автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Геоинформационная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах

На правах рукописи САЙФУТДИНОВА Гузель Маратовна

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗЕ И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ

Специальности: 05.26.03 — «Пожарная и промышленная

безопасность» (нефтегазовая отрасль) 05.13.01 — «Системный анализ, управление и обработка информации» (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2006

Работа выполнена на кафедре «Геоинформационные системы» Уфимского государственного авиационного технического университета.

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор

Бахтизин Рамиль Назифович; доктор технических наук, профессор Павлов Сергей Владимирович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Буренин Владимир Алексеевич; кандидат технических наук Тангатаров Азамат Фаритович.

Ведущая организация ООО «Юганскнефтегаз - научно-технический

центр Уфа».

Защита состоится 15 декабря 2006 года в 11-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 15 ноября 2006 года.

Ученый секретарь совета ^х^с^А Закирничная М.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Магистральные нефтепроводы (МН) являются комплексами взрывопожароопасных объектов, отдельные участки которых проложены в зонах действия опасных природных и техногенных явлений, угрожающих экологической безопасности районов их прокладки, и подвержены повышенному риску повреждения и разгерметизации, а прилегающая территория - риску загрязнения нефтью.

Одним из основных путей снижения последствий от аварийных ситуаций на объектах трубопроводного транспорта (в том числе и на резсрвуарных парках) является планирование и выполнение мероприятий по предупреждению и тщательной подготовке к локализации и ликвидации возникших аварийных ситуаций. В целях обеспечения эффективности мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов Правительством Российской Федерации был разработан и утвержден комплекс нормативных документов, на основании которых приняты требования, обязующие предприятия разрабатывать планы по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛАРН). В связи с тем, что МН представляют собой пространственно распределенные объекты, традиционные подходы не могут с достаточной точностью оценить параметры и характеристики вредного воздействия аварии на окружающую среду и население для составления ПЛАРН.

Одним из наиболее перспективных способов разработки ПЛАРН для таких объектов является применение современных геоинформационных технологий, которые открывают новые возможности представления данных о структуре МН, окружающей среде и их взаимодействии. Это объясняется тем, что большая часть информации, необходимая для управления объектами нефтепровода, описывает географически распределенные объекты, а существующие на сегодняшний день на предприятии автоматизированные системы не удовлетворяют требованиям специалистов и не обеспечивают наглядного отображения пространственных характеристик объектов и окрестности МН.

Поэтому разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий является актуальной и позволит автоматизировать процесс приема и обработки информации об аварийных ситуациях, обеспечивать геоинформационное моделирование аварийных разливов нефти с учетом характеристик местности, погодных условий и масштабов аварии, а также представлять результаты лицу, принимающему дальнейшее решение по локализации и ликвидации аварии.

Цель работы: повышение эффективности поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах за счет разработки и внедрения методов обработки и представления пространственных данных об объектах МН и их окрестностей.

Задачи исследования:

1 Анализ возможных причин и последствий от аварийных разливов нефти и их влияние на окружающую среду, а также анализ подходов для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах.

2 Разработка метода геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей.

3 Разработка метода разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти.

4 Модернизация существующего алгоритма моделирования аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий с учетом рельефа, уклона, нефтеемкости грунта, гидрографии и других характеристик, влияющих на результаты моделирования.

5 Разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий.

Методика исследования. В работе использовались методы системного анализа, автоматизированного проектирования информационных систем, методы математического и геоинформационного моделирования, организации баз геоданных, технологии хранилищ данных.

Научная новизна:

1 Разработан метод геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его объектов, основанный на теоретико-множественных отношениях, а также использовании цифровой модели местности и цифрового продольного профиля в виде слоев: отметок высот, изолиний, гидрографии, объектов магистрального нефтепровода и прочих объектов.

2 Предложен метод разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти на основе нахождения экстремальных характеристик (высотных отметок линейной части магистральных нефтепроводов) по геоинформационному описанию МН и его окрестностей.

3 Модернизирован существующий алгоритм стекания нефти по суше на основе цифровой модели местности с учетом рельефа, уклона, нефтеемкости грунта и гидрографии. Показано, что построение модели стекания нефти по суше с использованием геоинформационных технологий, позволяет рассчитать маршрут и площадь распространения нефтяного пятна на линейной части и площадных объектах магистрального нефтепровода.

Практическая ценность работы

1. Программная реализация «Геоинформационная система на технологическом участке Ленинск-Нурлино ОАО "Уралсибнефтепровод" (ГИС УСМН)» - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613615 от 18.10.2006 г.

2. Программная реализация «Подсистема моделирования аварийных разливов нефти (подсистема МАРН)» - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613616 от 18.10.2006 г.

3. База данных геоинформационной системы на технологическом участке Ленинск-Нурлино ОАО «Уралсибнефтепровод» (ГИС УСМН) - свидетельство об официальной регистрации базы данных, входящий номер № 2006620278, от 24.08.2006 г.

Полученные результаты в виде методов, картографических материалов, базы данных, программного обеспечения, реализующего алгоритм расчета маршрута стекания нефти по суше, используются в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета и Уфимского государственного нефтяного технического университета, а также внедряются в ОАО «Уралсибнефтепровод».

Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты работы докладывались на следующих конференциях, форумах и семинарах: Всероссийском форуме «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2003 г.); международных научно-практических конференциях «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT'2003, CSIT'2004, CSIT'2005, CSIT2006); ежегодной конференции пользователей продуктов компаний ESRI и ERDAS, (Голицыно, 2003-2005 гг.); IV научно-практическом семинаре "Использование ГИС-технологий ESRI и Leica Geosystems в нефтегазовой отрасли" (Тюмень, 2005 г.); Международном форуме «Рациональное природопользование '2005» (Москва, 6-8 сентября 2005 г.); Международной конференции «Хазарнефгазятаг-2006» (Баку, 2006 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 19 источниках, включая 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ, 1 свидетельство об официальной регистрации базы данных, 14 статей и тезисы двух докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав основного материала, библиографического списка из 101 наименования и 4 приложений. Изложена на 182 страницах машинописного текста, включая 36 рисунков и 6 таблиц.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, определены новизна и практическая значимость работы.

Первая глава диссертации посвящена анализу возможных причин и последствий от аварийных разливов нефти и их влияние на окружающую среду, а также анализу подходов для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах.

Рассмотрены проблемы, связанные с эксплуатацией магистральных нефтепроводов с учетом 40 факторов влияния, объединенные в следующие девять групп: внешние антропогенные воздействия; коррозия; качество производства труб (применяемых или существующих); качество строительно-монтажных работ; конструктивно-технологические факторы; природные воздействия; эксплуатационные факторы; дефекты металла трубы и сварных швов. Выполнен анализ возможных последствий от аварийных разливов нефти на объектах магистральных нефтепроводов для населения и прилегающих территорий (см. таблицу). Здесь же проведен анализ существующих информационных систем, использующихся при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти и других ситуаций.

В результате проведенного анализа было выявлено, что применение геоинформационных технологий позволяет более точно рассчитать маршруты движения нефтяного пятна, тем самым повысить пожарную и промышленную безопасность объектов системы МН. Это объясняется тем, что большая часть информации, необходимая для управления МН, характеризует географически распределенные объекты, а существующие на сегодняшний день на предприятии автоматизированные системы не удовлетворяют требованиям специалистов и не обеспечивают наглядного отображения пространственных характеристик объектов и окрестности МН.

Таблица - Влияние АРН на население и окружаюгцум среду

1 Объекты воздействия Виды воздействия

1. Население: - здоровье; - имущество Ухудшение состояния здоровья, профессиональное заболевание и гибель людей; попадание в организм вредных веществ через воздух, воду; воздействие на человека в основном через биопродукцию (особенно гидробионтов); ущерб имуществу в результате пожаров и взрывов.

