Сельский водохозяйственный район добивается высокой точности в рамках бюджета

Автор: Трэвис Андерсон - окружной инженер, Водный округ Ле-Акс

Когда я поступил на работу в Le-Ax Water District, сотрудники только что закончили первоначальный сбор точек GPS на всех наземных объектах. Благодаря тому, что Институт местного самоуправления и развития сельских районов Университета Огайо (ILGARD) предоставил технические ресурсы, Le-Ax наконец-то собрала воедино все части системы и получила функционирующую ГИС. С этого момента ответственность за ее поддержание лежала на нас.

Дальнейшая задача по сбору точек GPS была возложена на команду по обслуживанию объектов. Поскольку они отвечали за установку кранов, счетчиков и задвижек, а также за ремонт и содержание линий, было наиболее разумно, чтобы эта команда собирала данные о местоположении активов. Периодически я брал у персонала портативное устройство GPS и вводил новые точки в ArcMap. Рабочий процесс казался довольно простым, но вскоре стало очевидно, что этот переход к ведению ГИС в компании не будет быстрым и легким.

Двумя основными проблемами, которые проявились, были ограниченные технические знания персонала об оборудовании/программном обеспечении и количество времени, необходимое портативному устройству для достижения нужной точности измерений. Первая проблема была исправлена путем создания специальных шпаргалок для персонала. Если эта краткая инструкция не позволяла быстро получить ответ на возникший вопрос или освежить память работника, телефонный звонок обычно решал проблему. А вторая проблема стала гораздо более спорным моментом. Когда бригада будет готова к закрытию отремонтированного оборудования, человек, ответственный за сбор точек, будет вынужден ожидать некоторое время, пока портативное устройство GPS достигнет требуемой точности. Иногда такое измерение занимало 20 секунд, иногда -- минуты. Это стало действительно неприятным моментом для всех.

Le-Ax работал с портативными компьютерами, но это был непродуктивный период для нашей ГИС. Мы потеряли поддержку со стороны персонала. Это происходило примерно в то же время, когда популярность приложений стремительно росла, и каждый получал смартфон. В поисках предложений на рынке я наткнулся на простое мобильное приложение, которое использовало шейп-файлы, проецируя их на фоновый аэрофотоснимок. А внутренний GPS телефона показывал местоположение. Это было недостаточно точно, и было нелегко получить координаты, но это реально работало. Когда я показал это приложение сотрудникам, отношение всех к ГИС изменилось в лучшую сторону. Это был решающий момент принятия и понимания для Le-Ax. Мы предоставили полезный инструмент в руки каждого, все им пользовались, и это не стоило ни копейки.

LeAx определенно находилась в переходной точке процесса сбора полевых данных. И когда был выпущен Collector для ArcGIS, я осознал, что это будет нашим следующим шагом к использованию iPad в полевых условиях — мне просто нужно было выяснить, как использовать это приложение. До прихода в Le-ax я мало что знал о ГИС. Все, чему я научился, было результатом самоподготовки. Большая часть моих знаний была почерпнута из онлайн-сообществ Esri. Поиск на веб-сайте Esri выявил множество диалогов между пользователями и сотрудниками службы поддержки Esri, которые ответили на многие из моих вопросов. Онлайн-учебники для Collector содержат рекомендации по созданию карт и обеспечению их доступности в этом приложении. Все это было очень просто выяснить. Оставшимся кусочком головоломки для полной реализации Collector была подписка на ArcGIS Online. Поскольку у нас уже было лицензия ArcGIS for Desktop Basic и годовая подписка на техническое обслуживание, Esri предоставила нам одну бесплатную учетную запись ArcGIS Online. Прочитав об основных моментах создания онлайн-карт и обмена ими в организации, я начал загружать наши слои и воссоздавать нашу настольную ГИС в облаке ArcGIS Online. После того, как я понял общую концепцию, мне потребовалось около 30 минут, чтобы воссоздать нашу настольную ГИС в виде онлайн-версии.

