Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проблем поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах 13
1.1 Анализ проблем, связанных с эксплуатацией магистральных нефтепроводов 13
1.2 Анализ возможных последствий от аварийных разливов нефти на объектах магистральных нефтепроводов для населения и прилегающих территорий 19
1.3 Анализ мероприятий по ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах с точки зрения законодательства Российской Федерации 24
1.4 Использование информационных и геоинформационных технологий для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных 35 нефтепроводах
1.4.1 Анализ существующих геоинформационных систем 35
1.4.2 Анализ существующих информационных систем для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти 43
Выводы по 1-й главе 46
2. Разработка методов поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий 48
2.1 Разработка методов геоинформационного описания магистрального нефтепровода и разбиения его линейной части для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти 48
2.2 Расчет объемов излившейся нефти для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти 56
2.3 Модернизация алгоритма определения маршрута стекания нефти по суше 62
2.3.1 Построение цифровой модели местности 62
2.3.2 Определение маршрута стекания нефти по рельефу местности 69
2.4 Поддержка принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе полученных результатов моделирования 76
Выводы по 2-й главе 79
3. Разработка информационной и функциональной моделей системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах 80
3.1 Анализ средств создания функциональных и информационных моделей 80
3.2 Разработка функциональной модели процессов поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах 85
3.3 Разработка информационной модели поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах 93
3.4 Организация базы данных геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти 99
3.4.1 Требования к базам данных 99
3.4.2 Организация базы геоданных системы 101 Выводы по 3-й главе 108
4 4. Разработка геоинформ анион ной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти (на примере ОАО "Уралсибнефтепровод")
4 Л Анализ организационной структуры и деятельности ОАО "Уралсибнефтепровод" 109
4.2. Основные технические решения по разработке геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод» 113
4.3 Разработка подсистемы моделирования аварийных разливов нефти для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти 122
4.4 Эффективность внедрения геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и. ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод» 126
Выводы по 4-й главе 145
Заключение 146
Список литературы
- Анализ возможных последствий от аварийных разливов нефти на объектах магистральных нефтепроводов для населения и прилегающих территорий
- Расчет объемов излившейся нефти для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти
- Разработка функциональной модели процессов поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах
- Основные технические решения по разработке геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод»
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время в России эксплуатируется около 50 тыс. км магистральных нефтепроводов (МН) [100]. Согласно имеющейся статистике, в целом по Российской Федерации более 60% крупных объектов хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов эксплуатируются свыше 30 лет, в том числе нефтепроводы (магистральные, промысловые, внутризаводские) в достаточно сильной степени изношены. Регионы строительства новых магистральных и промысловых нефтепроводов характеризуются крайней уязвимостью окружающей природной среды [24].
Средневзвешенная частота аварий с объемом разлива более 1000 т составляет величину - 1 авария в 30-40 лет в расчете на 1000 км трассы МН. По этой причине МН являются комплексами взрывопожароопасных объектов, отдельные участки которых проложены в зонах действия опасных природных и техногенных явлений угрожающих экологической безопасности районов их прокладки и подвержены повышенному риску повреждения и разгерметизации, а прилегающая территория - риску загрязнения нефтью [100].
Одним из примеров является Республика Башкортостан (РБ) основу экономики, которой составляют предприятия нефтегазового комплекса. В Республике Башкортостан работает большое количество предприятий нефтегазовой отрасли, где транспортировка сырьевых ресурсов производиться наземным транспортом и по магистральным нефтепроводам.
Основная часть трубопроводного транспорта объединяет все эксплуатируемые нефтяные районы и нефтеперерабатывающие заводы Республики Башкортостан, регулирует поток нефти на заводах Башкортостана и ее дальнюю поставку на восток - в Сибирь и Казахстан, на юг - в Оренбургскую обл., на запад - в Самарскую обл., Татарстан, в центральную Россию и далее. В тех же направлениях перекачиваются и светлые нефтепродукты по магист-
7 ральным продуктопроводам. Магистральными трубопроводами управляют и
их эксплуатируют 2 крупнейших в России подразделения; по транспортировке нефти - Управление Урало-Сибирскими магистральными нефтепроводами, по доставке нефтепродуктов - Уральское объединение концерна "Роснефте-продукт". Одним из наиболее крупных предприятий является ОАО «Урал-си бнефте про вод». Общая протяженность трубопроводов, эксплуатируемых Урало-Сибирскими магистральными нефтепроводами составляет 7624 км, из них 3750 км проложено по территории Башкортостана [13].
