По материалам Esri
Energy Site Assessment Improved by IPAS System Integration with ArcGIS
Энергетические компании хотят быть уверенными в том, что воздействие их проектов на окружающую среду будет сведено к минимуму. При наличии хороших данных и моделей ГИС позволяет визуализировать экологические последствия реализации проекта и выбрать для него оптимальную площадку. Специалисты Центра современных пространственных технологий Университета Арканзаса (Center for Advanced Spatial Technologies; CAST) разработали систему, которая интегрирует модели в ArcGIS и на основе данных из надежных источников создает геопространственные визуализации для определения степени воздействия проекта.
Для создания соответствующих моделей отраслевые инженеры используют различное программное обеспечение. Разработанная CAST Система анализа размещения инфраструктуры (IPAS) интегрирует эти модели в ПО ArcGIS компании Esri. Инженеры могут использовать IPAS для оценки чувствительности окружающей среды в зоне проекта и определения воздействия на нее сооружений и технологии добычи. Веб-инструмент ГИС для моделирования окружающей среды можно использовать для планирования размещения кустов скважин, сборных трубопроводов, подъездных дорог и т.д. IPAS помогает компаниям делать оптимальный выбор и минимизировать воздействие их проектов на окружающую среду.
IPAS состоит из трех основных компонентов. Первый – это серверная база данных с высокой степенью защиты и надежным версионированием данных. Данные одной компании недоступны пользователям другой. IPAS облегчает совместную работу над проектом внутри компании. Субподрядчикам и регуляторам предоставляются опции строго контролируемого доступа к внешним данным. Второй компонент – это метод, позволяющий легко включать в ArcGIS внешние модели для расширения возможностей анализа данных с помощью веб-ГИС. Третий – это механизм встраивания в модели критерия учета неопределенности данных, дающий возможность использовать лучшие из имеющихся данных, даже когда их масштаб и точность отличаются от других используемых наборов данных.
Пилотным проектом для IPAS стало исследование воздействия проектируемых объектов на окружающую среду нефтегазоносного района Файетвиль-Шейл (Fayetteville Shale) на севере центрального Арканзаса. Зарегистрированные пользователи начали процесс с создания, с помощью набора пользовательских инструментов оцифровки и редактирования данных, объектов предлагаемой инфраструктуры (кустов скважин, сборных трубопроводов и т.п.) поверх слоев базовой карты. Пользователи вводили уникальные атрибуты, а система автоматически добавляла вычисленные геопространственными методами значения еще нескольких атрибутов, таких как производственная единица, ближайший город и ближайшая скважина. Все правки объектов записывались в виде версий базы данных. Благодаря этому пользователи могли возвращаться к более ранним версиям. После ввода объектов пользователи могли выбрать в меню одну из имеющихся моделей для анализа данных.
Наложение объектов инфраструктуры на слои данных об окружающей среде показывает зоны воздействия проекта
Главная модель выполняет анализ чувствительности окружающей среды для каждого предлагаемого варианта размещения инфраструктуры. На вид это простая модель пересечения слоев, в которой проверяется пересечение каждого объекта с несколькими слоями официальных данных об окружающей среде, таких как возможная среда обитания орланов или высокоэрозионные почвы. Однако, уже первые отзывы пользователей выявили проблему, возникающую при этом традиционном ГИС-подходе: при интерпретации результатов анализа неопытные пользователи часто не учитывали разницу в точности данных в используемых слоях.
