Геоматика и трубопроводный транспорт

По материалам статьи M. Diane Thompson, David S. Kerr, Jill S. Hebb, Justin A.M. McPherson, и Jim C. Thompson в журнале EOM, март 1998

Использование интегрированных технологий геоматики в управлении трубопроводами получает все большую популярность среди администрации и эксплуатационников. Сталкиваясь с законодательными ограничениями и работая в конкурентных условиях, эти лица и их руководители ищут более эффективные пути управления сложными проектами. Интегрируя свои операционные системы — как цифровые, так и обычные, — они могут достичь существенных успехов, особенно в планировании и на стадиях эксплуатации трубопроводов.

Некоторые из преимуществ состоят в том, что:

- использование ГИС моделирования сокращает полевые изыскательские работы;

- экономится время и стоимость обсуждения проекта;

- ускоряется получение доходов благодаря ускорению строительства и эксплуатации;

- используются современные, легко доступные спутниковые данные для планирования задач, особенно для крупных областей;

- создаются пространственные базы данных по окружающей среде и социально-экономическим аспектам, которые можно легко обновлять и изменять в течение периода эксплуатации трубопровода, а также совместно использовать с партнерами по проекту;

- сокращается время на создание программ, включающих пространственные данные, по сравнению с использованием более традиционных методов;

- цифровые пространственные данные, используемые в диалоговом режиме, очень облегчают выбор трассы и решение других вопросов;

- при решении аварийных ситуаций уменьшаются затраты на очистку и возмещение убытков;

- создаются базы данных о собственности, помогающие в решении будущих перспектив использования.

Система RIMS: развитие по стадиям проекта

Подобно другим крупным проектам, проекты связанные с трубопроводами, развиваются по этапам: планирование, строительство, эксплуатация и завершение. Природные, инженерные, финансовые и рыночные данные, полученные на стадии планирования, можно эффективно использовать на последующих стадиях, если эти данные можно модифицировать и достраивать, экономя тем самым время и деньги. Пространственная база данных, которая используется в "Системах управления информационными ресурсами (RIMS)" фирмы Golder, интегрирует географическую информацию, специальные промышленные системы и деловые данные для их использования в течение всего срока службы проекта.

Например, стадия планирования трубопровода может включать сбор изображений (аэроснимки, спутниковые данные), пространственных данных (использование земли, почвы, модели местности), данные о земельной собственности и полевых съемок (окружающей среды, геотехнического состояния); которые используются в таких задачах, как выбор и прокладка трассы, оценка воздействия на окружающую среду, получение разрешений.

На следующей стадии (создание и строительство) используются уже полученные данные, кроме того база данных дополняется новой информацией, такой как карты прокладки, детальные технические сведения и чертежи, планы защиты окружающей среды, документы согласования. Больше деталей добавляется к моделям местности, к геотехнической базе данных, к базе данных о растительности и ее восстановлении, и т.д.

Когда строительство завершено, пространственная база данных используется на стадии эксплуатации. Информация используется в программе обслуживания трассы с учетом расположения инженерных сооружений и уязвимых природных участков для планирования аварийных ситуаций, выполнения мероприятий по охране среды и соблюдения мер безопасности. Поскольку эксплуатация трубопровода продолжается более 20-40 лет, база данных будет непрерывно меняться и обновляться, пока накопленная информация не понадобится на этапе закрытия. Очевидно, что выгоднее использовать имеющиеся наборы данных, например, почвенные карты и модели местности, которые изменяются или добавляются к существующей пространственной структуре, чем заново их делать, когда начинают работать новые отделы.

Польза геотехнологий на ряде примеров

В начале 1990-х годов компании Canadian Western Natural Gas нужно было оценить воздействие на окружающую среду проекта прокладки приблизительно 60 миль нового трубопровода. Проект был достаточно сложным, и требовал оценить не только технические и экономические стороны, но также и социальные аспекты окружающей среды. На рассмотрение компании, властей и общественности первоначально было предложено 69 вариантов трассы, которые были разработаны на основе почвенных, инженерных, археологических, биологических и социально-экономических данных, интегрированных в ГИС.