Ежегодная эксплуатация нефтепроводов, повышение потребности в транспортировке нефти и нефтепродуктов, ошибки при проектировании и строительстве самих магистральных нефтепроводов, а также в связи с физическим износом и моральным устареванием оборудования, ростом влияния, так называемого, «человеческого фактора», возрастает число аварий на объектах системы магистральных нефтепроводов, влекущие ущерб здоровью людей и окружающей природной среде, приводящие нередко к человеческим .жертвам, а также к значительным материальным и финансовым потерям, нарушению условий жизнедеятельности людей, производственной деятельности предприятий Российской Федерации в целом [4].
Одним из основных путей снижения последствий от аварийных ситуаций на объектах трубопроводного транспорта (в том числе и на резервуарных парках) является планирование и выполнение мероприятий по предупреждению и тщательной подготовке к локализации и ликвидации возникших аварийных ситуаций. Для этого необходимо заблаговременно оценивать возможные последствия аварий и их воздействие на население, и прилегающую территорию. В целях обеспечения эффективности мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, защиты населения и окружающей природной среды от их вредного воздействия Правительством Российской Федерации был разработан и утвержден комплекс нормативных документов [61-67]. На основании, которых приняты требования, обязующие предприятия разрабатывать планы по предупреждению и ликви-
8 дации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛАРН) [61]. Согласно
данным требованиям существует ряд недостатков, не позволяющих в полной мере предоставлять информации о пространственно распределенных объектах и явлениях территории магистральных нефтепроводов, что усложняет определение места излившейся нефти, расчет сил и средств, достаточных для ликвидации аварийных ситуаций, определение местонахождения профессиональных аварийно-спасательных формирований, определение первоочередных действий при получении сигнала об аварии и пр.
Одним из наиболее перспективных способов разработки ПЛАРН является применение современных геоинформационных технологий, которые открывают новые возможности представления данных об объектах магистральных нефтепроводов. Это объясняется тем, что большая часть информации, необходимая для управления транспортом нефти, характеризует географически распределенные объекты, а существующие на сегодняшний день на предприятии автоматизированные системы не обеспечивают решение всего круга производственных задач специалистов и оперируют избыточными данными.
Поэтому разработка автоматизированной системы ликвидации последствий аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий приобрела особую актуальность, которая позволила бы автоматизировать процесс приема и обработки информации об аварийных ситуациях, обеспечивать геоинформационное моделирование аварийных разливов нефти, с учетом характеристик местности, погодных условий и масштабов аварии, а также представлять результаты лицу, принимающему дальнейшее решение по ликвидации аварии.
Вопросам обеспечения безопасности и оценки опасных природных и техногенных процессов при эксплуатации магистральных нефтепроводов и их влияния на окружающую среду с использованием современных информационных технологий посвящено много работ отечественных и зарубежных авторов, в частности работы Р.Н. Бахтизииа, СМ. Вайнштока, Р.И. Габдю-
шева, А.Б. Галяутдинова, А.Г. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, Р.Х. Идрисова,
В.Г. Крымского, P.P. Набиева, СВ. Павлова, Р.З. Хамитова, К.В. Черняева, М.А. Шахраманьяна, Дж. Апосталакиса, X. Кукамото, Э. Хенли, Г. Сейвера, Ф. Лисса и др. Однако вопросам геоинформационного описания объектов магистральных нефтепроводов в сочетании с факторами, влияющими на окружающую среду, а также использованию этого описания для определения пространственных характеристик аварийных разливов нефти, уделено недостаточное внимание, что в конечном итоге снижает эффективность принимаемых решений по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти при эксплуатации магистральных нефтепроводов.
Указанные обстоятельства обуславливают актуальность сформулированной темы исследования, направленной на автоматизацию поддержки принятия решений по ликвидации последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах на основе геоинформационных технологий.
Цель работы: повышение эффективности поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроіюдах за счет разработки и внедрения методов обработки и представления пространственных данных об объектах МН и их окрестностей.
