АСПЕКТЫ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ И КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОК ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

Мониторинг объектов нефтегазовой промышленности РФ совершенно необходим для оптимизации решений по эксплуатации и ремонту, что позволяет сэкономить значительные объёмы средств.

Объекты нефтегазовой индустрии можно разделить на:
• точечные или компактные площадные;
• средние площадные;
• линейно-протяженные;
• крупные площадные.

Соответственно, можно выделить мониторинг:
• геометрии природных объектов;
• геометрии искусственных объектов;
• опасных процессов;
• экологический.

Эти задачи различны как по типологии, так и по точности и охвату. Так, для мониторинга геометрии искусственных сооружений нужны точности в 5-50 мм (объём от 1 до 30-50 га). Экологический мониторинг месторождения может иметь охват до нескольких десятков тысяч км2 территорий при детальности на уровне метра и менее.

Решение задач мониторинга обычно включает мониторинг всех видов, требуя использования нескольких видов дистанционного зондирования, в том числе – высокоточных.

Коротко о методах лазерного сканирования

К современным высокоточным методам можно отнести воздушное лазерное сканирование (ВЛС), мобильное (МЛС) и наземное лазерное сканирование (НЛС).

Лазерное сканирование – активный метод съёмки. Установ-ленный на носителе (самолёте, вертолёте, автомобиле) или штативе полупроводниковый лазер (в импульсном режиме) проводит дискретное сканирование поверхности Земли и объектов, расположенных на ней, регистрируя нап-равление лазерного луча и время прохождения луча.

Лазерный сканер испускает сотни тысяч импульсов в секунду («качая» луч из стороны в сторону). Таким образом, объект съемки оказывается покрыт множеством точек лазерных отражений, для каждого из которых известны координаты и интенсивность. По этим данным строится высокоточная цифровая модель рельефа (ЦМР) или модель местности (ЦММ).

Одновременно с лазерным сканированием ведётся фотографирование объектов в различных диапазонах спектра. Получаемые в итоге геопривязанные фото сливаются в единую бесшовную мозаику.

Особенности данных лазерного сканирования

Используемые лазерные сканеры обладают следующими характеристиками:
• частота сканирования до 1 200 000 точек в сек;
• измеряемая дальность до 6000 м и более;
• точность определения дальности 1 – 4 см;
• точность определения плановых координат 1:500 – 1:5000;
• глобальная точность определения координат точек 1 – 10 см.

Применение лазерного сканирования позволяет «пробить» кроны деревьев узким лучом, получив как его отражение от кроны, так и от подстилающей поверхности. Подобным свойством не обладает ни один из пассивных методов.

202 26
Рис. 1. Пример сканирования залесённой
территории в средней полосе России.

Воздушное лазерное сканирование удобнее для съёмки крупных объектов. Для небольших, но очень сложных объектов и их детальной съёмки используется мобильное или наземное. Возможно комплексирование этих методов.

206 11
Рис. 2. Пример детальности данных наземного сканирования.

Обзор плюсов и минусов методов лазерного сканирования и космических съёмочных методов для целей мониторинга объектов нефтегазового комплекса

К космическим методам, представляющим интерес для целей выполнения мониторинга объектов нефтегазового комплекса, можно отнести оптико-электронную съёмку сверхвысокого разрешения (30 – 50 см) и радарную (включая радарную интерферометрию).

Минусы космических данных – низкое разрешение данных, не позволяющее использовать их для создания картографических материалов в масштабе 1:500, 1:1000, 1:2000. Затруднено создание ЦМР с точностью и детальностью на уровне 1:500-1:5000. Несмотря на высокую точность оценки смещений земной поверхности методами радарной интерферометрии, для непрерывного отслеживания динамики объектов необходимы постоянно повторяющиеся съёмки; в случае значительной разовой подвижки диапазон смещений может оказаться недостаточен для отслеживания истинной картины. Также они не могут быть применены для оценки вертикальных объектов (стен, опор) и нависающих объектов (подвесные переходы, НПЗ).

