مطالب تخصصی

شبکه های زیرساخت و اهمیت آنها در GIS

نوشته شده توسط احمد نجفی

امروزه، پایه های اقتصادی هر کشور در زیرساخت های آن کشور قرار دارد. این زیر ساخت ها شامل شبکه های انتقال و توزیع آب، برق، گاز، شبکه های ارتباطاتی (تلفن و اینترنت)، راه ها و … می شوند.

شبکه ها نقش مهمی در زندگی روزمره مردم بازی می کنند و حیات هر جامعه ای به آنها وابسته است. توزیع آب، برق، گازرسانی، مخابرات و اینترنت و ده ها مورد دیکر از شبکه های ارتباطی توزیع خدمات، همگی در بستری قرار دارند که علم GIS آنها را شبکه زیر ساخت یا Netwrok می نامد و برای جمع آوری ، مدیریت و تحلیل داده های شبکه های زیرساخت از ابزارهایی که در GIS تعبیه شده است استفاده می کنیم تا بتوانیم این شبکه ها را مدل سازی کنیم.

Abstract technology concept design with wire mesh Free Vector

به عنوان مثال وقتی که شبکه برق بصورت Netwrok وارد GIS شود چنانچه مشترکی دچار بی برقی شود و از طریق شماره ۱۲۱ به مرکز اطلاع دهد بلافاضله در مرکز با ردیابی و شناسایی ترانس و تجهیزاتی که به این مشترک برق رسانی می کنند علت مشکل پیدا شده و به بخش اطلاعات ارسال و آنها سریعا به موضعی که دچار مشکل شده مراجعه نموده و سریعا مشکل را برطرف می نمایند.

یا به عنوان مثال اگر لوله آبی در قسمتی از شهر ترکیده و آب هدر رود و مشترکین آب آن محدوده دچار افت فشار یا قطعی آب شوند، چنانچه این موقعیت ترکیدگی لوله به سیستم GIS شبکه آب معرفی شود سیستم با عملیات تحلیل ایزولاسیون شیرها، بلافاصله تشخیص می دهد برای خارج کردن این لوله از شبکه، کدام شیر ها باید بسته شوند و این موقعیت ها را به مامورین اتفاقات گزارش داده و آنها برای بستن شیرها و حل مشکل سریعا اعزام می شوند.

همین مثال برای شبکه گاز هم مصداق دارد با این تفاوت که در شبکه گاز سرعت عمل بسیار مهمتر است چون خطرات آن زیاد است.

بنابراین GIS بهترین بستر قرار گیری اطلاعات مکانی شبکه های زیرساخت برای تحلیل و مدلسازی آنهاست.

 

شبکه های زیر ساخت در ArcGIS

نرم افزار ArcGIS مدل کاملی برای اخذ، ذخیره و تجزیه و تحلیل شبکه ها ارائه می کند و بطور ویژه ای شبکه ها را به دو دسته طبقه بندی کرده و دو ابزار متفاوت برای تحلیل آنهای ارائه داده است:

۱- شبکه های هندسی یا ژئومتریک نتورک

۲-شبکه های حمل و نقل (زمینی ، زیرزمینی ، هوایی) یا نتورک آنالیز

اگرچه شبکه های حمل و نقل و شبکه های هندسی (هر چیزی غیر از حمل و نقل مثل شبکه آب و گاز و برق و …) هر دو شبکه زیرساخت یک کشور به حساب می ایند ولی این تقسیم بندی به این جهت است که پردازش این دو شبکه در نرم افزار کمی با یکدیگر متفاوت می باشد.

علت این تفاوت به عامل حرکت در شبکه بر میگردد . عامل جریان در شبکه های حمل و نقل وسایل نقلیه هستند که کنترل حرکت و توقف انها توسط خود عامل تعیین می شود ولی در سایر شبکه ها، عامل حرکت یا محرک نقشی در تعیین مسیر ندارد و ویژگی های مسیر، حرکت آن را تعیین می کند.

در شبکه های جاده ای یک اتومبیل هر لحظه ای که بخواهد می تواند حرکت کند، توقف کند  یا دور بزند در حالی که در شبکه زیرساخت گاز، خود گاز نقشی در تعیین مسیر ندارد و جریان در آن هدایت شده است به سمت مسیرهایی که برای آن تعیین شده اند.

 

 تفاوت ژئومتریک نتورک و Network Analsyt

در نرم افزار ArcGIS  برای تحلیل شبکه های حمل و نقل از یک افزونه مجزا به نام Netwrok Analyst استفاده می شود و تحلیل هایی از قبیل پیدا کردن کوتاه ترین مسیر ، متوسط زمان پیمایش، یک­طرفه کردن خیابان، پل­ های هوائی و زیرزمینی، خیابان­های بن­ بست، یافتن مسیر بهینه، یافتن نزدیک­ترین تجهیزات و امکانات، تخصیص امکانات، تعیین محدوده مراکز خدماتی شبکه، تعیین مسیرهای دسترسی، تعیین میزان تراکم و یا فشار وارده بر شبکه و امثال آن را پشتیبانی می نماید.

