Шухостанов В.К., Ведешин Л.А., Цыбанов А.Г., НПФ «ДИАТЕХ» — РАЕН, тел.: (095) 254-7032, E-mail: v-p@diatech.ru
Для исследования и диагностики современной техносферы требуется привлечение широкого спектра средств, методов и технологий, в частности, космических и ГИС-технологий. На базе этих технологий в последние годы нами ведутся работы по космической диагностике различных объектов техносферы.
Космическая диагностика техносферы – это научно-технологическое направление, которое с помощью космических средств осуществляет исследование состояния и процессов, происходящих в техносфере, с целью вмешательства, воздействия и управления этими процессами, поддержания устойчивого состояния техносферы, обнаружения, предупреждения и предотвращения негативных, неуправляемых изменений, явлений и процессов в техносфере.
На начальном этапе космическая диагностика может лишь дополнять существующие техносферные диагностические технологии. Об этом свидетельствуют следующие результаты первых работ, выполненных нами по космической диагностике объектов техносферы с использованием ГИС.
1. Промысловые трубопроводы в Сибири
При промышленной наземной диагностике подземных нефтепроводов на нефтепромыслах Сибири нами создана уникальная база данных по топогеодезии, глубине, пространственному положению, дефектам, техническому состоянию, остаточному сроку службы нефтегазопроводов общей протяженностью 3000 км на площади 400 кв. км.
C использованием космических снимков Landsat 7, КФА-1000 и ГИС нами ведутся работы по получению тематических космокарт исследованной территории (рис. 1), нанесению результатов наземной диагностики на эти карты и созданию на этой основе экспертно-диагностической ГИС для всей сети нефтепромысловых трубопроводов.
Рис. 1. Космический снимок промысловых трубопроводов в Сибири.
2. Нефтепровод «Нефтекумск-Буденновск»
Космическая диагностика нефтепровода проводилась с целью уточнения трассы нефтепровода по космическим снимкам, выявления оси нефтепровода, установления объектов, расположенных в коридоре трассы, оценки общего состояния трассы, диагностики грунтов в коридоре трассы, оценки технического состояния и остаточного срока службы нефтепровода.
Для сбора космической информации, имеющейся по району прохождения трассы, были установлены географические координаты коридора трассы и собраны данные о снимках, полученных в коридоре трассы с разных космических аппаратов в различные периоды времени. Оказалось, что на данный район имеются снимки с космических аппаратов SPOT, ERS, LANDSAT-7, а также российского космического аппарата с камерой КФА-1000, снятые в период с 1983 по 1999 гг.
Для диагностики нефтепровода были выбраны снимок LANDSAT-7 за 1999 г. с пространственным разрешением 30м и снимки КФА-1000 с пространственным разрешением 6-8 м за 1983 и 1999 гг. По снимку LANDSAT-7 не удалось провести диагностику трассы и сделать какие-либо оценки состояния нефтепровода, что связано с недостаточным пространственным разрешением снимка для данной задачи.
По снимкам кфа-1000 осуществлена диагностика пространственного положения оси трассы нефтепровода. Кроме того, проведена оценка состояния технического коридора нефтепровода. Выявлены прилегающие к коридору газопроводы, другие нефтепроводы. Выявлены дороги, реки и другие окружающие нефтепровод объекты (рис. 2). Из-за недостаточного пространственного разрешения снимков или отсутствия методов выявления не удалось обнаружить колодцы, насосные станции, открытые (наземные) участки и другие элементы нефтепровода протяженностью до 15 м.
Рис. 2. Нефтепровод и окружающие объекты, выявленные при космической диагностике.
По космоснимку осуществлена диагностика грунтов и почв в техническом коридоре нефтепровода. Например, выявлены места частичной деградации почв. Результаты диагностики трассы нефтепровода и состояния почв нанесены на синтезированную космокарту (рис. 3).
Рис. 3. Космическая диагностика нефтепровода «Нефтекумск-Буденновск».
Для сравнения на космокарту нанесена трасса нефтепровода по результатам наземной токовотопографической диагностики. Как следует из сравнения, данные космической диагностики практически по всей длине нефтепровода совпадают с данными наземной диагностики. Исключение составляют два участка, где нефтепровод имеет резкие (~ 900) повороты. Результаты космической диагностики грунтов и почв по трассе трубопровода практически полностью совпали с данными наземной георадарной диагностики.
3. Разгрузочный терминал нефтепродуктов в порту Пальма-де-Мальорка
Космическая диагностика высокого разрешения осуществлена при подготовке и проведении комплексной наземной диагностики нефтепродуктовых трубопроводов в морском порту г. Пальма, Испания. Для этой цели использованы черно-белый снимок, снятый камерой КВР-1000 с разрешением 2м, цветной снимок с борта международной космической станции (МКС) с разрешением ~ 6м и синтезированный из них цветной снимок.
