Кривенко А.А., Катаев А.В.; Пермский государственный технический университет, Кафедра Маркшейдерского дела, геодезии и ГИС,
E-mail: geotech@pstu.ac.ru
Для поддержания экспортных поставок углеводородного сырья нефтедобывающими компаниями ведётся интенсивное строительство объектов нефтедобычи. Процесс обустройства инженерных объектов требует качественного маркшейдерско-геодезического обеспечения в условиях ограничения сроков, а зачастую и средств на выполнение работ. В этом случае повысить производительность работ помогает использование данных дистанционного зондирования (аэро-космосъемки).
В 2004 году кафедрой Маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем Пермского государственного технического университета выполнялись землеустроительные работы на месторождениях нефти ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь» на территории Частинского района Пермской области. В процессе технико-экономического анализа возможных вариантов формирования межевых дел предпочтение было отдано использованию технологии, основанной на стереофотографической съемке. Для создания ортофотопланов месторождений использовался программный продукт Leica Photogrammetry Suite (LPS).
Ведение землеустроительных дел включало следующие этапы:
1) подготовительные работы;
2) полевое обследование пунктов опорной геодезической сети;
3) составление технического проекта;
4) кадастровые съемки;
5) установление и согласование границ земельных участков на местности;
6) определение площадей земельных участков;
7) составление чертежей границ земельных участков;
8) контроль и регистрация результатов кадастровых работ.
1. При подготовительных работах собиралась и анализировалась вся необходимая информация: проекты землеустройства, постановления администрации района об отводе земельного участка, договора аренды участка, чертежи границ и топографические планы земельного участка, фотоснимки на территорию месторождений, схема пунктов государственной и местной геодезической сети и список их координат, сведения об использовании земель.
Снимки подбирались таким образом, чтобы области их перекрытий полностью покрывали территорию месторождений, что в дальнейшем дало возможность построить цифровые модели рельефа для каждого месторождения, а также произвести дешифрирование межуемых объектов в стереорежиме средствами модуля Stereo Analyst.
2. Полевое обследование пунктов опорной геодезической сети выполнялось для проверки их сохранности и выбора оптимальной технологии проведения геодезических работ для развития опорной межевой сети и одновременной координатной привязки снимков.
3. По результатам подготовительных работ и полевого обследования был составлен технический проект, включавший графические материалы и смету затрат.
4. Для создания кадастровых планов помимо традиционных геодезических съемок применяли аэрокосмическую съемку, поскольку современный уровень производства съемочных работ и последующей обработки их результатов позволяет получать планы в масштабе 1:2000 (при аэросъемке) и 1:5000, 1:10 000 (по космическим снимкам со спутников «кадастрового» типа – Ikonos, Quickbird).
5. Данные дистанционного зондирования использовались и при установлении и согласовании границ земельных участков на местности. Для установления границ применяли ортофотопланы или ортокосмопланы, при этом для выделения участков проводилось камеральное и полевое дешифрирование снимков. Затем установленные границы отображали вместе с ортофотопланом на схеме границ в приложении к акту согласований земельного участка. Такая методика позволяет упростить согласование, так как на схеме отображены не только границы, но и ситуация на фотоснимке или космоснимке (рис. 1). Традиционно границы участков выносят по координатам характерных точек от пунктов геодезического обоснования, либо пунктов опорной межевой сети. Здесь же границы и координаты узловых точек определяли по ортофотоплану, либо использовали пространственную фототриангуляцию для определения координат точек поворота при фотограмметрической обработке снимков в программном продукте LPS.
Рис. 1. Пример оформления приложения к Акту согласования границ земельного участка (Автодорога на куст скважин №7, Западное месторождение нефти).
6. Определение площадей земельных участков выполняли в основном аналитическим методом по координатам межевых знаков. Многие ГИС-пакеты позволяют определять площади полигональных объектов автоматически.
7. Составление чертежей границ земельных участков производили в программном продукте ESRI ArcView 3 в масштабе основного кадастрового плана по результатам установления и согласования границ на местности.
В общем случае, при землеустроительных работах применение аэро- и космических снимков сводилось к следующему:
- определение техническим заданием территории для межевания, нахождение её экстремумов (граничные координаты территории), выбор типа съемочной системы, заказ съемки местности;
- улучшающие преобразования снимков;
- координатная привязка снимков;
- ортотрансформирование снимков, создание ортофотоплана;
- дешифрирование межуемых объектов с одновременной векторизацией;
- установление границ, определение координат узловых точек земельных участков, определение площадей участков;
- формирование межевого дела.
Как отмечалось выше, для создания кадастровых планов использовали не только традиционные методы съемок, но и ортофотопланы. На заданную территорию были подобраны 25 аэроснимков залета 2001 года. Фотографирование выполнялось съемочной системой Leica RC-30. Сканирование полученных снимков выполнялось на фотограмметрическом сканере с разрешением 3600 и 1500 точек на дюйм (7 и 15 микрон соответственно).
Фотограмметрическая обработка этих снимков выполнялась в программном продукте LPS.
Для определения модели съемочной камеры в программу были внесены результаты калибровки: фокусное расстояние, координаты главной точки, параметры дисторсии, определены координатные метки (рис. 2).
Рис. 2. Определение координатных меток снимка с использованием инструмента Frame Editor.