2. Объекты жизнеобеспечения (инженерные сооружения): - источники водоснабжения; - транспортная сеть (автомобильные и железные дороги, речные переправы и речной транспорт); - электроснабжение; - зоны отдыха (пляжи, курорты) Загрязнение водосборных колодцев; выход из строя или ограниченное использование объектов водоснабжения; нарушение транспортных путей, инженерных коммуникаций, линий электропередач, тепло- и электростанций.

3. Объекты производственной и социальной сферы: - сельскохозяйственные угодья (пашни, сенокосы, пастбища, оросительные и ирригационные сети); - рыболовство; - животноводство Загрязнения с.-х. угодий, деградация плодородного слоя земли; производственных площадей; нарушение судоходства; невозможность рыболовства; загрязнение подземных вод как источников водоснабжения.

4. Объекты окружающей среды: - атмосферный воздух; - поверхностные и подземные воды; - почва (пашни); растительность (сенокосы, пастбища, многолетние насаждения); животный мир (рыба, птица, дикие животные, насекомые); - особо охраняемые территории (заповедники, памятники природы, заказники. и др). - Углеводородное загрязнение при испарении и утечках; загрязнение воздуха продуктами горения; кислотные дожди. - Загрязнение нефтью в результате утечек, особенно при авариях на дне водоемов, загрязнение технологическими химреагентами и другими отходами; разрушение водоносных структур в грунтах, откачка подземных вод их сброс в водоемы; потеря потребительских или вкусовых свойств воды и продуктов промысла; гибель озер. - Повреждение или деградация почв; потеря продуктивных свойств почв. - Исчезновение редких видов растений, а также хвойных лесов; деградация лесных массивов. - Гибель планктона и других групп организмов; снижение рыбопродуктитвности; исчезновение редких видов животных; нарушение путей миграции. - Разрушение и повреждение экосистем на ООТ; загрязнение зон рекреации.

Вторая глава посвящена разработке метода геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей, разработке метода разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования АРН, а также модернизации существующего алгоритма стекапия нефти по суше на основе цифровой модели местности. При этом учитываются пространственные характеристики объектов нефтепровода и его окрестностей: рельеф, уклон, нефтеемкость грунта, гидрография и другие характеристики, влияющие на результаты моделирования и принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах.

На первом этапе разработан метод геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей. Физически трубопровод является линейным непрерывным объектом в основном повторяющим рельеф земной поверхности в месте его прокладки. Для решения задач по оценке параметров аварийных разливов нефти, таких как объем излившейся нефти, маршрут сте-кания и площадь нефтяного пятна необходимо учитывать не только плановое расположение трубопровода на местности, но также и высотные отметки каждой точки трубопровода.

Пусть линейная часть нефтепровода в пространстве характеризуется значениями трех координат:

х = х(1) — координата долготы, У ~ УО) ~ координата широты, г - г(1) — высота над уровнем моря, где / — непрерывная переменная, обозначающая длину участка трубопровода до точки с координатами (х, у, г) ~ (х(1), у(1), г(1)) от ее физического начала (нулевой километровой отметки). Тогда

Г = Т(х, у, г) = Т(х(1), у(1), г(1)) (1)

есть функция, описывающая положение трубопровода в пространстве.

Фактическое значение зависимостей х(1), у(1), г(1) неизвестно, а в практике трубопроводных предприятий для определения местоположения отдельных объектов и участков трубопроводов используется два вида картографических документов, которые являются приближенным описанием местности:

- топографическая карта местности М 1:100 ООО (или М 1:200 000);

- нормальный продольный профиль трубопровода М 1:10 000.

На первом документе линейная часть трубопровода представлена в виде непрерывной линии. Так как карта местности является моделью поверхности Земли, то и изображение трубопровода на карте местности является некоторой моделью местоположения трубопровода на местности и может быть обозначено следующим образом:

Т1 = ?(х', у') - ?(х' (I), У О)), (2)

где х', у' - координаты, определяемые по карте.

При этом зависимость х' к у' от I неявная и однозначно в любой точке карты (или для любого значения I) не задана. Она задана только в конечном, небольшом числе точек, называемых обычно маркерами, для которых известны их местоположение на местности, координаты (рсц, уо), картографические координаты (х'о, у'о) и расстояние от начала трубопровода 10.

Карта местности некоторого масштаба представляет собой совокупность слоев, содержащих простые и сложные объекты в виде пар координат:

АГ = .{*.»}. (3)

где {ЗУ — набор слоев (например, изолинии, отметки высот, водные объекты), составляющий карту.

Под слоем понимается совокупность однотипных пространственных объектов, относящихся к одной теме (классу объектов), в пределах некоторой территории и в единой системе координат. Множество всех слоев карты обозначим следующим образом:

5 = {5,} (/ = 1,2,..., т).

Одним их этих слоев является координатное описание линейной части трубопровода Т1 = Т'(х,у) е

На втором картографическом документе трубопровод представлен также в виде непрерывной линии, но уже в другой системе координат — {г, /}. Причем зависимость высотной отметки 2 в каждой точке трубопровода явно и однозначно зависит от / — удаленности этой точки трубопровода от начала. Поэтому местоположение трубопровода, изображенное на этом документе можно представить как функцию:

? = 7*6 I) = Г,(г(1), I), (4)

По аналогии с (3) пространственная информация на нормальном продольном профиле трубопровода может быть представлена соотношением

П = п{Р1Лг,1}), (5)

где (р,} - набор слоев (отметки высот поверхности Земли, глубина залегания трубопровода, подводные переходы), составляющий профиль.

Множество всех слоев профиля обозначим следующим образом:

Р = \ГА 0 = 1,2,...,«)

Одним из слоев продольного профиля является трубопровод Т1 =Гг(г,/)еР.

Таким образом, приближенное описание местоположения трубопровода на местности задается совокупностью данных из карты и профиля:

К II Г ' 21

Т ' ,Т к (6)

Выражение (6) представляет собой модель, описывающую совокупность объектов, представленных на карте и продольном профиле, необходимых для построения модели истечения нефти. На карте это нефтепровод, изолинии, отметки высот, водные объекты, растительность, населенные пункты, дороги и

пр., на профиле — отметки высот, глубина залегания трубопровода и подводные переходы.

Для полного представления местоположения трубопровода необходимо построить модель в трехмерном пространстве на основе данных карты и нормального продольного профиля:

Т{х,у,г,1)еИ3 =К3{х,у,2) (7)

Таким образом, разработанный метод геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей является основой для разработки метода разбиения линейной части трубопровода и построения модели стека-ния нефти по суше.

Следующий шаг разработка метода разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования АРН. Так как трубопровод является физически непрерывным объектом, то в любой его точке может произойти аварийный разлив нефти, поэтому необходимо выполнить моделирование во всех возможных точках трубопровода, а их, как известно, бесконечное множество. Существуют различные подходы к выбору точки моделирования, например, в месте, где произошла авария, на основе данных дефектоскопии, в местах пересечения трубопровода с наиболее опасными объектами (автомобильные, железные дороги и др.). Но этого недостаточно для исключения аварийных разливов нефти в других точках трубопровода. Поэтому предложен метод разбиения линейной части МН на участки для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти на основе нахождения экстремальных характеристик (высотных отметок линейной части магистральных нефтепроводов) по цифровому продольному профилю и цифровой модели местности (ЦММ) (рис.1). Метод заключается в рассмотрении трубопровода как функции, заданной соотношениями (2), (4), (6) и выборке всех возможных критических точек, в которых целесообразно осуществлять расчет параметров аварийного разлива нефти. При этом из соотношения (4) определяются все точки локального максимума

=шах(г(0), (8)

и локального минимума

2т1„, =тт(2(/))> (9)

I = 1Д, где к — количество точек локального максимума и минимума функции 2(1) на рассматриваемом участке трубопровода (рис. 1).

