שימו את התשתיות שלכם על המפה מבוא למודל ה-Utility Network החדש

מודל ה-Utility Network מהווה קפיצת מדרגה משמעותית ביכולות הארגון לתעד את רשתות התשתית שבאחריותו: רשתות חשמל, צנרת (מים, דלק …) ותקשורת. המודל החדש מאפשר רמת תיעוד מפורטת ביותר ויחד אתה פונקציונליות מרשימה בהיבטי התשאול והניתוח של המידע הרשתי.

רשתות תשתית במערכת GIS

רשתות תשתית הנו מודל הנתונים המשמש במערכת GIS לתיעוד פריטי הרשת והקישוריות הרשתית ביניהם. הקישוריות מתעדת אילו פריטי צומת (מגוף, ארון תקשורת, שנאי) מצויים בנקודת ההתחלה ובנקודת הקצה של קווי החיבור בין הצמתים (צינור, כבל תקשורת / חשמל).  הקישוריות היא הבסיס לפעולת הניתוח הבסיסית ביותר בכל רשת:  עקיבה (Network Trace). במערכת ArcGIS קיימים שני מודלים לתיעוד רשתות תשתית: מודל ה Geometric Network הישן שקיים החל מהגרסה הראשונה של ArcMap, ומודל ה Utility Network החדש בו עוסק מאמר זה.

מודל ה Geometric Network (שכאמור נמצא אתנו מגרסת ArcMap הראשונה – כבר 25 שנה !) שימש אמנם במערכות GIS רבות לניהול מגוון נתוני תשתית, אך סבל ממספר מגבלות שהקשו על העבודה וביניהם  מגבלות בהתמודדות עם כמות Data גדולה, לא התאפשר קישור מובנה ליישויות תומכות-תשתית (תעלות, גובים, עמודים), קישוריות הרשת נוצרת אך ורק על ידי נגיעה פיזית של צומת בקו ועוד. בנוסף, העריכה התבצעה רק מיישום ה Desktop (ArcMap) – ובמערכת GIS מודרנית הכוונה היא להעביר את עיקר העבודה ל Web Services.

עקב כך, התקבלה החלטה ב Esri שלא לתמוך במודל הישן ב ArcGIS Pro, ולפתח במקומו מודל חליפי ש"יתקן" את כל המגבלות שהתקיימו במודל הישן. המודל החדש נבנה עם יכולת פירוט מכסימלית שתאפשר לחברות תשתית להשתמש ב GIS כ Digital Twin אמיתי של הרשת שלהם, תוך תמיכה בכל תהליכי הניתוח הנדרשים ובגישה לנתונים (דרך Web Services מכל סוג של Device, דרך יישומי Desktop, Mobile, Web.

ניתן לסכום את ההבדלים בין שני המודלים לפי הפרמטרים הבאים (שיוסברו בהרחבה בהמשך):

מודל הנתונים של Utility Network

כחלק מהתפיסה של מערכת GIS מודרנית, נבנה מודל ה Utility Network כך שיוכל להכיל את מירב ההגדרות והחוקים בבסיס הנתונים כחלק מהגדרת המודל – וכך לאכוף את החוקיות הזאת על כל היישומים שעושים שימוש במודל ולהמנע מהצורך בפיתוח פונקציונליות אכיפה ובקרה ביישומי הקצה.

בבסיסו של המודל עומדת חלוקה של שכבות הרשת למספר Networks.

בכל Utility Network יתקיים Structure Network  אחד, ולצדו אחד או יותר Domain Networks. ברשת חשמל, יהיה זה Electric Network עבור רשת החשמל וברשת מים של תאגיד עירוני יוכלו להתקיים שלושה Domain Networks עבור רשת חלוקת מים, רשת איסוף ביוב, ורשת ניקוז.