Плюсами являются высокая производительность и относительная дешевизна данных, а также оперативность (радарная съёмка).

Как видим, ни лазерное сканирование, ни космическая съёмка не универсальны для ведения мониторинга.

Общие рекомендации по методике сбора данных при мониторинге различных типов объектов

1) Методы, объекты, задачи
Исходя из вышесказанного, можно составить таблицу рекомендованных методов данных дистанционного зондирования (ДДЗ).

Лазерное сканирование может быть применено на любом типе объектов или задач, в ряде случаев – несколько методов. Насколько это обосновано экономически?

В ряде случаев (таблицы 1 и 2) лазерное сканирование не имеет альтернативы по сочетанию требований к точности, полноте и скорости проведения работ. Кроме того, методы НЛС и МЛС в большинстве случаев оказываются дешевле, чем классическая геодезия (нередко – в несколько раз).

Таблица 1. Рекомендации в зависимости от типа объекта.

206 12

Таблица 2. Рекомендации в зависимости от типа задач.

206 13

Что касается сравнения по стоимости ВЛС и радарной интерферометрии, то в данный момент они в целом сопоставимы по цене, хотя в большинстве случаев ВЛС дороже сверхдетальной оптико-электронной съёмки в несколько раз. Однако преимущества, описанные выше, в значительном числе случаев делают использование ВЛС для мониторинга более оправданным, чем обычную космическую съёмку в видимом диапазоне.

2) Технологические схемы возможной работы с использованием комплексирования методов лазерного сканирования и космической съёмки

Можно предложить ряд концептуальных схем применения различных методов дистанционного зондирования для информационного обеспечения мониторинга.

Наиболее просто обстоит ситуация с мониторингом компактных объектов. Они требуют отслеживания геометрии только искусственных сооружений – для этого подходят методы НЛС и (реже) МЛС. После выполнения полной съёмки в «момент 0» повторные съёмки производятся с периодичностью от недель до лет.

Материалы этих съёмок подвергаются автоматизированному или ручному сравнению с эталоном или предыдущим состоянием объекта. После идентификации потенциальных зон изменений эти участки могут быть отслежены более часто, в том числе – и с использованием классических геодезических методов. В этом случае периодичность (и стоимость) съёмки методом лазерного сканирования мо-жет быть снижена. Возможно и сравнение данных наземного сканирования с материалами исполнительных съёмок (при мониторинге старых объектов).

Для большинства более крупных объектов (таблица 1) в составе рекомендованных методов присутствует метод ВЛС, хотя он не является единственно возможным. Схема мониторинга (в идеале) предполагает, что в «момент 0» производится единовременная съёмка всего объекта методом ВЛС совместно с аэрофотосъёмкой. После этого с определённой периодичностью (от дней до месяцев) производится съёмка по методу радарной интерферометрии и/или оптико-электронная съёмка сверхвысокого разрешения. ВЛС (в зависимости от степени изменчивости объекта) повторяется от 1 раза в 2 – 3 года (для трубопроводов в малонаселённых районах) до 2 – 3 раз в год (в районах развития опасных инженерно-геологических процессов, в горных районах).

При подобной схеме работ удаётся использовать лучшие стороны всех методов. Так, использование ВЛС на первом этапе позволяет создать высокоточную ЦМР в абсолютных высотах (над уровнем моря). По данным радарной интерферометрии, дающей отследить вертикальные смещения в несколько миллиметров, после каждой съёмки в высокоточную ЦМР, созданную по ВЛС, добавляются высотные смещения рельефа, позволяя обновлять ЦМР раз в несколько недель. При этом исходная точность ЦМР сохраняется на уровне 1:1000 – 1:2000 при том же уровне затрат на радарную съёмку. То же относится и к сверхдетальной космической съёмке.

Вышеописанная съёмка может быть рекомендована и для мониторинга опасных процессов (склоново-гравитационные, водно-эрозионные, карст, просадки, морская абразия берегов, криогенные процессы).