Далее весь рассматриваемый участок трубопровода, задаваемый значениями длины трубопровода разбивается на отрезки ['та*,/»], границы которого соответствуют найденным значениям точек локального максимума

'тах.У • ■гшэх/ ~ ■ (10)

Р 136 137 138 1» 140 М1 142 '

Рисунок 1 — Модель определения экстремальных характеристик на ЦММ и цифровом продольном профиле

Учитывая известный факт того, что при аварии на отрезке трубопровода между соседними точками локального максимума наибольший объем нефти выйдет в точке трубопровода, соответствующей точке локального минимума

Anin.f " *"min, (1 О

Anaх./ ^ AnilU ^irfixjt-l , формируется конечное множество точек

М = ,Л> i' = l,Л, (12)

в которых необходимо осуществлять моделирование аварийных разливов нефти. В дальнейшем для определения координат х и у точек моделирования на карте местности, необходимо подставить в (2) значения 1 т (11).

Определение маршрута стекания нефти по суше включает определение места скопления нефти на основе цифровой модели местности (ЦММ) и геоинформационную технологию расчета объемов излившейся нефти.

На основе отметок высот и изолиний сначала строится модель треугольной нерегулярной сети (TIN)- В TIN-моделях нерегулярная сеть точек размещается с учетом особенностей территории (больше точек в районах со сложным пересеченным рельефом, меньше - на ровной местности). Выбранные точки соединяются линиями, образующими треугольники, и выполняется интерполяция методом триангуляции. На основе ТТЬГ-модели создается регулярная сетка поверхности (GRID), сглаживающая поверхности. Такой алгоритм служит основой для построения цифровой модели рельефа, а именно геоинформационной модели окрестности трубопровода.

Построение геоинформационной модели (ГИМ) окрестности трубопровода является обязательным условием для определения маршрута стекания нефти по суше. ГИМ включает в себя различные слои картографической информации в электронном виде, в зоне определенной ширины, в коридоре прохождения нефтепроводов и ее интеграцию с существующей атрибутивной базой данных об объектах нефтепровода:

гим —г}, (13)

где Si - множество слоев, образующих ЦММ и Г;

ЦММ- цифровая модель местности;

Г- модель, описывающая положение трубы в пространстве.

Выражение (13) представляет собой модель, которая описывает совокупность сложных объектов представленных для цифровой модели рельефа, в виде набора слоев (изолинии, отметки высот и гидрография) и модели, описывающей положение трубы в пространстве.

На основе полученной ГИМ нефтепровода с помощью специальных прикладных программных средств ГИС (3D Analyst, Spatial Analyst) строится трехмерная модель рассматриваемой местности (рис. 2).

Рисунок 2 - Построение корректной 3-D модели местности

Определение маршрута стекания нефти по рельефу местности выполняется следующим образом (рис. 3):

- на основе цифровой модели местности с учетом рельефа, уклона, гидрографии и других характеристик, влияющих на результаты моделирования, определяется направление стекания нефти и длина разлива нефти;

- место скопления нефти, обычно образующееся в результате локальных понижений рельефа, определяется за счет сопоставления «зеркала» поверхности на заданном уровне и рельефа.

На основе полученных результатов с использованием ГИС-технолопш определяются:

- возможные масштабы разлива нефти, степень их негативного влияния на население и объекты его жизнеобеспечения, объекты производственной и социальной сферы, а также на объекты окружающей природной среды;

- границы районов повышенной опасности возможных разливов нефти;

- последовательность, сроки и наиболее эффективные способы выполнения работ по ликвидации разливов нефти, п том числе выдвижение сил и средств.

Начало

Выбор набора картографических слоев для построения ЦММ:

Построение модели треугольной нерегулярной сети {Тт

Построение регулярной сети {GRID), сглаживающей

поверхности -- *

Построение геоинформационной модели окрестности трубопровода:

ГИМ-^-*{[ЩМ, Г}

Построение ЭИ-модели местности

Построение решетки направлений с учетом уклона

Расчет характеристик пятна (объем, скорость перемещения с учетом уклона, нефтеемкости грунта) Ф

Приведение полученных результатов маршрута стекания нефти к истинным

Построение маршрута стекания нефти по суше

Конец

Рисунок 3 — Алгоритм определения маршрута стекания нефти по суше

Третья глава включает в себя разработку информационной (рис. 4) и функциональной модели (рис. 5) проектируемой системы, а также структуру базы данных (рис. 6) и требования к системе поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах. На основе разработанной информационной модели была создана база геоданных (БГД), которая содержит картографические и атрибутивные данные.

Для обеспечения информационной поддержки процесса принятия решений по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах разработанная система должна решать следующие классы задач: сбор и интеграцию данных об объектах и явлениях магистральных нефтепроводов; расчет объема излившейся нефти; построение ЦММ; определение маршрута стекания нефти по суше; планирование размещения сил и средств ликвидации последствий АРН; прогнозирование развития ситуации; планирование и управление защитными мероприятиями; планирование мероприятий и управление ликвидацией последствий от АРН; формирование рекомендаций для лиц, принимающих решения, о совокупности мер по предупреждению и ликвидации аварийных ситуаций.

Таким образом, разработанные информационная модель и база геоданных являются основой для разработки геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации АРН.

В четвертой главе рассматривается применение разработанных методов и алгоритмов описания объектов магистрального нефтепровода, разбиения участков линейной части трубопровода, расчета параметров АРН для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах на примере ОАО «Уралсибнефтепровод».

Производится поэтапная разработка и внедрение геоинформационной системы «Уралсибнефтепровод» (ТИС УСМН). ГИС УСМН состоит из трех составных частей: картография, система поисков и функциональные задачи.

Специализированные атрибутивные данные

IH-vrv.r-.-m »г- .^■■■ц-.,.,, Система Справочник сигналов Исгори» изменения ситнагв Псшеодиыепрекоды [^^Р^3 А£ЮНГрОПЯ рРЛ5РОЯТ „ ДИСТЗНЦИОННОТО ------^ ^ ' 1 |

1 подводных исполнения переходов; договоров

Паспорта линейной части МН

контроля и .1—и управления

Переходу черед крупные и средние реки (более 30 «петров а «ежа

Сведения об »ариях к отказах Смдения по задвижши, запорной арматуре

э

30 и втрое в межень])

Г врекачхвающне статуи по трассе нефтепровод» I Сведения по переходам нефтепровода через железные, аепэмоби/>ьт1«е[яороп». воздушным параходам

Наименование НПС

:пец|

I-

1альные слои М [Ь200 ООО

Подввдные переходы

I

Места дарим

Раэарвуары НС

^ Код НПС р^

нпр

Пересечения с ад.

Переселения с ж .д.

Пересечение с водными преградами

! Код НПС (П<) 1 Наименование НПС (РК

Нефтепровод Нефтепровод, прототип

}те;

1

Код НПС (рК) 1

п

я Грризонтали

Код горкмктал<

' I Слои генеральных планов НПС |

П^вариые злемо ты нефтепровода . Промышленные пинейные объекты Ржниуег^ность

Код нефтепровода (ПС)

[КодЬ

Код растительности

Резервуары

Кой резервуар

] Зданж и вооружения

I П^А

Код НПС (ГК)

-. Код НПС •—

I--- Наименование НПС

и.

