Wiejski okręg wodny zyskuje wysoką dokładność przy ograniczonym budżecie

Opracowanie: Travis Anderson — Inżynier Okręgowy, Okręg wodny Le-Ax

Kiedy przyszedłem do pracy w Okręgu Wodnym Le-Ax, pracownicy właśnie zakończyli zbieranie punktów GPS dla wszystkich obiektów naziemnych. Dzięki Instytutowi Administracji Samorządowej i Rozwoju Wsi Uniwersytetu Ohio (ILGARD), który zapewnił zasoby techniczne, firma Le-Ax w końcu połączyła wszystkie elementy i miała działający system GIS. Od tego momentu to okręg był odpowiedzialny za jego utrzymanie.

Dalsze zadanie zbierania punktów GPS zostało powierzone ekipie technicznej. Ponieważ to oni byli odpowiedzialni za instalowanie kranów, liczników i zaworów oraz dokonywanie napraw i odsłanianie linii, najsensowniej było zlecić tej załodze zbieranie lokalizacji zasobów. Co jakiś czas brałem od pracowników ręczne urządzenie GPS i wprowadzałem nowe punkty do aplikacji ArcMap. Procedura wykonywania zadań wydawała się dość prosta, ale dość szybko okazało się, że przejście na utrzymanie systemu GIS przez okręg nie będzie łatwe.

Dwa główne problemy, które się ujawniły, to ograniczona wiedza techniczna personelu na temat sprzętu/oprogramowania oraz czas, jakiego potrzebuje urządzenie ręczne, aby zapewnić dokładność. Pierwszy problem został rozwiązany przez utworzenie arkuszy informacyjnych dla pracowników. Jeśli arkusze informacyjne nie zawierały odpowiedzi na pytania lub nie pomogły w przypomnieniu sobie informacji, problem zwykle można było rozwiązać, rozmawiając przez telefon. Drugi problem wywoływał dużo większą dyskusję. Kiedy ekipa będzie gotowa do wykonania naprawy, osoba odpowiedzialna za zbieranie punktów będzie czekać na ręczne urządzenie GPS, aby uzyskać dokładność. Czasem trwało to 20 sekund, a czasem kilka minut. Stało się to naprawdę frustrujące dla wszystkich.

Firma Le-Ax nieźle sobie radziła z urządzeniami ręcznymi, ale nie był to produktywny okres dla naszego systemu GIS. Straciliśmy zainteresowanie ze strony pracowników. Było to mniej więcej w tym samym czasie, kiedy aplikacje zyskiwały na popularności, a wszyscy kupowali smartfony. Przeszukując rynek, natrafiłem na prostą aplikację mobilną, która wykorzystywała pliki shape, odwzorowując je na tło w postaci zobrazowań lotniczych. Wewnętrzny moduł GPS telefonu wskaże lokalizację. Nie było to dokładne i nie było łatwo ustawić współrzędne, ale działało. Kiedy pokazałem aplikację personelowi, zmieniło się podejście wszystkich do systemu GIS. To był moment zastanowienia dla Le-Ax. Udostępniliśmy wszystkim przydatne narzędzie, wszyscy z niego korzystali i nie kosztowało to ani grosza.

Firma Le-Ax była zdecydowanie w punkcie przejściowym, jeśli chodzi o zbieranie danych terenowych. Kiedy pojawiła się aplikacja Collector for ArcGIS, wiedziałem, że będzie to nasz kolejny krok w kierunku wykorzystania iPadów w terenie — musiałem tylko dowiedzieć się, jak z niej korzystać. Przed pojawieniem się w Le-Ax niewiele wiedziałem o systemie GIS. Wszystkiego uczyłem się sam. Dużą część mojej wiedzy zdobyłem dzięki społecznościom internetowym Esri. Poszukiwania w witrynie internetowej Esri ujawniły wiele rozmów pomiędzy użytkownikami a pracownikami wsparcia Esri, którzy odpowiedzieli na wiele moich pytań. Przewodniki online dla aplikacji Collector zawierały wskazówki dotyczące tworzenia map i udostępniania ich w aplikacji Collector. Wszystko to było bardzo proste do rozgryzienia. Pozostałym elementem układanki do pełnego wdrożenia aplikacji Collector była subskrypcja usługi ArcGIS Online. Ponieważ mieliśmy już stanowisko ArcGIS for Desktop Basic i roczną subskrypcję serwisu, firma Esri udostępniła nam jedno darmowe konto ArcGIS Online. Po zapoznaniu się z podstawami tworzenia map online i dzielenia się nimi w naszej instytucji zacząłem wczytywać nasze warstwy i ponownie tworzyć nasz komputerowy system GIS w usłudze ArcGIS Online. Gdy zrozumiałem koncepcję, w ciągu 30 minut udało mi się odtworzyć nasz komputerowy system GIS w wersji online.

