Применение географических информационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

В настоящее время с каждым годом растет мировое потребление углеводородных энергоносителей и как следствие - объем добываемой нефти. Российская Федерация является одним из мировых лидеров по добыче нефти, в ее недрах сосредоточено значительная доля общемировых запасов углеводородов. С начала нового тысячелетия и до настоящего времени в России ежегодно вырастает объем добываемых нефти и нефтепродуктов, так же увеличивается объем экспорта [1, 2, 3].

На фоне увеличения нефтедобычи с каждым годом все острее стоит вопрос охраны окружающей среды и ликвидации последствий нефтяных разливов на суше, в реках и морях. Однако, информация о разливах нефти и прорывах нефтепроводов крупнейших нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих компаний недостаточна [1]. По данным Гринпис России, только в 2010 году не менее двух тысяч нефтяных разливов приходилось в среднем на 1 нефтедобывающую компанию. Достоверных данных о ежегодном объеме нефти, загрязняющей окружающую среду, России нет, но путем сложения статистических данных можно сделать вывод, что каждый год в России происходят разливы нескольких миллионов тонн нефти. Проблема обнаружения, локализации разливов нефти и ликвидация их последствий является комплексной. В нефтегазовом комплексе угрозой для разливов нефти может стать чрезвычайная ситуация, аварии, несоблюдение технических стандартов безопасности и пр. [4]. Ввиду ограниченности информации и отсутствия единых современных методов оценки загрязнения окружающей среды и мониторинга объектов нефтегазового комплекса отсутствует возможность совершать централизованный экологический мониторинг.

Цель научно-исследовательской работы, проводимой на кафедре безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВПО КубГТУ - повысить эффективность применения географических информационных систем (ГИС) при мониторинге уровня экологической безопасности в нефтегазовом комплексе. На базе ФГБОУ ВПО КубГТУ разработан программный модуль для оценки антропогенного воздействия на водные объекты [5] на основании «Методики исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства» утвержденной Приказом Минприроды России от 13 апреля 2009 г. N 87 и программный модуль по расчету ущерба от загрязнения земель химическими веществами, в том числе и нефтепродуктами [6] на основании «Методики исчисления размера вреда, причиненного почвам как объекту охраны окружающей среды» утвержденной Приказом Минприроды России от 8 июля 2010 г. N 238; «Порядка определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами» утв. Минприроды России; и построено полностью по модульной технологии.

Задачей настоящей статьи является анализ современных подходов при применении ГИС в экологическом мониторинге, и предложить методы повышения эффективности использования ГИС в экологическом мониторинге. геоинформационный нефть экологический мониторинг

ГИС - это специализированный программный комплекс, состоящий из интерактивных электронных карт, базы данных и набора алгоритмов обработки данных [7]. ГИС получили широкое применение в логистике, в прикладных задачах различных областей наук, а так же в социальной среде. Однако, в настоящее время, развитие географических информационных технологий в области экологии и безопасности ограничено и это связано со следующими причинами:

- ГИС - сложная предметная область, сочетающая в себе синергию географических и технических наук;

- отсутствие простых и открытых ГИС платформ;

- трудоемкость создания заполненной геоинформационной базы данных.

В настоящее время исследования по охране окружающей среды ведутся во всех областях науки и техники различными организациями и на различных уровнях, в том числе на государственном [8]. При изучении проблем действующих методов и подходов экологического мониторинга было выяснено отсутствие централизованного фундаментального средства мониторинга, имеющего конкретное прикладное применение. Для проведения комплексного экологического мониторинга поверхности почв и воды на предмет загрязнений, вызванных разливами нефти и нефтепродуктов, возможно применение географических информационных технологий (ГИС).

