GŐZHÁLÓZAT TÉRINFORMATIKAI MODELLEZÉSE USING A GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM IN THE MODELLING OF A STEAM NETWORK Iványi Péter, Sári Zoltán Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar, Műszaki Informatika Tanszék Összefoglaló A különböző mérnöki alkalmazásoknak egyre inkább része egy térinformatikai modell. A EU által támogatott GVOP project (GVOP-3.1.1-2004-05-0125/3.0) egyik kitűzött feladata volt a pécsi gőzhálózat térinformatikai modelljének az elkészítése. A térinformatikai modell mellett a irányítási, monitoring rendszer létrehozása is cél volt, melyeknek szintén alapja lehet a térinformatikai rendszer. Az cikk azt szeretné bemutatni, hogy az ArcGIS alap rutinjaiból hogyan került felépítésre a gőzhálózatokra specializált rendszer. A cikk szintén bemutatja a szoftver választás indokait, a térkép készítés lépéseit és hogy a geometriai adatokból hogyan lehet egy gőzhálózatot létrehozni. Ezt a hálózatot kell vizsgálni és számolni mely szerves része a térinformatikai rendszernek és a gőzhálózat számító szoftvernek is így meg kellett oldani azt is hogy a térinformatikai rendszer hogyan kapcsolódik gőzhálózatszámító szoftverhez, mely MATLAB-ban lett kifejlesztve. Kulcsszavak Térinformatika, AcrGIS, gőzhálózat, szoftver fejlesztés Abstract Nowadays a geographic information system becomes an integral part of different engineering applications. One of the main tasks of the GVOP project (GVOP-3.1.1-2004-05-0125/3.0), sponsored by the EU, was to create a geographic model of the steam network in Pécs. Another important task was to develop an intelligent monitoring system, which also requires a geographic information system as a bases. The paper would like to present the development of a specialised software for steam networks. The system has been built from the components of ArcGIS. The paper will also discuss the reasons behind the choice of the software, how the map has been created and how the geometric data can be converted to a steam network. This network must be analysed and investigated and therefore this network must be a part of the geographic information system and the network calculation software. Thus the geographic information system has to be able to connect to the network calculation software, which has been implemented in MATLAB. Keywords Geographic information system, ArcGIS, steam network, software development 1
1. Térinformatika szerepe A Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar, Műszaki Informatika tanszéke 2004-ben elnyerte egy a GVOP és az EU által támogatott project-et (GVOP-3.1.1-2004-05-0125/3.0) melynek keretében a pécsi gőzhálózatot kellett felmérni, modellezni és egy felügyeleti rendszert kidolgozni. A munka sikeres elvégzésének egyik alapja egy térinformatikai rendszer, mely használható a project minden fázisában. A különböző térinformatikai rendszerek (GIS) egyre inkább elterjedtek és a vállalati folyamatokat támogató informatikai rendszer részévé váltak (Arató et al., 2003). A térinformatikai rendszerek beágyazódása az 1. ábrán látható egy vízszolgáltató vállalat esetén. Ugyanakkor az ábra úgy is tekinthető mint a gőzhálózat felügyeleti rendszerének egy sematikus ábrája. 1. ábra: GIS szerepe egy vállalatirányítási rendszerben Az 1. ábrán az látható hogy a térinformatikai rendszer (GIS) kapcsolódik a hálózatszámító modulhoz (NC) és a fogyasztói kapcsolattartó rendszerhez (CIS) olyan módon, hogy a moduloknak információt ad át és azoktól információt vesz vissza. Ugyanakkor a térinformatikai rendszer adatokat szolgáltat a vállalati erőforrás tervezéshez (ERP) és a munkafolyamatok követéséhez és szervezéséhez (WMS). A technológiai folyamatirányítás (SCADA) és a laboratóriumi vizsgálatok (LIS) nem kapcsolódnak közvetlenül a térinformatikai modulhoz, csak áttételesen. 