Po utworzeniu mapy mogliśmy przetestować działanie aplikacji Collector na naszym iPadzie. Collector, jako aplikacja do pracy w terenie, jest podobna do aplikacji ArcPad, ale łatwiejsza w użyciu. Jest bardzo intuicyjna. Niebieskie kółko pokazuje położenie odbiornika GPS, a na górze znajduje się bardzo funkcjonalny pasek narzędzi. Aby uzyskać dostęp do warstw, dotykasz symbolu warstwy, a na rozwijanej liście pojawiają się warstwy zawarte na mapie. Możesz zrobić zdjęcie, dotykając ikony aparatu na górnym pasku narzędzi, a następnie wycelować i kliknąć. Po zakończeniu pracy kliknij przycisk Prześlij. Wszystko zostanie zaktualizowane i bezpiecznie zapisane w usłudze ArcGIS Online. Nie da się ukryć, że aplikacja Collector jest bardzo łatwa w użyciu.

Mimo że aplikacja Collector jest dobrze przemyślana, nadal miałem dwa poważne zastrzeżenia: łączność i dokładność. Powiat Athens w południowo-wschodnim Ohio nie jest miejscem, które można by nazwać kwitnącą metropolią telefonii komórkowej. Jasne, przy głównych drogach mogą istnieć dane o połączeniach infrastruktury, ale my jesteśmy wiejskim okręgiem wodociągowym. Obsługujemy prawie 7000 odbiorców rozmieszczonych na 500 milach linii wodociągowej w czterech powiatach. Mamy wodociągi w miejscach, w przypadku których nie można sobie wyobrazić, że ktoś odważy się pojechać tam koparką. Mamy wiele mil wodociągów, które nie są w pobliżu miejsc dostępnych połączeń infrastruktury. Jeśli aplikacja Collector miała pracować dla nas, musieliśmy mieć możliwość wykonywania pracy bez łączności — w trybie offline. Po przeszukaniu społeczności internetowych wiedziałem, że firma Esri pracuje nad tą funkcją, ale nie wiedziałem, jak będzie ona działać. Obawiałem się, że proces przechodzenia w tryb offline będzie zbyt specjalistyczny dla naszych pracowników. Nie mogło to być coś, co wymagałoby ode mnie konfiguracji za każdym razem, gdy ktoś wybierał się w rejon, gdzie nie ma usług transmisji danych. Wydając aktualizację aplikacji Collector, która umożliwiła pracę w trybie offline, firma Esri nie mogła stworzyć lepszego rozwiązania. Był to w zasadzie proces dwuetapowy. Raz pokazałem naszym pracownikom, jak korzystać z tej funkcji i od tamtej pory nikt nie musiał prosić o pomoc.

Moim ostatnim zmartwieniem była dokładność. Bardzo podobało nam się wszystko, co dotyczyło używania iPada z aplikacją Collector. Mieliśmy gotowe do pracy w terenie narzędzie i aplikację o możliwościach znacznie przewyższających urządzenia ręczne, których używaliśmy w poprzednich latach. Nasi pracownicy mogli teraz odbierać pocztę, sprawdzać warunki pogodowe i otrzymywać alerty pogodowe, wysyłać zdjęcia z terenu do biura oraz korzystać z innych aplikacji. Ponadto, kiedy połączenie danych jest dostępne, nie ma to jak zbieranie danych w czasie rzeczywistym. Użytkownik klika przycisk Prześlij i nagle na mapie pojawia się zawór, na który patrzę w biurze. To spektakularne rozwiązanie. Ale nawet przy tych wszystkich zaletach, jeśli nie uda nam się osiągnąć takiego poziomu dokładności, który pozwoli nam zlokalizować ten zawór lub tę linię wodociągową miesiąc lub pięć lat później, to wszystko pójdzie na marne, bo o to właśnie chodzi: o zlokalizowanie zasobu i możliwość powrotu do niego na podstawie danych GPS. Od początku wiedzieliśmy, że będziemy potrzebować zewnętrznego odbiornika GPS i nie będzie to tani zakup. Po dokładnym zapoznaniu się ze specyfikacją wybraliśmy model Arrow 100 zapewniający dokładność poniżej metra. Przed zakupem wypożyczyliśmy odbiornik na kilka dni, aby przetestować go z aplikacją Collector i iPadem. Trzy cechy, które przekonały nas do Arrow 100, to: certyfikat Apple na współpracę z iPadem; transmisja Bluetooth klasy 1 (większy zasięg połączenia); oraz poza usługą korekcji, którą zapewnia odbiornik, możliwość połączenia z siecią RTK Departamentu Transportu Ohio (ODOT) i uzyskania bardzo wysokiej dokładności. W połączeniu z szybkością, z jaką odbiornik łączył się z satelitami (<60 sekund) i jego bardzo szybką reakcją na zbieranie punktów, poczułem, że wreszcie mamy ostatni element naszej układanki. Skończyły się czasy czekania 30 sekund na zdobycie punktu. Punkty są teraz gromadzone tak szybko, jak szybko potrafisz klikać przyciski.