Для координатной привязки снимков использовали результаты GPS-измерений при развитии планово-высотного обоснования на месторождениях (создании опорной межевой сети) и инструментальных съемок площадок нефтепромысла в масштабе 1:500. При создании опорной межевой сети (ОМС) с одновременной привязкой пунктов ОМС осуществлялось координирование опорных точек привязки снимков. Часть опорных точек была взята со съемки промысловых площадок и автодорог. В качестве опорных точек для привязки использовали характерные, хорошо определяемые объекты местности, такие как опоры линий электропередачи, углы зданий и сооружений на нефтепромыслах, пункты планово-высотной сети на месторождениях (их опознавали по окопкам) и т.п. На части снимков привязка была сплошной, то есть каждый снимок обеспечивался как минимум четырьмя опорными точками, на остальных – разреженной. На рис. 3. показана схема расположения снимков и опорных точек на территории Западного месторождения нефти.
Рис. 3. Схема расположения снимков и опорных точек, Западное месторождение нефти.
Связующие точки на снимках определялись автоматически с последующим редактированием вручную. Точки, попавшие на «неудачные» места (к примеру, на вершины деревьев, зданий), удалялись или переносились в основание объекта.
Далее, для установления математических отношений между снимками и определения параметров внешнего ориентирования, проводился процесс пространственной триангуляции. Общая среднеквадратическая погрешность триангуляции (RMSE) составила 0,732 пиксела, то есть 0,17 метра. При расчете допустимой погрешности учитывались требования к точности создаваемого по снимкам плана в масштабе 1:2000.
Для ортотрансформирования снимков важной информацией является цифровая модель рельефа (ЦМР). Использование ЦМР при ортотрансформировании позволяет устранять ошибки за рельеф. В программе LPS можно извлекать цифровую информацию о рельефе непосредственно при работе с проектом, либо загрузить при трансформировании уже существующую модель рельефа. На рис. 4 представлен фрагмент ЦМР на территорию Западного месторождения нефти, созданный с помощью имеющегося в LPS инструмента DTM Extraction.
Рис. 4. Фрагмент цифровой модели рельефа на территорию Западного месторождения нефти.
Перед выполнением ортотрансформирования программе необходимо указать способ переопределения значений пикселов снимков при выполнении процесса. Был выбран метод ближайшего соседа, так как при его использовании сохраняются исходные значения яркостей снимка (не происходит потери сильно и слабо различающихся значений), что важно при дешифрировании.
Трансформированные снимки были объединены в единый файл с помощью инструмента монтажа изображений. Для выравнивания яркости и контраста соседних ортофотоснимков применяли подгонку гистограмм. На рис. 5 представлен ортофотоплан на территорию Западного месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь».
Рис. 5. Ортофотоплан на территорию Западного месторождения нефти ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь».
При землеустроительных работах на нефтепромыслах все межуемые объекты были условно разделены на три типа: площадные (промысловые площадки; задвижки и электроподстанции, находящиеся вне площадок), линейные (автодороги), точечные (опоры линий электропередачи). Установление границ площадных объектов выполнялось традиционным способом при кадастровой (тахеометрической) съемке в масштабе 1:500. Для линейных и точечных объектов установление границ проводилось по результатам камерального и полевого дешифрирования аэрофотоснимков. Дешифрирование велось в стереорежиме средствами модуля Stereo Analyst с одновременной векторизацией результатов и сохранением в шейп-файл (рис. 6).
Рис. 6. Установление границы автодороги на месторождении с помощью модуля Stereo Analyst.
Точность определения площадей земельных участков рассчитывали по следующей формуле:
,
где mt– точность определения положения узловой точки границы, Р – вычисленная площадь участка, K – коэффициент вытянутости полигона. Погрешность определения положения узловой точки принята равной 0,5 метра (согласно Инструкции по межеванию земель). Из приведенной формулы видно, что чем вытянутее полигон, тем выше погрешность определения его площади. Таким образом, точность определения площадей кустов скважин и других промысловых площадок составляла около 0,01-0,1%, а автомобильных дорог – от 0,2 до 3,5%, в зависимости от конфигурации объектов межевания.
После выполнения описанных выше работ выполнялся полевой контроль камерального установления границ земельных участков. На некоторых земельных участках могут присутствовать, помимо основного объекта межевания, другие объекты недвижимости (устья скважин, углы капитальных зданий). Координаты этих объектов были определены инструментально. Около 5% точек объектов недвижимости дешифрированы по ортофотоплану. Сравнительный анализ координат, полученных в камеральных и полевых условиях, позволил провести оценку точности установления границ по ортофотоплану. Среднеквадратическая погрешность определения координат точек поворота границ земельных участков составила 0,40 метра при допустимой 0,50 (Инструкция по межеванию земель).
После согласования границ участка со всеми смежными землепользователями формировались землеустроительные дела, составлялись описания земельных участков и заполнялись необходимые ведомости. На рис. 7 показан пример оформления плана границ земельного участка в масштабе 1:2000 (автодорога на куст скважин №7, Западное месторождение нефти).
Рис. 7. Пример оформления плана границ земельного участка в масштабе 1:2000.
В результате проделанной работы было составлено около 100 землеустроительных дел. Благодаря тому, что при работе были использованы данные дистанционного зондирования, сроки выполнения работ были сокращены примерно на 70%.
