УДК 004.6:002,52/.54
В. А. Середович., В. А. Калюжин, А. В. Дубровский СГГА, Новосибирск 630108, Плахотного 10
Актуальность работы состоит в том, что в настоящее время остро стоит вопрос об экологическом благополучии ряда регионов Сибири. Это связано, прежде всего, с тем, что все промышленное производство, а также добыча полезных ископаемых в большинстве случаев тяготеет к крупным населенным пунктам. По оценкам специалистов средний показатель экологического состояния городов Сибири равен 3.9, которое характеризуется как напряженное (по пятибалльной шкале оценки).
Одним из основных показателей, характеризующих экологическое состояние природно-территориальных комплексов, является величина техногенной нагрузки на территорию. Техногенная нагрузка характеризует степень техногенного освоения окружающей природной среды (ОПС) человеком и уровень ее загрязнения продуктами его жизнедеятельности. При оценке величины техногенной нагрузки и ее максимального значения следует учитывать что, разные ПТК имеют совершенно разную устойчивость к техногенному воздействию, а также, что сама структура ПТК во многом определяет виды и масштабы этих воздействий. Техногенная нагрузка складывается не только из величины первичного отрицательного воздействия на ОПС, но и из ответной реакции среды, т. е. негативных изменений в состоянии ОПС.
Техногенная нагрузка не может бесконечно увеличиваться. У каждого ПТК есть свой, индивидуальный ресурс приспособляемости к антропогенному давлению. Если нагрузка на территорию больше, происходят часто не обратимые изменения, влекущие за собой вывод данных земель из хозяйственного оборота с их последующей консервацией. Такой прогноз не благоприятен как в экологическом плане, так и в экономическом. Потеря части продуктивных земель — это, в первую очередь, снижение налоговых поступлений в бюджет, а также расходы на восстановительные мелиоративные мероприятия.
Определить значение предельно-допустимой техногенной нагрузки на территорию — основная задача современного хозяйствующего человека. Учитывая современный высокий уровень развития компьютерных технологий, большую практическую пользу может оказать создание компьютерного, геоинформационного банка динамических данных о техногенных природно-территориальных комплексах. Предметной областью создаваемого банка данных являются техногенные природно-территориальные комплексы (ТПТК).
Для решения указанной цели были решены следующие задачи: разработана технологическая схема обновления цифровых топографических карт масштаба 1:500 и 1:2000 на территорию нефтегазоносных районов; разработана технология генерализации и объединения цифровых топографических карт масштаба 1:500 и 1:2000 для построения цифровой топографической карты масштаба 1:5000; разработана технология получения растрово-векторной модели территории месторождения нефти и газа масштаба 1:5000; разработана концепция и основные принципы построения автоматизированного банка данных техногенной нагрузки на территорию месторождения нефти и газа; внедрение разработанной технологии в производственный процесс.
Одной из негативных особенностей имеющейся в настоящее время цифровой информации по ТПТК Сибири является: отсутствие однотипного семантического и графического представления пространственных данных на цифровых топографических картах (ЦТК).
Основной причиной этого является отсутствие обязательных стандартов по производству ЦТК. Действующие в настоящее время классификатор топографической информации и условные знаки для различных масштабов полностью определяют информацию, наносимую на цифровые карты и планы различных масштабов, ее графическое представление, но они не содержат требований к послойному представлению информации, семантическому описанию информации, форматам цифровой информации.
В разрабатываемом нами подходе, вся информация классифицируется на базовую и тематическую (дополнительную). Представление в цифровом виде базовой информации регламентируется специальным классификатором топографической информации, а разработка структура любого слоя тематической информации — специальными правилами. Такой подход к созданию ЦТК обеспечивает преемственность цифровых данных и их универсальность. Именно эта цель ставилась при разработке структуры модельных слоев банка данных для ГИС исследования и учета техногенной нагрузки на территорию Сибирского региона. Создаваемый банк данных должен аккумулировать информацию без ее специальной переработки.
Первым шагом классификационного анализа является разделение всей предметной области создаваемого банка данных на несколько относительно мало связанных между собой подобластей.
В этой связи предлагается информацию о ТПТК разделить на две подобласти: антропогенная среда (среда жизни и деятельности человека) и природная среда (природно-территориальные комплексы).
Внутри каждой подобласти концептуальные связи между элементами, из которых они состоят — сильные, они реализуют логические отношения типа «род-вид», «целое-часть». А связи между подобластями являются ассоциативными (слабыми), что обусловлено различием в происхождении выделенных подобластей.