Один из особенно трудных аспектов заключался в очень высокой археологической значимости области, поскольку она совпадала с перевалом через Скалистые Горы, по которому шла миграция первых поселенцев в Новый Свет. Поэтому для выбранного коридора было выполнено прогнозное археологическое моделирование расположения стоянок, где с помощью ГИС оценивалась близость к воде, крутизна склонов и условия стока. Результаты моделирования позволили нацелить полевые исследования на участки со средней и высокой вероятностью стоянок, что позволило выполнить полевые работы с большой эффективностью и экономией средств. Это первый случай в Альберте, когда археологическое прогнозное моделирование на основе ГИС проводилось совместно с другими работами для выбора линейного маршрута.

ГИС также использовалась как важный элемент взаимодействия властей и общественности. Поскольку каждый шаг работы можно было визуально отобразить и управлять им в интерактивном режиме, представители общественности могли участвовать в изменении модели и немедленно наблюдать результаты на карте. Такая совместная работа позволила всего за три месяца сократить число вариантов с 69 до трех, и их одобрение позволило получить разрешение на строительство по проекту без дорогостоящих публичных слушаний. Это сэкономило правительству и клиентам почти миллион долларов. Вторая существенная выгода стала ощутима, когда строительство трубопровода завершилось и он вступил в эксплуатацию на 18 месяцев раньше, чем планировалось в случае необходимости публичных слушаний.

Оценка устойчивости природной среды вдоль йелоустоунского трубопровода для целей планирования работ в аварийных случаях.

Этот проект был недавно выполнен для компании Yellowstone Pipe Line по 640-мильному трубопроводу, предназначенному для транспортировки бензина, реактивного и дизельного топлива, который протягивается от Мизулы, штат Монтана, до Мосес-Лейк, Вашингтон. Оценка чувствительности окружающей среды вдоль этой 43-летней линии была предложена как часть обновленного цифрового плана работ при аварийных ситуациях, разрабатываемого для всей линии. Из-за больших размеров территории (приблизительно 50000 квадратных миль) был выбран подход, опирающийся на геоматику, который делает эффективным использование спутниковых данных, существующей базовой картографической информации, и данных специальных отчетов и полевых съемок.

Оценка устойчивости была предназначена для идентифицирования уязвимых обстановки и местоположений, где нужна защита от любых типов аварий, связанных с эксплуатацией трубопровода. Для картирования текущего состояния растительности и земель, а также для составления результирующих карт использовались спутниковые данные Landsat Thematic Mapper (TM).

Многие тематические покрытия, характеризующие социально-экономические факторы, растительность, животный мир, водные виды спорта и рыбную ловлю, наземные и грунтовые воды, культурные и исторические ресурсы, использование земель, можно было практически бесплатно извлечь из Internet. Иная информация, не доступная в Internet, была оцифрована, а непространственные характеристики были введены вручную или из электронных таблиц.

Наконец, все тематические параметры были взвешены и была создана комплексная модельная карта чувствительности. Веса параметров были заданы экспертной группой, пропорционально важности их защиты, исходя из приоритетов охраны здоровья людей, ресурсов окружающей среды, собственности и оборудования.

Полученная комплексная карта чувствительности была специально разработана, чтобы дать информацию общественности и лицам, ответственным за работы при чрезвычайных ситуациях. На подложке, сделанной по космическим изображениям, области самой высокой чувствительности (для каждой темы) выделены желтой штриховкой, а тип чувствительности показан символами, что облегчает быстрый поиск. Затем полученные файлы были переданы специалисту, готовящему план работ при чрезвычайных ситуациях, где они были интегрированы в цифровой форме.

Еще не все преимущества использования геоматики в планировании действий полностью оценены, так как этот проект только что завершился. Однако уже сейчас можно сказать следующее. Была выполнена полная оценка чувствительности окружающей среды по маршруту трубопровода на площади 50000 квадратных миль, создана современная пространственная база данных параметров окружающей среды, в чрезвычайном плане работ учтены важные особенности окружающей среды — и все это обошлось в $ 3,80 за квадратную милю и заняло примерно 6 месяцев (около 8500 квадратных миль в месяц).

В этой программе невозможно было использовать более традиционные технологии (например, аэросъемка, стандартные топографические карты, наземные съемки и чертежи САПР), так как стоимость была бы в 3-5 раз выше, а работа заняла примерно в 3 раза больше времени. Кроме того, дополнительные траты времени и денег понадобились бы при использовании результатов для последующей подготовки планов реагирования. А сейчас эти планы уже закончены в виде распечаток и полностью цифровых форматов, чтобы их можно было быстро и эффективно использовать и обновлять в будущем по мере надобности.

