дистанционный зондирование космический аэрофотосъемка

Следует также отметить, что по оценкам экспертов, в ближайшем будущем данные ДЗЗ станут основным источником информации для ГИС, в то время как традиционные карты будут использоваться только на начальном этапе в качестве источника статичной информации (рельеф, гидрография, основные дороги, населенные пункты, административное деление).

Фото 1. Пример фотоснимков различного разрешения

Технологии GPS

В настоящее время наблюдается бурный всплеск применения спутниковых систем, предназначенных для определения параметров пространственного положения объектов. Сегодня применяются две системы второго поколения - американская GPS (Global Positioning System) и российская ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система).

Данные систем глобального спутникового позиционирования (СГСП) применяются в различных (мониторинговые, изыскательские, исследовательские и т.п.) системах, где требуется жесткая пространственно-временная привязка результатов измерений. Основными достоинствами СГСП являются:

• Глобальность;

• Оперативность;

• Всепогодность;

• Точность;

• Эффективность.

О тенденциях развития этих систем можно судить по объему продаж спутниковых приемников GPS/ГЛОНАСС, который удваивается через каждые 2-3 года и, как ожидается по оценкам экспертов, в ближайшие годы возрастет с 8 до $16 млрд. Этот прогноз базируется в том числе на том, что к 2005-07 гг. планируется развернуть европейскую систему глобального позиционирования - Galileo.

Обе системы - и ГЛОНАСС и GPS - двойного назначения, применяемые как в интересах безопасности собственных стран, так и в гражданских целях. Поэтому в РФ использование спутниковых приемников глобального позиционирования сопряжено с определенными ограничениями.

Основные направления применения спутниковых систем глобального позиционирования при геоинформационном обеспечении предприятий нефтегазового сектора экономики следующие:

• Развитие опорных геодезических сетей всех уровней от глобальных до съемочных, а также проведение нивелирных работ в целях геодезического обеспечения деятельности предприятий;

• Обеспечение добычи полезных ископаемых (открытая разработка, буровые работы и др.);

• Геодезическое обеспечение строительства, прокладки трубопроводов, кабелей, путепроводов, ЛЭП и др. инженерно-прикладных работ;

• Землеустроительные работы;

• Спасательно-предупредительные работы (геодезическое обеспечение при бедствиях и катастрофах);

• Экологические исследования: координатная привязка разливов нефти, оценка площадей нефтяных пятен и определение направления их движения;

• Съемка и картографирование всех видов - топографическая, специальная, тематическая;

• Интеграция с ГИС;

• Применение в диспетчерских службах;

• Навигация всех видов - воздушная, морская, сухопутная.

В глобальных системах позиционирования выделяют три главные подсистемы (см. рис.1):

1. Наземного контроля и управления (НКУ);

2. Созвездия спутников (космических аппаратов - КА);

3. Аппаратуры пользователей (АП).

Рис. 1. Компоненты глобальной системы позиционирования

Подсистема НКУ состоит из станций слежения за КА, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станций загрузки данных на борт КА. Спутники GPS проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранная информация об орбитах обрабатывается и прогнозируются координаты спутников (эфемериды). Эти и другие данные с наземных станций загружаются на борт каждого КА.

Подсистема КА (GPS) состоит из 24 основных спутников и 3 резервных (планируется увеличить эту группировку еще на 18 спутников). Каждый спутник имеет несколько атомных эталонов частоты и времени, аппаратуру для приема и передачи радиосигналов, бортовую компьютерную аппаратуру.

В системе глобального спутникового позиционирования каждый КА выполняет роль отдельного геодезического опорного пункта с известными координатами в текущий момент времени. Координаты измеряемого объекта, на котором находится GPS-приемник определяются методом линейных засечек. Измеренные параметры определяют поверхности положения, в точке пересечения которых находится искомый объект.

Все способы измерения дальностей основаны на определениях времени прохождения радиосигнала от спутника до приемника. В связи с этим точности эталонного времени уделяется повышенное внимание. На каждом КА установлено несколько атомных стандартов частоты, одновременно являющихся стандартами времени. Измерения производятся в так называемом беззапросном режиме, когда передатчик на спутнике работает непрерывно, а GPS-приемник включается по мере надобности.

Точность определения координат при использовании GPS-приемников может варьироваться в широких пределах от нескольких десятков метров до единиц сантиметров и зависит от способов измерений, которые делятся на:

• Абсолютные способы определения геоцентрических координат (автономные, дифференциальные);

• Относительные способы определения пространственных векторов - базовых линий (статические, кинематические).

Наибольшую точность обеспечивают дифференциальные и относительные статические способы. В их основе лежит способ измерения координат с двух станций находящихся друг от друга на относительно небольшом удалении (до 30 км). При этом считается, что на таких расстояниях измерения с двух станций до спутников искажены одинаково.

В дифференциальном способе в приемниках должна быть предусмотрена возможность реализации дифференциального режима. Сущность данного метода заключается в следующем. Один приемник ставится на пункте с заранее известными координатами (например опорном пункте геодезической сети). При этом его называют базовой референцстанцией или контрольно-корректирующей. Другой преемник, подвижный, размещается на определяемой точке. Поскольку координаты базовой станции известны, то их можно использовать для сравнения с вновь определяемыми и находить на этой основе поправки для подвижной станции, которые передаются на подвижную станцию по радиоканалу посредством специального передатчика. Мобильная станция, получив дифференциальные поправки, корректирует свои измеренные координаты, тем самым повышая точность измерения.