برای شبکه های زیرساخت هدایت شده مثل آب، گاز، برق و … (شبکه های غیر حمل و نقل) افزونه ی جدایی ندارد ولی ابزارهایی دارد که به نام Geometric Network Tools شناخته شده و برای آنالیزهای ردیابی جریان در شبکه (ردیابی به سمت بالا دست، پایین دست، مسیرهای قطع، مسیرهای با بالادست مشترک و …) از آن استفاده می شود و بسته به ویژگی خطوط و نقاط شبکه و نیز نوع شبکه زیر ساخت، تحلیل های بسیار متنوع و مدل سازی های بسیار وسیعی را می توان با آن اجرا نمود.

 

شبکه برق :

منبع توزیع انرژی در یک شبکه توزیع برق ایستگاه هایی هستند که معمولا در حواشی شهر قرار دارند. این ایستگاه ها (پست های فوق توزیع) با دریافت برق از شبکه انتقال (در سطح ولتاژهای ۴۰۰و ۱۳۲ و ۲۳۰ کیلوولت که از نیروگاه می آیند) آنها را به جریانهای ۲۰ کیلوولت ( و در برخی استانهای کشور به جریان های ۳۳ و ۱۱ کیلوولت) تبدیل کرده و از پست خارج شده و وارد شهر می شوند.

به این خطوط فیدرهای شبکه متوسط میگویند.این فیدرها بر روی پایه های برق بصورت سیم های هوایی و یا بصورت زمینی (داخل کانال های در زیر زمین) وارد شهر شده و به تجهیز دیگری به نام پست توزیع وارد می شوند.

وظیفه این پست توزیع (ترانس توزیع) کاهش ولتاژ ۲۰ کیلوولت به ۴۰۰ ولت (یا همان ۲۳۰ ولت) است که برق قابل مصرف توسط مشترکین است. لذا از خروجی این پست های توزیع شبکه ای ایجاد می شود که به آن شبکه فشار ضعیف میگویند که وارد منازل و یا ادارات و سازمانها می شود.

electricity transmission pylon silhouetted against blue sky at d Free Photo

از  ژئومتریک نتورک میتوان در بخشهای مهندسی، بهره برداری و امور مشترکین به نحو مطلوبی استفاده نمود.

به عنوان مثال:  تحلیل افت بار و تلفات انرژی برق ، مکان یابی بهینه پست ها، مسیریابی بهینه خطوط ، تعیین مکان حوادث برای تحلیل اتفاقات، اتصال به سیستم ۱۲۱، تحلیل خاموشی های شبکه، شناسایی و تحلیل خطوط روشنایی، تحلیل انرژی مصرفی به تفکیک فیدر و ترانس،  تحلیل مناطق و مشترکین پرمصرف، تحلیل مشترکین به تفکیک فاز،  تحلیل بدهی مشترکین، واگذاری سریعتر و بدون بازدیدهای متناوب و غیر ضروری و ….

 

شبکه آب :

در این شبکه آب از ایستگاه پمپاژ یا تلمبه خانه (از چاه ، مخزن هوایی یا زمینی) توسط لوله های اصلی وارد شهر شده و توسط لوله های فرعی منشعب می شود (به عناون مثال لوله های آزبست با قطر ۱۵۰ میلیمتر) در این مسیر قبل از ورود به شهر وارد ایستگاه کلر زنی شده و عملیات گندزدایی انجام می شود.

شیر آلات متنوعی (valve) برای قطع و وصل جریان در مسیر لوله های اصلی و فرعی و مشترک و یا برای تخلیه هوا در شبکه قراردارند و نیز تجهیزاتی مثل فشارسنج ها و جریان سنج ها برای سنجش فشار و سرعت آب در لوله ها در محل های خاصی قرارداده می شوند و نهایتا آب از طریق لوله هایی به نام لترال به مشترکین و یا شیرهای آتش نشانی میرسد.

شبکه اب میتواند بصورت شاخه ای و یا شبکه متصل (گرید) باشد که در شبکه گرید جریان آب میتواند در لوله ها تغییر کند.