Следующим шагом анализа является декомпозиция каждой предметной подобласти, направленная на вычленение слагающих её компонентов (частей, подсистем) и видов (подклассов), связанных соответствующими отношениями «целое-часть» и «род-вид» с объектами соседних уровней иерархии. При этом декомпозиция проводится по схеме «от общего к частному». Декомпозиция осуществляет: выделение элементов предметной подобласти (процессов, объектов и явлений), существенных с точки зрения целей проектируемого банка данных: элементы плановой и высотной основы, рельеф, гидрография и гидротехнические сооружения, населенные пункты, промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты, дорожная сеть и дорожные сооружения, растительный покров и грунты; вычленение элементов, свойства которых могут быть описаны с помощью данных, полученных на этапе сбора, систематизации и обработки информации о природно-территориальных комплексах: геодинамическая активность территории, фрактальные свойства территории, агроклиматические характеристики, показатели уровня загрязнения ОПС.
Таким образом, в результате получается система иерархических схем элементов предметной подобласти, представляющая выявленные путем декомпозиции родо-видовые отношения (иерархия классов) и отношения «целое-часть» (иерархия частей) между отдельными подъэлементами. На самом нижнем уровне иерархической модели создаваемого банка данных находятся модельные слои, которые будут использоваться при проектировании динамической геоинформационной системы (ДГИС).
Модельным слоем является совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной группе объектов (классу объектов) в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев составляющих определенную нами предметную область.
Выделенные модельные слои заключают в себе: 1. Пространственную информацию о ТПТК; 2. Пояснительную информацию, которая в большей степени дублирует атрибутивную (семантическую) часть пространственных объектов. 3. Производную информацию, полученную в результате прогнозного моделирования и анализа ситуации.
Разработанные модельные слои используются при создании пилотного проекта банка данных для ГИС по учету техногенной нагрузки на территорию. Пилотный проект выполняется на территорию ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» с использованием ГИС GeoMedia и MapInfo 7.0. Отличительной особенностью GeoMedia является то, что заложенные в ней трансляционные возможности делают ее «открытой» для большего числа пользовательских форматов.
Исходными данными, при создании пилотного проекта являются результаты тахеометрической съемки выполненной в масштабе 1:500, 1:2000, 1:5000, аэрофотосъемки, результаты других натурных наблюдений выполненных на данной территории. Основная часть цифровых данных представлена в формате ГИС MapInfo 5.5. Таблицы данных имеют различную структуру. Несогласованность существует в названиях таблиц, содержащих однотипные элементы, в семантическом описании. Графическое представление данных имеет одинаковый стиль только в рамках конкретного проекта. Разработанная структура модельных слоев позволит объединить всю цифровую информацию по основным классификационным группам в одной ГИС, добиться однотипности отображения и семантического описания независимо от масштаба рассмотрения данных.
Создание банка данных содержащего информацию не только о территории ТПТК, но и техногенных объектах, величине и характере техногенной нагрузки повысит эффективность принятия управленческих решений, позволит выполнить точную оценку материально-технической базы, а также создаст необходимые условия для осуществления экологического геомониторинга на нефтегазодобывающих комплексах дистанционными методами зондирования.
Следует отметить, что разработанная технология была внедрена в производство. Результатом внедрения является существенная экономия материальных затрат, а также затрат рабочего времени исполнителя. Экономия достигается в следствии: уменьшения времени полевых работ благодаря дешифрированию части объектов непосредственно по ортофотоплану; однотипности структуры семантической и графической базы цифровых объектов отображаемых на цифровых топографических картах различных масштабов; использования в качестве исходного материала цифровых топографических карт более крупного масштаба; получения по окончании работ четырех видов топографической продукции: цифровой топографической карты масштаба 1:500 кустовых площадок нефти и газа; цифровой топографической карты масштаба 1:2000 коридоров коммуникаций нефтегазового месторождения; цифровой топографической карты масштаба 1:5000 на территорию всего нефтегазового месторождения; комбинированная растрово-векторная модель территории нефтегазового месторождения.
Полученная цифровая топографическая продукция является информационным базисом проведения инвентаризации территории нефтегазовых месторождений ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз».
Практическая ценность выполненной работы заключается в разработке технологии подготовки геоинформационного обеспечения проведения инвентаризации территории крупного промышленно-хозяйственного комплекса. Важным является описание возможностей и технологических аспектов применения существующих программных средств. Внедрение данной технологии позволило провести подготовительный этап инвентаризации земель занимаемых нефтегазодобывающим предприятием ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз». Полученные цифровые топографические карты используются для построения геоинформационной системы управления территориями предприятия, а также автоматизации процесса диспетчерского контроля и принятия управленческих решений. Собранная информация способствует развитию рационального природопользования на территории Ямало-Ненецкого автономного округа.