Задачи исследования:
Анализ возможных причин и последствий от аварийных разливов нефти и их влияние на окружающую среду, а также анализ подходов для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах.
Разработка метода геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей.
Разработка метода разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти.
Модернизация существующего алгоритма моделирования аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий с учетом
10 рельефа, уклона, нефтеемкости грунта, гидрографии и других характеристик,
влияющих на результаты моделирования.
5 Разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий.
Методика исследования
В работе использовались методы системного анализа, автоматизированного проектирования информационных систем, методы математического и геоинформационного моделирования, организации баз геоданных, технологии хранилищ данных.
Научная новизна:
J Разработан метод геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его объектов, основанный на теоретико-множественных отношениях, а также использовании цифровой модели местности и цифрового продольного профиля в виде специализированных слоев, пространственных данных: отметок высот, изолиний, гидрографии, объектов магистрального нефтепровода и прочих объектов.
Предложен метод разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти на основе нахождения экстремальных характеристик (высотных отметок линейной части магистральных нефтепроводов) по геоинформационному описанию МН и его окрестностей.
Модернизирован существующий алгоритм стекания нефти по суше на основе цифровой модели местности с учетом рельефа, уклона, нефтеемко-сш грунта и гидрографии. Показано, что построение модели стекания нефти по суше с использованием геоинформационных технологий, позволяет рассчитать маршрут и площадь распространения нефтяного пятна для линейных и площадных объектов магистрального нефтепровода.
Практическая ценность работы
Программная реализация «Геоинформационная система на технологическом участке Ленинск-Нурлино ОАО "Уралсибнефтепровод" (ГИС УСМН)» - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613615 от 18.10.2006г.
Программная реализация «Подсистема моделирования аварийных разливов нефти (подсистема МАРН)» - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ№ 2006613616 от 18.10.2006 г.
База данных геоинформационной системы на технологическом участке Ленинск-Нурлино ОАО «Уралсибнефтепровод» (ГИС УСМН) - свидетельство об официальной регистрации базы данных, входящий номер № 2006620278, от 24.08.2006 г.
Полученные результаты в виде методов, картографических материалов, базы данных, программного обеспечения, реализующего алгоритм расчета маршрута стекания нефти по суше, используются в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета и Уфимского государственного нефтяного технического университета, а также внедряются в ОАО «Уралсибнефтепровод».
Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты работы докладывались на следующих конференциях, форумах и семинарах: Всероссийском форуме «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2003 г.); международных научно-практических конференциях «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT'2003, CSIT'2004, CSIT'2005, CSiT'2006); ежегодной конференции пользователей продуктов компаний ESRI и ERDAS, (Голицыно, 2003-2005 гг.); IV научно-практическом семинаре "Использование ГИС-технологий ESRI и Leica Geosysteras в нефтегазовой отрасли" (Тюмень, 2005 г.); Международном форуме «Рациональное природопользование '2005» (Москва, 6-8 сентября 2005 г.); Международной конференции «Хазар-нефгазятаг-2006» (Баку, 2006 г.).
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 19 источниках, включая 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ, 1 свидетельство об официальной регистрации базы данных, 14 статей и тезисы двух докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав основного материала, библиографкческого списка из 102 наименования и 5 приложений. Изложена на 195 страницах машинописного текста, включая 60 рисунков и 6 таблиц.
Анализ возможных последствий от аварийных разливов нефти на объектах магистральных нефтепроводов для населения и прилегающих территорий
Одним из характерных и наиболее опасных по своим последствиям видов аварий на МН являются аварийные разливы нефти, влекущие ущерб окружающей природной среде, приводящие нередко к человеческим жертвам, а также к значительным материальным и финансовым потерям, нарушению условий жизнедеятельности людей, производственной деятельности предприятий. На небольшие разливы нефти обращается мало внимания, так как их последствия ликвидируются силами предприятий или же разлившаяся нефть разлагается естественным способом, Большие разливы нефти привлекают внимание общественности и, как правило, требуют принятия срочных мер со стороны органов государственной власти [59, 60].
