ГИС управление на инфраструктурни проекти

Глобалната строителна индустрия остава забележително устойчива в сегашните времена на кризи и се предвижда да бъде „глобален двигател за икономически растеж и възстановяване“, според доклад на Oxford Economics. Поради увеличената урбанизация и нарастването на населението именно покачващите се разходи за инфраструктура и новопостроени жилища са основните фактори, движещи разширяването на този пазар.

Строителството трябва да става все по-ускорено, да отговаря на все по-строги изисквания за опазване на околната среда, да осигурява рентабилност и сигурност. Засиленият стремеж към повече ефективност тласка строителната индустрия към бурно развитие. И при инфраструктурните проекти разработването на дигитализирани процеси на планиране, проектиране и управление е голяма цел и за производители, и за учени. Тук ще се спрем на една информационна система, изключително удобна и функционална.

Текст: списание Инфрабилд

Изправени сме пред уникални предизвикателства с проектирането, изграждането и експлоатацията на нова инфраструктура. Обикновено се следват традиционните технологични модели за планиране, проектиране, изграждане и експлоатация на съоръжения. С технологията ГИС развитието на нова инфраструктура ще следва нови технологични модели, премахващи излишъка на данни, неразбирането и скъпото преобразуване при планиране, проектиране и управление на инфраструктурни данни. Новата технология за картографиране и анализ на данни тихо променя света.

Какво е ГИС?

ГИС е абревиатура на Географскa Информационнa Системa. ГИС е информационна система за улавяне, съхраняване, анализиране и показване на географски данни, която може да се раздели на четири компонента - компютърна система, ГИС софтуер, човешки експерт и данни. ГИС дейността включва въвеждане на пространствени данни, управление на атрибутни данни, показване на данни, данни от проучване, анализ на данни и ГИС моделиране.

ГИС свързва данни с карта, като интегрира данни за местоположение (къде се намират нещата) с описателна информация (какви са нещата там). Това осигурява основа за картографиране и анализ, които се използват в науката и в почти всяка индустрия. ГИС помага на потребителите да разберат моделите, връзките и географския контекст. Ползите включват подобрена комуникация, ефективност, управление и вземане на решения.

Технологията обединява компютърен софтуер и необходимия хардуер с цел да се създава, съхранява, обработва, анализира, визуализира и споделя специфична описателна информация, тясно свързана с местоположението на обекти в пространството. За да функционира, ГИС разполага с база данни, описващи обектите в реалния свят и връзките между тях. Данните могат да бъдат визуализирани като карти, позволяващи лесно да се достига до базата данни. Комбинирането и визуализирането на тези данни в слоеве подпомага по-доброто разбиране на събитията. Всичко това дава възможност за моделиране на обектите и взаимовръзките между тях. Моделирането и анализът на огромна комплексна информация са в основата на проследяване на развитието на процесите, анализиране на рисковете, разпознаване на благоприятните възможности и др.

За нуждите на инфраструктурните проекти от планиране, дизайн и управление са разработени специфични изисквания, за да се осигури качествено инженерно проектиране, точно прогнозиране на строителните разходи и тяхното минимизиране. ГИС осигурява централизирана система от данни за процеса на разработване и изграждане на инфраструктурните проекти, предоставя на инженерите общо средство за обмен на данни, свързани с географско местоположение и пространство, поддържа текущи данни и позволява последователно проектиране/събиране на данни без обмен на файлове с различен формат, версия и съдържание. Поради големите възможности за обработка на пространствени данни, технологията ГИС се използва във все повече инфраструктурни проекти.

ГИС има потенциала да обедини процеси и знания, натрупвани от хората на обекта, с мощна компютърна система, която документира дейностите и изгражда основа за по-нататъшно рационализиране. Изискванията за документиране на данни формират основата за бъдещи анализи. Учените предлагат към ГИС да се подхожда като към еволюционен процес, което позволява постепенна организация и промяна на системата с непрестанно развитие на приложенията.

Разработващите инфраструктурни проекти смятат, че спестяването на време и пари може да бъде реално постигнато при изпълнението, за разлика от прилагане на каквато и да е друга процедура за управление и оценка на разходите, планиране и контрол. ГИС ще позволи на ръководители на проекти и различни хора, участващи в него, да получават информация за напредъка на проекта и да имат основа за обосновани решения.

