I Wykorzystanie GIS-u w planowaniu inwestycji

WYKORZYSTANIE GIS-u W PLANOWANIU INWESTYCJI

Bogdan Skrzipek

starszy specjalista ds. technicznych, GZGWiK W MIERZĘCICACH

Inwestycje są fundamentem rozwoju przedsiębiorstwa, ponieważ tylko one umożliwiają wzrost wartości jego majątku. Celowe wydatkowanie środków na nakłady rzeczowe obarczone jest jednak sporym ryzykiem. W branży wod-kan ograniczone środki, które można przeznaczyć na przedsięwzięcia inwestycyjne, ale i konieczność przewidywania w dłuższej perspektywie czasu czy problemy w zakresie technicznym powodują, że proces planowania jest tu bardzo trudny.

Kolokwialnie mówiąc, zarządy firm wodociągowych przyglądają się z kilku stron każdej wydatkowanej złotówce. Dodatkowo, obecna sytuacja na rynku energetycznym drastycznie ograniczyła zasoby inwestycyjne. Tym bardziej każde źródło informacji, każdy wynik analiz, który może zmniejszyć ryzyko i ułatwić podejmowanie decyzji, powinien być doceniony.

Na decyzję o przystąpieniu do konkretnego zaangażowania finansowego wpływa bardzo wiele czynników. Z pewnością możliwości finansowe i techniczne będą tymi najbardziej istotnymi warunkami,

ale w stanie prawnym, w jakim funkcjonują przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne, ważnymi elementami układanki mogą być również strategie rozwoju gmin czy konieczność działań wynikających z wprowadzanych przepisów.

Proces decyzyjny dotyczący inwestycji jest zatem ekstremalnie trudny. Jedną z cegiełek, nieco ułatwiających podejmowanie ryzyka inwestycyjnego, mogą być wyniki analiz danych przestrzennych: zarówno z rejestrów własnych przedsiębiorstwa, jak i szeroko pojętego zasobu danych otwartych i komercyjnych.

Wykorzystanie danych przedsiębiorstwa

Wybór źródła danych warunkowany bywa priorytetami, jakimi kierujemy się w określeniu potrzeb inwestycyjnych. Dla niektórych analiz wystarczy wziąć pod lupę dane, które są gromadzone w rejestrach przedsiębiorstwa: czy to z GIS, czy systemu ERP, aplikacji dyspozytorskiej, bilingu itd. Oczywiście, najkorzystniejsza jest sytuacja, gdy przedsiębiorstwo dysponuje Zintegrowanym Systemem Informatycznym, który łączy informacje z różnych systemów. Dzięki temu z jednego poziomu mamy dostęp do szerokiego wachlarza danych, ale możemy również korzystać z ich rozproszonych źródeł; warunkiem jest jednak przypisanie w każdym zestawianiu parametru przestrzennego, np. adresu lub numeru działki ewidencyjnej.

Celowość działań inwestycyjnych

Jeżeli nadrzędnym zadaniem działań inwestycyjnych jest poprawa stanu technicznego sieci i urządzeń wodociągowych lub kanalizacyjnych, najbardziej celowe wydaje się wykorzystanie właśnie zasobów lokalnych. Kluczowymi rejestrami danych w tym przypadku będą: baza danych przestrzennych zawierających wiek i materiał wykonania urządzeń i przewodów, a także określenie ich stanu technicznego. Ponadto bardzo przydatnym okaże się rejestr awarii i remontów wykonywanych na sieciach z określeniem uszkodzonych elementów sieci, rodzaju uszkodzenia, daty wystąpienia itd. Dodatkowymi, cennymi źródłami informacji o stanie sieci mogą być informacje o stratach wody w poszczególnych rejonach czy dane z modelu matematycznego sieci, z którego możemy wytypować obszary problematyczne na przykład pod względem zwiększonych oporów przepływu wody lub wieku wody w przewodach.

Danymi potrzebnymi do analizy w tym przypadku są: dane przestrzenne o wieku i materiale wykonania urządzeń i przewodów, ich stan techniczny, rejestr awarii i remontów, rodzaj i data wystąpienia uszkodzenia, informacje o stratach wody, dane z modelu matematycznego sieci.