Базовая станция должна иметь точные координаты, чтобы по измеренным приращениям можно было вычислить координаты остальных пунктов геодезической сети с требуемой точностью. Благодаря измерению приращений координат и применению фазового метода погрешности в результатах определения координат пунктов сведены к нескольким сантиметрам. Эти способы являются основными в геодинамических и важнейших геодезических работах.

Необходимо отметить, что в настоящее время наметилась тенденция к тесной интеграции GPS-технологий и методов получения и обработки данных ДЗЗ, проявляющейся в основном в области аэрофотосъемки. Уже достаточно длительное время при съемочных работах используют аэрофотокамеры некоторых производителей, интегрированные с GPSприемниками (см. фото 2), которые при фотосъемке местности фиксируют пространственные трехмерные координаты центра проекции каждого кадра. Использование данной технологии по оценке специалистов позволяет сократить в 20-30 раз число опорных точек, требуемых для фотограмметрической обработки материалов залета, что существенно повышает производительность работ и снижает суммарную стоимость затрат на получение исходных данных.

Фото 2. Аэрофотокомплекс, интегрированный с GPS-приемником

Примеры применения ГИС

В настоящее время уже находит практическое применение на предприятиях нефтегазового комплекса ГИС-технологий интегрированных с данными ДЗЗ и GPS. Приведем конкретные примеры.

1. Группа Компаний BG Transco (Великобритания) отвечает за обслуживание более чем 10000 км подземных газопроводов. Чтобы избежать утечек газа, очень важно профилактическое обслуживание трубопроводов. Сейчас Transco использует несколько методов инспекции, включающие использование информации получаемой с патрульных вертолетов, аэроснимков, полевых топосъемок, традиционных бумажных карт и измерительных приборов для внутреннего обследования труб (PIG). Эти же методы используются для определения местоположения сооружений, необходимого при оценке потенциально опасных областей вблизи газопровода в случае критических ситуаций. 2. РАО “Роснефтегазстрой” планировало постройку магистрального нефтепровода протяженностью 450 км в Ненецком Автономном округе. В рамках проекта решалась задача создания ГИС, обеспечивающей проведение полного пространственного анализа данных при решении как общих, так и частных прикладных задач на всех уровнях - от обоснования инвестиционных затрат до эксплуатации объекта. Использование такой системы позволяло постоянно добавлять новые данные, обновлять и корректировать уже существующие, моделировать и прогнозировать различные производственные процессы, чрезвычайные ситуации и устранение их последствий, отслеживать состояние окружающей среды.

Район исследований является весьма динамичным, там происходят активные эрозионные, склоновые, русловые процессы, развиты термокарстовые явления и абразия морских берегов. Использование данных топографических карт этого региона оказалось невозможным из-за их низкой достоверности, обусловленной существенными вышеназванными изменениями происшедшими с момента издания этих карт. Поэтому в качестве главного источника информации были использованы снимки КА Landsat, позволившие получить наиболее достоверную и оперативную информацию о местности в районе предполагаемой прокладки нефтепровода. На основе цифровой модели рельефа были созданы цифровые модели территории планируемого объекта, выполнены расчеты углов поворота, величины и направления уклонов по трассе нефтепровода.

В целом при проведении технико-экономического обоснования был выполнен следующий комплекс работ:

• Создание базы геоданных на заданную территорию (топография, вектор, ДДЗ);

• Трассирование;

• Согласование проекта и окончательное формирование трассы нефтепровода;

• Лазерное сканирование и формирование на основе полученных данных трехмерной модели местности в целях обеспечения строительства наиболее ответственных участков трубопровода;

Создание единого информационного поля данных.

В приведенных примерах при создании ГИС применяют комбинированные источники информации: сочетание ДДЗ КА различной детальности, данные GPS-измерений, лазерная и стереосъемка, данные с топокарт и т.п. Все зависит только от требований, предъявляемых к системе. Можно утверждать, что комбинация информации, получаемой с помощью различных средств дистанционного зондирования Земли и данных GPS-измерений позволит получить полную и исчерпывающую информацию о любом объекте наиболее оперативно и достоверно, а также полностью обеспечит все потребности для информационного обеспечения любого проекта, любой системы, любого предприятия.

Устойчивый рост применения геоинформационных технологий на предприятиях нефтегазового комплекса, наметившийся в последнее время, обусловлен не только развитием возможностей самих ГИС, но и тесной интеграцией данных информационных систем с GPSтехнологиями и обработки данных ДЗЗ.

Литература

1. Серпинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. М.: ИКФ “Каталог”

2. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования. М.:Картгеоцентр - Геоиздат, 2001. - 228 с.

3. Неумывакин Ю.К., Перский М.И. Геодезическое обеспечение землеустроительных и кадастровых работ. М.:Картгеоцентр - Геоиздат, 1996. - 344 с.

4. Географические информационные системы в нефтегазовой промышленности. ООО Дата+. 2002 г.

5. Интернет-статья О.Блинковой. Парадная история ГИС. Статья опубликована по адресу http://www.computer-museum.ru/histsoft/gis_hist.htm

Размещено на Allbest.ru