Прихващане на данни

ГИС приложенията включват както хардуерни, така и софтуерни системи. Тези приложения могат да включват картографски, фотографски, цифрови данни или данни в електронни таблици. Картографските данни са под формата на карта и могат да включват информация за местоположението на реки, пътища, хълмове и долини. Фотографската интерпретация включва анализ на въздушни снимки и оценка на съпътстващите характеристики. Цифровите данни, които също могат да бъдат въведени в ГИС, са компютърни данни, събрани от сателити, които показват местоположението на инфраструктурните обекти. Дистанционното наблюдение, което може да бъде интегрирано в ГИС, включва изображения и други данни, събрани от сателити, балони и дронове.

ГИС технологията позволява всички тези различни типове информация, независимо от техния източник или оригинален формат, да бъдат насложени един върху друг на една карта. ГИС използва местоположението като ключова индексна променлива, за да свърже тези привидно несвързани данни. Данните, които вече са в цифрова форма, като повечето таблици и изображения, направени от сателити, могат просто да бъдат качени в ГИС. Картите обаче първо трябва да бъдат сканирани или конвертирани в цифров формат.

Пространствените данни се отнасят до геометрията на различни функции, докато атрибутните данни описват характеристиките на функции и се съхраняват в табличен вид. Всеки ред от таблицата представлява функция, а колоната представлява характеристиката на функцията. Пресечната точка на колона и ред показват стойност на определени характеристики на функцията. В георелационния модел на данни използването на система за разделяне на данните е за съхранение на пространствени и атрибутни данни в отделни файлове, но и свързвани заедно от дескриптор за идентификация на функцията. Тези два набора от файлове с данни се синхронизират, така че и двата да могат да бъдат получени, анализирани и показани.

С какво ни помага ГИС?

ГИС ни позволява да гледаме, разбираме, анализираме и управляваме дейности и заобикаляща среда по нов начин. Много различни типове информация могат да бъдат сравнявани с помощта на ГИС. Системата може да включва данни за населението, информация за ландшафта, за обществени сгради, за напоителни канали, пътища и електропроводи - все данни, необходими за инфраструктурната политика.

ГИС е мощен инструмент от информационните технологии, който ни предоставя много възможности. Визуализацията на изображението под формата на карта помага за по-доброто възприемане и анализиране на информацията. Картографирането на количества е възможност, на базата на която проучвателните решения могат да се взимат по един по-информиран начин. Картографирането на плътност улеснява анализите, когато е необходимо разграничаване на области с различна концентрация.

ГИС има място дори в ежедневието - превозните средства за спешна помощ се насочват с помощта на ГИС, като софтуерът съпоставя подадения адрес с най-близката пожарна, полиция или линейка и незабавно генерира маршрута. Ползите от ГИС са несравними при анализ на трафик, маршрути, проектиране, планиране. Решенията в инфраструктурното строителство, основаващи се на пространствени анализи, са от едно ново измерение. Класическото проектиране трудно и бавно би могло да обхване огромното количество информация, данни и връзки между транспорт, население, водни ресурси, съоръжения и т.н. ГИС ни дава ефективен инструмент за визуализиране на топографските условия на строителната площадка, а моделирането улеснява процеса на планиране и изграждане.

ГИС може да се използва за анализ на 3D данни, сравнение на данни, наблюдение на напредъка в строителството, графици на изпълнението, 3D визуализация, като дори може да предоставя данни за нормативната уредба. Ето защо инженерите използват ГИС технологията за проектирането, внедряването и управлението на комуникационни мрежи, пътни мрежи, транспортна инфраструктура и други нужди на инфраструктурата на даден регион.

ГИС и планирането на инфраструктурни проекти

В ГИС среда могат да бъдат визуализирани местоположението и топологията на различни обекти, представляващи интерес за разработване на даден проект. Комбинирани и представени в различни слоеве, те разкриват закономерности и тенденции, които, без използването на ГИС, биха останали скрити.

