Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ возможностей использования геоинформационных данных дистанционного зондирования для обеспечения управления экологической безопасностью Уральского федерального округа 10
1.1 ГИС как основное средство эффективного управления территорией 10
1.2 Анализ возможностей современных средств дистанционного зондирования для обеспечения данными системы управления экономической безопасностью 25
1.3 Анализ существующей системы сбора данных для прогнозирования чрезвычайных ситуаций и санитарно-экологической безопасности 37
2 Разработка концепции сбора и обработки данных, полученных с использованием средств дистанционного зондирования, для информационного обеспечения системы экологической безопасности УрФО 49
2.1 Основные требования к информационному обеспечению системы экологической безопасности УрФО 49
2.2 Разработка структуры данных и пространственной основы для информационного обеспечения системы экологической безопасности 68
2.3 Технологические схемы использования ДДЗ в системе экологической безопасности УрФО 78
3 Исследование дешифровочных свойств космических снимков и технологии трансформирования для сбора данных в системах экологической безопасности 94
3.1 Исследования технологии создания цифровых ортофотопланов по космическим снимкам различного разрешения с использованием базовых элементов 94
3.2 Исследование возможности дешифрирования объектов на космических снимках различного разрешения 108
4 Геоинформационные системы для информационного обеспечения управления экологической безопасностью УрФО 117
4.1 Санитарно-эпидемиологическая ГИС СГМ Свердловской области 117
4.2 Территориальная ГИС управления рисками чрезвычайных ситуаций 123
4.3 ГИС корпоративного уровня управления «Лукойл -Западная Сибирь» 129
Заключение 137
Список использованных источников 138
Приложение А Базовые объекты для пространственной основы различных уровней 153
Приложение Б Структура классификатора базовых объектов 155
Приложение В Примеры дешифрирования объектов на космических снимках различного разрешения 159
Приложение Г Функциональные возможности ГИС СГМ 161
Приложение Д Функциональные возможности ГИС ЧС 164
Приложение Е Создание пространственной основы по космическим снимкам для системы ГИС «Лукойл - Западная Сибирь» 170
- ГИС как основное средство эффективного управления территорией
- Основные требования к информационному обеспечению системы экологической безопасности УрФО
- Исследования технологии создания цифровых ортофотопланов по космическим снимкам различного разрешения с использованием базовых элементов
- ГИС корпоративного уровня управления «Лукойл -Западная Сибирь»
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современный этап социально-экономического развития России требует эффективного использования ресурсов территории с соблюдением жизненно важных интересов человека, в том числе с учетом возможного негативного воздействия хозяйственной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также их последствий.
Для принятия эффективных управленческих решений, обеспечивающих условия безопасной жизнедеятельности человека, на различных уровнях управления: федеральном, региональном, муниципальном, на уровне корпораций и предприятий — требуется система, обеспечивающая эти органы многообразной актуальной информацией о территориях. В связи с этим, в стране выполняется ряд государственных программ по созданию информационно-аналитических систем органов государственного управления, программы по инвентаризации участков землепользования и объектов недвижимости с последующим формированием кадастра земли и кадастра объектов недвижимости.
Задачи, которые приходится решать и управленцам, и научным исследователям в сферах охраны среды и здоровья населения, невероятно сложны. Поэтому для принятия решений необходимо организовать целую систему, которая позволила бы объединить в себе параметры описывающей состояние окружающей среды и показатели здоровья населения, выполнить многофакторный анализ данных и представить в доступной форме лицам, принимающим управленческие решения.
При разработке информационного обеспечения системы экологической безопасности необходимо:
- согласовать положение множества разнородных объектов в едином геоинформационном пространстве (регионе), выработать единые требования к созданию картографического материала и произвести
унификацию данных, получаемых из различных первичных источников, в единой БД ГИС, обеспечивающей возможность для накопления разнообразных данных о среде обитания и здоровье населения и позволяющей объединять различные информационные материалы, собираемые в составе ведомственных регистрационных и мониторинговых отделов с созданием единого информационного центра на региональном уровне;
- разработать систему как постоянного обновления базовой
информации, так и получения оперативной информации.
При создании системы экологической безопасности таких обширных территорий, как Уральский федеральный округ, первостепенной задачей является сбор пространственных данных о территории, который можно < эффективно выполнить, только используя данные дистанционного зондирования и, в частности, космические снимки. В связи с этим ' информационное обеспечение системы экологической безопасности Уральского федерального округа основывается на использовании материалов космических съемок и других данных дистанционного зондирования.
