ДЕШИФРИРОВАНИЕ КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГАЗА ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ РАЗЛИЧНОГО РАЗРЕШЕНИЯ Каргашин П.Е.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова


Номер: 11-7
Год: 2015
Страницы: 177-182
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

данные ДДЗ, месторождение газа, географическое дешифрирование, нарушенная территория, space images, gas field, image interpretation, land disturbance

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассмотрены особенности дешифрирования объектов добычи газа на примере кустовых площадок Заполярного месторождения по данным дистанционного зондирования Земли. Задачами исследования являлось сопоставление точности и достоверности дешифрирования кустовых площадок по космическим снимкам разного разрешения и анализ временной изменчивости промышленного объекта. Использованы материалы съемки со спутников QuickBird, SPOT 4, Landsat 7, Landsat 8. Результаты исследования могут быть использованы в целях инвентаризации промышленных объектов месторождений углеводородов, а также при анализе воздействия на окружающую среду.

Текст научной статьи

Применение аэрокосмических методов для изучения и картографирования природных и антропогенных объектов активно используется с первой половины 20-го века [1,11]. Выявлены различные аспекты применения данных дистанционного зондирования для составления топографических, тематических карт и планов разных масштабов. Для топографического картографирования составлены специальные документы регламентирующие использование материалов аэрофотосъемки, например ГКИНП (ОНТА)-08-228-95 «Руководящий технические материал по обновлению топографической карты масштаба 1:200000 с использованием материалов космических съемок». Современный этап дистанционного зондирования характеризуется значительно большей ролью космической съемки, что обусловлено частотой съемки, широким выбором спектральных и геометрических характеристик изображений и прочими факторами. Ряд публикаций [2,1; 3,8] и справочной информации посвящены вопросам применимости данных дистанционного зондирования Земли (данных ДЗЗ) для составления и обновления карт разных масштабов. В первую очередь работы затрагивают вопросы топографического картографирования. Например, выявлено оптимальное линейное разрешение для обновления карт в крупных масштабах. В таблице 1 представлено соответствие линейного разрешения изображения и масштаба картографирования. Таблица 1 Соответствие линейного разрешения и масштаба картографирования [2,2] Масштаб Линейное разрешение на местности, м 1:10 000 0,5 - 1 1:25 000 1 - 2,5 1:50 000 2,5 - 5 Официальный сайт ИТЦ СканЭкс приводит информацию о пригодности снимков различных съемочных систем для создания и обновления карт в разных масштабах [4,1]. Приведенные характеристики справедливы в первую очередь для топографических и обзорно-топографических карт. Для тематического картографирования составить подобный обзор затруднительно из-за большого различия объектов и их характеристик, хотя в разработках ИТЦ СканЭкс обобщен опыт и тематического дешифрирования [3,14]. Использование данных ДЗЗ актуально и для нефтегазовой отрасли. В публикациях приводятся разные направления использования материалов космической съемки в нефтегазовой отрасли [5,50; 6,11]. Среди наиболее часто упоминаемых: инвентаризация объектов (площадок, дорог, трубопроводов), изучение воздействия на окружающую среду. Для географических исследований дешифрирование производственных объектов по материалам разного разрешения дает информацию о распространении объектов, антропогенной нагрузке на территорию, позволяет выявить актуальные тенденции. Такой анализ должен базироваться на максимально точных и правдоподобных исходных данных, извлекаемых с данных ДЗЗ. Сравнительная характеристика космических снимков разного разрешения и различных по времени съемки сделана в рамках работ по проекту РФФИ 14-05-31417 мол_а. Описание территории и исходных материалов. В данной работе рассмотрена специфика дешифрирования промышленных