На примере мониторинга опасных процессов рассмотрим пошаговую схему организации мониторинга с использованием средств лазерного сканирования.

Шаг 1. Проведение на всей обследуемой территории (линейный или площадной объект) ВЛС с одновременной фотосъёмкой в видимом диапазоне и тепловизионном диапазоне.

Требования к съёмке:
• полоса охвата для линейных объектов – от 300 до 500 м на равнинных участках, 500 – 1000 м на холмистых участках, 1000 – 3000 м на горных участках;
• плотность сканирования – 4 точки на 1 м2 в полосе до 500 м, 1 точка на 1 м2 на прочих участках;
• разрешение фотосъёмки в 12 – 15 см в видимом диапазоне;
• разрешение тепловизионной съёмки 1 – 1,5 м.

Продукция, получаемая по данным съёмки:
• ЦМР в виде матрицы высот или триангуляционной модели;
• векторные карты или топографические планы 1:1000 – 1:2000;
• ортофотопланы в видимом диапазоне;
• ортофотопланы в тепловом диапазоне.

Продукция производная:
• база пространственных данных по отдешифрированным опасным процессам и районам их локализации;
• векторные слои с районами, подлежащими регулярному мониторингу.

Шаг 2. Проведение на участках с обнаруженными или возможными опасными процессами дополнительных наблюдений:
• для обвально-осыпных процессов – более детальная съёмка склонов методом НЛС или радарной съёмкой;
• для крупных участков смещений, эрозии, районов развития криогенных процессов – регулярной радарной интерферометрии;
• для районов селеформирования – дополнительные гидрологические и литологические исследования бассейна селеформирования;
• для районов лавинообразования – НЛС очагов и лавинных лотков;
• для всех видов процессов – съёмка с использованием оптико-электронных космических сенсоров с разрешением 30 – 50 см.

Выводы

Современное развитие сред-ств дистанционного зондирования всех типов идёт очень активно. Непрерывно происходит процесс снижения стоимости информационного обеспечения за единицу площади. Это открывает широкие возможности для комплексного использования методов дистанционного зондирования, основанных на различных физических принципах, для более качественного информационного обеспечения работ по мониторингу территорий; в том числе – объектов нефтегазового комплекса.

И.А. Рыльский, директор по науке и инновациям, к.г.н.

Компания «Совзонд»
115563, г. Москва,
ул. Шипиловская, д. 28а
тел.: +7 (495) 988 7511
+7 (495) 988 7522
+7 (495) 642 8870
факс: +7 (495) 988 7533
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.,
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
www.sovzond.ru

ПРЕДЛОЖЕНИЕ О СОТРУДНИЧЕСТВЕ от журнала ТОЧКА ОПОРЫ

Предложение о сотрудничестве


Приглашаем вас принять участие в публикации интервью / статьи / новости о вашей компании в номерах российского делового журнала ТОЧКА ОПОРЫ.

Если вы хотите:

  • достойно представить свой бизнес;
  • сообщить о новых направлениях вашей деятельности;
  • заявить о себе как о преуспевающем игроке на рынке;
  • поделиться успехами, достижениями, опытом;
  • найти потенциальных покупателей своей продукции;

то мы будем рады вам помочь!

Закажите размещение в печатной версии журнала ТОЧКА ОПОРЫ, и ваша статья БЕСПЛАТНО появится на страницах электронной версии. А это значит, что о вашей компании узнает огромное количество интернет-пользователей и ваших потенциальных покупателей!

Также мы предлагаем:

  • Размещение баннерной рекламы на сайте;
  • Размещение вашей статьи/новости в ежедневной новостной рассылке с количеством подписчиков 17 тыс.
  • Размещение вашей новости/статьи/заметки/интервью/видеоинтервью на сайте

ПРАЙС НА УСЛУГИ

КОНТАКТЫ ДЛЯ СВЯЗИ

АРХИВ ЖУРНАЛА

№271 Октябрь 2021
тема: безопасность