Water drop form lines Premium Vector

از ژئومتریک نتورک برای تحلیل هیدرولیک جریان ، وقایع و اتفاقات ، اموز مشترکین و بهره برداری استفاده نمود مثلا با توجه به میزان فشار آب در هر مقطع ، مناطق پرفشار و کم فشار را تعیین نموده و تحلیل بر اساس فشار را مدل نمود و تعادلی بین میزان تقاضا ، فشار آب و نوع تجهیزات و شیرآلات برقرار نمود تا فشار بیش از حد باعث ترکیدگی لوله ها در برخی مناطق نشود و فشار کم نیز باعث بی آبی مشترکین و یا آلودگی آب راکد در مناطق دیگر نشود.

 

شبکه فاضلاب :

شبکه جمع اوری فاضلاب،  آب بر عکس شبکه آب عمل می کند و فاضلاب منازل را از طریق لوله های فرعی وارد کانال یا لوله های اصلی نموده و از پیوستن این کانالها  لوله ها به یکدیگر این فاضلاب از شهر خارج می شود و به مخزن فاضلاب وارد می شوند.

یعنی دقیقا مسیر برعکس شبکه آب . از آنجایی که فاضلاب حامل مواد و ضایعاتی است که در مسیر خروج از شهر یا منازل ، می تواند باعث گرفتگی لوله ها و یا کانال ها شوند لذا دریچه هایی به نام منهول یا فاضلاب رو در این شبکه تعبیه می شود تا در صورت بروز مشکل از آنجا وارد فاضلاب شده و مشکل را حل نمود.

تحلیل جریان حرکت فاضلاب در کانالها و لوله ها و کنترل فاضلاب رو ها (شیب و ارتفاع انها) و تعیین پروفیل طولی منهول ها که در طراحی شبکه فاضلاب اهمیت ویژه ای دارد در شبکه ژئومتریک فاضلاب براحتی انجام می گردد و نیز برای طراحی و اجرای فاضلاب ها میتوان از آن استفاده نمود.

 

شبکه گاز :

پس از استخراج گاز از چاه ها و انتقال آن توسط خطوط لوله برای استفاده گاز توسط مصرف کننده ، احتیاج به پالایش گاز و تقلیل فشار گاز می باشد.

بدین منظور ایستگاه های تقلیل فشار گاز در ورودی شهرها و شهرک های مسکونی جهت مصرف شهری ایجاد می شوند که  این ایستگاه ها با توجه به نوع مصرف در ظرفیت های مختلفی طراحی و ساخته شده که عمدتا شامل ایستگاه های CGS و TDS هستند که بر اساس میزان فشار ورودی و خروجی به ترتیب ایستگاه اصلی و فرعی محسوب می شوند.

در مسیر شبکه توزیع گاز همانند شبکه توزیع آب، شیرها و اتصالات خاصی در محل لوله های گاز تعبیه شده اند و نهایتا لوله های فرعی وارد علمک و رگولاتور مشترکین شده و وارد منازل و ادارات می شوند.

Gas turbine electrical power plant at dusk Premium Photo

در شبکه گاز نیز همانند شبکه آب فشار گاز تابعی از میزان تقاضا و طول و سطح مقطع لوله ها است و لذا گاهی جهت جریان گاز برگشت نموده و تغییر میکند .

تقریبا تمام تحلیل هایی که در شبکه آب انجام می شود با دقت و وسواس بیشتر در شبکه گاز صورت می گیرند بویژه ایزولاسیون شیرها در زمان بروز خطر و شکست لوله

سیستم اطلاع رسانی به مشترکین گاز بسیار جدی تر است چرا که قطعی گاز و وصل مجدد آن بدون اطلاع ، میتواند مرگبار باشد لذا از ژئومتریک نتورک در تحلیل اتفاقات و تعیین دقیق مشترکین دچار قطعی میتوان استتفاده نمود. همچنین در بخشهای مانند طراحی و مهندسی ، بهره برداری ، بازار و …. میتوان از GIS و تحلیل های شبکه گاز بسیار استفاده نمود.

 

شبکه مخابراتی :

یک شبکه مخابرات تلفن ثابت معمولا از مراکز مخابراتی آغاز می شود که در زیرزمین آن مرکز یا محوطه آن مرکز، حوضچه های مخابراتی قرار دارند (بلوکهای بتنی ۴ در ۶ وجهی برای قرار دادن داکتهای مخابراتی در آنها)، در طبقات بالای مرکز تلفن، اطاقهای کابل (بوخت)، ام دی اف، سوئیچ و PCM قرار دارند که عملیات سوئیچینگ را نهایتا انجام می دهند.

بعد از حوضچه در سطح شهر به کافو ها می رسیم و نهایتا به پست های مخابراتی و بعد بصورت هوایی از پست ها، زوج سیم های مخابراتی به مشترکین می رسند.