Целью диссертационной работы является разработка технологии сбора и обработки пространственной информации о территории, получаемой средствами дистанционного зондирования для информационного обеспечения системы экологической безопасности Уральского федерального округа.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
исследованы возможности современных систем дистанционного зондирования как средств получения информации для ГИС экологического мониторинга и системы ЧС с учетом территориальных особенностей Уральского федерального округа;
осуществлен выбор картографической основы для пространственной информационной системы и определен базовый
объектный состав, необходимый для обеспечения функционирования системы;
разработаны основные принципы использования данных дистанционного зондирования для геоинформационного обеспечения системы экологической безопасности для принятия управленческих решений на определенных уровнях;
разработана технология использования данных дистанционного зондирования для создания базовых объектных слоев ГИС и получения оперативной тематической информации по космическим снимкам.
Научная новизна:
разработаны основные принципы использования данных дистанционного зондирования для геоинформационного обеспечения системы экологической безопасности Уральского федерального округа;
выполнен детальный анализ дешифровочных свойств современных космических снимков и разработаны рекомендации для их использования при обновлении топографических карт и получения информации для обеспечения функционирования ГИС экологической безопасности;
разработана технология фотограмметрической обработки космических снимков, основанная на выборе в качестве опорных точек для трансформирования базовых объектов и базовых слоев пространственной основы информационной системы, повышающая оперативность трансформирования космических снимков.
Практическая значимость заключается в том, что в соответствии с разработанными принципами геоинформационного обеспечения Уральского федерального округа на основе использования данных дистанционного зондирования созданы действующие информационно-аналитические системы:
- информационно-аналитическая система управления Свердловской
области ГИС ГО и ЧС;
- геоинформационная система санитарно-гигиенического
мониторинга Свердловской области.
Разработана технология обеспечения пространственными данными нефтедобывающих предприятий компании «Лукойл».
В этих системах используется новый организационно-
методологический подход формирования пространственно
структурированной информации на основе использования различных источников данных, в том числе, данных дистанционного зондирования, который может быть применен при создании информационно-аналитических систем в других регионах.
Предложенные методики могут быть использованы для повышения эффективности принятия управленческих решений в системах экологического мониторинга в выявлении зависимости «здоровье населения - среда обитания».
Исследования, результаты которых приведены в диссертационной работе, выполнялись в рамках производственных и научно-исследовательских работ:
- создание ЦТП по космическим снимкам масштабов 1 :25 000 и
1 :5 000 по месторождениям ТПП «Ямалнефтегаз», ТПП «Покачевнефтегаз»
000 «Лукойл - Западная Сибирь». Договор № 32/06 г.;
- создание цифровой картографической основы 1 :200 000;
1 :25 000 для создания Геоинформационной системы ООО «Лукойл -
Западная Сибирь» на территории ХМАО и ЯНАО. Договоры № 7353, 7362;
2005 г.;
создание Геоинформационной системы «Экологический мониторинг Свердловской области». Проект УГ. 10.11.15.0075 Договоры № 7296; № 22/06; № 5-05-эко/9; № 11-05-эко/3-1;
ГИС «Применение ГИС-технологий для проведения гигиенической диагностики и экологически обусловленных заболеваний». Государственный контракт № 23.1-эко, 2006 г.;
разработка базы данных опасных объектов, прогноз при авариях на химически опасных объектах г. Саратова. Государственный контракт № 1, 2006 г.;
ГИС «Информационно-аналитическая система управления рисками чрезвычайных ситуаций Свердловской области». Государственный контракт № 4-ЭКО;
разработка паспорта Безопасности Свердловской области. Государственный контракт № 5-ЭКО;
- ГИС «Уральского федерального округа». УГ. 10.11.15.0056.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований
бьши представлены в докладах на научно-технических конференциях
регионального, всероссийского и международного уровня: на 2-й Окружной
научно-технической конференции «Современные проблемы
информационного пространства Уральского региона», г. Екатеринбург, 10-
11 апреля 2003 г.; на Международном научно-промышленном форуме «Великие реки 2004». - Нижний Новгород, 18-21 мая 2004 г.; на научно-технической конференции «Геоинформационные технологии для решения задач управления рисками и кризисными ситуациями», г. Екатеринбург, 29 -
30 июня 2004 г.; на Международном форуме «Информационные технологии и общество 2004», Турция, Кемер, 2-9 октября 2004 г.; на Окружной научно-технической конференции «ГИС - интегрированное решение муниципальных задач», г.Екатеринбург, 17-18 ноября 2004г.; на международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2005», Новосибирск, 25 - 29 апреля 2005 г.; на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье», г. Суздаль, 19-22 мая 2005 г.; на Второй Международной конференции ИТЦ СканЭкс «Земля из космоса - наиболее эффективные решения», ОК «Ватутинки», 30 ноября - 2 декабря 2005 г.; на Окружной научно-технической конференции «Муниципальный ГИС-комплексный подход к управлению территориями», г. Екатеринбург, 31 мая - 1 июня 2006 г.
Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 13 научных работах (из них 11 - в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, содержащего 132 наименования и 6 приложений. Общий объем составляет 175 страниц печатного текста, 34 рисунка, 8 таблиц.
ГИС как основное средство эффективного управления территорией
Термин «географическая информационная система» является дословным переводом с английского «Geographic(al) information system». Различные определения ГИС, подборка которых дана в [3, 9, 14], отражают историю эволюции ГИС как синтеза методов и средств, первоначально развивавшихся в системах автоматизированного проектирования, автоматизированного картографирования, цифровой обработки данных дистанционного зондирования и управления базами данных. Одно из первых определений ГИС в русской литературе гласит: ГИС — это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением природной средой и территориальной организацией общества [15]. Следует подчеркнуть два определяющих момента: а) географические информационные системы прежде всего имеют дело с географической информацией, тематически разнообразной, сопоставимой, координированной, масштабированной и генерализованной в пространстве и времени; б) используют законы информатики, которая, в свою очередь, есть «система знаний, относящихся к производству, переработке, хранению и распространению всех видов информации в обществе, природе и технических устройствах».
Изучение конкретного пространства - привилегия не только ГИС. Изначально изучение пространственных форм объектов реального мира относится к основным задачам математики. Космическое и земное пространство исследуется также физическими науками. Изучение пространственных представлений действительности входит в задачи математико-картографического моделирования. Специфика геоинформационного изучения пространства состоит в использовании геоинформационных моделей действительности и в их разработке в комплексе с методами других наук. Но изучение только пространственного расположения - сильное сужение задачи, важен учет существа явлений, их пространственного состояния, структуры, взаимосвязей и функционирования.
Термин ГИС часто употребляется и в другом значении - он обозначает программное средство ГИС, программный продукт, ГИС-пакет, обеспечивающий функционирование ГИС как системы (ГИС ArcView, ГИС IDRISI).
Возможности ГИС для интеграции информации, полученной из различных источников, в пространственном контексте делает их хорошо пригодными в качестве средств поддержки процедур принятия решений, построения модели принятия решения, которые должны строиться с учетом множества факторов.
В рамках решения задач территориального управления, включая прогнозирование катастрофических процессов, оценку экологической ситуации, состояния здоровья населения и т.д., создаётся геоинформационное обеспечение на федеральном, региональном, районном, муниципальном уровнях. Разрабатываются системы ведения земельного, лесного и градостроительного кадастров, кадастров подземных вод, недр и особо охраняемых природных территорий [4]. На основе пространственной информации создаются системы управления промышленными предприятиями и транспортом, а также навигационные системы. Пространственная составляющая всё шире применяется в средствах массовой информации и справочных системах.
Все это свидетельствует о формировании нового уровня геодезическо-картографической деятельности по обеспечению потребностей народного хозяйства и общества в целом в интегрированной информации об окружающем пространстве в пределах определённых территорий.
Основной функцией ГИС является пространственный анализ геопространства. Для анализа необходимы модели геопространства, поэтому второй основной функцией является моделирование геопространства. Для моделирования необходимы исходные данные. Поэтому сбор и подготовка геоинформации является чрезвычайно важным аспектом создания геоинформационной системы.
