Ein ländlicher Wasserversorgungsbereich erreicht hohe Genauigkeit mit einem Budget

Von: Travis Anderson - District Engineer, Le-Ax Water District

Als ich bei Le-Ax Water District anfing, hatten die Mitarbeiter*innen gerade die Erfassung der GPS-Punkte aller oberirdischen Objekte beendet. Zusammen mit dem Institute of Local Government Administration and Rural Development (ILGARD) der Universität von Ohio, das die technischen Ressourcen bereitstellte, hatte Le-Ax alle Teile fertig zusammengesetzt und hatte damit ein funktionierendes GIS. Ab diesem Zeitpunkt war der District für dessen Pflege verantwortlich.

Die Aufgabe der fortlaufenden Erfassung von GPS-Punkten wurde dem Wartungsteam zugewiesen. Da es für die Installation der Hähne, Zähler und Ventile, die Durchführung der Reparaturen und die Freilegung der Leitungen verantwortlich war, war es am sinnvollsten, auch die Objektpositionen durch dieses Team erfassen zu lassen. Ich könnte mir dann regelmäßig von den Mitarbeiter*innen die GPS-Handgeräte aushändigen lassen und die neuen Punkte in ArcMap eingeben. Der Workflow sah recht einfach aus. Es wurde aber ziemlich schnell klar, dass dieser Übergang zur GIS-Pflege durch den District nicht einfach werden würde.

Die zwei Hauptprobleme waren das begrenzte technische Wissen der Mitarbeiter*innen über die Hardware/Software und die erforderliche Zeit, die das Handgerät benötigte, um Genauigkeit zu erreichen. Das erste Problem wurde behoben, indem praktische Anleitungen für die Mitarbeiter*innen erstellt wurden. Wenn die praktische Anleitung Fragen nicht beantworten oder dem Gedächtnis nicht nachhelfen konnte, ließe sich im Allgemeinen mit einem Telefonanruf das Problem lösen. Das zweite Problem wurde zu einer Frage, die viel kontroverser diskutiert wird. Wenn das Team bereit ist, eine Reparaturstelle zu verfüllen, dann müsste die Person, die für die Erfassung der Punkte verantwortlich ist, am GPS-Handgerät warten, um Genauigkeit zu erreichen. Dies könnte manchmal nur 20 Sekunden, manchmal aber auch Minuten dauern. Das kann für jeden wirklich frustrierend sein.

Le-Ax hat sich mit den Handgeräten abgemüht, aber für unser GIS war dies keine produktive Zeit. Wir hatten an Rückhalt bei unseren Mitarbeiter*innen verloren. Dies war in etwa dieselbe Zeit, in der die Popularität von Apps förmlich explodierte und sich jeder ein Smartphone zulegte. Bei einer Marketplace-Suche stieß ich auf eine einfache mobile App, die Shapefiles nutzte, indem sie sie auf einen Luftbild-Hintergrund projizierte. Das interne GPS des Telefons zeigt dann die Position an. Es war nicht genau, und die Einrichtung der Koordinaten war auch nicht einfach, aber es hat funktioniert. Als ich die App den Mitarbeiter*innen zeigte, hat sich bei allen die Einstellung zu GIS geändert. Dies war der Aha-Moment für Le-Ax. Wir hatten ein nützliches Werkzeug, das jeder stets zur Hand hatte und so gut wie nichts kostete.