Дороги

Водовмы

Код нефтепровод:

Код НПС^К)

йн*«

>егки высот

■Н

ке«тс(рк>1 ¡к««1с<1=к)

ОбшегеопзасЬические слои

Типы респлагънаетн

¡код тип*^жтнт«льностчг(НО

Подписи растительности

рСод^одлисиМ^. :,гг2 -.¡.'Г -г {ксАрепейа л >

Типы высот ¡-Код гяга »ми

: Вэдные объесгы 1 Коива^нбго объекте >

КодтМаоЧквят». : НМакЗ» аийев^Л.:

Отмепси высот

код репере,- ; •Л Код т и/и »ыеатГРК}

Код пеялисиЛ1' <яд .; •

Типы водные объект .ладтипа®,--.: : I

г тйп-. : • I

Тип дороги по назначению Кигки! I

Тип1 I

Подписи <гтмета* высот

Тиггж.д._ Гкодт*»*А ■

Дороги

' метила

Железные дороги

..КадрегираУ^-;.,. К«т<«вжд{ГК) -НОЙ оолтеьа

ТипЯ

Код реперь^--.-..- -••••Vл--• АВДО*етное-*нМиие высоты - •

I Кса подписи/2

Тип дороге по покрытию ;Кмтяи2 I

: Тм)2 I

Рисунок 4 — Информационная модель данных проектируемой системы

Задание параметров для моделирования

Параметры ^моделирования

Информация из баз данных

Нормативные Документы АК "Транснефтъ"

Расчет объ&мое

Специеписты -

Результат расчета '! Объемов

Нормативное и регламентирующие документы ОАО "Урвпсибнефтепровод*

Построение

1+<струмемталы«*в ср ястта

Карта v территории

ГИшм

ливмавции

Рисунок 5 - Диаграмма АО функциональной модели проектируемой системы

Картографическая база данных

База банных специализированных объектов

Административная принадлежность, участки нефтепрож-упд

F

г

Энергоснабжение

Вдольтрассовые сооружения и объекты

Е

Испытания, обследования, ремонты _линейной части_

Авар и

_ Подводные переходы

Г Резервуары и резерву арные парки

Г

F

Резервуары и виды работ

НПС

Е

t

Установленное оборудование

Пересечения

Узлы учета нефти

Подразделения

База данных обще географических объектов

Районы административного деления

Границы районов административного деления

Растительность

Населенные пункты Болота

Водные объекты

Реки, ручьи

Насыпи Дороги

Железные дороги и станции

Отметки высот

«

-----------------------^

___База данных «OOTOJF^___

База данных «АСКИД» База данных_<<СДКУ>>

'М

---.---------------------й . ^

База дянны*_«СППР» _ _

" База да'нных «ЭКсГпЕРТ»

Рисунок 6

- Структура БД к геоинформадионной системе поддержки принятия решения при прогнозе и ликвидации ЛРН на МП

В раздел функциональных задач входит автоматизированная система (АС) моделирования аварийных разливов нефти, представленная на рисунке 7, которая позволяет:

— определить в системе место аварии;

— рассчитать объём аварийного разлива нефти;

— построить трехмерную модель местности в форме регулярной триангуляционной сетки (GRID);

- определить маршрут стекания нефти для различных видов поверхностей и природных условий;

- рассчитать площадь загрязнения территории;

- сформировать отчеты по результатам моделирования;

- определить маршруты выдвижения сил и средств к местам установки средств локализации и ликвидации АРН. Пример приведен на рисунке 8;

- получить план по ликвидации и локализации аварийного разлива нефти, как показано на рисунке 9.

| Яшыбипен^ -^-

Интерфейс пользователя

Monnnpowmie pt&wiM мсфта м кше Расчет объемов Моле« ром Ut рем.

мефтм тсуие

ИнтсршамвкмИ мо* информации Получение необходимой

(уточнение) гнфоркаци*

Ркчеггарик гтреа рвмим (ДО

тяЫЬщАт*« ■ мгм резервуаров)

Керпгрефвчеежае

■ «тфмбутммм БД

С

БДУСМН

Рисунок 7 — Логическая структура АС моделирования АРН

Рисунок 8 - Пример моделирования АРН на трубопроводе и

маршрута выдвижения сил и средств для ликвидации аварии

¡г:"-'".>,.•'

••-лош

ПЛАН МЙСТВШ5 г« ПМЛЛЮАЩМЫ лихэхдАцш АРН.

:1*1МрммАР№ 1«.12.»1М# Ввмкктиттрм«« 1М2.К12:М дрмкясилиммтж 11.1245 юм

;ТИя АГ'Иччим ''Чвм'к лорд—

;Ятыам0е(ни**|р«с ■ршуимм НУ

'*Маг*9«вевм>ю<п01рмс«! _ Гад вил» » эястч^гшщш1

;Нтоя1Я|1>««И1Ъ _____01Ша|р: 221 Про»№«д|пшяте* гу 2М6

арвыкгяис »««^чмиви^и ОбдемтлпммЙЕЯнМПС Я361 Мшаш мимшип^ппк Вртмсборабсявы: «ммм.

и*П*> Времайыпа

мч»ае ямбц

П» щг1'1 И» ДИД№Г1арОМ а» Н»Л« Об ОТМ4 ■».и.ии-ос 1иг вяь*1

Оетапоама мрпачш па пфаяраицц) «.«.05 ЦяИ Ш2Л1

3 В ■иицпич» рушмдстм 1|У,дн£п«п>ара аругая аргичг согласно саиа момоапп тмячии 1мгм 12»

Оме\д патруяьмай гттуппм в [и&т а парим 1l.t2.IK 12ЯЙ 1». 12.41 1X.ee

« гв«учни> мнфадишдч »мракгерсм м*спяйвл» авар«*!»т га<руя»ной «.12« 111» 1В.1746 «ив

« Зчярь'зяв шиенаалк пд* «ввн ма участке марш 111? К1М« 1ft.17.es ИМ

ПрмЬим» ^»рмйчм» бригад «.».ал*» 1».«Л5

Устро кство яре ившюг ■> оба* К» ми >*• я при вынт в в" лоаеиа и.и.м 14-ао 1I.12.0S1U«

ВР41Ю ЫИ!УМ щг.си 1&эс 11.15 Л }

« Свое нефм с лгоедогмст >смлн 1&12.Ш1&Ш) 1мглб

и воесгантаенме р«тм>госпоеобгюсгч говрсмиомго нсф1сгфоевд* 1».1?1» 14МИ IJ.17.8i 1М1

12 01К*чм нефш ююмоыка »нефтепровод ГО. 12 01 ТЫН

13 Уп1М<1«1ви1 пгралвт1|| е гтздледукндгй р«иул»пша1е1е<> по«ви

состжя СМИ И спдств

I» Бршцм Читают

пэс

Пее&онм; (чел.

мф1кСо»и«м Катага • Ни 1 «д., ГШЮС1» Эк»с«0М»1*4|«ч1 УЧи* «

_____ _

Прде»« { Пкг-&

Рисунок 9 - Пример плана Л АРН нефти для выбранного рубежа

В приложении представлены структура БД в виде таблиц, перечни входной и интерактивно вводимой информации для моделирования аварийных разливов нефти, примеры текстов и описания программ.

Основные выводы:

1 В результате анализа возможных причин и последствий от аварийных разливов нефти и их влияния на окружающую среду, а также анализа подходов для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти сформулированы основные задачи по повышению эффективности пожарной и промышленной безопасности объектов системы МН.

2 Разработан метод геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей, основанный на теоретико-множественных отношениях, а также использовании цифровой модели местности и цифрового продольного профиля в виде слоев: отметок высот, изолиний, гидрографии, объектов магистрального нефтепровода и прочих объектов.

3 Разработан метод разбиения линейной части трубопровода на участки, который позволяет определить экстремальные точки на линейной части магистральных нефтепроводов по цифровому продольному профилю, а также определить конечное число точек или участков нефтепровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти.

4 На основе модернизации существующего алгоритма отекания нефти по суше с учетом рельефа, уклона, нефтеемкости грунта, гидрографии и других характеристик, влияющих на результаты моделирования, реализовано программное обеспечение, в соответствии с существующими методиками на линейной части и площадных объектах магистрального нефтепровода.

5 Разработана автоматизированная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий. Разработанные методики и алгоритмы внедряются в ГИС ОАО «Уралсибнефтепровод» (ГИС УСМН). Получено 2 свидетельства

об официальной регистрации программ для ЭВМ и 1 свидетельство об официальной регистрации базы данных.