ГИС завоевывают новые сферы науки, новые источники данных -дистанционного зондирования (ДЗ), GPS, отмечается комплексирование с методами цифровой картографии и ее ветвью - электронной картографией. Так, данные пространственной статистики и ДЗ, организованные на концепции слоев, позволяют комбинировать пространственно-распределенные свойства с классификационными выделами карты, а интегрированный подход обеспечивает лучшее понимание и количественное изучение неопределенностей в данных ДЗ [67]. Использование в рамках ГИС объемных изображений (в частности, стереоснимков ИСЗ SPOT, Landsat, ERS, Geostat) стало возможным благодаря развитию техники стереоскопии [78]. В геоинформатике в 90-х гг. приобрела особую роль геоматика, которая понимается как особый раздел геоинформатики, посвященный сбору и обработке данных дистанционного зондирования (ДДЗ), включая фотограмметрическую обработку [79].
Все это является предпосылкой создания единой программной среды 90-х годов. В связи с этим особенно важной в геоинформатике стала проблема стандартизации, результатом чего стала разработка ведущими странами нормативно-технической документации (НТД) по цифровому картографированию. Для обмена данными страны НАТО приняли единый стандарт описания векторных данных DIGEST [44], базирующийся на цепочно-узловом отображении векторных и матричных данных.
Дальнейшим развитием международного сотрудничества в области геопространственных данных является проводящаяся в рамках ISO разработка единого каталога, включающего все объекты и явления окружающей среды (Environmental data coding specification). Введение международной системы классификации и кодирования геопространственных данных позволит конвертировать данные ранее созданных систем, что обеспечит стыковку различных ГИС, построенных на национальных системах кодирования.
Со второй половины 90-х гг. возросла тенденция к построению трехмерных (3D) моделей, что продиктовано, с одной стороны, требованиями практических задач, с другой - увеличением мощности вычислительных ресурсов, способных успешно проводить такое моделирование [53]. Трехмерные модели обеспечивают отображение реальности, близкой к той, которую видит глаз на местности.
Тематика ГИС постоянно развивается и на современном уровне охватывает все отрасли научной и хозяйственной деятельности, однако преобладают данные таких отраслей наук, как геология, геохимия, геофизика, а также сведения о рельефе, климате, океанографии и оценке природной среды в целом. В социально-экономическом разделе преобладают сведения о населении и социальной инфраструктуре. Отмечается возрастание роли ГИС в планировании [44, 45, 46, 47].
С современным развитием телекоммуникационных сетей и WWW-систем индивидуальные ГИС теряют свое значение, возрастает роль БД, распределенных в Internet. Рост мощностей программных и технических средств открывает новые возможности объектно-ориентированного моделирования [45]. Объектно-ориентированный подход, как альтернатива геореляционному, в связи с главным его преимуществом - возможностью описания классификационных признаков между объектами при информационном моделировании, обуславливает все большее его распространение в ГИС.
Дальнейший прогресс ГИС направлен к адаптации обработки пространственной информации независимо от ее языкового представления (синтаксиса, семантики языка пространственной информации) и составит будущее ядро в теории интеллектуальных процедур ГИС-технологий.
Разработка ГИС на концепции создания и эксплуатации с учетом структуры и функций выразилась в создании объектно-ориентированных 3-мерных ГИС и ГИС, работающих на принципах искусственного интеллекта (экспертные системы).
ГИС нового поколения становятся ориентированными на пользовательские модели данных в предметной области и определяются классовыми объектами, наборами атрибутов. Упрощение управления пространственными данными для пользователей в таких ГИС будет обеспечено внедрением новых мультимедийных технологий, с целью упростить (облегчить) территориальный анализ. Основные тенденции развития ГИС в III тысячелетии A.M. Берлянт связывает с введением большого числа новых графических моделей Земли, включающих, наряду с картами, различные фотографические и мультимедийные изображения, компьютерные анимации и построенные на всей этой основе различные виртуальные модели [10]. При этом он ставит проблему распознавания, психологического истолкования и анализа графических образов, отображенных в этих моделях на формализованном уровне, в число главных проблем геоинформатики.
Основные требования к информационному обеспечению системы экологической безопасности УрФО
Экологическая безопасность - это комплексная проблема, для эффективного решения которой требуется обеспечить взаимодействие различных органов административного управления различных уровней (правительства округа, области, муниципальных администраций и администраций предприятий и корпораций), осуществляющих хозяйственную деятельность на территории.