ה Structure Network נועד לתיעוד יישויות הבסיס הנושאות את יישויות הרשת. ברשת עילית אלה יהיו למשל נקודות עמוד, וברשת תת-קרקעית יהיו נקודות גוב וקווי תוואי תעלה המקשרים ביניהם. גם מתחמים כגון תחנות שאיבה או מבנה מרכזת יכולים להיות חלק מה Structure Network.

ה- Structure Network מכיל תמיד שלוש שכבות בדיוק: StructureLine, StructureJunction, StructureBoundary. בתוכן נוכל למדל את סוגי הפריטים השונים כ Asset groups – המהווים תחליף לשכבות במודל הנתונים הישן – לדוגמא:

• StructureLine
  • Asset groups: Trench, Conduit, Duct…

• StructureJunction
  • Asset groups: Poles, Tower, Manholes, Pad…

• StructureBoundary
  • Asset groups: Substation, Bay, Vault…

גם ב- Domain Network יש שכבות מוגדרות מראש – 4 במקרה זה: Line, Device, Junction, Assebmly. שמן של השכבות ייגזר משם ה Domain Network ואת ההפרדה הנושאית שבעבר היינו מגדירים כשכבות נפרדות, נגדיר עתה באמצעות Asset groups בתוך השכבות האלו – לדוגמא (עבור רשת חשמל בשם Electric):

• ElectricLine
  • Asset groups: High Voltage, Medium Voltage, Low Voltage…

• ElectricDevice
  • Asset groups: Fuse, Switch, Transformer…

• ElectricJunction
  • Asset groups: Riser, Ground, Connection Point…

• ElectricAssembly
  • Asset groups: Transformer Bank, CircuitBreaker Bank…

Network Tiers & Subnetworks

ה Domain Networks מחולקות ל Tiers. כל Tier מגדיר אוסף של פריטים המהווים חלק לוגי מכלל המידע המנוהל על ידי הרשת, ומופרד מחלקים לוגיים אחרים באמצעות יישויות מובחנות המהוות את נקודות החיץ בין ה Tiers. ברשת מים Tiers יכולים להתייחס לאזורי לחץ המופרדים ע"י וסתי לחץ, וברשת חשמל Tiers יכולים להתייחס לאזורי מתח שונים המפורדים ע"י שנאים.

בתוך כל אחד מה Tiers, הרשת מחולקת ל Subnetworks בהתאם לרכיבים המוגדרים כ subnetwork controllers ומהווים "קודקודים" של תת-אזור ברשת. ברשת חשמל למש יהיו אלו מפסקי זרם ביציאות מתחמ"ש שיתפקדו כ subnetwork controllers עבור אזורי המשנה (subnetworks) של Tier המתח הגבוה, ונתיכי אספקה מתח נמוך יהיו ה subnetwork controllers עבור ה Tier של המתח הנמוך.

כאשר פריטי רשת עוברים עריכה או נקלטים אל הרשת, מאפיין ה subnetwork שלהם מתאכלס אוטומטית וכך ניתן לשנות את סימבולוגיית הפריטים להתבססות על מאפיין זה, ולהציג את ה subnetworks השונים – מזיני מתח גבוה, אזורי אספקה מתח נמוך וכו'

קישורים – Associations

מודל ה Utility Network מאפשר הגדרה של שלושה סוגי קישורים – Associations – בין פריטי הרשת, כאשר לכל אחד מסוגי הקישורים ניתן גם להגדיר "חוקי תקינות" המגדירים אילו Associations בין אילו סוגי פריטים יהיו מותרים – ואילו ייחשבו כהפרת חוקים.

Connectivity Associations & Rules: חוקי Connectivity הם אלו המגדירים לאילו פריטי רשת קוויים ונקודתיים מותר להתחבר זה לזה. שלא כמו במודל ה Geometric Network, כאן ניתן להגדיר קישור בין נקודה לנקודה גם בלי שיתקיים ביניהן קו מקשר. חוקי הקישוריות מתייחסים גם לחיבורי נקודה לקו וגם לחיבורי נקודה לנקודה

Containment Associations & Rules: חוקי Containment מגדירים את הקשרים בין יישויות Structure המוגדרות כ Containers (למשל תחנת שאיבה או בניין מרכזת) לפריטי ה Domain network שבתוכן (כגון משאבה ומגוף בתחנת שאיבה, תיבת חיבורים וארון במרכזת).