Например, 8 марта 2006 года произошла авария на магистральном трубопроводе "Нижневартовск-Курган-Куйбышев" близ деревни Тимирово Туимазинского района Республики Башкортостан. Нефть разлилась на площади примерно 6 гектар, а часть ее попала в реку Бишинды, впадающей в реку Усень - приток реки Ик (бассейн реки Камы). Береговая полоса реки Бишинды была загрязнена на протяжении двух км [69].
В ходе ликвидации последствий аварии основную работу выполняли помимо специалистов МЧС свыше 500 сотрудников ОАО "Уралсибнефте-провод" - компании, обслуживающей прорвавшей участок нефтепровода. В работе так же участвовало 146 единиц спецтехники из различных регионов России (Татарстан, Челябинская, Курганская, Екатеринбургская области). На месте розлива нефти провели обваловку со стороны реки, установили в общей сложности более 13 боновых заграждений и нефтесборщиков, на поверхность воды расстелили специальный тканевой сорбент. Загрязненный нефтью снег и грунт вывозили в аварийные нефтешламовые амбары ежедневно до 20 марта. При этом с 3 гектар загрязненной территории к 12 марта в шламонакопитель доставлено 3078 куб. метров нефтяной водоэмульсии и загрязненного нефтепродуктом снега.
Невозможно заранее предугадать точное место, время и масштабы разливов нефти, однако в целях обеспечения эффективности мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, защиты населения и окружающей природной среды от их вредного воздействия Правительством Российской Федерации был разработан и утвержден комплекс нормативных документов [61-67], который предусматривает обязательную разработку предприятиями планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ЛЛАРН).
Так как основной целью разработки Г1ЛАРН является защита населения и окружающей природной среды от вредного воздействия разлившейся нефти и нефтепродуктов, то «Правилами организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской федерации», утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 15.04.2002г. №240 [62], предусмотрено прогнозирование последствий разливов нефти и обусловленных ими вторичных чрезвычайных ситуаций. Возможные последствия от аварийных разливов нефти при эксплуатации магистральных нефтепроводов приведены ниже.
Рассмотрим более подробно возможные последствия от аварийных разливов нефти при эксплуатации магистральных нефтепроводов для населения и прилегающих к трубопроводной системе территорий. В таблице 1.1 приведены основные объекты, на которые могут воздействовать аварийные разливы, а также виды этих воздействий [2, 4, 7, 97, 102].
Население. Результатом АРН является неблагоприятное воздействие на здоровья людей. Вредным для человека является попадание в организм вредных веществ через воздух и воду, а также в результате потребления животной и растительной пищи, непосредственно контактировавшие с нефтью.
Как следствие - ухудшение здоровья населения, болезни, связанные с дыхательными путями, болезни печени, аллергические заболевания и др., что зачастую может привести к гибели людей. Важным фактором также является ущерб, нанесенный личному имуществу [22, 39].
Объекты жизнеобеспечения. Объекты жизнеобеспечения - это инженерные сооружения (источники водоснабжения, отопления), автомобильные и железные дороги, речные переправы и речной транспорт, электроснабжение, зоны рекреации (пляжи, курорты). Представленные в данном пункте объекты воздействия имеют не малое значение для здорового образа жизни человека. Гак, например, попадание нефти в водные объекты быстро покрывает большие площади. Нарушение транспортных путей, инженерных коммуникаций, линий электропередач, тепло- и электростанций нарушает нормальное функционирование системы социальной инфраструктуры жизнеобеспечения [101].
Объекты производственной и социальной сферы. Данный пункт воздействия АРН представлен объектами производственной и социальной сфе 23 ры деятельности, сюда относится: ведение сельского хозяйства, рыбоводство, животноводство, растениеводство. Загрязнение с/х угодий влечет за собой деградацию плодородного слоя земли, в результате земельный участок становится не пригодным или требует значительных усилий для его восстановления. Возможны воспламенения растекшейся нефти на большой территории.
Объекты окружающей среды. Важным объектом воздействия АРН является окружающая природная среда: атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почва, растительность, животный мир, особо охраняемые территории (заповедники, памятники природы, заказники и др.).
В результате сгорания нефти в атмосферу выбрасывается около ежегодно около 20 млрд. т углекислого газа и поглощается соответствующее количество кислорода. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, сопровождающееся ростом количества аэрозоля (мелких частиц пыли, сажи, взвесей растворов некоторых химических соединений), может привести к заметным изменениям климата и соответственно к нарушению складывающихся в течение миллиона лет равновесных связей в биосфере [52-53, 971.