Как только я создал карту, мы смогли протестировать функциональность приложения Collector на нашем iPad. Как приложение для конкретной области сбора данных в поле, Collector похож на прежний ArcPad, но проще в использовании. Он очень интуитивно понятен. Синий круг показывает местоположение GPS-приемника, а в верхней части находится очень функциональная панель инструментов. Чтобы получить доступ к слоям, вы нажимаете на символ слоя, и в раскрывающемся списке отображаются слои, содержащиеся на карте. Вы можете сделать снимок, нажав на значок камеры на верхней панели инструментов, затем наведите курсор и щелкните. После того, как вы закончили, нажмите кнопку Отправить. Все будет обновляться и безопасно храниться в ArcGIS Online. Я не могу не подчеркнуть, насколько прост Collector в использовании.

Но каким бы хорошо продуманным ни был сам Collector, у меня все еще были две основные проблемы: подключение и точность. Округ Атенс, расположенный на юго-востоке штата Огайо, нельзя назвать бурно развивающимся мегаполисом с активной сотовой связью. Конечно, вдоль основных магистралей у вас может быть подключение к сети для передачи данных, но в целом мы -- сельский водный район. Мы обслуживаем почти 7000 клиентских кранов, расположенных на водопроводных сетях протяженностью более 500 миль в четырех округах. У нас есть водопроводы в таких местах, где невозможно представить, чтобы у кого-то хватило смелости управлять негусеничной техникой. И у нас есть много миль водопроводных линий, около которых отсутствует связь для передачи данных. Поэтому нам требовалась возможность использовать приложение Collector для работы без подключения к сети—в режиме офлайн. Поискав информацию в онлайн-сообществах, я узнал, что Esri намерена добавить эту возможность, но я не знал, как она будет функционировать. Я беспокоился, что процесс перехода в автономный режим будет непростым для его использования нашими сотрудниками. Это не должно быть чем-то таким, что пришлось бы настраивать каждый раз, когда кто-то отправлялся в район, где не было сервиса по передаче данных. С выпуском обновления приложения Collector, которое предоставило возможность работы в автономном режиме, выяснилось, что Esri смогла создать отличное решение. По сути, это был простой двухэтапный процесс. Однажды я показал нашим сотрудникам, как использовать эту функцию, и с тех пор никому не приходилось обращаться за помощью.

Моей заключительной заботой была точность. В принципе, нам понравилось все, что связано с использованием iPad с приложением Collector. У нас был готовый к работе инструмент и приложение с возможностями, которые намного превосходили карманные компьютеры, которые мы использовали в предыдущие годы. Наши сотрудники теперь могли общаться по электронной почте, проверять погодные условия и получать оповещения о погоде, отправлять фотографии обратно в офис с места событий и использовать другие приложения. Кроме того, когда доступно подключение для передачи данных, нет ничего лучше сбора данных в режиме реального времени. Пользователь нажимает кнопку Отправки, и внезапно появляется вентиль на карте, на которую я смотрю в своем офисе. Это довольно впечатляюще. Но даже при всех этих преимуществах, если бы мы не смогли достичь уровня точности, который позволил бы нам определить местоположение этого вентиля или этой трубы через месяц или через пять лет, тогда все это было бы напрасно — потому что это то, о чем идет речь: определение местоположения актива, а затем возможность вернуться к этому активу на основе данных GPS. С самого начала мы знали, что нам понадобится внешний GPS-приемник, и это будет недешевая покупка. После тщательного изучения технических характеристик мы выбрали производительность устройства Arrow 100 в субметровом диапазоне. Перед окончательной закупкой мы фактически арендовали приемник на пару дней, чтобы протестировать его работу с Collector и iPad. Три момента, которые помогли нам приобрести Arrow 100, заключались в том, что он был сертифицирован Apple для работы с iPad; у него была передача данных по Bluetooth класса 1 (большая дальность подключения); и помимо сервиса коррекции, которую предоставляет приемник, он мог подключаться к Департаменту транспорта штата Огайо (ODOT) в режиме реального времени по кинематической сети (RTK) обеспечивать очень высокую точность измерений. С учетом высокой скорости, с которой приемник подключался к спутникам (< 60 секунд), и его очень быстрой реакцией на захват точек, я почувствовал, что у нас наконец-то есть последний фрагмент нашей головоломки. Дни ожидания 30-секундной реакции для получения координат точек закончились. Они теперь поступают со скоростью, сопоставимой с временем нажатия на кнопки.