Le-Ax war definitiv an einem Übergangspunkt bei der Datenerfassung im Außendienst angelangt. Als Collector for ArcGIS veröffentlicht wurde, wusste ich, dass dies unser nächster Schritt auf dem Weg zur Verwendung von iPads im Außendienst sein würde. Ich musste nur noch herausfinden, wie die App verwendet wird. Bevor ich zu Le-Ax kam, wusste ich über GIS nicht viel. Alles, was ich erlernt habe, habe ich mir selbst beigebracht. Ein großer Teil meines Wissens stammt aus den Online-Communitys von Esri. Eine Suche auf der Esri Website offenbarte einen intensiven Dialog zwischen Benutzern und Esri Support-Mitarbeiter*innen, die viele der Fragen, die ich hatte, beantworteten. Online-Lernprogramme für Collector lieferten Anleitungen zum Erstellen von Karten und zu deren Bereitstellung in der Collector-App. Alles war sehr einfach zu finden. Das letzte Teil des Puzzles zur vollständigen Implementierung von Collector war eine ArcGIS Online-Subskription. Da wir bereits einen Arbeitsplatz für ArcGIS for Desktop Basic und die Subskription für die jährliche Wartung hatten, stellte Esri uns ein kostenloses ArcGIS Online-Konto bereit. Nachdem ich die Grundlagen zum Erstellen von Online-Karten und zum Freigeben dieser Karten innerhalb unserer Organisation gelesen hatte, begann ich, unsere Layer hochzuladen und unser Desktop-GIS in ArcGIS Online neu zu erstellen. Nachdem ich das Konzept verstanden hatte, brauchte ich nur etwa 30 Minuten, um unser Desktop-GIS als Online-Version neu zu erstellen.

Nachdem ich die Karte erstellt hatte, konnten wir die Funktionalität von Collector mit unserem iPad testen. Als spezielle App für den Außendienst ähnelt Collector zwar ArcPad, ist aber einfacher in der Verwendung. Diese App ist sehr intuitiv. Ein blauer Kreis zeigt die Position des GPS-Empfängers, und am oberen Rand befindet sich eine sehr funktionale Werkzeugleiste. Um auf die Layer zuzugreifen, tippen Sie einfach auf das Layer-Symbol. Danach wird eine Dropdown-Liste der in der Karte enthaltenen Layer angezeigt. Um ein Bild aufzunehmen, tippen Sie einfach auf das Kamera-Symbol auf der oberen Werkzeugleiste und brauchen dann nur noch zu zeigen und zu klicken. Wenn Sie fertig, klicken Sie auf die Schaltfläche "Senden". Danach wird alles aktualisiert und sicher in ArcGIS Online gespeichert. Ich kann gar nicht genug betonen, wie einfach Collector in der Verwendung ist.

So gut durchdacht Collector auch ist, ich hatte dennoch zwei große Bedenken: Konnektivität und Genauigkeit. Athens County im Südosten von Ohio ist nicht gerade das, was Sie als Metropole boomender Mobilfunkaktivität bezeichnen würden. Sicher, entlang der Hauptverkehrsstraßen können Sie eine Datenverbindung haben, wir sind aber ein ländlicher Wasserversorgungsbereich. Wir versorgen fast 7.000 Entnahmestellen, die sich über 500 Meilen Wasserleitung in vier Countys verteilen. Wasserleitungen gibt es bei uns an Stellen, an denen Sie es sich nicht vorstellen können. Wir haben vielen Meilen an Wasserleitung ohne eine Datenverbindung in der Nähe. Wenn wir Collector bei uns einsetzen wollten, müssten wir in der Lage sein, unsere Arbeit ohne Konnektivität zu erledigen, also offline. Da ich die Online-Communitys durchsucht hatte, wusste ich, dass Esri gerade daran arbeitete, wusste aber nicht, wie es funktionieren sollte. Ich war besorgt, dass es für unsere Mitarbeiter*innen zu kompliziert sein könnte, den Offline-Modus zu verwenden. Es sollte nicht so sein, dass ich jedes Mal, wenn jemand in ein Gebiet ohne Daten-Service müsste, etwas einrichten muss. Mit der Veröffentlichung des Collector-Updates, das die Möglichkeit bot, offline zu arbeiten, hatte Esri die beste Lösung gefunden. Im Grunde war dies ein aus zwei Schritten bestehender Prozess. Ich brauchte unseren Mitarbeiter*innen nur einmal zu zeigen, wie diese Funktion verwendet wird. Seitdem hat niemand um Hilfe gebeten.