Podstawy badania aktualnego stanu sieci

W systemach informacji przestrzennych z reguły, oprócz samej lokalizacji urządzeń, gromadzone

RYS. 1

Schemat składowych analizy przygotowanej pod kątem inwestycji

są dane o materiale ich wykonania, dacie budowy czy stanie technicznym. Informacje te, o ile są sukcesywnie weryfikowane, będą podstawą badania aktualnego stanu sieci. Przyjmując odpowiednie kryteria wieku sieci możliwe stanie się dość precyzyjne wyznaczenie rejonów, w których wymiana sieci będzie miała uzasadnienie. Często jednak mamy do czynienia z sytuacją, że nie dysponujemy informacją

o roku budowy sieci; dotyczy to zwłaszcza urządzeń starszych. Znacznie bardziej kompletne są zazwyczaj dane o materiale budowy. Na ich podstawie również możemy typować najstarsze przewody czy urządzenia. Z reguły sieci zbudowane z azbestocementu, żeliwa szarego czy nawet stali są najstarsze. Oczywiście analizę materiałów użytych do budowy przewodów czy urządzeń możemy przeprowadzić oddzielnie, uzyskując wiarygodne wyniki. Zestawienie rejonów o największym skupieniu przewodów spełniających przyjęte kryteria materiału i wieku sieci daje pierwszy argument uzasadniający nakłady na wymianę konkretnych fragmentów sieci.

Wyznaczenie najbardziej awaryjnych rejonów w zestawieniu z obszarami występowania najstarszych sieci zawęzi zakres koniecznych inwestycji lub dostarczy kolejnych argumentów w procesie decyzyjnym

Badanie awaryjności sieci sposobem zmniejszenia nakładów na inwestycje

Aby upewnić się co do wyboru lub zmniejszyć wielkość nakładów na inwestycje, zasadnym jest zbadanie awaryjności sieci. Oczywiście koniecznym

RYS. 2

Profil inwestora w geoportalu gminnym (źródło: BIIP)

warunkiem będzie prowadzenie odpowiedniego rejestru. W zestawieniach prac na sieci, prowadzonych przez większość przedsiębiorstw wodociągowych, pojawia się z reguły zakres danych obejmujący charakter prac: czy jest to naprawa awaryjna czy planowana, czas wystąpienia i czas realizacji, zakres prac, użyte metody i materiały naprawcze, itd. Analiza zgromadzonych danych pozwoli na wskazanie liczby awarii występujących w określonym czasie oraz wskazanie obszarów szczególnie narażonych na występowanie uszkodzeń sieci. Przy odpowiednim opisaniu danych można również pokusić się o wyznaczenie głównych przyczyn występowania awarii, określenie materiałów szczególnie często ulegających uszkodzeniom itd. Jednakże bardzo istotnym elementem pozostaje odpowiednie zlokalizowanie prowadzonych prac oraz ustanowienie odpowiednich relacji pomiędzy punktem awarii a uszkodzonym elementem sieci. Wyznaczenie najbardziej awaryjnych rejonów w zestawieniu z obszarami występowania najstarszych sieci zawęzi zakres koniecznych inwestycji lub dostarczy kolejnych argumentów w procesie decyzyjnym.

Istotną przesłanką podejmowania nakładów rzeczowych jest konieczność skanalizowania obszarów nieuzbrojonych w system kanalizacji sanitarnej, czy konieczność wymiany przewodów wykonanych z azbestocementu. Stosunkowo prostym i precyzyjnym sposobem typowania tych rejonów jest wykorzystanie analiz przestrzennych.

Dalsze rozszerzanie analizowanych zbiorów może dostarczyć kolejnych przesłanek do podejmowania działań inwestycyjnych. Cennym źródłem informacji mogą być dane o stratach wody czy analiza modelu hydraulicznego sieci. Porównanie opisanych wcześniej analiz z obszarami, na których występują podwyższone wartości strat wody, lub rejonami, gdzie po kalibracji model hydrauliczny wykazuje zwiększone opory przepływu, czy na przykład przewodów, w których wiek wody przekracza dopuszczalne normy, może dodatkowo zawęzić pole działania albo dostarczyć bardzo konkretnych argumentów.