С использованием этих снимков разработаны схемы и технологии наземной диагностики. В данном случае космический снимок ввиду компактности, большей наглядности, обзорности и высокого разрешения оказался лучше, чем обычная картографическая основа порта и инженерные схемы порта и трубопроводов. Космический снимок использовался в процессе выполнения всего комплекса наземных диагностических работ, при обсуждении и рассмотрении результатов диагностики с представителями заказчика.
Проведена космическая диагностика состояния дорожного покрытия порта, под которым проходят трубопроводы, а также диагностика состояния инженерных сооружений порта по трассе трубопроводов. Выявлены места нарушения целостности дорожного покрытия над трубопроводами. По космическому снимку с большой точностью обнаружено и идентифицировано место вскрытия трубопроводов (рис. 4) и места нарушения целостности защитной стенки.
Рис. 4. Космическая диагностика места вскрытия трубопроводов в порту (а) и фотоснимок этого места (б).
В дальнейшем снимки использовались в качестве основы для нанесения и пространственной привязки дефектов, обнаруженных в трубопроводах. Созданная таким способом схема результатов диагностики оказалась очень наглядной, удобной и компактной (рис. 5).
Рис. 5. Космический снимок порта с нанесенными результатами диагностики трубопроводов.
4. Нефтехимический комплекс
Космическая информация используется нами при разработке проекта комплексной промышленной диагностики состояния грунтов, фундаментов, зданий, сооружений и оборудования нефтехимического комплекса, насчитывающего около 1500 объектов. В состав оборудования входят резервуары, трубопроводы всех назначений, колонны, печи риформинга, сосуды, грузоподъемное оборудование. Проект предусматривает оценку технического состояния и определение остаточного срока службы всей техносферы комплекса. На стадии разработки проекта и подготовки к наземным и полевым диагностическим работам используются космические снимки высокого (2 м) разрешения, полученные в 1990 и 2000 гг. (соответственно, “А” и “Б” на рис. 6).
Рис. 6. Диагностика нефтехимического комплекса по разновременным космоснимкам.
По этим снимкам ведутся оценка состояния грунтов и выявление изменений в состоянии зданий, оборудования, произошедших за 10 лет, создаются тематические карты грунтов, трубопроводов, оборудования, осуществляется трехмерная визуализация резервуарных парков, колонн и других объектов комплекса.
5. Магистральный нефтепровод на о. Сахалин
Космическая диагностика проведена в рамках комплексной наземной диагностики участка нефтепровода «Тунгор-Сабо» на острове Сахалин.
Из собранных и проанализированных космоснимков (SPOT, ASTER, KFA-1000, MK-4, IKONOS-2, LANDSAT-7, EROS, QUICK BIRD, KVR-1000), имеющихся по данному району, отобраны снимки высокого разрешения системы “LANDSAT-7”, полученные в сентябре и декабре 2001 г.
По снимку LANDSAT-7 проведено дешифрирование с целью выявления трассы нефтепровода. Выявленные в каждой из зон спектра участки были объединены в результирующую трассу. Ее сравнение с трассой, построенной на основе данных GPS, показало незначительные отклонения, связанные с неточной привязкой, изменением маршрута трассы со временем, точностью дешифрирования и т.д. (рис. 7).
Рис. 7. Диагностика трассы нефтепровода с использованием космосъемки в разных спектрах.
Проведена работа по установлению объектов, влияющих на работу нефтепровода и потенциально опасных, которые расположены в техническом коридоре нефтепровода шириной 4 км. Важно отметить, что, например, места близкого расположения и пересечения с газопроводами и линиями электропередачи (ЛЭП) потенциально подвержены воздействию блуждающих токов, токов катодной защиты и (в большей степени) коррозионному воздействию, что следует учитывать при оценке остаточного срока службы с учетом коррозии.
Были выявлены другие нефтепроводы, ЛЭП, газопроводы, дороги, реки, просеки, а также места их пересечения либо близкого расположения с нефтепроводом «Тунгор-Сабо».
Некоторые итоги
Результаты проведенных работ свидетельствуют, что космическая диагностика техносферы является, даже на данном этапе, эффективным и существенным дополнением современных техносферных диагностических технологий и должна быть составной частью таких технологий. Космическая диагностика повышает качество и полноту диагностических работ, производительность и оперативность диагностики объектов техносферы.
Со временем космическая диагностика, несомненно, будет играть ведущую роль в изучении и мониторинге техносферы. Но для этого в программах дистанционного зондирования необходимо предусматривать исследования техносферы, а космические аппараты и станции оснащать дополнительными каналами для диагностирования и мониторинга техносферы.
Чрезвычайно актуальна разработка специальных методик, технологий и программ обнаружения, идентификации объектов техносферы, их элементов, деталей, оценки состояния техносферы средствами космической диагностики.
Обработка космических снимков осуществлялась на основе пакета программного обеспечения ERDAS IMAGINE 8.5. Отдельные космические снимки предоставлены компанией ДАТА+.