Помага при избора на правилното местоположение. Например, когато се избира място за ново депо за отпадъци, разпределителен център или противопожарна станция, ГИС може да събере цялата информация, важна за доброто решение - време за пътуване, брой на населението, местни демографски данни, пригодност на площадката, местоположение на други подобни обекти и т.н. Също така при намиране на най-добрия маршрут. ГИС технологията може да се справи със сложни сценарии за маршрути и логистика, като например координиране на ежедневни маршрути за голям парк от превозни средства, какъвто е общественият транспорт, в реално време. Разходите и емисиите намаляват, избягват се задръстванията. Помага и при планиране на бъдещето. Както казахме, ГИС дава възможност за прогнози и информирани решения, които са от полза и за хората, и за планетата. Може да се моделират възможни сценарии за справяне със сложни предизвикателства, дори като устойчивост на климата, на база разход на енергия, водни наличности, струпвания на хора и др. ГИС-анализът може да определи къде добавянето на зелени площи би намалило екстремните горещини за най-уязвимите области или къде очакваният растеж на населението би изисквал нови инфраструктурни проекти.

При картографиране на количества, например, транспортните служби имат възможност да извършват анализ на потоците транспортни средства. Те могат да представят и анализират броя автомобили, преминаващи по дадени транспортни артерии. По този начин преценяват до колко решението за разширение на даден път в района е обосновано. В райони с висока концентрация на обекти може да е трудно да се определи кои области имат по-високи концентрации от други. Ето защо картите, демонстриращи плътност, играят ключова роля за различни видове проучвания и анализ. На база анализ на дадена площ и заобикалящата я среда, които ГИС дава, има възможност за анализ на това, което се случва в рамките на определен периметър около даден обект. Така може да се моделира рискът от наводнение за определена зона, като се има предвид нейното население и налична инфраструктура.

С ГИС технологията може да се сравняват местоположенията на различни неща, за да се разбере как са свързани помежду си. Например, използвайки ГИС, една карта може да включва обекти, които произвеждат замърсяване, например фабрики, и обекти, които са чувствителни към замърсяване, като реки. Такава карта би помогнала да се определи къде водоснабдяването е най-застрашено и да доведе до съответните инфраструктурни промени.

ГИС и проектирането на инфраструктурни проекти

ГИС осигурява данните за разработването и изграждането на инфраструктурния проект. Системата дава на инженерите средство за предаване на геопространствени данни, поддържане на текущи данни и позволява итеративно проектиране/събиране на данни, без обмен на файлове с данни с различен формат, версия и съдържание. Поради огромните възможности за обработка на пространствени данни, технологията ГИС става все по-необходима за използване в инфраструктурните проекти.

За безупречното функциониране на ГИС непрестанно се разработват различни софтуерни приложения. ArcGIS Pro модернизира ГИС с лентов интерфейс, 64-битова обработка и 3D интеграция. Въпреки че ArcGIS Pro е огромно приложение с много свързани функции, то е много търсено. ArcGIS разширението към AutoCAD позволява лесен обмен на данни и интеграция между двата софтуера. Посредством ArcGIS for AutoCAD потребителите могат да въвеждат в AutoCAD среда ГИС данни, картни услуги, изображения и др. Проектните файлове след това могат да бъдат импортирани от CAD в ГИС с цел анализи и окончателни проектни решения. Esri ArcGIS е интегрирана фамилия софтуерни продукти за създаване на цялостна ГИС - ArcGIS for Desktop, ArcGIS for Server, ArcGIS for Mobile, ArcGIS Online.

ГИС и управлението на инфраструктурни проекти

Обикновено инфраструктурните проекти обхващат огромен брой задачи и свързаните с тях разходи на време и средства. Мениджърите трябва да сноват непрестанно между обекта и офиса, за да следят напредъка в дейностите и да задават подходящата последователност на работата. Разходите са големи, а и зависят от времето за завършване на проекта. Все още се използват традиционните техники за планиране и контрол на напредъка, примерно неща като колонните диаграми и методът на критичния път, чрез който може да се състави график на дейностите, които трябва да се извършат по проекта. Сериозният недостатък на решенията, базирани на този подход, е липсата на пълна информация. Един детайл - винаги има натиск върху проект-мениджърите за съкращаване на сроковете за доставки. Това автоматично изисква промяна в текущия график, в докладването и свеждането на измененията до всички, заети в проекта. Интегрирането на ГИС и управлението на проект с визуализация е един от най-важните инструменти за постигане на тези цели. Нещо повече - интегрирането на ГИС и управлението на проекти може да помогне и в интегрирането на дейности на други участници в процеса на планиране. При мащабни проекти визуалното представяне на графика може да обхваща не само основния проект, но и всички спомагателни дейности, включително производствени цехове на самата строителна площадка.