Основные публикации по теме диссертации

Содержание работы опубликовано в 19 научных трудах, из которых № 13 включены в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ, основные из которых следующие:

1 Анализ возможных последствий от аварийных разливов нефти для населения и прилегающих территорий на основе различных видов геоинформаци-ошюго моделирования / А.Ф. Атнабаев, Р.Н. Бахтизин, Р.З. Нагаев, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Нефтегазовое дело. — 2004. — №2. - С. 193-198.

2 Оценка последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах / А.Ф. Атнабаев, Р.Н. Бахтизин, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Нефтегазовое дело. - 2006. - №4. - С. 317-321.

3 Геоинформационное моделирование аварийных разливов нефти в ре-зервуарных парках системы магистральных нефтепроводов / Р.Н. Бахтизин, Р.З. Нагаев, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Башкирский химический журнал.-2004.-Т.Н.-№1. - С. 6-8, 105.

4 Использование геоинформационных технологий для повышения эффективности предупреждения и ликвидации аварий на трубопроводном транспорте / Р.Н. Бахтизин, Р.З. Нагаев, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Башкирский экологический вестник: сборник статей, посвященный 10-летию НИИ БЖД. - 2003. - № 2(13). - С. 17-20.

5 Применение современных геоинформационных технологий для моделирования и прогнозирования разливов нефти / C.B. Павлов, Р.З. Хамитов, С.А. Митакович, O.A. Ефремова, Г.М. Сайфутдинова // Компьютерные науки и информационные технологии: материалы V междунар. науч.-практ. конф. — Уфа, 2003.—Т.2. — С. 13-14.

6 Применение ГИС-технологий для построения различных видов моделирования при эксплуатации магистральных нефтепроводов / А.Ф. Атнабаев, C.B. Павлов, O.A. Ефремова, Г.М. Сайфутдинова, С.Ю. Золото-рева // Компьютерные науки и информационные технологии: материалы VI междунар. науч.-практ. конф. — Будапешт, 2004. — С. 73-76.

7 Разработка модели стекания нефти и нефтепродуктов по линейным географическим объектам ГИС / А.Ф. Атнабаев, O.A. Ефремова, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: межвуз. науч. сб. - Уфа: УГАТУ, 2005. - С. 96-102.

8 ГИС — модели для анализа последствий аварийных разливов нефти / А.Ф. Атнабаев, Р.Н. Бахтизин, Р.З. Нагаев, O.A. Ефремова, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // ArcReview. - 2005. - №1(32). - С. 18-19.

9 Павлов C.B., Сайфутдинова Г.М. Подсистема моделирования аварийных разливов нефти для нефтепроводного комплекса на основе семейства программных продуктов Arcgis 9.0 // Международный Форум «Рациональное при-родопользование'2005»: материалы конференции. - М„ 2005. - С. 191-192.

10 Разработка подсистемы моделирования аварийных разливов нефти в структуре геоинформационной системы ОАО «Уралсибнефтепровод» / А.Ф. Атпабаев, Р.Н. Бахтизин, Р.З. Нагаев, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Компьютерные науки и информационные технологии: материалы VII междунар. науч.-практ. конф. - Ассы, 2005. - Т.2. - С. 243-247.

11 Распределенная ГИС нефтепроводного комплекса на основе ArcGIS 9.0 / Р.Н. Бахтизин, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // XX Европейская пользовательская конференция EUC 2005. - Варшава, 2005. - С.14.

12 Сайфутдинова Г.М. Геоинформационная система обработки информации для предупреждения и ликвидации аварийных разливов нефти // Интеллектуальные системы обработки информации и управления: сб. ст. Региональной зимней школы-семинара аспирантов й молодых ученых. Уфа: Из-во «Технология», 2006. - Т. 1. - С. 59-66.

13 Сайфутдинова Г.М., Кунаков Ю.Н. Разработка геоинформационной системы «Генеральные планы нефтеперекачивающих станций» // Интеллектуальные системы обработки информации и управления: сборник статей Региональной зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых, Том 1. - Уфа: Издательство «Технология», 2006. — С. 66-73.

14 Построение модели стекания нефти на суше и водной поверхности с применением современных геоинформационных систем / А.Ф. Атнабаев, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Компьютерные науки и информационные технологии: материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. - Карлсруе, 2006. - Т.2. -С. 120-124.

15 Моделирование аварийных разливов нефти для трубопроводного транспорта на основе геоинформационных технологий / А.Ф. Атнабаев, Р.Н. Бахтизин, C.B. Павлов, Г.М. Сайфутдинова // Материалы международной конференции «Хазарнефгазятаг-2006». — Баку, 2006. - С. 15-23.

САЙФУТДИНОВА Гузель Маратовна

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ

ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗЕ И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ

Специальности: 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность»

(нефтегазовая отрасль)

05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации»

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 13.11.06. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,5. Усл. кр.-отт. 1,5. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 579.

"ОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии УГАТУ 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗЕ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ

1.1 Анализ проблем, связанных с эксплуатацией магистральных нефтепроводов

1.2 Анализ возможных последствий от аварийных разливов нефти на объектах магистральных нефтепроводов для населения и прилегающих территорий

1.3 Анализ мероприятий по ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах с точки зрения законодательства Российской Федерации

1.4 Использование информационных и геоинформационных технологий для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных 35 нефтепроводах

1.4.1 Анализ существующих геоинформационных систем

1.4.2 Анализ существующих информационных систем для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти

Выводы по 1 -й главе

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗЕ И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

2.1 Разработка методов геоинформационного описания магистрального нефтепровода и разбиения его линейной части для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти

2.2 Расчет объемов излившейся нефти для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти

2.3 Модернизация алгоритма определения маршрута стекания нефти по суше

2.3.1 Построение цифровой модели местности

2.3.2 Определение маршрута стекания нефти по рельефу местности

2.4 Поддержка принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе полученных результатов моделирования

Выводы по 2-й главе

3. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗЕ И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ

3.1 Анализ средств создания функциональных и информационных моделей

3.2 Разработка функциональной модели процессов поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах

3.3 Разработка информационной модели поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах

3.4 Организация базы данных геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти

3.4.1 Требования к базам данных

3.4.2 Организация базы геоданных системы 101 Выводы по 3-й главе

4. РАЗРАБОТКА ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗЕ И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ (НА ПРИМЕРЕ ОАО 109 "УРАЛСИБНЕФТЕПРОВОД") 4 Л Анализ организационной структуры и деятельности ОАО

Уралсибнефтепровод"

4.2. Основные технические решения по разработке геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод»

4.3 Разработка подсистемы моделирования аварийных разливов нефти для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти

4.4 Эффективность внедрения геоинформационной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах ОАО «Уралсибнефтепровод»

Выводы по 4-й главе

Актуальность работы

В настоящее время в России эксплуатируется около 50 тыс. км магистральных нефтепроводов (МН) [100]. Согласно имеющейся статистике, в целом по Российской Федерации более 60% крупных объектов хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов эксплуатируются свыше 30 лет, в том числе нефтепроводы (магистральные, промысловые, внутризаводские) в достаточно сильной степени изношены. Регионы строительства новых магистральных и промысловых нефтепроводов характеризуются крайней уязвимостью окружающей природной среды [24].

Средневзвешенная частота аварий с объемом разлива более 1000 т составляет величину - 1 авария в 30-40 лет в расчете на 1000 км трассы МН. По этой причине МН являются комплексами взрывопожароопасных объектов, отдельные участки которых проложены в зонах действия опасных природных и техногенных явлений угрожающих экологической безопасности районов их прокладки и подвержены повышенному риску повреждения и разгерметизации, а прилегающая территория - риску загрязнения нефтью [100].

Одним из примеров является Республика Башкортостан (РБ) основу экономики, которой составляют предприятия нефтегазового комплекса. В Республике Башкортостан работает большое количество предприятий нефтегазовой отрасли, где транспортировка сырьевых ресурсов производиться наземным транспортом и по магистральным нефтепроводам.