Выжигание основной массы разлитой нефти часто сопровождается пожарами.
Ежегодно в бассейны рек и водоемы попадает сотни тысяч тонн нефти, в результате на воде образуется топкая пленка, препятствующая газообмену. Нефть разлитая непосредственно на земле испаряется, подвергается окислению и воздействию микробов. Разлитая на земле может загрязнять грунтовые воды. Попавшая в организм нефть вызывает желудочно-кишечные кровотечения, почечную недостаточность, интоксикацию печени, нарушение кровяного давления.
Расчет объемов излившейся нефти для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти
Существуют различные методы расчета объема излившейся нефти. Однако среди специалистов, занимающихся вопросами аварий на магистральных нефтепроводах, наибольшее распространение получили «Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистраль ных трубопроводах» [75] и «Основные требования к разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» [61-64].
Для расчета по приведенным методикам необходимы разнородные данные, но в той и в другой методике используются атрибутивные и пространственные данные: V=V(Atr,n)t где Atr - атрибутивные данные; 77 - пространственные данные.
Такие данные, могут быть получены на основе методов разработанных в пункте 2.1, используя гео информационное описание в виде (2.4), цифрового продольного профиля и цифровой модели местности, Отличие методик состоит в оперативности получения этих данных и по факту возникновения аварии. Расчет по методике [75] требует дополнительных действий со стороны специалистов, занимающихся ликвидацией аварии, для того чтобы определить характеристики аварийного разлива нефти, например, геодезические отметки участка нефтепровода, время с момента возникновения аварии, расход нефти при разных условиях, давление в конце и в начале участка нефтепровода, и т.д. В данной работе «Методика определения ущерба» и «Основные требования» были приведены к единым обозначениям ранее разработанных методов для удобства автоматизации процессов расчета объемов (2.13-2.15) по единой технологии.
Расчет количества нефти, вылившейся из трубопровода по методике [75], при разных режимах истечения производится в 3 этапа: - разлив нефти с момента повреждения до остановки перекачки; - разлив нефти из трубопровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижек; - разлив нефти из трубопровода с момента закрытия задвижек до прекращения утечки.
Объем нефти Vj, вытекшей из нефтепровода с момента возникновения аварии та, до момента остановки перекачки т0, определяется соотношением; У\ =Q/Ti = Qifo - г J, где г/ - продолжительность истечения нефти из поврежденного нефтепровода при работающих насосных станциях, ч; Время повреждения т„ и остановки т„ насосов фиксируется системой автоматического контроля режимов перекачки.
Расход нефти через место повреждения Qi определяется из выражения: Q,=Q -&. О-/) pg где Q - расход нефти в поврежденном нефтепроводе, куб. м/ч; Q0 - расход нефти в исправном нефтепроводе при работающих насосных станциях, куб. м/ч; / - протяженность участка нефтепровода от насосной станции до места повреждения, м; Z/ - геодезическая отметка начала участка нефтепровода, м; Zj - геодезическая отметка конца участка нефтепровода, м; Р - давление в начале участка нефтепровода в поврежденном состоянии, Па; Р" - давление в конце участка нефтепровода в поврежденном состоянии, Па; р - плотность нефти, т/куб. м; g-ускорение силы тяжести, м2/сек.; /„ - гидравлический уклон при перекачке нефти по исправному нефтепроводу; тп - показатель режима движения нефти по нефтепроводу в исправном состоянии (в соответствии с рекомендациями равен 0,25) [75].
После отключения насосных станций происходит опорожнение расположенных между двумя ближайшими насосными станциями возвышенных и прилегающих к месту повреждения участков, за исключением понижений между ними. Истечение нефти определяется переменным во времени напором, уменьшающимся вследствие опорожнения нефтепровода.
Для выполнения расчетов продолжительность истечения нефти т2 с момента остановки перекачки ти до закрытия задвижек х.} разбивается на элементарные интервалы rh внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным.