В системе информационного обеспечения мониторинга за экологией территории используется комплексная многоаспектная информация различных ведомств - субъектов ведения социально-гигиенического и экологического мониторинга, включающая медико-демографические, социально-экономические, санитарно-гигиенические, экологические данные, взаимоувязанные характеристики элементов региональной инфраструктуры, градостроительства, земельных и природных ресурсов (рисунок 3).
В соответствии с различными уровнями управления формируется единая взаимосвязанная многоуровневая информационная модель.
В решении вопросов и проблем, стоящих перед ГИС экологической безопасности, участвуют специалисты разных областей знаний (медики, социологи, экологи, биологи и т.д.) В такой ситуации карта была и остается наиболее эффективным способом отображения любых явлений, расчетов с привязкой в пространстве [75].
Задачами информационного обеспечения системы экологической безопасности является информация о загрязнении окружающей среды, проведении оперативного эпидемиологического анализа ситуации на выбранной территории и слежение за чрезвычайными ситуациями. Характеристики, поступающие из различных организаций, будут меняться во времени и в пространстве, поэтому при создании информационного обеспечения необходимо правильно выбрать пространственную основу.
ГОСТ Р 52155-2003 «Географические информационные системы федеральные, региональные, муниципальные. Общие технические требования» выделяет следующие пространственные уровни и соответствующие диапазоны масштабов ЦТК для создания ГИС [64].
Федеральный уровень - вся территория Российской Федерации, включая прибрежные акватории и приграничные районы. В качестве базовой модели местности используются цифровые общегеографические карты масштабов 1 : 1 000 000 и мельче.
Региональный уровень - территории крупных природных и экономических районов, субъектов Российской Федерации, федеральных округов, включая районы, природоохранные зоны, районы кризисных ситуаций, бассейны добычи полезных ископаемых и другие локальные территории (акватории). В качестве базовой модели местности используются цифровые топографические карты масштабов 1 : 50 000 - 1 : 200 000, а также возможно использование ЦТК масштабов 1:10 000 - 1 : 100 000.
Муниципальный уровень - территории городов, городских районов, пригородных зон. В качестве базовой модели местности используются цифровые топографические карты масштабов 1:10 000 - 1:50 000 и цифровые топографические планы масштабов 1 :500 - 1 :25 000 на территорию городской застройки.
На рисунке 4 показана четырехуровневая модель построения ГИС на территорию Уральского федерального округа.
Система управления экологической безопасностью включает несколько взаимосвязанных информационных систем различного уровня: систему управления рисками ЧС; систему социально-гигиенического мониторинга; информационную систему статистик и кадастра.
В диссертации рассматриваются ГИС социально-гигиенического мониторинга Свердловской области и информационно-аналитическая система управления рисками чрезвычайных ситуаций (ИАС УР ЧС), которые были разработаны в «Уралгеоинформ» под руководством и при личном участии автора. На примере этих систем показаны основные проблемы, возникающие при создании ГИС и пути их решения.
На рисунке 5 показана функциональная схема социально-гигиенического мониторинга.
Ведение санитарно-гигиенического и экологического мониторинга на региональном уровне основывается на обеспечении органов государственной власти, предприятий, организаций, учреждений и граждан достоверной объективной информацией о состоянии здоровья населения в связи с состоянием среды обитания и условиями жизнедеятельности человека. Для этого ежегодно подготавливают государственные доклады о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения Свердловской области; разрабатывают рекомендации, являющиеся основой для конструктивного взаимодействия органов государственной власти и управления Свердловской области, органов местного взаимодействия, хозяйствующих субъектов, общественных объединений и граждан по обеспечению санитарно-эпидемиологического благополучия населения и проведению сбалансированной социально-экономической политики, ориентированной на жизнеобеспечение и охрану здоровья различных слоев населения.
В рамках санитарно-гигиенической системы на региональном уровне решаются следующие задачи:
- обеспечение наблюдения и контроля состояния здоровья населения и среды обитания человека на основе единства методологии и программ сбора, обработки и передачи информации;
- выявление причинно-следственных связей между состоянием здоровья и среды обитания человека, оценка и анализ наблюдаемых изменений в состоянии здоровья населения под влиянием неблагоприятных факторов окружающей природной, производственной и социальной среды, установление этой зависимости, причин и условий распространения массовых заболеваний населения;
- прогнозирование предполагаемых состояний здоровья в связи с воздействием факторов окружающей среды и условиями жизни населения;
- обоснование приоритетных направлений социальной политики и обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения, охраны здоровья и профилактики заболеваний, снижения преждевременной смертности, оздоровления среды обитания и рекомендаций для принятия решений по этим вопросам.