У некоторых людей были сомнения, нужно ли было выполнять вообще такую программу, тратя 3,80 доллара за милю. Компания Yellowstone Pipe Line уверена, что она должна эффективно и своевременно реагировать в случае деформации трубопровода или других критических ситуаций, которые могут нарушить эксплуатацию трубопровода. Надлежащее выполнение заранее спланированных работ резко уменьшит экологический ущерб окружающей среде, сохранит здоровье и безопасность жителей.

Компания Yellowstone Pipe Line, получив пространственную базу данных, будет более эффективно обеспечивать защиту при дальнейшей эксплуатации трубопровода. Трудно количественно оценить соотношение стоимости и выгоды, но обязательно надо учитывать такие факторы, как продемонстрированное компанией внимание к социальным вопросам и ответственность за окружающую среду, сокращение времени реагирования на чрезвычайные ситуации, что в свою очередь сокращает затраты на очистку и судебные издержки. Кроме того, пространственная база данных позволяет существенно автоматизировать картирование.

Выбор трассы и обзорное исследование окружающей среды в провинции Альберта.

Третий пример касается обзорного исследования окружающей среды, выполненного на начальной стадии планирования нового 400-мильного трубопровода в южной Альберте, Канада. В этом исследовании социально-экономические и природные условия совмещались с самыми разными компонентами проекта. Были идентифицированы и оценены предварительные варианты трассы, и на основе существующей доступной информации определены возможные проблемы. Идентификация таких проблем в начале проекта позволяет сфокусировать на ключевых вопросах работы, необходимые для оценки воздействия на окружающую среду (EIA).

Задача проекта состояла в том, чтобы работать в цифровой диалоговой среде с использованием наиболее соответствующих пространственных инструментальных средств, чтобы завершить работу за один месяц. Сначала были приобретены свежие космические данные (Landsat TM) и по ним были сделаны листы прокладки в масштабе 1:100000. Хотя их разрешающая способность была 30 м, их детальность была достаточна для получения современной информации о земельном покрове и землепользовании, растительности и местах обитания. Как только были собраны сведения о почвах, поверхностных водах, водных видах спорта и рыбной ловле, памятниках истории и социально-экономической ситуации, они были добавлены к базе данных и отображены на листах прокладки вдоль предполагаемых трасс как итоговые данные.

Так как был принят пространственный подход, то было легко применить критерии выбора трассы (минимизация длины трубопровода; минимизация длины участков, проходящих по диким прериям, затопляемым и орошаемым землям; обход археологических и исторических мест или важных естественных местообитаний, минимизация пересечений болот, рек, и т.д.). Совместно с экологами и представителями общественности компания выполнила экономическую и природную оценки трассы трубопровода. Всего за день такой работы было разработано и согласовано ранжирование. После получения спутниковых данных выполнение всего проекта завершено за месяц, и он обошелся существенно дешевле (от 8 до 34 долларов за квадратную милю), чем если бы использовался традиционный метод.

По завершении обзорного исследования пространственную базу данных можно было прямо применить для комплексных работ и в качестве юридической базы данных по основным природным условиям. Кроме того, стандартный формат GIS позволил его совместно использовать с партнерами по проекту.

Дальнейшее развитие

Интерес к использованию геоматики в проектах, связанных с трубопроводами, продолжает расти. Продолжающиеся многосторонние исследования, финансируемые правительством Канады (Канадский центр дистанционного зондирования), местной трубопроводной компанией и Golder Associates, оценивают возможности использования в среде ГИС современных операционных систем дистанционного зондирования (включая гиперспектральную аппаратуру, цифровую камеру и мультиспектральное видео, а также космические данные) для целей планирования, сооружения и эксплуатации трубопровода. Прикладные геопрограммы показывают заметную экономическую эффективность и преимущество в решении таких практических задач, как контроль зарастания прилегающих участков, оценка инженерных решений пересечения рек, получение свежей информации о землепользовании.

Общий итог

Не все компании, работающие с трубопроводами, убеждены в значении геоматики, но интерес к ее использованию быстро растет. Особенно это касается тех компаний, которые, начиная новые проекты, использовали эти инструментальные средства на стадии планирования, а теперь они продолжают применять их на всех стадиях проекта и интегрировать со своими базами геоданных другие массивы данных. На этом пути достигается наивысшая эффективность.