Structural Associations & Rules: חוקי Structural attachment מגדירים את הקשר בין קווי ונקודות Structure לפריטי ה Domain Network המוכלים בתוכם או נישאים עליהם, כגון קו מתח עילי לעמוד, או קו תקשורת תת-קרקעי לתעלה בתוכה הוא עובר.

עקיבות ברשת – Trace

ניתוחי עקיבה ברשת (Trace) הנם הפונקציונליות החשובה ביותר שניתן לקבל ממודל רשתות תשתית במערכת GIS. למעשה, ניתן לקבוע כי הצורך בניתוחי עקיבה הנו "הקו המבחין" בין ארגונים שיש להם צורך במודל רשת תשתית במערכת ה GIS שלהם לכאלו שלא.

דוגמאות אפשריות לניתוחי עקיבה:

• איתור כל המונים הנמצאים במורד הזרם (כלומר מקבלים אספקת חשמל) מנקודת שנאי מסויימת ברשת חשמל.
• איתור המגופים אותם יש לסגור על מנת לבודד מלחץ נקודה ברשת מים ("מגופים שולטים").
• איתור נתיב תקשורת המחבר בין ארון במרכזת לארון סעף אופטי במבנה ברשת תקשורת.

יכולות העקיבה במודל ה Utility Network הנן משוכללות מאד – הרבה יותר מהיכולות שהיו קיימות במודל ה Geometric Network, ומאפשרות הגדרות רבות המסייעות בקבלת תוצאות עקיבה מדויקות בהתאם לנדרש.

כל סוגי העקיבות ב Utility Network מתבצעות באמצעות כלי Geoprocessing אחד – Trace – שכולל אפשרויות רבות שאת חלקן נסקור כאן.

• סימון האפשרות Include Containers – יכלול בתוצאות העקיבה גם יישויות Structure המקיימות containment association עם יישויות הרשת. למשל – עקיבה במורד רשת הביוב, תחזיר גם את פוליגון מתקן הטיהור בו מוכלות יישויות הקצה.
• סימון האפשרות Include Structures – יכלול בתוצאות העקיבה גם יישויות Structure המקיימות Structural Association עם יישויות הרשת. למשל – עקיבה לאיתור נתיב הזנה ברשת החשמל תחזיר גם את התעלות והעמודים הקשורים לכבלי הנתיב המאותר.
• הגדרת Network Attribute Filter – תעקבו רק אחרי נתיב של יישויות העונות לתנאי – כגון רק צינורות בקוטר מסויים או רק עמודים בגובה מסויים.
• הגדרת Function – תצרף לתוצאות העקיבה סיכומים סטטיסטיים על כלל היישויות הנעקבות – כגון סה"כ מרחק צנרת בנתיב או מהו הצינור הישן ביותר.
• הגדרת Terminators – תגדיר באילו יישויות תעצור העקיבה – למשל עקיבה ברשת החשמל שלא תמשיך מעבר ליישויות מפסק.
• הגדרת Output Filter – תסנן מתוצאות העקיבה יישויות שלא עונות לתנאי המוגדר.

כאמור – מדובר בהגדרות רבות, ולכן – אם הגענו להגדרה מפורטת שכוללת את כל מה שצריך כדי שנקבל בדיוק את התוצאה המבוקשת, נרצה לשמור אותה לשימוש חוזר. הדבר ניתן לבצוע ע"י שמירת ההגדרות של פעולת עקיבה בתור Stored trace configuration – הניתן לשימוש חוזר הן מתוך Pro

והן מתוך פקד העקיבה הייעודי במחולל היישומים Experience Builder.

