ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2013, № 5, с. 70-83
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
ГЕОВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ПРОЕКТИРОВАНИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ © 2013 г. А. И. Рюмкин*, Е. С. Тябаев
Томский национальный исследовательский государственный университет, Томск ООО НПО "Сибгеоинформатика", Томск *Е-таИ: airyumkin@mail.ru Поступила в редакцию 30.10.2012 г.
Исследуется применимость метода визуализации в создании трехмерных геоинформационных систем (ГИС) на базе моделей рельефа и данных дистанционного зондирования Земли для обоснования проектных решений ранних стадий проектирования магистральных трубопроводов. В практических задачах выполнения работ предпроектной стадии для сибирских трубопроводов проведена разработка цифровых моделей рельефа (ЦМР), определены варианты покрытий трассы снимками разного масштаба, разрешения и особенности построения триангуляции для ЦМР. Проведен пространственный анализ трассировки трубопровода с учетом существующего описания природных ресурсов, объектов застройки, инженерных коммуникаций и ограничений в виде границ памятников природы и культурного наследия. Показано, что важнейшее значение при уточнении вариантов трассирования на ответственных участках имеют методы геовизуализации, позволяющие интегрировать при компьютерной поддержке сильнейшие способности специалистов и возможности ГИС в обработке геоизображений. На реальных примерах показана существенная полезность методов геовизуализации при создании информационных технологий поддержки проектных решений по проектированию магистральных трубопроводов. Создаваемые при этом системы, ЦМР и базы данных пригодны для организации в последующем мониторинга процессов строительства и эксплуатации трубопровода.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, геовизуализация, магистральные трубопроводы, модели рельефа, проектирование
Б01: 10.7868/80205961413050060
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность данной статьи определяется недостаточной разработанностью нефтегазовых приложений дистанционного зондирования (ДЗ) (Бондур, 2010; Земля из космоса, 2011; Аэрокосмический мониторинг объектов..., 2012). В ряде задач мониторинга и развития нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса достаточно очевидна перспективность применения аэрокосмических методов. Особенно эффективны они на ранних стадиях проектирования (Коршак, Нечваль, 2008) и в процессе эксплуатации (Кутуков, 2002), в условиях информационной недостаточности при минимальном объеме полевых инженерных изысканий, производимых лишь для особо сложных условий трассы. Необходимы тщательное исследование различных аспектов их применения для реальных ситуаций и возможность их доведения до практических технологий. В данной работе приведено описание соответству-
ющего исследования применимости геоинформационных систем (ГИС) и ДЗ для ранних стадий разработки проектной документации, проведенных нами ранее в интересах ООО "Газпром-транс-газ-Томск" и ведущих проектных институтов ОАО "Газпром" для новых трасс в Сибири. Изложение иллюстрируется реальными примерами из практики проектирования магистральных трубопроводов (МТП).
Работ с описанием применения ГИС и ДЗ для проектирования газо- и нефтепроводов довольно много (Артемов, Артемова, 2001; Коршак, Нечваль, 2008; Корсей и др., 2003; Ищук 2005; Ва1о-§ип й а1., 2012; Эе1еуаг, Ма§ЫЫ, 2003; УПёшт, 2006). Большая их часть посвящена приложениям ГИС для картирования трассы на основе построения цифровых моделей местности (ЦММ), цифровых моделей рельефа (ЦМР), пространственного анализа и геокомпьютинга. В ряде случаев проводится оптимизация решений, вычисляются области последствий разливов и т.п.
В то же время известно, что в реальности проектная документация (и карты, в нее входящие) являются результатом довольно сложного коллективного процесса, многоуровневого, с взаимодействием представителей различных специальностей (по инженерной геологии, геологии углеводородов, землеустроителей, трубопроводчиков и др.), с неоднократным возвратом на сложные участки и пр. В нем, конечно, используются результаты вычислений на основе ГИС, но необходимо применение технологий, интегрирующих возможности опытных специалистов и специфические возможности компьютеров. По нашему мнению, в качестве такой интегрирующей технологии следует использовать трехмерные ГИС с развитыми средствами визуализации пространственных данных, или геовизуализации (Andrienko, 2010; Balogun et al., 2011, Bodum, 2005; Kjems, 2004; Nielsen, 2004).
РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Проектирование трубопроводов сейчас производится в две основных стадии — предпроектной и разработки проектной документации. Вначале выполняются предпроектные работы, ранее относившиеся к технико-экономическому обоснованию (ТЭО) (Дерцакян и др., 1977), в состав которых входят этапы подготовки декларации о намерениях (ДОН) и обоснование инвестиций (ОИ) (Коршак, Нечваль, 2008).