Ще споменем и практичните ползи - способността да се визуализира строителният обект до ниво най-дребни детайли е впечатляваща. Накратко - географската информационна система в управлението на проекта дава на ръководителя и на останалите участници информация за напредъка на проекта, възможност за своевременно участие и подкрепа на взетите решения. Именно ГИС осигурява основата за контакт между отделните звена. Погрешна е представата, че ГИС служи само за презентации. Картите, които ГИС създава, предоставят значителни количества информация по достъпен начин, който привлича вниманието. ГИС може да бъде интегрирана с управление на проекти за визуализация на напредъка на строителството. 3D визуализацията позволява на ръководителя на строителството да следи процеса във всеки етап от изпълнението.

Следене на промени при съществуващи обекти - ГИС дава възможност за планиране на поддръжка, както и за бърза реакция при възникнали проблеми. Пътища, водопроводи, улични лампи, превозни средства - това са все неща, за които ГИС може да помогне в поддръжката през целия им жизнен цикъл. ГИС следи и съобщава къде са обектите и какво е състоянието им. 

ГИС и мобилните технологии

Съвременните мобилни ГИС приложения предоставят на инженерите на терен изключителна гъвкавост и оперативна ефективност. Чрез използването на таблети, смартфони или специализирани полеви устройства, специалистите могат да събират пространствени и атрибутни данни директно на място, като информацията се актуализира в реално време в централната база данни. Това позволява незабавно споделяне и анализ на новопостъпилата информация, без да се налага физическо връщане в офиса или допълнителна обработка. Достъпът до актуални проектни чертежи, картографски слоеве и техническа документация по всяко време улеснява вземането на навременни решения и минимизира риска от грешки в изпълнението.

Мобилните ГИС решения предлагат и възможност за работа в офлайн режим – ключова функционалност за отдалечени обекти или зони с ограничено или липсващо интернет покритие. Събраните офлайн данни се синхронизират автоматично с централната система при възстановяване на връзката, което гарантира пълна непрекъсваемост на работния процес. Това значително повишава ефективността на теренните екипи и намалява времето за реакция при промени в проекта.

Интеграцията на мобилните ГИС приложения с безпилотни летателни апарати (дронове) и IoT сензори отваря нови възможности за високоточен мониторинг и анализ. Дроновете предоставят актуални аерофотоснимки и 3D модели на обекта, които могат да се интегрират в ГИС средата за прецизно проследяване на напредъка или за идентифициране на проблемни зони. IoT сензорите, разположени върху инфраструктурни съоръжения или машини, изпращат в реално време данни за състоянието им, натоварването, вибрациите или други параметри, като по този начин осигуряват основа за предиктивна поддръжка и оптимизация на ресурсите.

Синергията между мобилните технологии, ГИС, дроновете и IoT изгражда интегрирана информационна екосистема, която значително подобрява точността, скоростта и надеждността на работата в инфраструктурните проекти. Тази свързаност позволява на инженерите и ръководителите на обекти да разполагат с пълна и актуална картина на ситуацията, което е критично за качественото и навременното изпълнение на сложни инфраструктурни задачи.

Ползите за ръководителите и инженерите на обекти

Мениджърът на проекта трябва да гарантира, че обектът отговаря на желаните стандарти. По време на изпълнението непрекъснато се прави преглед на ефективността и се знае изостава ли се от графика, колко пари са похарчени, надвишен ли е бюджетът и какви са постигнатите резултати. 

Инженерът на обекта анализира състоянието на процеса, което му помага при вземането на оптимални решения в ежедневната дейност. Информационната система проследява напредъка на работата и всякакви промени могат да бъдат направени за кратък период от време, преди нещата да излязат от контрол. Във всеки момент информацията за необходимите количества материали и реални строителни работи е налична за инженера. С актуализиране на ежедневната работа в базата данни е възможен и мониторинг на паричния поток на проекта. Целта е строителството на инфраструктурните обекти да се управлява така, че те да бъдат завършвани преди официалния пусков срок, което пести средства.

Заключение

Ролята на ГИС се разпространи в строителната индустрия през последните години и вече настъпва в инфраструктурните проекти. Всичко, което е върху площ, може да бъде подробно описано и всяка промяна да бъде своевременно отразена. В това се крие силата на ГИС технологиите. Те позволяват всяка подробност, дори най-малката следа от човешка дейност, да бъде лесно визуализирана. Само няколко клика с мишката. По този начин ГИС прави заобикалящия ни свят по-разбираем и ни позволява да го управляваме разумно.