2. Térinformatikai rendszerek Az előbb vázolt kapcsolódási rendszer miatt igen komplex térinformatikai szoftverre van szükség, mely többféleképpen képes kapcsolódni a különböző alrendszerekhez. A piacon többféle térinformatikai szoftver terjedt el, de ebben a cikkben csak kettőt említenénk meg. Az egyik elterjedt szoftver az AutoCAD Map, melyet az Autodesk cég (http://www.autodesk.com) forgalmaz. A másik igen elterjedt rendszer az ArcGIS, melyet az ESRI cég (http://www.esri.com) forgalmaz. Érdekes módon mindkét rendszerre jellemző, hogy egy alap rendszer továbbfejlesztéséből áll. Az AutoCAD Map esetén az alaprendszer az AutoCAD és a térinformatikai szoftver ennek egy kiegészítése. Az ArcGIS esetén az alap rendszer az ArcObject, mely inkább egy objektum halmaznak tekinthető. Ugyanakkor az 2
ArcObject-beli objektumok és komponensek lehetővé teszik független alkalmazás fejlesztését, készítését. Az ESRI cég három típusú alkalmazást forgalmaz: ArcDesktop: A Desktop ArcGIS azoknak a szoftvereknek a gyűjtőneve, amelyek szabványos asztali számítógépeken futnak. (http://www.esrihu.hu/software/desktop.html) ArcServer: A Server GIS felhasználható többféle központilag tárolt GIS adatbázis esetében. (http://www.esrihu.hu/software/server.html) ArcEngine: Az ArcGIS Engine egy széleskörű beágyazott GIS komponens-tárház, mellyel fejlesztők saját alkalmazásokat hozhatnak létre. Az ArcGIS Engine használatával a fejlesztők ArcGIS funkciókat foglalhatnak más alkalmazásokba. (http://www.esrihu.hu/software/embedded.html) A gőzhálózat project esetén az ArcDesktop alkalmazást használtuk, mivel ebben az esetben egy keretrendszer már rendelkezésre áll, a felhasználói felülettel és csak egy kiegészítést kellett hozzáadni. Az ArcGIS rendszer használatának az AutoCAD Map-el szemben három fő oka volt. A magyarországi térképek egy jelentős része az AutoCAD DWG formátumában készült el, de sajnálatos módon ezeknek a térképeknek van néhány hátránya. Az egyik probléma, hogy a vonalas közművek különböző ábrázolási módjai korlátozottak az AutoCAD által. Ennél nagyobb probléma, hogy ezek a DWG térképek felmérésekből készültek, gyakran nem kontrollált módon. Ez például azt jelenti, hogy a különböző tulajdonságú közmű részek különböző fóliára kerülnek. Ez nem felel meg az általános adat modellnek, hogy az egybe tartozó közművek egy helyen vannak, például egy fólián és az egyes részeknek különböző hozzárendelt tulajdonságai vannak. (Meg kell említeni, hogy az AutoCAD Map ad a fenti problémára megoldást.) Egy másik probléma hogy a közmű csomóponti létesítmények szintén kiterjedéssel rendelkeznek az AutoCAD-es térképeken és így a közmű vonalak nem kapcsolódnak közvetlenül egymáshoz, lásd a 2. ábra. Ez azért probléma mert a hálózatszámító modul a közmű hálózatnak nem csak a geometriáját igényli hanem a topológiáját, például egy gráfot. 2. ábra: Egy vízi közművi térkép egy részlete, különböző nagyításban, AutoCAD alatt Az ArcGIS rendszer esetén ezek a problémák könnyen megoldhatók, vagy elkerülhetők. Ezen kívül az ArcGIS esetén a továbbfejlesztés térinformatikai modulokkal és függvényekkel történik, nem pedig primitív függvényekkel. Például koordinátarendszer vetítési rendszer 3
átszámítás, geometria alapján történő kiválasztás vagy hálózati gráfok szomszédsági mátrixának előállítása mind rendelkezésre áll az ArcGIS alatt. 3. A pécsi gőzhálózat modellezése A térinformatikai modell elkészítésénél az első lépés volt egy Pécs térkép importálása az ArcGIS rendszer alá. A project jelen fázisában ez a térkép inkább tájékozódásra szolgált, illetve referenciaként, hogy a gőzhálózat vezetékei a megfelelő térbeli pozícióba kerüljenek. A gőzhálózatról csak papír alapú térkép állt rendelkezésre mely több mint 10 éves volt. Ennek ellenére a gőzhálózat vezetékei és csomópontjai ebből a térképből lettek felvéve (scan-nelve). A geometriai adatok felvétele után a térkép pontosítva lett helyszíni bejárással és GPS-es mérésekkel. Az elkészített térkép egy részlete látható a 3. ábrán. 