Зоны неопределенности характеризуют точность данных
Для того, чтобы пользователи могли учитывать точность данных в каждом слое, группа разработчиков CAST создала уникальную модель. Она позволяет применять «зоны неопределенности» к границе (контуру) каждого входного слоя данных. Вместо сплошной линии по краю каждого объекта данных, определяющей решение да/нет, в модели используется зона, ширина которой зависит от пространственной точности данных. В результате граница объектов становится нечеткой. Для определения предельных значений пространственной точности разработчики использовали национальные стандарты точности карт (National Map Accuracy Standards (NMAS)). Кроме того, пользователи могут давать собственную оценку точности тех или иных данных. Масштаб оцифровки и точность базовой карты привносят неопределенность в данные. Пользователи IPAS могут определять пространственную точность объектов инфраструктуры, которые они разместили, с помощью качественных дескрипторов модели: малая, умеренная, высокая или нулевая вероятность пересечения. Эти дескрипторы позволяют более точно выразить неопределенность, связанную с геопространственными данными.
Другим важным направлением оценки проекта Файетвиль-Шейл является оценка чувствительности площадок к случайным утечкам загрязняющих веществ, например бурового раствора из поврежденного резервуара. Инженеру нужно определить ближайший водоем, в который может стечь загрязнитель. Для этих целей в IPAS включена модель поверхностного стока для D-бесконечной поверхности, написанная в MATLAB, популярном программном обеспечении для математического моделирования.
После выбора оптимальной площадки аналитики используют IPAS для передачи результатов анализа в регулирующие инстанции, чтобы ускорить процесс выдачи разрешений. Регулятор может видеть те же данные, то же представление, что и инженер, и даже прогонять те же модели. Это облегчает взаимодействие регуляторов и энергетических компаний по согласованию размещения различной инфраструктуры, такой как сборные магистрали, подъездные дороги и скважины для добычи природного газа.
Интеграция инженерного программного обеспечения с ArcGIS позволяет запускать различные инженерные модели из единого набора инструментов
Что дальше
IPAS позволяет легко встраивать различные модели и новые инструменты ArcGIS, что дает возможность использовать самые современные технологии и алгоритмы и единый пользовательский интерфейс.
В рамках гранта по программе экологически дружественного бурения Хьюстонского центра современных исследований (HARC/EFD) разработчики CAST использовали среду IPAS для моделирования воздействия инфраструктуры на окружающую среду в нефтегазоносном районе Гейнсвиль-Шейл в Луизиане, Техасе и южном Арканзасе. Межрегиональное расположение этого НГР создает дополнительные проблемы, поскольку данные, нормы и правила должны приобретаться и обновляться отдельно по каждому штату. Тем не менее, благодаря гибкости среды IPAS, задача была успешно решена.
CAST сотрудничает также с учеными Блэклендского центра исследований и внедрения достижений Техасского сельскохозяйственного и инженерного университета по вопросам интеграции в IPAS инструмента оценки воздействия на почву и воду (Soil and Water Assessment Tool (SWAT)), позволяющего производить количественный анализ воздействия на окружающую среду проектов добычи газа в крупном речном бассейне. Встраивая данные о ежемесячных осадках из программы модели параметрической регрессии с независимым уклоном (PRISM) Университета Орегона, IPAS можно использовать для оценки потенциального воздействия предлагаемого забора воды перед тем, как он будет осуществлен. Регуляторы штата Арканзас очень заинтересованы во встраивании этого инструмента в их процесс выдачи разрешений на использование поверхностных вод, поскольку он дает более точную количественную оценку для принятия решения.
IPAS встраивает в модели данных функцию учета неопределенности и точности, что позволяет использовать для оценки воздействия проекта на окружающую среду лучшие из имеющихся данных
Проект IPAS финансировался Национальной лабораторией энергетических технологий (NETL) и Хьюстонским центром современных исследований в рамках Научного партнерства по обеспечению энергетической безопасности Америки (RPSEA) Министерства энергетики. В проекте участвовали Аргоннская национальная лаборатория и департамент химического машиностроения Университета Арканзаса.
Дополнительную информацию о IPAS можно получить у специалистов по ГИС CAST Чеда Купера (Chad Cooper, chad@cast.uark.edu) и Малколма Уильямсона (Malcolm Williamson, malcolm@cast.uark.edu).