Meine letzte Sorge bezog sich auf die Genauigkeit. Wir haben es geliebt, das iPad mit Collector zu verwenden. Wir hatten ein fertiges Werkzeug und eine App für den Außendienst, die mit ihren Funktionen die Handgeräte, die wir in den Vorjahren verwendet hatten, weit übertrafen. Jetzt konnten unsere Mitarbeiter*innen ihre E-Mails abrufen, die Witterungsbedingungen abfragen und Wetteralarme erhalten, Bilder vom Außendienst an das Büro senden und auch weitere Apps verwenden. Und: Wenn eine Datenverbindung verfügbar ist, kommt nichts an die Datenerfassung in Echtzeit heran. Wenn der Benutzer auf die Schaltfläche "Senden" klickt, ist da plötzlich ein Ventil auf der Karte, das ich mir anschaue, wenn ich wieder in meinem Büro bin. Das ist ziemlich spektakulär. Aber trotz all dieser Vorteile: Wenn wir nicht die Genauigkeit erreichen, die es uns ermöglichen würde, dieses Ventil oder diese Wasserleitung einen Monat oder fünf Jahre später zu lokalisieren, dann wäre all dies nichts wert. Schließlich dreht sich alles nur um das Eine: Ein Objekt zu lokalisieren und dann in der Lage zu sein, basierend auf den GPS-Daten wieder zu diesem Objekt zu finden. Wir wussten von Anfang an, dass wir einen externen GPS-Empfänger benötigen, was nicht gerade billig werden würde. Nach sorgfältiger Prüfung der Spezifikationen entschieden wir uns für die Submeter-Genauigkeit des Arrow 100. Bevor wir diesen Empfänger kauften, mieteten wir ihn für einige Tage, um ihn mit Collector und dem iPad zu testen. Am Arrow 100 haben uns drei Merkmale überzeugt: Er war durch Apple für die Arbeit mit dem iPad zertifiziert. Er ermöglichte Übertragungen mit Bluetooth der Klasse 1 (ein größerer Verbindungsbereich). Und außer dem Korrekturdienst, den der Empfänger bereitstellt, konnte er Verbindungen zum RTK-Netzwerk (Real-Time Kinematic, Echtzeitkinematik) des Ohio Department of Transportation (ODOT) herstellen und eine sehr hohe Genauigkeit erreichen. Zusammen mit der Geschwindigkeit, mit der dieser Empfänger die Verbindung zu Satelliten (<60 Sekunden) herstellen konnte, und seiner sehr schnellen Antwort auf die Erfassung von Punkten hatte ich das Gefühl, das letzte Teil unseres Puzzles gefunden zu haben. Die Tage, an denen 30 Sekunden auf einen Punkt gewartet werden musste, waren vorüber. Die Punkte kommen jetzt so schnell, wie Sie auf die Schaltflächen klicken können.

Die Veröffentlichung von Collector 10.4 durch Esri, zu der auch die Unterstützung externer Empfänger hoher Genauigkeit gehört, machte eine bereits hervorragende App nahezu perfekt. Jetzt können auch Metadaten erfasst und an die Attributtabelle übergeben werden. Die Möglichkeit, einen Datensatz zur Datengenauigkeit jedes Feature anzuzeigen und zu speichern, schafft Vertrauen in Ihren Prozess und die Mitarbeiter*innen. Sie haben auch die Möglichkeit, die Performance der Ausrüstung zu überprüfen. Wenn die Genauigkeitsstufen deaktiviert zu sein scheinen und Sie nahe an die Punkte auf der Karte heran gehen, dann werden Sie vielleicht den großen Kiefernbestand bemerken, der das Signal beeinträchtigt hat. Wenn aber stattdessen die Punkte in einem offenen Feld liegen, dann wissen Sie, dass Sie die Ausrüstung überprüfen sollten.