דיאגרמות סכמטיות

במודל ה Geometric Network היה ניתן ליצור דיאגרמות סכמטיות או גיאו-סכמטיות של הרשת כולה או חלקים נבחרים ממנה באמצעות תוסף ה ArcGIS Schematics. במודל ה Utility Network אין צורך בתוסף – האפשרות להגדרת תבנית דיאגרמות, יצירתן וצפייה בהן – הנה חלק מובנה מהיכולות.

המוצר מכיל סט בסיסי של אלגוריתמים ל"הפשטה מרחבית" המאפשרים הסטת מיקום גיאוגרפי של יישויות הרשת לקבלת דיאגרמה גיאו-סכמטית או סכמטית לחלוטין (כגון עץ-הזנה).

תלת-ממד ורשתות תשתית

מודל ה Utility Network מאפשר מידול של סיגמנטים אנכיים לחלוטין ברשת (כלומר שנקודות ההתחלה והסיום נבדלות רק בערך הגובה). יכולת זו – שלא היתה קיימת במודל הישן – הנה רבת חשיבות לתיעוד מפורט של רשתות חלוקה, למשל לצורך מידול של סיגמנטים בבית משותף העולים מקומת הקרקע לדירות בכל הקומות.

התחלת העבודה עם Utility Network

כפי שראינו, מדובר במודל מורכב עם אפשרויות רבות להגדרת מבנה. ניתן להתחיל את תכנונו "From Scratch" אבל לפעמים יהיה פשוט יותר להתחיל מתבנית מודל קיימת המכילה סט מוצע של Asset Groups וחוקים – ולהסיר ממנה את החלקים שאינם נחוצים לנו. לשם כך מציעה Esri סדרה של מודלים מוכנים לשימוש דרך אתר ה ArcGIS Solutions. תמצאו שם פתרונות מוכנים הכוללים מודל רשת מלא עבור רשתות מים, ביוב, ניקוז, צנרת אנרגיה, חשמל ותקשורת.

רישוי משתמשים לעבודה עם ה Utility Network

חשוב להדגיש כי נכון להיום מימוש Utility Network אינו אפשרי מעל ArcGIS Online – ומחייב פורטל מקומי מבוסס ArcGIS Enterprise.

מאחר וכלל העבודה עם ה Utility Network מבוססת פורטל – גם רישוי המשתמשים מבוסס על Portal Named Users. צפייה וניתוח של הרשת (כולל פעולות עקיבה ואף פתיחת דיאגרמות רשת מוכנות) אינה מצריכה רישוי כלשהו, אולם לצורך עריכת הרשת והגדרתה נדרש המשתמש להיות מחובר לפורטל דרך Named User שהוקצה לו User Type Extension בשם Advanced Editing.

ה User Type Extension הזה מגיע כחלק מ Pro ברמות הרישוי הגבוהות (Standard / Advanced – או בשמן החדש – החל מפורטל 11.4 – Professional / Professional Plus). אם מעוניינים שמשתמש "נמוך" יותר ישתמש ביכולות (למשל עובד שטח שרוצה לערוך את נתוני הרת מתוך אפליקציית Field Maps) – ניתן לרכוש את ה Extension עבור משתמשים אלו.

פתרונות משלימים מעל ה Utility Network

ניתן בהחלט לעבוד עם מודל ה utility Network באמצעות מוצרי המדף בלבד וללא כל פתרון משלים. כל הכלים והיכולות נמצאים שם וזמינים לשימוש. עם זאת, מאחר ומדובר במודל מורכב עם אפשרויות רבות, חברות תשתית יכולות להעדיף להשתמש בו דרך פתרון משלים – וקיימים פתרונות רבים כאלו מצד Business Partners שונים של חברת Esri.