Cel inwestycyjny – realizacja strategii rozwoju gminy

Może wydarzyć się tak, że głównym celem działań inwestycyjnych będzie realizacja strategii rozwoju gminy. Ze strony przedsiębiorstw wodociągowych najczęściej wiąże się to z koniecznością uzbrojenia potencjalnych obszarów inwestycyjnych lub przeznaczonych pod budownictwo mieszkaniowe. Takie same działania mogą wynikać bezpośrednio z planów inwestycyjnych przedsiębiorstwa. W jaki sposób wyznaczyć obszary, w których inwestowanie obarczone będzie najmniejszym ryzykiem? Przydatne do tego są dane, które zwykle publikuje się na geoportalach gminnych lub regionalnych. Podstawowym dokumentem dostarczającym informacji o kierunkach rozwoju są dokumenty urbanistyczne. Coraz więcej gmin zamieszcza na swoich stronach rysunki Miejscowych Planów Zagospodarowania Przestrzennego (MPZP) i Studium Uwarunkowań i Kierunków Rozwoju (Studium). To gminne akty prawne, określające przeznaczenie terenów nimi objętych.

Analiza zapisów dokumentów planistycznych pozwala na wytypowanie rejonów, dla których przeznaczenie zostało zmienione, rozszerzone lub po prostu tych, których stan rzeczywisty nie pokrywa się z zaplanowanym w MPZP lub Studium. Oczywiście opieranie się wyłącznie na wspomnianych opracowaniach nie gwarantuje realizacji ich zapisów w bliższej, a nawet dalszej przyszłości. Warto więc wzbogacić zbiór informacji o planowanych inwestycjach bezpośrednio u źródła: czy to w wydziale inwestycji, czy też na geoportalach. Coraz więcej gmin w swoich geoportalach zawiera oddzielne profile dla inwestorów, w których publikowane są oferty inwestycyjne.

O zmianie sposobu użytkowania terenu można również wnioskować z danych z Ewidencji Gruntów i Budynków (EGIB) i Bazy Danych Obiektów Topograficznych. Analiza podziałów lub scaleń działek ewidencyjnych, zwłaszcza na terenach wcześniej wytypowanych na podstawie MPZP lub Studium, może zasugerować tereny, na których inwestycje mogą zacząć się najwcześniej. Podobny efekt może dać zestawienie zmian w EGIB z BDOT. W zbiorze danych topograficznych prezentowany jest aktualny sposób użytkowania terenu; podział lub scalenie działek na terenie niezabudowanym również może sygnalizować rychły początek inwestycji.

Poza geoportalami gminnymi, źródłami wspomnianych wyżej informacji mogą być geoportale regionalne, takie jak ORSIP czy Geoportal Województwa Łódzkiego. One również publikują szereg danych, w tym także profile inwestorskie. Ich przewaga polega na tym, że gromadzą dane o zamierzeniach inwestycyjnych i ograniczeniach o zasięgu ponadlokalnym, co pozwala na szersze spojrzenie na temat inwestycji.

Doskonałym źródłem informacji o planowanych przedsięwzięciach na terenie gminy są narady koordynacyjne. Rozszerzenie zbioru analizowanych danych o inwestycje będące na etapie projektu pomoże dość dokładnie zlokalizować tereny, w których zagospodarowanie terenu ulegnie zmianie i w których warto rozwinąć możliwości dostarczania wody i odbioru ścieków lub właśnie, z różnych powodów, wyeliminować je z dalszych rozważań. Przedsięwzięcia realizujące strategię rozwoju gminy lub pokrywające się z planem inwestycyjnym przedsiębiorstwa mogą być traktowane jako priorytetowe, natomiast te, w dokumentacji których inwestor przewiduje budowę sieci wod-kan we własnym zakresie, możemy wyeliminować z dalszych analiz. Oczywiście, w drugim przypadku wysoce prawdopodobne jest, że po zrealizowaniu projektu inwestor zwróci się z żądaniem wykupu nowych sieci, co też warto uwzględniać przy określaniu wysokości taryf.