Общий объем выхода нефти из нефтепровода за время т? = (т„ - г ) определяется как сумма объемов Vt нефти, вытекших за элементарные промежутки времени г,-: Для каждого /-го элементарного интервала времени определяется соответствующий расход Q-L нефти через дефектное отверстие: Q, = №$Фі где [і - коэффициент расхода нефти через место повреждения; со - площадь дефектного отверстия, кв.м.
Напор в отверстии, соответствующий /-му элементарному интервалу времени, рассчитывается по формуле: }ц = 2,-(2м-кт)+К. где Z,- - геодезическая отметка самой высокой точки профиля рассматриваемого участка нефтепровода, заполненного нефтью на /-й момент времени, м; Z„ - геодезическая отметка места повреждения, м; hT - глубина заложения нефтепровода до нижней образующей, м; ha - напор, создаваемый атмосферным давлением, м. За элементарный промежуток времени т, освобождается объем нефтепровода Vh что соответствует освобождению участка нефтепровода /,-:
Освобожденному участку /,- соответствуют значения х, и Zti определяющие статический напор в нефтепроводе в следующий расчетный интервал времени Г/,/.
Основной объем вытекающей после закрытия задвижек нефти К? определяется по формуле: У3 = жСґтГ/4. Значение / находится как сумма длин участков нефтепровода между перевальными точками или 2-мя смежными с местом повреждения задвижками, возвышенных относительно места повреждения M(l, ZJ и обращенных к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки места повреждения.
Разработка функциональной модели процессов поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах
Построение функциональной модели процессов поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах начинается с представления всей системы в виде простейшей компоненты - одного блока и дуг, изображающих интерфейсы с функциями вне системы. Поскольку единственный блок представляет всю систему как единое целое, имя, указанное в блоке, является общим. Это верно и для интерфейсных дуг - они также представляют полный набор внешних интерфейсов системы в целом. На рисунке 3.1 представлен главный блок функциональной модели «Геоинформационная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации АРМ на МН». Целью модели является отображение работы системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти описание действий, которые выполняются модулем для осуществления процесса моделирования. Модель составлена с точки зрения разработчика.
Главный блок диаграммы описывает следующие процессы: специалисты-пользователи, используя инструментальные средства, с помощью геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти преобразуют входные данные в векторную карту территории аварии и план ликвидации аварии в соответствии с нормативными документами АК «Транснефть», нормативными и регламентирующими документами ОАО «Уралсибнефтепровод» и запросами пользователей.
Блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детализируется на следующей диаграмме с помощью нескольких блоков, соединенных интерфейсными дугами. Эти блоки представляют основные подфункции исходной функции. Данная декомпозиция выявляет полный набор подфункций, каждая из которых представлена как блок, границы которого определены интерфейсными дугами.
Обобщенная диаграмма верхнего уровня «Геоинформационная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации АРН на МН» декомпозируется натри блока (рис. 3.2): -картография; - поиск объектов системы; - подсистема моделирования аварийных разливов нефти.
Блоки «Картография» и «Поиск объектов системы», в свою очередь, также декомпозируется на определенное число блоков. Декомпозиции этих блоков приведены на рисунке 3.3 и рисунке 3.4. Более подробно описывается декомпозиция блока «Подсистема моделирования аварийных разливов нефти», поскольку на основе решения класса типовых задач прогноз и ликвидация АРН являются первоочередными для достиКаждая из подфункций диаграммы АО декомпозируется подобным образом для более детального представления. Декомпозированные диаграммы читаются аналогичным образом, как и главный блок А-0 функциональной модели.
Для выполнения функции первого блока на вход подаются входные данные в виде параметров аварии (рис. 3.6). На этом этапе проводится выбор параметров для моделирования. В качестве управляющего воздействия представлены запросы пользователя. На выходе появляется параметры моделирования, которые одновременно являются входными данными для второго блока диаграммы - расчет объемов.
На этапе расчета объемов выбирается сначала методика для расчета и потом непосредственно сам расчет. На этом этапе инструментом являются CASE-средства. В качестве управляющего воздействия кроме запросов пользователя выступают нормативные документы и регламентирующие документы ОАО "Уралсибнефтепровод". В итоге специалисты-пользователи с помо 90 щью инструментальных средств, обрабатывая параметры моделирования и информацию из баз данных, смогут получить результат расчета объемов, который включает в себя все рассчитанные объемы и их разбиение на временной интервал (рис. 3.7). жения пожарной и промышленной безопасности нефтяных компаний.