Esri выпустила Collector 10.4, который включал поддержку высокоточных внешних приемников, внесла завершающие штрихи в и без того отличное приложение. Теперь и метаданные можно было захватывать и передавать в таблицу атрибутов. Возможность видеть и вести учет точности данных по каждому объекту повышает уверенность в правильности принятого процесса и эффективности персонала. Это также позволяет вам проверять работоспособность и производительность оборудования. Если уровень точности кажется недостаточным, и вы внимательно смотрите на точки на карте, возможно, вы заметите большой сосновый бор, который мешает сигналу, или если, вместо этого, точки находятся в широком открытом поле, вы будете знать, что пришло время проверить оборудование.

Другой ценной функцией, которая оказалась весьма полезной, была настройка профиля коррекции, позволяющая выполнять преобразования исходных данных. Многие страны и штаты имеют свои данные в Государственной системе плановых координат. Здесь, в Огайо, у нашего министерства транспорта есть свой сервис коррекции, созданный на NAD83. Для гарантии корректного использования мне нужно преобразовать данные, чтобы убедиться, что все совпадает. Как только вы это настроите, исправления будут вноситься на лету. Это позволяет добиться очень высокой точности сбора данных.

В качестве последнего соображения, я бы хотел упомянуть кое-что о бюджете. У каждого есть бюджет, которого он хотел бы придерживаться. И очень легко потратить непомерную сумму денег на вещи, связанные с ГИС и GPS. Я не хотел тратить большую сумму денег на внешний приемник только для того, чтобы он стоял на полке, как два других портативных устройства. Поэтому мы были осторожны и двигались к цели достаточно неспешно. И я считаю, что в конце концов мы собрали действительно хорошее полевое решение с довольно достойным бюджетом. Мы могли бы потратить в три раза больше на приемник, который должен был иметь производительность ниже фута, но я чувствовал, что, собирая данные с точностью в 8 см онлайн и в полметра (в худшем случае) в автономном режиме, мы оказались в хорошем положении. Мы ищем такие объекты, как клапанная коробка размером около 9 дюймов в поперечнике, крышка колодца для счетчика размером 16 дюймов в поперечнике или траншея для водопровода шириной не менее 2 футов. Если мы не можем найти ни одного из них, значит, что-то не так с человеческим локатором.

В итоге мы изначально вложили около 3700 долларов. У нас действительно была годовая подписка на техническое обслуживание нашей версии ArcGIS for Desktop Basic, которая предоставляла нам одну бесплатную учетную запись в ArcGIS Online. Мы использовали эту учетную запись для первоначального тестирования и настройки наших онлайн-карт. С тех пор мы приобрели лицензию на пять мест для ArcGIS Online, поэтому мы можем развернуть несколько iPad в полевых условиях и позволить офисному персоналу пользоваться преимуществами наших онлайн-карт. Прелесть ArcGIS Online заключается в том, что все ваши карты доступны любому сотруднику организации.

Мы были в восторге от всего нашего перехода на это новое полевое решение. Благодаря внешней поддержке GNSS, Collector очень упростил нам этот шаг. Если есть другие водоканалы, планирующие двигаться в направлении, подобном нашему, я бы посоветовал им побыстрее сделать это. Будучи членом Ассоциации сельского водоснабжения штата Огайо, я знаю, что есть много небольших водоканалов и поселков, которые понятия не имеют, с чего начать работу в ГИС. Это может показаться непосильным и дорогостоящим делом. Но поверьте тому, у кого так же не было опыта работы с ГИС — это определенно можно сделать, даже с весьма ограниченным бюджетом. Вам не нужно забегать вперед и сразу приобретать внешний GNSS-приемник. Просто начните с планшета стоимостью 400 или 500 долларов, скачайте Collector и посмотрите, что вы можете с ним сделать полезного. Вам не нужно тратить тысячи долларов на консультантов. И вам не нужно беспокоиться о хранении и резервном копировании ваших данных. Все уже имеется на своих местах. Все инструменты доступны для вашего использования. Вам просто нужно сделать первый шаг.

Автор: Трэвис Андерсон - Окружной инженер, водопроводная компания Le-Ax Water District.