, возможностей развития, и, наконец, исполнителей.

Формат данной статьи не позволяет углубиться в проблему информатизации инженерных коммуникаций настолько, чтобы "расставить по полочкам" и осветить все важные аспекты, а таких множество. Это вопросы выбора той или иной топоосновы для графической привязки сетей, оптимальной последовательности реализации этапов проекта, актуализации данных, информационного взаимодействия служб внутри предприятия, интеграции информационных проектов для различных коммуникаций между собой и на уровне муниципальных ГИС, способов моделирования сетей, стыковки с системами телеметрии, особенностей решений для различных предметных областей (газо-, тепло-, электро-, водоснабжения, водоотведения, слаботочных сетей), и многие другие. Поэтому мы обязательно продолжим серию публикаций по затронутой теме, освещая те проблемы, которые вызовут резонанс читательской аудитории, по мере поступления вопросов и предложений.