площадок месторождения газа. Исследуемой территорией является Заполярное месторождение, расположенное в Ямало-Ненецком автономном округе. Начало промышленного освоения данной территории датируется серединой 90-х годов. По данным ДЗЗ четко дешифрируются объекты добычи и транспорта газа (площадки различного назначения, трубопроводы, а также вспомогательные объекты). К настоящему времени на территории месторождения расположены: установки комплексной подготовки газа, головная компрессорная станция и более 200 технических площадок различного назначения. Общая площадь антропогенных объектов составляет 1747 гектар, в это число не входят территории занятые дорогами и трубопроводами. Около 511 гектар приходится на кустовые площадки. Для дальнейшего изучения по данным ДЗЗ выбраны именно кустовые площадки, в связи с тем, что это наиболее многочисленная группа объектов, их суммарная площадь составляет почти треть от общей, они расположены в разных ландшафтных условиях. Под кустовой площадкой понимается «ограниченная территория месторождения, на которой подготовлена специальная площадка для размещения группы скважин, нефтегазодобывающего оборудования, служебных и бытовых помещений и т.п.» [7,3]. В среднем площадь кустовых площадок данного месторождения составляет 4 гектара. Помимо самого объекта по снимкам изучены прилегающие технические объекты (газопровод и дорога), а также окружающая нарушенная территория. Анализ проводился по 6-ти снимкам различного разрешения от 2-х до 30-ти метров. Использованные материалы и источники данных приведены в таблице 2. В перечень входят снимки, полученные в разные годы, что позволяет проследить изменения технических объектов, площади воздействия. Изучение снимков разного разрешения, но на близкие даты позволяет оценить пригодность данных ДЗЗ для дешифрирования объектов и их структуры. В число использованных изображений входят мозаика QuickBird, материалы съемки со спутников SPOT 4, Landsat 7, Landsat 8. Таблица 2 Использованные космические изображения Название спутника Год съемки Разрешение, м. Описание изображения Источник данных QuickBird 2004 2 Цветное изображение в натуральной цветопередаче Сервис Google Earth SPOT4 2012 8 Изображение в оттенках серого в видимом диапазоне Геопортал МГУ SPOT4 2012 17 Псевдоцветное изображение в с использованием зеленого, красного и инфракрасного каналов Геопортал МГУ Landsat8 2014 15 Изображение в оттенках серого в видимом диапазоне Геопортал USGS (www.glovis.usgs.org) Landsat8 2014 30 Псевдоцветное изображение с использованием зеленого, красного и инфракрасного каналов Landsat7 2002 30 Методика дешифрирования и дешифровочные признаки. Анализ данных ДЗЗ разного разрешения позволил определить особенности отображения кустовых площадок на снимках. Дешифрирование выполнялось визуально на основе цветных синтезированных или панхроматических изображений. На снимке 2-х метрового разрешения кустовая площадка читается по характерной прямоугольной форме, специфической внутренней структуре. На снимках четко различимы отдельные технические площадки, которые составляют сам объект дешифрирования. Дорога выделяется за счет белого цвета отсыпки. Дешифрирование трубопровода выполнялось по видимому на снимке надтрубному валу . На снимках более низкого разрешения не представляется возможным различить объекты в пределах кустовой площадки. Контуры площадных объектов и их частей и дорога определяются по белому цвету на многозональных изображениях, или большей яркости по сравнению с природными объектами на панхроматическом изображении [8,133]. Яркость и высокая контрастность позволяют четко определить границы кустовой площадки и дорогу на всех изображениях. Значительные трудности возникают при дешифрировании трубопровода, который слабо различим на изображениях с разрешением ниже 10 метров. При дешифрировании трубопровода важно учитывать следующие особенности: 1) хорошо читается по снимку «свежий» надтрубный вал, который постепенно становится похожим по цвету (яркости) на окружающие природные объекты; 2) старый надтрубный вал лучше дешифрируется