Информационное обеспечение системы социально-гигиенического мониторинга - это информация, используемая в системе СГМ, а также способы ее представления, обработки и обмена.
Информационные ресурсы системы СГМ включают следующие блоки: состояние здоровья населения; среда обитания; социально-экономическая обстановка; нормативно-справочная информация; оценка и прогноз состояния здоровья и влияния факторов среды обитания.
Информационно-аналитическая система управления рисками чрезвычайных ситуаций (ИАС УР ЧС) представляет собой организационно-упорядоченную совокупность программно-технических средств, информационных ресурсов и технологий, обеспечивающую интеграцию данных знаний о территории Свердловской области для их эффективного использования при решении исследовательских и управленческих задач, связанных с анализом, моделированием, прогнозированием и управлением рисками чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
ИАС управления рисками ЧС интегрирует в своем составе технологии мониторинга природной, техногенной, и социальной среды в интересах предупреждения и ликвидации ЧС; передачи, сбора и хранения информации об источниках чрезвычайных ситуаций и объектах жизнеобеспечения, анализа, моделирования и прогноза последствий ЧС.
ИАС управления рисками ЧС - система информационно-аналитической поддержки принятия решений в Территориальном центре мониторинга и управления чрезвычайными ситуациями (ТЦМ). Функциональной основой ИАС является совокупность ее информационных процессов, каждый из которых решает определенную задачу по сбору, анализу, интеграции, распространению, отображению пространственно-ориентированных данных, а также интеграцию данных и знаний для выработки управленческих решений.
Исследования технологии создания цифровых ортофотопланов по космическим снимкам различного разрешения с использованием базовых элементов
Были выполнены детальные исследования изобразительных и измерительных свойств космических снимков, полученных с космических летательных аппаратов Landsat, SPOT 5, Quick Bird, Ресурс Ф-l, Ikonos, а также сделана оценка целесообразности применения для территории Уральского федерального округа других типов космических снимков IRS, Aster, Radarsat.
Исследования выполнялись по следующей технологической схеме:
- оценивались покрытие снимками соответствующей съемочной системы территории УрФО и возможные сроки получения новых данных, стоимость, возможность выполнения стереосъемки, наличие архивных данных;
- выполнялись визуальное дешифрирование снимков для распознавания всех объектов в соответствии с классификатором карт масштабов 1 : 1 000 000 и 1 :200 000 и топографических карт 1 : 100 000, 1 : 25 000, 1:10 000, 1 : 2 000, 1 : 1 000, и оценка объектного состава, который можно достоверно отобразить по снимкам для карт соответствующего масштаба;
- выявлялись объекты, которые можно использовать как дополнительные базовые объекты при формировании базовых слоев картографической информации в ГИС управления;
- составлялся альбом дешифровочных признаков топографических объектов;
- оценивались возможности космических снимков с точки зрения получения тематической информации для функционирования ГИС экологической безопасности.
Следует заметить, что здесь приведены лишь предварительные оценки, в первую очередь, для панхроматического канала. Исследования дешифровочных свойств многозональных снимков - сложная многофакторная задача, которая является предметом отдельных исследований, и в этом направлении в «Уралгеоинформ» намечено проведение дальнейших работ.
Первый участок экспериментальных работ расположен на территории Тюменской области, включая Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий автономные округа, в пределах 59 - 86 восточной долготы и 5440 - 74 северной широты. Это Западно-Сибирская равнина с густой сетью гидрографии, относящейся к Обь-Иртышскому бассейну. Наиболее крупные реки - Обь, Иртыш, Тобол, Конда. Местность сильно заболочена.
Климат резко континентальный. Леса преимущественно хвойные, сосновые и елово-пихтовые. Характер растительного покрова меняется от густых лесов до лесотундры, переходящий в тундру. Район богат полезными ископаемыми.
Южная часть района средне-населенная с большим количеством городов и поселков городского типа, с хорошо развитой металлургической, горно-перерабатывающей, машиностроительной промышленностью, нефте- и газодобычей, с густой сетью железных и автомобильных дорог.