В различных регионах России разработаны отдельные модули или проекты модулей ГИС, которые имеют ограниченный функционал, не приспособленные для решения задач других регионов и областей. Такими примерами могут быть исследования А.Ю. Иванова и В.В. Затягайловой в области применения ГИС в мониторинге разливов нефтепродуктов в морской среде [9]. В данном исследовании использованы снимки из космоса и ортодоксальные средства детерминирования нефтяной пленки в водах Каспийского моря и Таиландском заливе. Можно так же отметить ГИС для Тюменской области, описанной А.А. Тигеевым [10]. Все это примеры частных решений проблем экологического мониторинга в определенных регионах и использование подобного опыта для другой экологической проблемы затруднительно. Причинами ограниченности области применения существующих ГИС систем являются:

- закрытость программного обеспечения ГИС и баз данных;

- отсутствие детального описания научного и практического опыта.

Существует ряд зарубежных разработок ГИС, которые решают различные отраслевые или региональные задачи [11]. Подобные информационные системы нацелены на изучение и мониторинг одних и тех же объектов, к примеру, системы Tactical Response Plan и Florida Marine Spill Analysis System направлены на изучение и защиту акватории и прибрежной зоны Мексиканского залива [12]. В таких странах как Норвегия, Таиланд и Япония разрабатываются геоинформационные системы для оценки экологического состояния объектов и моделирования чрезвычайных ситуаций [9]. В настоящее время мировая тенденция состоит в создании открытых интернет-модулей ГИС для мониторинга экологической безопасности нефтегазовых комплексов.

Основные нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие компании уже сейчас ориентируются на возможность использования геоинформатики в своей информационной системе. Прикладная значимость ГИС для отрасли добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов заключается в мониторинге нефтяных объектов и близлежащей зоны, моделировании угроз разлива нефти и нефтепродуктов, предупреждении возможности чрезвычайных ситуаций и логистики транспортных сообщений при перевозке нефти. Предприятия нефтегазовой отрасли используют собственные разработки интерактивных географических карт, при этом внедряя алгоритмы обработки информации, разработанные на основе собственного производственного опыта. В целом, отдельные ГИС не решают основной проблемы экологического мониторинга, ввиду того, что они разрознены, используют различные банки данных и зачастую противоречат друг другу [13].

Обширное практическое применение ГИС чаще всего ограничено лишь картографией и используется в навигации, при построении интерактивных карт городов, населенных пунктов и т.д. [14]. Наиболее развитыми с точки зрения системной проработки являются открытые общедоступные геоинформационные системы. Примером таких ГИС могут являться интерактивные карты от компаний Google и Яндекс. Степень достоверности таких карт можно проверить самостоятельно, большинство современных компьютеров и коммуникаторов имеют встроенные интерфейсы данных ГИС. Карты от Яндекс и Google - это похожие между собой программные комплексы. Уже сейчас они имеют программные интерфейсы разработчика для решения прикладных задач.

ГИС целесообразно рассматривать как средство создания комплексной платформы при мониторинге и моделировании разливов нефти. Зачастую, геоинформационный подход ограничен недостатками функционала программного обеспечения, нечеткостью спутниковых снимков и нехватки данных. Картографической основой ГИС могут являться открытые интерактивные карты от компаний Google и Яндекс. Такой подход может обеспечить значительную экономию ресурсов при разработке комплексной системы мониторинга и прогнозирования. Для получения такой платформы необходимо создание геоинформационной базы данных, которая будет включать в себя информацию о объектах нефтегазового комплекса с учетом их атрибутов: тип объекта, площадь, мощность и так далее.

При объедении открытой географической информационной системы от Google с разработанной базой данных, полученный результат можно использовать в мониторинге объектов нефтегазового комплекса. Данное объединение позволит значительную экономию денег при разработке системы мониторинга. При создании специальных модулей обработки информации данная система может выступить в качестве платформы для прогнозирования и ликвидации разливов нефти. Для работы с пользователем необходимо создание WEB интерфейса.

Процесс получения информации внутренним пользователем или на внешний запрос. Так как система модульная, обработка информации производится на каждом этапе, однако обработанная информация транслируется в модуль открытой ГИС Google.

Модели ГИС в инженерной геологии следует подразделять на три основные группы:

1) по исследуемому инженерно-геологическому процессу (процессам) или техногенному влиянию;

2) по материалам инженерно-геологических изысканий и исследований;

3) по виду или назначению использования участка (территории).