تا قبل از پست،  کانالها و در داحل کانال ها لوله های پی وی سی قرار دارند که سیم ها در آنها دسته بندی شده اند. مشترکین فیبر نوری از کافو تغذیه نمی شوند. کابلهای فیبرنوری از حوضچه مستقیم به اونو (ONU) می روند که خودش سوئیج و ام دی اف دارد و نهایتا به پچ کورد مشترکین منتهی می شوند.

Man with his mobile phone working in the network connection Free Photo

پیچیدگی شبکه مخابراتی در ژئومتریک نتورک به دلیل تعداد زیاد زوج سیم ها و یا فیبرها و منهول هایی با صدها و هزاران زوج سیم است.

ولی می توان از ژئومتریک نتورک در بهره برداری و طراحی بسیار استفاده نموده و آنالیز مسیر فیبرها و سیم ها در کنال ها و مفصل ها را مدل نمود. همچینین در شناسایی مشترکین و ترمینال های وصل و قطع می تواند کار بسیار پیجیده ای باشد که بدون GIS کار بسیار دشواری است.

در سرویس دهی به مشترکینی که هنوز سرویس انها تامین نشده و تعیین خروجی (کابل یا فیبر pcm) این ابزار میتواند بسیار موثر باشد.

 

شبکه معابر(بهترین مسیر):

شبکه معابر یا خیابان ها ، کوچه های و بن بست ها، مسیرحرکت وسایل حمل و نقل هستند .

تحلیل دقیق مسیر یابی و تحلیل مسیر توسط افزونه Netwrok Analyst انجام می شود که موضوع بحث ما نیست و در بسته آموزشی مجزایی ارائه می شود ولی با استفاده از ژئومتریک نتورک نیز میتوان تحلیل مسیر بهینه بین دو یا چند نقطه را پیاده نمود و بر اساس وزنی مانند ترافیک یا زمان پیمایش و یا کوتاهترین مسیر، مسیریابی انجام داد.

Travel road street map with location pin symbol vector illustration Free Vector

 

شبکه آبیاری و زهکشی :

یک شبکه آبیاری و زهکشی از دو بخش تشکیل می شود:

  • شبکه آبیاری
  • شبکه زهکشی

شبکه آبیاری وظیفه آبرسانی به واحدهای زراعی (به عنوان مشترکین شبکه) را از ایستگاه پمپاژ و از طریق لوله های اصلی و فرعی و شیرهایی که به آنها متصلند و یا از طریق کانال انتقال، به عهده دارد و شبکه زهکشی آب مازاد و زه آب را از طریق لترال ها و کالکتورها و کانال روباز زه کش اصلی به سمت پمپ های زهکشی هدایت می کند.

واحدهای زراعی و جاده های دسترسی و چاه های مشاهده ای دراین سیستم از اجزای شبکه ژئومتریک نتورک در نظر گرفته می شوند.

شبکه زهکشی دقیقا همانند شبکه فاصلاب شهری نسبت به شبکه اب شهری ، در مقابل شبکه ابیاری قرار گرفته و عملکردهای تقریبا یکسانی دارند. با این تفاوت که در شبکه آب و فاضلاب مشترکین منازل هستند و در شبکه ابیاری و زهکشی مشترکین واحدهای زراعی هستند.

 

شبکه آبراهه (رودخانه):

یکی از مهمترین ابزارهای نرم افزارArcGIS که در مسائل مربوط به آب مورد استفاده قرار می گیرد، افزونه ArcHydro است. با استفاده از این ابزار می توان بعضی از پارامتر های هیدرولوژیکی، استخراج حوضه آبریز و همچنین بعضی از تحلیل های هیدرولوژی را انجام داد.

علاوه براین، اولین گام در اجرای هر مدل هیدرولوژیکی، وارد کردن و بستن حوضه آبریز و ترسیم جریان آبراهه ها است. از خصوصیات مهمی که در مورد حوضه آبریز باید داشته باشیم، عبارت است از: مساحت، طول جریان، تراکم شبکه زهکشی، مرکز ثقل زیر حوضه ها و …

Image result for water basin network

ابزار ArcHydro علاوه بر ساخت جهت جریان و نهایتا تجمع جریان و رودخانه ها ، گزینه هایی برای تولید ژئومتریک نتورک رودخانه دارد به نحوی که خروجی را تشحیص داده و بالادست رودخانه با جهت درست تشخیص داده می شود و به راحتی می توان جریان بالادست و پایین دست را در هر نقطه ای تعیین کرد و یا بالادست مشترک چند شاخه را معین نمود.


ساخت و تولید همه شبکه هایی که در بالا توضیح داده شد در یک محصول آموزشی بی نظیر به صورت جامع و کاربردی ارائه شده است.

برای تهیه و مشاهده جزئیات این محصول بر روی تصویر یا دکمه زیر کلیک کنید:

اطلاعات بیشتر در مورد پکیج آموزشی

دیدگاهتان را بنویسید