Северная и северо-восточная часть района малообжитая. Население проживает преимущественно в небольших поселках, расположенных по берегам рек. Вся инфраструктура целиком связана с добычей нефти и газа. Дорожная сеть представлена усовершенствованными шоссе, улучшенными грунтовыми дорогами, зимниками.
В экспериментальной работе использовалось три снимка Landsat7 -L72156018_01820030516, L72154015_01520020702, L72159018_01820030521. Использовались изображения, полученные в панхроматическом диапазоне с разрешением 15 м. Уровень предварительной обработки - 1G. Работа проводилась в СК 1942 г.
Построение ортофотопланов выполнялось с помощью ПО Geomatica9.1 и включало следующие процессы.
Подготовительные работы. Сбор и анализ материалов для набора опорных и контрольных точек и построения цифровой модели рельефа. Пересчет координат опорных и контрольных точек в единую систему координат. Создание проекта в ПО Geomatica.
Набор опорных и контрольных точек. Опорные и контрольные точки определялись по топокартам масштаба 1 : 50 000 и 1 :25 000. Каждый космический снимок обеспечивался 12-15 опорными и 5 - 7 контрольными точками, равномерно распределенными по полю снимка. В качестве опорных точек выбирались четкие, не изменяющиеся во времени элементы местности: пересечения дорог и просек, развязки трубопроводов, углы кварталов в населенных пунктах и т. д. В случае необжитого района выбирались места слияния рек, впадения реки в озеро и пр.
Внешнее ориентирование. Для расчета элементов внешнего ориентирования космических изображений использовался метод Satellite Orbital Modelling, учитывающий геометрию съемочной системы и метаданные каждого снимка. Схема расположения опорных точек на снимках представлена на рисунке 23. Расхождения в плановом положении опорных точек после внешнего ориентирования не превышали 0,2 мм в масштабе карты, а расхождения в плановом положении контрольных точек не превышали 0,3 мм в масштабе карты.
В случае использования космических снимков Landsat7 величина 2 ДА составит 667м (Н = 700 км, R = 126 км), т. е. использование ЦМР при трансформировании необходимо лишь в горных районах. При плоскоравнинном и равнинном характере Тюменской области трансформирование выполняется на среднюю горизонтальную плоскость.
Трансформирование снимков. Выполнялось по результатам внешнего ориентирования. Разрешение трансформированных снимков (ортофотопланов) составило 15 м, формат - GeoTIF.
Для оценки точности каждый фотоплан обеспечивается не менее чем 50 контрольными точками. Контрольные точки представляли собой надежно опознаваемые твердые контуры и объекты местности: устья рек; углы кварталов в населенных пунктах; чёткие очертания озер; перекрестки дорог, просек. Набор точек проводился равномерно по полю снимка. Примеры контрольных точек можно видеть на рисунках 24.
ГИС корпоративного уровня управления «Лукойл -Западная Сибирь»
В качестве примера использования разработанных в диссертации принципов для создания системы корпоративного уровня приведено описание разработанной ГИС для управления «Лукойл - Западная Сибирь».
Использование корпоративной системы обеспечивает:
- интеграцию информации, поступающей от различных подразделений, осуществляющих ведение всех производственных процессов - разведку, добычу, транспортировку, переработку нефти и газа и реализацию товарной продукции;
- связь данных промышленности с охраной окружающей среды. (Это сейчас приобретает приоритетное значение как фактор сохранения среды обитания и позволяет уменьшить или исключить финансовые санкции за ее загрязнение);
- ведение кадастра недвижимого имущества, регистрацию прав, страхование;
- ведение земельного кадастра - границы землепользования, родовые угодья, земельные участки, ценовое зонирование территорий для определения платы за землю;
- оперативное получение комплексной информации об объектах при возникновении событий чрезвычайного характера, анализ и прогноз;
- ведение единой пространственной базы данных для принятия эффективных производственных, управленческих, инвестиционных решений.
ГИС, с точки зрения комплексного подхода, имеет следующие функциональные блоки:
- поисково-справочная система;
- автоматизированный оперативный и отчетный документооборот;
- система комплексного описания объекта по имущественному, техническому, налоговому, кадастровому учету;
- экспертная система оценки состояния объектов и прогноз безопасного функционирования.
Единой универсальной схемы добычи, сбора и транспортировки продукции нефтегазопромыслов не существует, так как это зависит от физико-географических условий местности, качества нефти, ее химического состава и других факторов. Даже на одном месторождении могут быть разные системы обустройства и способы добычи продукта промысла.