На этапе построения модели выполняется собственно основная работа подсистемы моделирования (рис. 3.8). На данном этапе инструментальными средствами и специалистами - пользователями формируется карта территории аварии на основе рассчитанных характеристик пятна и триангуляционной модели. Для этого входными данными являются векторные карты территории и результат расчета объемов, полученный на предыдущем этапе. Управляющими воздействиями также являются запросы пользователя, нормативные документы и регламентирующие документы предприятия. Выходным объектом данного блока является внедрение подсистемы моделирования аварийных разливов нефти.
Основные технические решения по разработке геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод»
В течение нескольких лет в ОАО «Уралснбнефтепровод» производится поэтапная разработка и внедрение геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводов (ГИС УСМН) для обеспечения доступа и представления пространственной информации сотрудникам различных уровней управления. Структура действующей геоинформадионной системы ОАО "Уралсибнефтепровод" (ГИС УСМН) представлена в виде схемы на рисунке 4.3.
В основу ГИС УСМН положена картографическая, атрибутивная, справочная и графическая информация, которая включает векторные карты, включающие все общегеографические и специализированные объекты вдоль трассы нефтепровода масштабов 1:200 000, 1:10 000, 1:2000, 1:1000, а также продольный профиль трассы трубопроводов, генпланов территории НПС, планы подводных переходов 1:500, технологические схемы, 3-х мерную модель местности вдоль нефтепровода и НПС и т.д.
Разработанная ГИС УСМН используется для управления, мониторинга магистрального нефтепровода, инвентаризации объектов хозяйственной деятельности, землепользования и для решения некоторых прикладных задач. Корпоративному потребителю необходима, прежде всего, специализированная информация, которая может быть измерена, получена, вычислена топо-графо-геодезическими средствами и методами. Требования корпоративного потребителя весьма разнообразны и зачастую противоречивы из-за стремления одновременного решения несхожих задач и многоуровненности пользователей: от линейного мастера до главы корпорации. На рисунке 4.4 представлены функциональные возможности созданной системы [16].
При этом учтены особенности создаваемой системы, такие как: разнородность требований конечных пользователей, специфичность решения прикладных инженерных задач на картографическом фоне, возможность использования собранных данных специалистами разных профилей.
Геоинформационная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод» включает: картографию, систему поисков и функциональные задачи. В первой части представлен картографический материал в виде карт масштабов 1:1 000 000, 1:200 000, 1:10 000, 1:2 000 и космические снимки. Вторая часть системы позволяет осуществить поиск объектов магистрального нефтепровода, например, поиск трубопровода, км, задвижек и т.п. Третья часть представляет собой подсистему моделирования аварийных разливов нефти, которая позволяет осуществить поиск места АРН на различных картографических носителях, рассчитать объем излившейся нефти по двум методикам, упоминавшихся ранее, и моделирование АРН по суше и по водным объектам.
Для разработки интерфейса геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации АРН на МН использовалось приложение АгсМар линейки ArcGIS 9.1. Основные технические решения при разработке интерфейса ГИС УСМН, включают следующие возможности: - создание и поддержку единой информационной среды для решения информационно-справочных, поисковых и функциональных задач; - администрирование, управление и аудит аппаратно-программной среды ГИС; - непротиворечивость, целостность и актуальность данных ГИС; - защита и конфиденциальность данных.
Разработанный интерфейс системы является автоматизированным рабочим местом (АРМ) «Администратор и менеджер ГИС», которое представляет собой набор специальных средств разработки и ведения картографических и атрибутивных баз данных Arclnfo, ArcView 9.1 с модулями расширения, ArcIMS и ArcSDE.
Для наглядного представления автоматизированного рабочего места предложена структура на рисунке 4.7, которая поддерживает: - русскоязычный интерфейс пользователя с ГИС; - возможность формирования информационных запросов; - возможность пользователям одновременного манипулирования с картографической и атрибутивной информацией.
Таким образом, результатом технических решений по разработке геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод» являются следующие функции: - управление послойной нагрузкой электронной карты; - изменение нагрузки карты в зависимости от масштаба отображения; - автоматическое изменение параметров проекции при смещении области просмотра;