Die andere Funktion, die sich als wertvoll erwiesen hat, war die Korrekturprofileinstellung, die Datumstransformationen ermöglicht. In vielen Countys und Bundesstaaten wurden die Daten im State Plane-Koordinatensystem erfasst. Unser Verkehrsministerium hier in Ohio hat seinen Korrekturdienst auf NAD83 eingestellt. Um dies korrekt zu verwenden, muss ich das Datum transformieren, um sicherzustellen, dass alles übereinstimmt. Nachdem Sie dies eingerichtet haben, erfolgen die Korrekturen automatisch. Damit können Sie eine Datenerfassung mit sehr hoher Genauigkeit erreichen.

Einen letzten Gedanken möchte ich noch zum Budget äußern. Jeder hat ein Budget, an das er sich halten möchte. Und es ist sehr leicht, für Artikel rund um GIS und GPS sehr viel Geld auszugeben. Ich wollte nicht viel Geld für einen externen Empfänger ausgeben, nur um ihn zu besitzen, wie die anderen zwei Handgeräte. Also waren wir vorsichtig und gingen langsam vor. Ich glaube, dass wir letzten Endes eine wirklich gute Lösung für den Außendienst mit einem vertretbaren Budget zusammengestellt haben. Wir hätten drei Mal so viel für einen Empfänger mit einer Genauigkeit im Dezimeterbereich ausgeben können. Ich hatte aber das Gefühl, dass die Online-Erfassung mit 8 cm Genauigkeit und die Offline-Erfassung mit einem halben Meter Genauigkeit (im ungünstigsten Fall) ein guter Kompromiss war. Die Objekte, nach denen wir suchen, sind ein Ventilgehäuse mit einer Breite von etwa 9 Zoll, der Deckel eines Messschachtes mit einer Breite von 16 Zoll oder ein Wasserleitungsgraben mit einer Breite von mindestens 2 Fuß. Wenn wir keines dieser Objekte finden können, dann stimmt mit dem Benutzer-Locator etwas nicht.

Letzten Endes haben wir etwa 3.700 US-Dollar investiert. Für unseren Arbeitsplatz von ArcGIS for Desktop Basic hatten wir die Subskription für die jährliche Wartung, wofür wir ein kostenloses ArcGIS Online-Konto erhielten. Dieses Konto haben wir verwendet, um am Anfang unsere Online-Karten zu testen und einzurichten. Da wir seitdem eine Lizenz für fünf Arbeitsplätze mit ArcGIS Online erworben haben, können wir im Außendienst fünf iPads bereitstellen, während die Mitarbeiter*innen im Büro unsere Online-Karten nutzen können. Das Schöne an ArcGIS Online ist, dass jeder in unserer Organisation auf alle unsere Karten zugreifen kann.

Von unserem Übergang zu dieser neuen Lösung für den Außendienst waren wir begeistert. Mit der externen GNSS-Unterstützung hat Collector uns diesen Übergang sehr leicht gemacht. Wenn andere Wasserversorgungsunternehmen darüber nachdenken, in eine ähnliche Richtung zu gehen wie wir, dann kann ich sie nur dazu ermutigen. Als Mitglied der Ohio Rural Water Association weiß ich, dass es viele kleine Wasserversorgungsunternehmen und Dörfer gibt, die noch nicht wissen, wo sie mit GIS beginnen sollen. Es kann überwältigend und aufwändig sein. Aber glauben Sie ruhig einem, der keinen GIS-Hintergrund hat: Dies ist absolut möglich, auch mit einem begrenzten Budget. Sie müssen nicht gleich voll einsteigen und einen externen GNSS-Empfänger kaufen. Beginnen Sie einfach mit einem Tablet für 400 oder 500 US-Dollar, laden Sie Collector herunter, und finden Sie heraus, was Sie damit tun können. Sie müssen nicht tausende Dollar für Berater ausgeben. Und Sie brauchen sich auch keine Sorgen über das Speichern und Sichern Ihrer Daten zu machen. Es ist alles am richtigen Platz. Alle Werkzeuge, die Sie verwenden möchten, sind vorhanden. Sie müssen nur den ersten Schritt machen.

Von: Travis Anderson - District Engineer, Le-Ax Water District