Независимо от этого, общая схема и технологический принцип сбора нефти следующий.
Нефтяные скважины по способу забора нефти из пластов подразделяются на фонтанирующие и с механизированной добычей. В настоящее время при разбуривании скважин применяется кустовой метод, с применением наклонного бурения. В каждом кусте 7-8 скважин. От каждой из них нефть по трубопроводам (сборные или выкидные сети) поступает на ЗУ, на котором автоматически замеряется количество нефти, поступающей из скважины. Далее при помощи специального блока автоматики (БА) данные передаются на центральные пункты сбора нефти.
Перечисленные пункты добычи, приема и перекачки нефти соединены между собой трубопроводами различного назначения, материала и диаметра, которые составляют основную часть подземных коммуникаций нефтепромыслов.
Все инженерные коммуникации на месторождениях подразделяются на внутрипромысловые и внешние.
Внутрипромысловые сети обеспечивают транспортировку продукта от скважин до пунктов подготовки нефти и газа.
К внешним коммуникациям относятся трубопроводы, транспортирующие нефть от товарных парков до нефтеперекачивающих станций, нефтеперерабатывающих заводов или до других потребителей.
Магистральные трубопроводы - это внешние коммуникации, совместно с комплексами других инженерных сооружений и установок обеспечивающие основные технологические процессы по подготовке к транспортировке продукции месторождений на большие расстояния.
Комплексная информация о состоянии постранственно-ориентированных объектов:
- сетях наземных и подземных коммуникаций внутриплощадочных;
- магистральных трубопроводов;
- различных технологических установок;
- дополнительная информация о подъездных путях к объекту ремонта;
- пересечениях нефтепроводов с линиями электропередачи, железными дорогами, другими продуктопроводами;
- координированной сводки по лесным пожарам;
- аварии на объектах, находящихся в непосредственной близости от нефтепровода.
Комплексная информация необходима для оперативного принятия управленческих решений. Эта информация должна оперативно получаться из ГИС.
Картографическая основа для ГИС:
- обзорная карта на всю территорию разработок - карта масштаба 1 :200 000;
- космические ортофотопланы;
- более детальная карта на горные отводы - карта масштаба 1 :25 000;
- топопланы на месторождения - топопланы масштаба 1 : 5 000;
- топопланы на промплощадки (ДНС, КНС, и т.д.) - топопланы масштаба 1 : 500, 1 : 1 000, 1 : 2 000;
- цифровые ортофотопланы;
- материалы лазерного сканирования. Тематические слои:
- лицензионные участки;
- родовые угодья;
- месторождения;
- залежи;
- водоохранные зоны;
- технологические пункты;
- разведочные скважины;
- кустовые площадки;
- магистральные нефтепроводы;
- магистральные газопроводы;
- магистральные продуктопроводы;
- промысловые нефтепроводы;
- промысловые газопроводы;
- промысловые продуктопроводы;
- лесничества.
Технологические схемы:
- технологические схемы добычи, переработки, транспортировки нефти, объектов и площадок;
- данные о трубопроводах (материал, диаметр, дата ввода в эксплуатацию);
- растровые технические чертежи и технические паспорта и много других данных, которые будут зависеть от точного назначения ГИС.
Часто на одну и ту же территорию одновременно независимо друг от друга разными исполнителями (организациями) изготавливаются цифровые картографические материалы, которые при конкретном рассмотрении практически оказываются несогласуемыми друг с другом из-за различающейся информационной наполненности, правил ввода и отображения объектов карты. Это приводит к невозможности использовать имеющиеся данные для других целей и задач, кроме поставленных на первоначальном этапе, усугубляет сложность интеграции и ведет к неоднократному бесполезному дублированию затрат.
Поэтому необходим единообразный подход к:
- разработке классификационной структуры картографической и тематической информации;
- созданию единообразных правил цифрового описания пространственно-ориентированных объектов;
- формированию базы метаданных тематической информации на территорию деятельности ООО «Лукойл - Западная Сибирь»;
- разработке нормативно-справочной информации, регламентирующим документам и инструкциям;
- разработке технологии внесения и изменения картографической и тематической информации.
Похожие диссертации на Разработка технологии обработки данных дистанционного зондирования для информационного обеспечения системы экологической безопасности