Wydanie przez Esri wersji Collector 10.4, która zawierała obsługę zewnętrznych odbiorników o wysokiej dokładności, nadało ostateczny szlif i tak już wspaniałej aplikacji. Metadane mogły być teraz przechwytywane i przekazywane do tabeli atrybutów. Możliwość sprawdzenia i zapisania dokładności danych dotyczących każdego obiektu buduje zaufanie do procesu i personelu. Umożliwia również sprawdzenie działania sprzętu. Jeśli poziom dokładności wydaje się zaniżony i przyjrzysz się dokładnie punktom na mapie, być może zauważysz duży drzewostan sosnowy, który zakłócał sygnał — lub jeśli zamiast tego punkty znajdują się na rozległym polu, będziesz wiedzieć, że nadszedł czas na sprawdzenie sprzętu.

Inną cenną cechą jest ustawienie profilu korekcyjnego, który umożliwia transformowanie układu odniesienia. Wiele powiatów i stanów ma dane w układzie współrzędnych płaskich. Tutaj, w Ohio, nasz Departament Transportu ma usługę korekcji ustawioną na NAD83. Aby użyć jej poprawnie, muszę transformować układ odniesienia, aby upewnić się, że wszystko pasuje. Kiedy już to ustawisz, korekcje będą wprowadzane na bieżąco. Dzięki temu można uzyskać bardzo dużą dokładność zbierania danych.

Na koniec chciałbym wspomnieć o budżecie. Każdy ma swój budżet, którego chciałby się trzymać. Bardzo łatwo jest wydać niebotyczne sumy pieniędzy na elementy związane z systemami GIS i GPS. Nie chciałem wydawać dużej sumy pieniędzy na zewnętrzny odbiornik tylko po to, aby stał na półce, tak jak dwa pozostałe urządzenia ręczne. Byliśmy więc ostrożni i poruszaliśmy się powoli. Wierzę, że w końcu udało nam się stworzyć naprawdę dobre rozwiązanie terenowe przy całkiem przyzwoitym budżecie. Mogliśmy wydać trzy razy więcej na odbiornik, który miał mieć wydajność poniżej stopy, ale uznałem, że osiągając dokładność 8 cm online i pół metra (w najgorszym przypadku) w trybie offline, jesteśmy w dobrej sytuacji. Szukamy skrzynki z zaworami o średnicy około 9 cali, pokrywy studzienki na liczniki o średnicy 16 cali lub rowu na linię wodociągową o szerokości co najmniej 2 stóp. Jeśli nie możemy znaleźć któregoś z tych obiektów, to znaczy, że coś jest nie tak z szukającym.

Ostatecznie zainwestowaliśmy około 3700 dolarów. Mieliśmy roczną subskrypcję na aplikację ArcGIS for Desktop Basic, która dawała nam jedno bezpłatne konto ArcGIS Online. Użyliśmy tego konta do wstępnego przetestowania i skonfigurowania naszych map online. Od tego czasu nabyliśmy pięciostanowiskową licencję na usługę ArcGIS Online, dzięki czemu możemy rozmieścić wiele iPadów w terenie i umożliwić pracownikom biura korzystanie z naszych map online. Piękno usługi ArcGIS Online polega na tym, że wszystkie Twoje mapy są dostępne dla każdego w instytucji.

Jesteśmy zachwyceni tym całym przejściem na nowe rozwiązanie terenowe. Dzięki obsłudze zewnętrznego systemu GNSS aplikacja Collector ułatwiła nam ten etap. Jeśli inne przedsiębiorstwa wodociągowe rozważają pójście w kierunku podobnym do naszego, zachęcam je do tego. Jako członek Stowarzyszenia Wodociągów Wiejskich w Ohio wiem, że jest wiele małych zakładów wodociągowych i wiosek, które nie mają pojęcia, od czego zacząć pracę z systemem GIS. Może to być przytłaczające i kosztowne. Ale posłuchaj kogoś, kto nie zna się na systemie GIS — to na pewno da się zrobić, nawet przy ograniczonym budżecie. Nie musisz od razu kupować zewnętrznego odbiornika GNSS. Po prostu zacznij od tabletu za 400 lub 500 dolarów, pobierz aplikację Collector i zobacz, co możesz z tym zrobić. Nie musisz wydawać tysięcy dolarów na konsultantów. Nie musisz się też martwić o przechowywanie i tworzenie kopii zapasowych swoich danych. Wszystko jest na swoim miejscu. Wszystkie narzędzia są do Twojej dyspozycji. Musisz tylko zrobić pierwszy krok.

Opracowanie: Travis Anderson — Inżynier Okręgowy, Okręg wodny Le-Ax