Основная часть трубопроводного транспорта объединяет все эксплуатируемые нефтяные районы и нефтеперерабатывающие заводы Республики Башкортостан, регулирует поток нефти на заводах Башкортостана и ее дальнюю поставку на восток - в Сибирь и Казахстан, на юг - в Оренбургскую обл., на запад - в Самарскую обл., Татарстан, в центральную Россию и далее. В тех же направлениях перекачиваются и светлые нефтепродукты по магистральным продуктопроводам. Магистральными трубопроводами управляют и их эксплуатируют 2 крупнейших в России подразделения: по транспортировке нефти - Управление Урало-Сибирскими магистральными нефтепроводами, по доставке нефтепродуктов - Уральское объединение концерна "Роснефте-продукт". Одним из наиболее крупных предприятий является ОАО «Урал-сибнефтепровод». Общая протяженность трубопроводов, эксплуатируемых Урало-Сибирскими магистральными нефтепроводами составляет 7624 км, из них 3750 км проложено по территории Башкортостана [13].

Ежегодная эксплуатация нефтепроводов, повышение потребности в транспортировке нефти и нефтепродуктов, ошибки при проектировании и строительстве самих магистральных нефтепроводов, а также в связи с физическим износом и моральным устареванием оборудования, ростом влияния, так называемого, «человеческого фактора», возрастает число аварий на объектах системы магистральных нефтепроводов, влекущие ущерб здоровью людей и окружающей природной среде, приводящие нередко к человеческим жертвам, а также к значительным материальным и финансовым потерям, нарушению условий жизнедеятельности людей, производственной деятельности предприятий Российской Федерации в целом [4].

Одним из основных путей снижения последствий от аварийных ситуаций на объектах трубопроводного транспорта (в том числе и на резервуарных парках) является планирование и выполнение мероприятий по предупреждению и тщательной подготовке к локализации и ликвидации возникших аварийных ситуаций. Для этого необходимо заблаговременно оценивать возможные последствия аварий и их воздействие на население, и прилегающую территорию. В целях обеспечения эффективности мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, защиты населения и окружающей природной среды от их вредного воздействия Правительством Российской Федерации был разработан и утвержден комплекс нормативных документов [61-67]. На основании, которых приняты требования, обязующие предприятия разрабатывать планы по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛАРН) [61]. Согласно данным требованиям существует ряд недостатков, не позволяющих в полной мере предоставлять информации о пространственно распределенных объектах и явлениях территории магистральных нефтепроводов, что усложняет определение места излившейся нефти, расчет сил и средств, достаточных для ликвидации аварийных ситуаций, определение местонахождения профессиональных аварийно-спасательных формирований, определение первоочередных действий при получении сигнала об аварии и пр.

Одним из наиболее перспективных способов разработки ПЛАРН является применение современных геоинформационных технологий, которые открывают новые возможности представления данных об объектах магистральных нефтепроводов. Это объясняется тем, что большая часть информации, необходимая для управления транспортом нефти, характеризует географически распределенные объекты, а существующие на сегодняшний день на предприятии автоматизированные системы не обеспечивают решение всего круга производственных задач специалистов и оперируют избыточными данными.

Поэтому разработка автоматизированной системы ликвидации последствий аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий приобрела особую актуальность, которая позволила бы автоматизировать процесс приема и обработки информации об аварийных ситуациях, обеспечивать геоинформационное моделирование аварийных разливов нефти, с учетом характеристик местности, погодных условий и масштабов аварии, а также представлять результаты лицу, принимающему дальнейшее решение по ликвидации аварии.

Вопросам обеспечения безопасности и оценки опасных природных и техногенных процессов при эксплуатации магистральных нефтепроводов и их влияния на окружающую среду с использованием современных информационных технологий посвящено много работ отечественных и зарубежных авторов, в частности работы Р.Н. Бахтизина, С.М. Вайнштока, Р.И. Габдюшева, А.Б. Галяутдинова, А.Г. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, Р.Х. Идрисова, В.Г. Крымского, P.P. Набиева, С.В. Павлова, Р.З. Хамитова, К.В. Черняева, М.А. Шахраманьяна, Дж. Апосталакиса, X. Кукамото, Э. Хенли, Г. Сейвера, Ф. Лисса и др. Однако вопросам геоинформационного описания объектов магистральных нефтепроводов в сочетании с факторами, влияющими на окружающую среду, а также использованию этого описания для определения пространственных характеристик аварийных разливов нефти, уделено недостаточное внимание, что в конечном итоге снижает эффективность принимаемых решений по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти при эксплуатации магистральных нефтепроводов.

Указанные обстоятельства обуславливают актуальность сформулированной темы исследования, направленной на автоматизацию поддержки принятия решений по ликвидации последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах на основе геоинформационных технологий.

Цель работы: повышение эффективности поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах за счет разработки и внедрения методов обработки и представления пространственных данных об объектах МП и их окрестностей.

Задачи исследования:

1 Анализ возможных причин и последствий от аварийных разливов нефти и их влияние на окружающую среду, а также анализ подходов для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах.

2 Разработка метода геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей.

3 Разработка метода разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти.

4 Модернизация существующего алгоритма моделирования аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий с учетом рельефа, уклона, нефтеемкости грунта, гидрографии и других характеристик, влияющих на результаты моделирования.

5 Разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий.

Методика исследования

В работе использовались методы системного анализа, автоматизированного проектирования информационных систем, методы математического и геоинформационного моделирования, организации баз геоданных, технологии хранилищ данных.

Научная новизна:

1 Разработан метод геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его объектов, основанный на теоретико-множественных отношениях, а также использовании цифровой модели местности и цифрового продольного профиля в виде специализированных слоев, пространственных данных: отметок высот, изолиний, гидрографии, объектов магистрального нефтепровода и прочих объектов.

2 Предложен метод разбиения линейной части трубопровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти на основе нахождения экстремальных характеристик (высотных отметок линейной части магистральных нефтепроводов) по геоинформационному описанию МН и его окрестностей.

3 Модернизирован существующий алгоритм стекания нефти по суше на основе цифровой модели местности с учетом рельефа, уклона, нефтеемкости грунта и гидрографии. Показано, что построение модели стекания нефти по суше с использованием геоинформационных технологий, позволяет рассчитать маршрут и площадь распространения нефтяного пятна для линейных и площадных объектов магистрального нефтепровода.

Практическая ценность работы

1. Программная реализация «Геоинформационная система на технологическом участке Ленинск-Нурлино ОАО "Уралсибнефтепровод" (ГИС УСМН)» - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613615 от 18.10.2006 г.

2. Программная реализация «Подсистема моделирования аварийных разливов нефти (подсистема МАРН)» - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613616 от 18.10.2006 г.

3. База данных геоинформационной системы на технологическом участке Ленинск-Нурлино ОАО «Уралсибнефтепровод» (ГИС УСМН) - свидетельство об официальной регистрации базы данных, входящий номер № 2006620278, от 24.08.2006 г.

Полученные результаты в виде методов, картографических материалов, базы данных, программного обеспечения, реализующего алгоритм расчета маршрута стекания нефти по суше, используются в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета и Уфимского государственного нефтяного технического университета, а также внедряются в ОАО «Уралсибнефтепровод».

Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты работы докладывались на следующих конференциях, форумах и семинарах: Всероссийском форуме «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2003 г.); международных научно-практических конференциях «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT'2003, CSIT'2004, CSIT'2005, CSIT'2006); ежегодной конференции пользователей продуктов компаний ESRI и ERDAS, (Голицыно, 2003-2005 гг.); IV научно-практическом семинаре "Использование ГИС-технологий ESRI и Leica Geosystems в нефтегазовой отрасли" (Тюмень, 2005 г.); Международном форуме «Рациональное природопользование '2005» (Москва, 6-8 сентября 2005 г.); Международной конференции «Хазар-нефгазятаг-2006» (Баку, 2006 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 19 источниках, включая 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ, 1 свидетельство об официальной регистрации базы данных, 14 статей и тезисы двух докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав основного материала, библиографического списка из 102 наименования и 5 приложений. Изложена на 195 страницах машинописного текста, включая 60 рисунков и 6 таблиц.