3. ábra: A pécsi gőzhálózat térképének egy részlete A 3. ábra azt is szemléltei, hogy mennyire egyszerű egy papír térkép elkészítése. Természetesen a térképen minden paraméter, a lépték, a színek és formák, megváltoztatható. Itt lehet megemlíteni, hogy a például a 2. ábrán látható csomóponti részlet nem feltétlenül veszik el az ArcGIS rendszer használata során, mivel a csomóponthoz többféle adat is hozzárendelhető, így például szöveges adat, kép állomány, stb. Az elkészített térkép csak geometriai adatokat tartalmaz és még nem használható hálózatként. Az ArcGIS rendszer egyik al-modulja lehetővé teszi, hogy vonalakat és csomópontokat hálózattá konvertáljunk. Ennek az al-modulnak a használata során lehetőségünk van a pontatlanságok kiküszöbölésére, például a nem pontosan illeszkedő vonalakat a rendszer összevonja egy csomópontba. Az automatikusan konvertált topológia természetesen utólag módosítható. Az elkészített hálózatban az erőmű mint forrás csomópont 4
lett definiálva, ez azt jelenti, hogy az anyagáram az erőmű felöl a fogyasztók felé áramlik. Az ArcGIS az áramlási irányokat szintén automatikusan képes meghatározni illetve különböző módon megjeleníteni, lásd a 4. ábra. 4. ábra: A pécsi gőzhálózat nyugati ágában az áramlási irányok 4. A kifejlesztett térinformatikai szoftver A gőzhálózat térinformatikai térképe igen jól kezelhető az ArcGIS Desktop programjával. Ugyanakkor a modell egyszerű és biztonságos kezeléséhez, illetve a hálózatszámító modullal való kapcsolathoz az ArcGIS szoftvert ki kellett egészíteni. Lényegében új parancsokat kellett az alap rendszerhez hozzáadni. Az új parancsok ikon menüje látható az 5. ábrán. Az ArcGIS rendszer az alábbi parancsokkal lett kiegészítve (az 5. ábrán az ikon menüben balról jobbra): A hálózat elmentése file-ba Az aktuális hálózat kiszámítása A hálózati számítás eredményeinek visszaolvasása A hálózatra vonatkozó globális paraméterek beállítása, például külső hőmérséklet A hálózat csomópontjainál az adatok szerkesztése A hálózat vonalas elemeihez tartozó adatok szerkesztése Az első három parancs a hálózat számító modullal tartja a kapcsolatot, a második három parancs a hálózat paramétereinek megváltoztatására alkalmas. A hálózat számítás MATLAB alatt lett implementálva. A kapcsolat a MATLAB felé három féle módon valósulhat meg: egy Automation Server-en keresztül,.net komponens használatával és egy külső számító program segítségével. Az térinformatikai rendszer mind a három módon képes kommunikálni a hálózat számítási modullal, de a különböző lehetőségek különböző sebességgel végzik a kommunikációt. Például az Automation Server esetén a kommunikáció során egy szerver programnak is el kell indulnia. 5
5. ábra: Az ArcGIS környezet és a implementált parancsok. Az ArcGIS térinformatikai szoftver kiegészítése Visual Basic alatt készült el. Ennek az oka az volt, hogy a fejlesztés az ArcGIS egy olyan verziójában kezdődött el, melyben még nem volt elérhető a.net interface. A Visual Basic nyelv segítségével az alap ArcObject objektumokból könnyen fel lehetett építeni a program. A kiegészítés 18 darab file-ba van szétosztva és több mint 4000 sornyi kódot tartalmaz. Meg kell jegyezni, hogy mivel a MATLAB hálózatszámító modul egyszerre csak egy hálózat állapotát képes kiszámolni a program is egyszerre csak egy hálózat adatait adja át a MATLAB-nak. Kifejlesztett hálózatszámító modul ezen felül azt is korlátozza, hogy köráram, vagy több forrás csomópont legyen a hálózatban. 5. Összefoglalás A cikk megpróbálta bemutatni a pécsi gőzhálózat elemzésére és monitorozására használható térinformatikai rendszer fejlesztésének lépéseit, illetve szempontjait. Irodalomjegyzék [1] Arató Csongor, Bakos István, Bódis Gábor, Darabos Péter, Ilyésné Zsidai Mariann, Sinka Attila, Solti Dezső, Szabó Ádám, Tolnai Béla: A térinformatika szerepe a vízi közműszolgáltatásban (Fogalmak, feladatok, eszközök, elvárások, szabványok), VcsOSzSz, Műszaki Bizottság, Térinformatikai munkacsoport, 2003. 6