Все виды инженерно-геологических изысканий и исследований сопровождаются накоплением большого объема сведений различного характера и содержания. Информация поступает в виде результатов отдельных наблюдений или измерений в необобщенном или частично обобщенном виде и не может непосредственно использоваться для получения выводов прикладного или научного характера [15].

При повышении эффективности применения ГИС в экологическом мониторинге мы получим качественно новые возможности. Так экологический мониторинг может включать как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении [16].

В данной статье описаны методы повышения эффективности использования ГИС в экологическом мониторинге различных объектов. Основное внимание стоит уделить открытым ГИС, функционал которых можно использовать для мониторинга водных поверхностей и почвы. Используя такие открытые ГИС при создании системы мониторинга, можно не только построить качественно новую систему, но и получить экономию денежных средств. Таким образом, для оптимизации экологического мониторинга, необходимо реализовывать следующие подходы:

1. Спроектировать информационную систему экологического мониторинга.

2. Использовать открытые ГИС.

3. Строить программное обеспечение на основании открытых систем программирования.

Особое прикладное значение мы видим в использовании открытых систем при осуществлении экологического мониторинга. Данных подход позволяет не только увеличить эффективность прикладных средств, но и снизить общую стоимость комплексов экологического мониторинга.

Литература

1. Годовой отчет «О деятельности федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2009 году». - М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2010. - 460 с.

2. Годовой отчет «О деятельности федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2008 году». - М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2009. - 447 с.

3. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2009 году». - М., 2010. - 523 с.

4. Тетельмин В.В., Язев В.А. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе: учебное пособие. - Долгопрудный: Интеллект, 2009. - 352 с.

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012612371. Расчет размера ущерба при загрязнении почвы / А.В. Александрова, А.А. Овчинникова (Левчук), Ю.С. Калантаевский, В.С. Кисель. - Заявка №2012610036; Зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 5 марта 2012 г.

6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012612372. Расчет размера ущерба при загрязнении почвы / А.В. Александрова, А.А. Овчинникова (Левчук), Ю.С. Калантаевский, С.П. Жиров. - Заявка №2012610037; Зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 5 марта 2012 г.

7. Шипулин В.Д. Основные принципы геоинформационных систем: учебное пособие. - Х.:ХНАГХ, 2010. - 337 с.

8. Кузьмина Д.А. Информационные системы поиска и оценки проектов в области радиоэкологии: Дисс. …канд.геол.-мин..наук / Институт рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии. М., 2006. - 168 с.

9. Затягалова В.В., Иванов А.Ю. Мониторинг нефтяных загрязнений в море с помощью ГИС-технологии [Электронный ресурс]. URL: http://gisa.ru/35856.html.

10. Тигеев А. А. Структура региональной экологической ГИС Тюменской области // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. - 2009, № 10. - С. 210-213.

11. Thompson S., Hong Su, Bourdier J. GIS Applications in Emergency Response [Electronic resource]. URL: http://charlotte.utdallas.edu/mgis/ClassFiles/gisc6383/ techassess_2004.

12. Harbaugh S. Current and future geographic information system projects within the eastern Gulf of Mexico, and the potential for one universal application // Int. Oil Spill Conference 2003. British Columbia, Canada.

13. Финкельштейн М.Я. ГИС-INTEGRO как инструмент геологических исследований // Геоинформатика. -2002, №2. - С. 14-21.

14. Соколов Э.М., Панарин В.М., Зуйкова А.А. Современные проблемы науки в области защиты окружающей среды: учебное пособие. - Тула: ТулГУ, 2010. - 301 с.

15. Козловский С.В. Теория и практика создания геоинформационной системы в инженерной геологии: Дисс. …доктора.геол.-мин..наук / Российский государственный геологоразведочный университет имени С. Орджоникидзе. М., 2011. - 281 с.

16. Экологический мониторинг: шаг за шагом / Е.В. Веницианов и др. -- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003. -- 252 с.

Размещено на Allbest.ru