Wykorzystanie zbiorów danych otwartych

Nieocenionym źródłem informacji przestrzennych są zbiory otwartych danych. Coraz więcej serwisów internetowych udostępnia swoje zasoby nieodpłatnie i to zarówno: w postaci usług przeglądania (WMS, WMTS), jak i pozwala pobrać je na własne nośniki danych. Są to dane przestrzenne, ale i tabelaryczne czy opisowe. Do przeprowadzania przedmiotowych analiz najbardziej przydatne będą dane z geoportali regionalnych i ogólnokrajowych. Aktualne dane ze zbioru BDOT, BDOO, EGiB czy ortofotomapy można pobrać bezpośrednio z geoportalu krajowego lub za pośrednictwem odpowiednich wtyczek bezpośrednio do otwartego oprogramowania QGIS.

Dzięki tym danym możliwe jest przeanalizowanie aktualnego stanu zagospodarowania terenu czy układu działek ewidencyjnych. Porównanie ewidencji gruntów z danymi topograficznymi lub ogólnogeograficznymi prowadzić może do wyznaczenia działek jeszcze niezabudowanych, których układ wskazuje na wysokie prawdopodobieństwo zabudowy w najbliższej przyszłości. Nałożenie na uzyskane wyniki

Uwzględnienie aspektu lokalizacyjnego przy podejmowaniu decyzji inwestycyjnych pozwoli na spolaryzowanie działań na wybranych obszarach w sposób kompleksowy i przez to rozwiązujący kilka problemów jednocześnie

RYS. 3

Dane historyczne w ORSIP (źródło: ORSI)

informacji z MPZP czy Studium potwierdzi lub zaneguje nasz wybór.

Ciekawym sposobem poszukiwania obszarów inwestycyjnych jest analiza danych historycznych. Zarówno geoportale gminne, jak i regionalne czy krajowe publikują często – oprócz aktualnej ortofotomapy – również zdjęcia z lat ubiegłych. Badanie zmian zachodzących na wybranych terenach w przeciągu kilku lat pozwoli wnioskować, czy obszar ma predyspozycje do dalszych zmian zagospodarowania, czy też zaczyna już brakować miejsca i inwestycje będą wyhamowywać. Bardzo ciekawe rozwiązanie

Badanie zmian zachodzących na wybranych terenach w przeciągu kilku lat pozwoli wnioskować, czy obszar ma predyspozycje do dalszych zmian zagospodarowania, czy też zaczyna już brakować miejsca i inwestycje będą wyhamowywać

w tym zakresie proponuje geoportal województwa śląskiego, tzw. ORSIP. Pozwala porównać ortofotomapy z różnych okresów w jednym oknie przeglądarki za pomocą aktywnego suwaka.

Jak w każdym przypadku analiz przestrzennych wzbogacanie zakresów badanych danych pozwoli na osiągane bardziej precyzyjnych wyników. Wartościowym rozszerzeniem zbioru danych jest dodanie informacji o ukształtowaniu terenu. Na szczęście dane z Numerycznego Modelu Terenu (NMT) lub Numerycznego Pokrycia Terenu (NMPT) zostały również uwolnione i dostęp do nich jest prosty i, co równie ważne, darmowy. Analiza rzeźby terenu umożliwi sprawdzenie, czy zrealizowanie uzbrojenia terenu będzie wymagało np. nakładów na budowę pompowni.

Gdyby ktoś chciał jeszcze bardziej uzasadniać wybory terenów inwestycji, może dodatkowo przeanalizować dane statystyczne. Główny Urząd Statystyczny również udostępnia dane, zarówno w postaci tabelarycznej, jak i usług przeglądania WMS. Ciekawe rezultaty może dać analiza danych o gęstości zaludnienia w postaci siatki kwadratów, można też przeglądać dane dotyczące wieku, poziomu wykształcenia ludności na badanym obszarze, a także zmian wielkości zaludnienia.

Kilka słów o analizach i narzędziach

Zazwyczaj przystępując do analiz postępujemy zgodnie z regułą: „od ogółu do szczegółu”; w opisywanym przypadku warto nieco zmienić tryb. W pierwszej kolejności trzeba wziąć na warsztat dane z własnych zasobów. Wykonanie analiz materiału i wieku sieci daje wynik w postaci terenów występowania sieci najstarszych lub wykonanych z niepożądanych materiałów. Przykładem mogą tu być sieci z azbestocementu, które – niezależnie od stanu technicznego – muszą być wymienione w pierwszej kolejności. W pozostałych wypadkach warto wspomóc się wynikami z badania awaryjności sieci. Porównanie mapy występowania sieci wykonanych np. z żeliwa szarego lub stali z mapą występowania największej liczby uszkodzeń przewodów może dać odpowiedź na pytanie: czy sieci – pomimo że już wiekowe – na pewno wymagają interwencji. O ile wyniki obu porównań się nie pokrywają, ponoszenie nakładów na inwestycje będzie niezasadne, chyba że do wykonanych już analiz dołożymy kolejną i zbadamy wielkości spadków przepływów lub ciśnienia w wytypowanych rejonach. Oczywiście pomocny tu będzie matematyczny model sieci. Może