Выводы по 4-й главе

1 В рамках разработки автоматизированной системы под держки принятия решения при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе геоинформационных технологий был проведен анализ деятельности ОАО "Уралсибнефтепровод", на основе которого был определен класс типовых задач, решения которых должна обеспечить система.

2 Разработана геоинформационная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах в виде совокупности баз данных и программного обеспечения. Получено 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ и 1 свидетельство об официальной регистрации базы данных.

3 Разработанная геоинформационная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах находится в опытной эксплуатации в ОАО «Уралсибнефтепровод» и Федеральном агентстве водных ресурсов. По результатам опытной эксплуатации отклонение результатов моделирования находилось в пределах 10% от реальных характеристик аварий. При этом время, затраченное на расчет характеристик аварий в 20-30 раз меньше времени при расчете по традиционной технологии.

В данной работе решена актуальная задача, имеющая существенное значение для повышения эффективности поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах за счет разработки и внедрения методов обработки и представления пространственных данных об объектах МН и их окрестностей, позволяющих достаточно точно и достоверно описывать процессы распространения и скопления нефти с учетом рельефа, уклона, нефтеемкости грунта и гидрографии на основе ГИС-технологий.

При решении этой задачи получены следующие научные и практические результаты.

1 В результате анализа возможных причин и последствий от аварийных разливов нефти и их влияния на окружающую среду, а также анализа подходов для поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации последствий аварийных разливов нефти сформулированы основные задачи по повышению эффективности пожарной и промышленной безопасности объектов системы МН.

2 Разработан метод геоинформационного описания магистрального нефтепровода и его окрестностей, основанный на теоретико-множественных отношениях, а также использовании цифровой модели местности и цифрового продольного профиля в виде слоев: отметок высот, изолиний, гидрографии, растительности, объектов магистрального нефтепровода и прочих объектов.

3 Разработан метод разбиения линейной части трубопровода на участки, который позволяет определить экстремальные точки на линейной части магистральных нефтепроводов по цифровому продольному профилю, что позволяет определить конечное число точек или участков нефтепровода для геоинформационного моделирования аварийных разливов нефти.

4 На основе модернизации существующего алгоритма стекания нефти по суше с учетом рельефа, уклона, нефтеемкости грунта, гидрографии и других характеристик, влияющих на результаты моделирования, реализовано программное обеспечение, в соответствии с существующими методиками на линейной части и площадных объектах магистрального нефтепровода.

5 Разработана автоматизированная система поддержки принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти на основе ГИС-технологий, которая позволяет осуществлять моделирование аварийных разливов нефти, принимать решения по выдвижению сил и средств для локализации и ликвидации излившейся нефти. Разработанные методики и алгоритмы внедрены в Федеральном агентстве водных ресурсов и внедряются в ОАО «Уралсибнефтепровод» (ГИС УСМН). Получено 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ и 1 свидетельство об официальной регистрации базы данных.

1. Автоматизированные системы управления в трубопроводном транспорте нефти: Учеб. при проф. обучении рабочих на пр-ве / Панарин В.В., Зайцев Л.А. М.: Недра, 1986. - 254 с.

2. Атнабаев А.Ф., Бахтизин Р.Н., Нагаев Р.З., Ефремова О.А., Павлов С.В., Сайфутдинова Г.М. ГИС модели для анализа последствий аварийных разливов нефти//ArcReview. -2005.-№1(32).-С. 18-19.

3. Атнабаев А.Ф., Бахтизин Р.Н., Павлов С.В., Сайфутдинова Г.М. Оценка последствий аварийных разливов нефти на магистральных нефтепроводах // Нефтегазовое дело: Научно-технический журнал. 2006. - №4. -С. 193-198.

4. Бахтизин Р.Н., Васильев А.Н., Кутуков С.Е., Набиев P.P., Павлов С.В. Применение ГИС для оценки экологического риска аварии на магистральном трубопроводе // Башкирский экологический вестник: сборник статей. -2000. -№1(8). С. 40-47.

5. Бахтизин Р.Н., Набиев P.P., Павлов С.В. Автоматизированная информационная система объектов магистральных нефтепроводов ОАО "Уралсибнефтепровод им. Д.А. Черняева" // Трубопроводный транспорт нефти. 1997. - №12. - С. 26-30.

6. Берлянт A.M., Мусин О.Р., Свентэк Ю.В. Геоинформационные технологии и их использование в эколого-географических исследованиях // География. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 47 с.

7. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998.- 176 с.

8. Воробьев Ю.Л. и др. Катастрофы и человек. Книга 1. Российский опыт противодействия чрезвычайным ситуациям // Под ред. Воробьева Ю.Л. М.: ACT-ЛТД, 1997. - 256 с.

9. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Джангар. ООО "Большая медведица", 2005. - 864 с.

10. Габдюшев Р.И., Гумеров А.Г., Идрисов Р.Х., Галяутдинов А.Б. Опыт обеспечения промышленной безопасности объектов трубопроводного транспорта // Безопасность труда в промышленности, 2002. №7. - С. 13-14.

11. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. М.: ГИС-Ассоциация, 1999.-204 с.

12. ГОСТ 12.3.047-98 ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. М.: Изд-во стандартов, 1998.

13. Гумеров А.Г., Зубаиров А.Г., Векштейн М.Г. и др. Капитальный ремонт подземных нефтепроводов. М.: Недра-Бизнесцентр, 1999. - 525 с.

14. Де Мерс, Майкл М. Географические информационные системы. Основы: Пер. с англ. М.: Дата+, 1999. - 490 с.

15. Диагностика технологического оборудования магистральных нефтепроводов / Козобков А.А. и др. М.: ВНИИОЭНГ, 1990. 47 с.

16. Жуков В.Т., Сербенюк С.Н., Тикунов B.C. Математико-картографическое моделирование в географии. М.: Мысль, 1980. -223 с.

17. Зейлер Майкл. Моделирование нашего мира: Руководство ESRI по проектированию базы геоданных. Пер. с англ. М.: МГУ, 2001. - 254 с.

18. Землянский А.А. Принципы конструирования и экспериментально-теоретические исследования крупногабаритных резервуаров нового поколения. Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2005. - С. 256-287.

19. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В .Я. Геоинформатика. М.: МАКС Пресс, 2001. - 349 с.

20. Инструкция по контролю и обеспечению сохранения качества нефтепродуктов в организациях нефтепродуктообеспечения // СПб.: Деан, 2004. 64 с.

21. Картоведение: Учебник для вузов / A.M. Берлянт, А.В., Востокова, В.И. Кравцова и др.; Под ред. А.м. Берлянта М.: Аспект Пресс, 2003. - 477 с.

22. Кищинская И., Гохман В. ArcGIS 9: новая функциональность, корпоративные решения // ArcReview. 2004. - №3(30),- С. 14.

23. Крымский В.Г., Павлов С.В., Хамитов Р.З. Построение системы стратегического управления безопасностью населения субъекта Российской Федерации (опыт Республики Башкортостан). Уфа: Экология, 1999. -109 с.

24. Кутуков С.Е., Бахтизин Р.Н., Павлов С.В. Применение ГИС для оценки экологического риска аварии на магистральном трубопроводе // Башкирский экологический вестник. 2000. - №1(8). - С.40-47.

25. Мамедов Э. База Геоданных // ArcReview. 2004. -№3(30).- С. 4.

26. Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах (РД 03-409-01, ПБ 09-170-97, ПБ 03-182-98, ТОКСИ-2) / Колл. авт. М: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность» Госгортехнадзора России, 2001.-200 с.

27. Методология IDEF0. Стандарт. Русская версия. М.: МетаТехнология, 1993.- 117 с.

28. Методология IDEF1X. Стандарт. Русская версия. М.: МетаТехнология, 1993.- 108 с.

29. Методические указания о порядке разработки плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на химико-технологических объектах (РД 09-536-03, Постановление Госгортехнадзора России от 18.04.03 № 14).

30. Миронов В.В. Автоматизированная поддержка решений при управлении сложными техническими объектами в критических ситуациях: Дисс. док тех наук. / Уф. гос. авиационный техн. ун-т. Уфа, 1995. -290 с.

31. Миронов П.А., Игнатьев Д.А. Концепция построения картографического банка данных а ОАО «НК "Роснефть"» // ArcReview. 2006. -№2(37).-С. 16.

32. Миронов П.А. Оценка инвестиционной привлекательности внедрения геоинформационных проектов (на примере нефтегазовых компаний) // ArcReview. 2006. -№1(36). - С. 5.

33. Набиев P.P. Перспективы применения геоинформационных систем в трубопроводном транспорте. Уфа: изд-во «Лето», 2000. - 50 с.

34. Начало работы в ArcGIS: знакомство с основными понятиями ArcGIS на примере типичного проекта. Боб Бут и Энди Митчелл // Copyright 2001-2002 ESRI.-253 с.

35. Нефть и нефтепродукты в окружающей среде: Учеб. пособие для вузов / Давыдова С.Л. М.: Изд-во РУДН, 2004. - 163 с.

36. Нефть как топливный ресурс и загрязнитель окружающей среды: Учеб. пособие для вузов / Давыдова СЛ. М.: Рос. ун-т дружбы народов (РУДН), 2004.- 131 с.

37. Ноженкова Л.Ф. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС. Красноярск: ИВМ СО РАН, 1998.- 112 с.

38. Оборудование транспорта и хранения нефти и газа: Учеб. пособие для вузов. КонноваГ.В. Ростов н/Д.: Феникс, 2006. 128 с.

39. Павлов С.В. ГИС основа современного информационного обеспечения при управлении территориально-распределенными системами. // Научные проблемы топливно-энергетического комплекса РБ: - Уфа, 1997.-С. 63-70.

40. Павлов С.В., Хамитов Р.З. Комплексное решение некоторых задач управления предприятиями нефтегазового комплекса Республики Башкортостан на основе ГИС. // Нефтегазовое дело. 2004. - №1. - С. 7484.

41. Постановление Правительства Российской Федерации № 613 от 21 августа 2000 года «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» с изменениями и дополнениями.

42. Постановление Правительства Российской Федерации № 240 от 15 апреля 2002 года «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации».

43. Постановление Кабинета Министров Республики Башкортостан № 22 от 25.01.2002 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».

44. Приказ МЧС России от 18 мая 2002 года №242 «О дальнейшем совершенствовании работы в области предупреждения и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».

45. Приказ МЧС РБ «О рассмотрении Планов предупреждения и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» от 11.07.2002 № 269-п.

46. Приказ Министерства природных ресурсов Российской Федерации от 3 марта 2003 года «Об утверждении Указаний по определению нижнего уровня разлива нефти и нефтепродуктов для отнесения аварийного разлива к чрезвычайным ситуациям».

47. Предупреждение крупных аварий / Практическое руководство. Международное бюро труда. Женева/ Московский научно-исследовательский институт охраны труда./ Пер. с англ., 1992. 256 с.

48. Природе нанесен серьезный ущерб // Табигат. 2006. - №3(50). - С. 1314.

49. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение / Бесчастнов М.В. -М.: Химия, 1991.-432 с.

50. Ракитский В.М. Тенденции и перспективы развития нефтепереработки в мире. СПб.: Недра, 2006. - с. 59-63.

51. Распутин Ф. ArcGIS как инструмент моделирования аварийных разливов нефти // ArcReview. 2005. - №1(32). - с.24.

52. РД 03-418-01 «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов» (Утв. постановлением Госгортехнадзора России №30 от 01.09.01).

53. РД «Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах» (утв. ОАО «АК "Транснефть"» 30.12.99 пр. №152, согл. Госгортехнадзором России №10-03/418 от 07.07.99).

54. РД «Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах» (утв. Минтопэнерго РФ, АК «Транснефть», 1996).

55. РД 03-409-01 «Методика оценки последствий аварийных взрывов топ-ливно-воздушных смесей» (утв. постановлением Госгортехнадзора России №37 от 24.08.01).

56. РД. «Методика расчета выбросов от источников горения при разливе нефти и нефтепродуктов» (утв. приказом ГК ООС №90 от 5.03.97).

57. Редактирование в ArcMap: описание возможностей редактирования в картографическом приложении ArcMap. Джеф Шнэр и Дженифер Райт-сел // Copyright 2001-2002 ESRI. 425 с.

58. Руководство пользователя. ArcCatalog: описание функциональности и интерфейса приложения для управления картографическими данными ArcCatalog. Алета Вьено // Copyright 1999, 2001 ESRI. 257 с.

59. Руководство пользователя. Design/IDEF. Русская документация. М.: МетаТехнология, 1995. - 239 с.

60. Справочник инженера по эксплуатации нефтегазопроводов и продук-топроводов: учебно-практическое пособие / Г.В. Бахмат и др.; под общ. ред. Ю.Д. Земенкова. М.: Инфра-Инженерия, 2006. - 928 с.

61. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981.- 720 с.

62. Супотницкий М.В. Анализ предложений услуг по разработке планов J1APH и средств ЛАРН в России, 2004. / http ://supotnitskiy. webspecialist.ru/stat/ stat3 7-1 .htm.

63. Таксы для исчисления размера взысканий за ущерб, причиненный лесному фонду и не входящим в лесной фонд лесам нарушением лесного законодательства РФ (утв. Пост. Правительства РФ №388 от 21.05.01).

64. Томлинсон, Роджер Ф. Думая о ГИС. Планирование географических информационных систем: руководство для менеджеров. Пер. с англ. -М. Дата+, 2004.-325 с.

65. Трубопроводный транспорт нефти: Учебное пособие для вузов: в 2 т. / Под ред. С.М. Вайнштока. 2-е изд. - М.: Недра, 2006. - Т.1. - 407 с. -Т.2.-621 с.

66. Трубопроводный транспорт нефти в сложных условиях эксплуатации / В. Д. Черняев, А. К. Галлямов, А. Ф. Юкин, П. М. Бондаренко. М. Недра 1990г.-231 с.

67. Тугунов П.И., Новоселов В.Ф. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: Учебное пособие для ВУЗов. Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. - 658 с.

68. Управление эксплуатацией трубопроводных магистралей / Г. В. Крылов, Е. И. Яковлев, С. А. Тимашев, В. М. Макаров; Под общ. ред. С. А. Тимашева; АН СССР, Урал, отд-ние 288,1. с. Свердловск УрО АН СССР 1990.

69. Федеральный закон «О техническом регулировании» №184-ФЗ от 27.12.02.

70. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-ФЗ.

71. Хаустов А.П., Редина М.М. Охрана окружающей среды при добыче нефти. М.: Дело, 2006. - 552 с.

72. Что такое ArcGIS: описание программных продуктов семейства ArcGIS // Copyright 2001-2002 ESRI. 45 с.

73. Шахраманьян М.А. ГИС для прогнозирования чрезвычайных ситуаций // Компьютера М.: Новые технологии, 2001. - №47. - С. 23-26.

74. Шахраманьян М.А. Новые информационные технологии в задачах обеспечения национальной безопасности России (природно-техногенные аспекты). Монография М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003. - 398 с.

75. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать? / Под ред. В.И. Данилова-Данильянова. М., 1997. - 421 с.