ДОН содержит предварительные проектные решения по выбору конкурирующих вариантов трассы и площадок размещения оборудования в рамках существующих природных и техногенных условий и выявленных ограничений для предварительного согласования органами государственной власти РФ и ее субъектов. При этом определяются также ориентировочная потребность в основных ресурсах (прежде всего земельных, водных, энергетических) и стоимость строительства по аналогам и укрупненным показателям с учетом возможных затрат на инженерную защиту объекта от опасных природных и техноприродных процессов.
При положительном заключении на ДОН осуществляется переход к этапу обоснования инвестиций c некоторой детализацией условий реализации, включая технические решения по выбору генерального направления трассы, переходов через естественные и искусственные преграды, разработке раздела "Оценка воздействия на окружающую среду" (ОВОС). Уточняется стоимость строительства нефтепровода в выбранном районе с учетом стоимости сооружений по трассе и производится согласование его местоположения на общественных слушаниях с местными органами власти, где ГИС и данные ДЗ очень выигрышны.
Предпроектная документация разрабатывается с учетом решений, принятых в программах пространственного планирования и схемах раз-
вития регионов с целью оценки возможностей инвестирования в выбранном районе, и передается на госэкспертизу.
Проектирование осуществляется на основе информационных материалов, характеризую -щих регион проектирования и представленных камеральными данными и данными полевых изысканий. При этом важнейшее значение для характеристики реальных условий окружающей среды имеют данные инженерных изысканий. Задачей инженерных изысканий являются комплексное изучение природных и техногенных условий территории (региона, района, трассы, площадки, участка) объектов строительства, составление прогнозов взаимодействия этих объектов с окружающей средой, обоснование их инженерной защиты и безопасных условий жизни населения (СНиП 11-02-96, п. 4.1). В их структуре выделяются геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, инженерно-экологические изыскания. Состав и объем изысканий детализируется соответственно стадиям проектного процесса и регламентируется соответствующими нормативными документами (СНиП 11-02-96; РД, 2002; СП, 2011).
В составе изысканий значительное место занимают картографические материалы в виде топографических карт нужных масштабов, тематических карт, материалы аэро- и космосъемки. Практически все они требуют пространственной привязки, совмещения разномасштабных геоизображений, их обработки (общей, первичной и специальной, включая классификацию и создание векторных ЦММ для последующего ГИС-анализа).
Отметим, что нормативами на этапах ДОН и ОИ предусматриваются сбор и анализ картографических материалов и других геоизображений, в том числе аэро- и космоснимков, сбор сведений о месторождениях полезных ископаемых, границах застройки, в т.ч. проектируемых или перспективных трасс инженерных коммуникаций, участках сельхозугодий, орошаемых и осушаемых землях, границах заповедников, территориях с особым статусом. На особо сложные участки обычно выполняется детализированная топографическая съемка. Это участки в горной местности, переходы через автомобильные и железные дороги, болота, речные переходы. Для инженерно-экологические изысканий предполагаются сбор и анализ мелко- и среднемасштабных карт и схем ландшафтного районирования, кадастровых, почвенных, геоботанических, материалов Госгеолфонда. При этом рекомендации по обработке и детальность исходных данных регламентированы только для выполнения инженерно-экологических работ (дешифрирование разномасштабных аэро-и космоснимков (АКС) М 1 : 200000-1 : 125000, с увеличением до М 1 : 20000-1 : 25000 (РД, 2002)).
Практически все эти данные могут быть введены в ЭВМ и обработаны программно на ГИС и системах обработки аэрокосмических изображений.
С учетом данных изысканий принимаются проектные решения по выбору трассы, размещению промежуточного оборудования, проводятся предварительные гидравлические расчеты. Общая оценка качества проекта осуществляется по значениям критериев. В качестве общих критериев рассматриваются обычно (Коршак, Нечваль, 2008) объем металловложений, длительность проекта, объем затрат на строительство и последующую эксплуатацию трубопровода (ТП), как основной. Оптимизация достигается при минимуме значений критериев, которым соответствуют кратчайший вариант трассы (минимум металловложе-ний), минимальный срок выполнения, минимум затрат. В реальности наиболее адекватен вариант многокритериальности, как и в большинстве других задач проектирования (САПР).
На стоимость единицы длины трубопровода влияют такие факторы, как диаметр труб, давление, природные условия, экономико-географические факторы (местоположение, относительное размещение). Отметим влияние условий размещения (обжитые районы, наличие ж.д. и автодорог), тяготение к коридорам коммуникаций, выбор схем укладки и сооружения, расстановка и выбор мест для оборудования. Резкое удорожание п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.