דוגמא לפתרון משלים כזה הוא מערכת ArcFM של חברת Schneider Electric. מערכת זו כוללת גם תוסף משלים ל ArcGIS Pro בשם ArcFM Editor המוסיף כלי עזר רבים לעריכת הרשת, וגם יישום צפיין משוכלל בשם ArcFM Web המאפשר יכולות רבות מעבר למחוללי היישומים המובנים בפורטל.

גם אנחנו בסיסטמטיקס פיתחנו פתרון משלים כזה עבור תאגידי המים והביוב המוניציפלים בישראל – הכולל מודל נתונים שעיבדנו במיוחד לצרכי תאגידים כאלו וכן יישום תשאול ועיבוד מידע ייחודי עבורם.

היישום כולל פונקציות עזר רבות המקלות את העבודה עם המודל הרשתי לעובדי התאגידים:

• ניהול כולל של הרשת – צינורות, מגופים, תחנות שאיבה, שוחות, מדים ומרכיבים נוספים
• איתור תקלות וניתוח השפעות – זיהוי דליפות, חסימות והשפעת סגירת שסתומים על אזורים מחוברים
• ניתוח הידראולי וזרימת מים – איתור לחץ נמוך/גבוה ותכנון אופטימלי של הזרימה
• תחזוקה מונעת – חיזוי תקלות על בסיס נתונים היסטוריים וחיבור לחיישני IoT
• דיוק גיאוגרפי ותלת-ממד (3D)- ניהול תשתיות תת-קרקעיות עם מיפוי מרחבי מדויק
• תהליכי עבודה ואוטומציה – עדכונים מהשטח בזמן אמת באמצעות אפליקצייה ייעודית, הצגת קבצי As-made על גבי המפה
• שקיפות ודיווח – הפקת דוחות ייעודיים לרשות המים ובעלי עניין, דיווח ללקוחות ומפות אינטראקטיביות על תקלות והשבתות
• תכנון עתידי של הרשת – תמיכה בהרחבת רשת בצורה אופטימלית על בסיס צרכים עתידיים

סיכום

מודל ה-Utility Network מאפשר לחברות וארגוני תשתית (למשל: מים, צנרת ותקשורת) ליצור Digital Twin מפורט ומדוייק של רשת התשתית שלהם, המבוסס על טכנולוגיה וארכיטקטורה עדכניים. המודל מאפשר לכלל עובדי הארגון גישה מהירה ונוחה לנתוני הרשת לצרכי תשאול ועריכה.

תהליך הסבת המידע אל ה Utility Network – בין אם המידע מגיע ממודל ה Geometric Network הישן או מקבצי CAD או מקורות אחרים – אינו טרוויאלי ומחייב ניתוח מקדים וביצוע מדויק.

אנחנו בסיסטמטיקס מתמחים בנושא ונוכל לסייע לכם ככל הנדרש.

בסיום התהליך יהיה לארגון תיעוד טוב בהרבה מכל הבחינות (דיוק, נגישות, יכולות ניתוח) לצרכי ניהול רשת התשתית.

מקורות מידע נוספים

• ArcGIS Utility Network – Network Data Model in GIS  
• Best Practices: Publishing Utility Network Service – Esri Community  
• Exploring the ArcGIS Utility Network Trace Framework  
• What is a utility network?—ArcGIS Pro | Documentation  
• Helpful Utility Network Links  
• Utility Network Management  
• Utility Network Technical FAQ – Esri Community  
• Why Utility Network?  
• Working with Utility Networks in ArcGIS – Class Re… – Esri Community  
• An ArcGIS Utility Network Reading List – Electric Utilities – Industry Blogs  
• Understanding the Differences Between Utility Network Maps  
• What's New for the ArcGIS Utility Network with the 2024 Network Management Release  
• Reference Architecture for a Utility's Network Management System | ArcGIS Architecture Center  
• Simplifying ArcGIS Utility Network migrations  
• Learning about the ArcGIS Utility Network  
• ArcGIS Utility Network Blog – Esri Community  

תגיות: ArcGIS Enterprise | ArcGIS Pro | Utilities