RYS. 4

Dane z geoportalu krajowego (źródło: geoportal.gov.pl)

RYS. 5

Dane w QGIS (źródło: QGIS)

okazać się, że sieci żeliwne czy stalowe, pomimo iż stosunkowo bezawaryjne, mają już tak zmniejszoną przepustowość, że ich średnica nominalna na tyle odbiega od rzeczywistej, że nie zapewnia dostarczania wody w odpowiedniej ilości i pod odpowiednim ciśnieniem.

Posuwając się dalej i badając dane z zakresu ewidencji lub zagospodarowania przestrzennego, będziemy mogli porównać uzyskane wcześniej wyniki z kierunkami rozwoju gminy. Dzięki temu zawęzimy wybór do obszarów, które już przysparzają problemów i dodatkowo znajdują się w pobliżu terenów rozwojowych. Oczywiście, w zależności od priorytetów, informacje z MPZP lub Studium mogą stanowić wystarczające przesłanki do ponoszenia nakładów rzeczowych. Tym bardziej, jeśli analizy wzmocnimy o dane z narad koordynacyjnych. Jeżeli gmina nie sporządziła odpowiednich dokumentów planistycznych do sprawdzenia, w których obszarach miasta rozwój jest szybszy niż w pozostałych, pomocne będzie analizowanie historycznych danych topograficznych czy ortofotomap i danych ewidencyjnych. Porównanie zmian w kolejnych latach w sposobie zagospodarowania i dostępności terenu również pozwoli na typowanie miejsc wartych inwestowania.

Dostępne narzędzia do analizy danych

Do przeprowadzania analiz przestrzennych możemy wykorzystywać szereg dostępnych narzędzi. Podstawowych porównań można dokonać bezpośrednio w geoportalach, mających już zaimplementowane pewne udogodnienia, niektóre umożliwiają też dodawanie własnych warstw tematycznych, dzięki czemu wzbogacamy zbiór analizowanych danych. Oczywiście na rynku dostępne są również aplikacje komercyjne i otwarte, zarówno w postaci rozwiązań przeglądarkach, jak i typu desktop. Szybko rozwijającą się aplikacją typu „open source” jest QGIS, dostarczający szerokiej gamy narzędzi służących do wykonywania prostych i bardzo zaawansowanych analiz przestrzennych – danych wektorowych oraz rastrowych. QGIS pozwala także na publikowanie wyników w bardzo atrakcyjny sposób.

W dobie niedoboru środków na nakłady rzeczowe najłatwiej byłoby zaprzestać inwestowania w rozwój sieci, jednakże spowoduje to znaczną degradację stanu eksploatowanych przewodów i może w dłuższej perspektywie przynieść katastrofalne skutki. Bardziej celowe jest więc typowanie koniecznych inwestycji, co będzie obarczone jak najmniejszym ryzykiem i przyniesie wymierne korzyści. Oczywiście w procesie decyzyjnym najistotniejsze będą warunki ekonomiczne i techniczne. Wskażą one co i za ile możemy naprawić czy wybudować, ale nie odpowiedzą na pytanie: gdzie inwestować? Uwzględnienie aspektu lokalizacyjnego przy podejmowaniu decyzji inwestycyjnych pozwoli na spolaryzowanie działań na wybranych obszarach w sposób kompleksowy i przez to rozwiązujący kilka problemów jednocześnie. Stosunkowo niewielkie zwiększenie nakładów na inwestycje w konkretnym obszarze może doprowadzić jednocześnie np. do poprawy stanu technicznego sieci z jednoczesnym dostosowaniem jej do istniejących lub przewidywanych potrzeb. Warto więc sięgnąć po wyniki analiz przestrzennych przy podejmowaniu decyzji o inwestycjach.