по цветным синтезированным изображениям, чем по панхроматическим; 3) изучение фрагмента изображения не всегда позволяет точно определить положение трубопровода, то есть необходим достаточный пространственный охват снимка. Дешифрирование зоны воздействия кустовой площадки выполнялось также визуально по изменению яркости по отношению к окружающим природным объектам. Выделено два направления анализа изображения кустовых площадок на снимках. Во-первых, сравнение возможностей дешифрирования и определение различий определяемых площадей технических объектов по снимкам разного разрешения. Для этого необходимо сравнить результаты дешифрирования близких по дате получения изображений. Данное исследование было выполнено по паре цветных синтезированных изображений 2002 и 2004 годов. Различие во времени не столь существенна, а изменения технических объектов незначительны. Во-вторых, определить возможности изучения динамики технических объектов и зоны их воздействия по снимкам высокого разрешения. Для этого были выбраны изображения близкого разрешения, но различные по времени: 2002, 2014 гг. Анализ результатов дешифрирования. Результаты дешифрирования показаны на рисунке 1, который содержит фрагменты космических снимков на одну из кустовых площадок и распознанные объекты. Приведенные фрагменты изображений намеренно сделаны таким образом, что бы исключить возможность их соотнесения с реальными объектами. Количественные значения площадей выделенных контуров представлены в таблице 3. В данной таблице представлены результаты для одной кустовой площадки, которая является типичным примером по значениям площади и тенденциям изменений. Исходя из перечня определяемых по снимкам объектов, были выделены кустовые площадки (в том числе отдельные части), фрагмент дороги и газопровода, отходящие от этой площадки, нарушенная хозяйственной деятельностью территория в ближайшей окрестности. Рис. 1. Схемы дешифрирования фрагментов космических снимков Таблица 3 Результаты дешифрирования кустовой площадки Площадь отсыпки (полная/под основную площадку), га Структура кустовой площадки Прочие технические объекты Нарушенная территория, га LANDSAT7 (2002) 4,58/2,61 3 площадки; проезды между площадками Автодорога 9,07 QuickBird (2004) 4,15/2,03 3 площадки; проезды между площадками; устья скважин; амбар Автодорога; трубопровод 9,25 SPOT4 PAN(2012) 3,20/2,22 2 площадки; проезды между площадками; фрагмент отсыпки 3-й площадки Автодорога 7,34 SPOT4 MS (2012) 3,68/2,13 2 площадки без выделения проездов Автодорога 7,73 LANDSAT8 PAN(2014) 2,60 Единый контур без деления на площадки и проезды Автодорога 7,49 LANDSAT8 MS(2014) 3,20 Единый контур без деления на площадки и проезды Автодорога 7,74 На снимках 2002 и 2004 годов выделяются 3 отдельных площадки: площадка размещения скважин, и две вспомогательных. При этом контуры опознаются как на снимках QuickBird (разрешение 2 метра), так и на снимках Landsat 7 (разрешение 30 метров). Общая площадь кустовой площадки на снимке QuickBird составляет 4,15 га, а на снимке Landsat 7 - 4,57га. То есть различие составляет 0,42 гектара. Сравнение контуров же основной площадки дало разницу 0,58 га. Такая разница площадей составляет около 2 квадратных миллиметров в масштабе 1:50000. Дешифрирование прочих технических объектов показало следующие результаты. На снимке Landsat 2002 года не выявлен трубопровод, причиной этому является не особенности изображения трубопроводов, а его отсутствие на данном этапе освоения месторождения. К 2004 году изменилось положение дороги, ее протяженность в пределах данного участка стала больше, а значит и увеличилась и ее площадь. Снимки второй серии датируются 2012 и 2014 годами, они представлены изображениями со спутников SPOT 4 и Landsat 8. Были проанализированы результаты дешифрирования как цветных синтезированных изображений, так и панхроматических, обладающих более высоким разрешением по сравнению с многозональными. Дешифрирование технических объектов по снимкам 2012 и 2014 годов показали, что количество площадок изменилось с 2004 года. На этих снимках опознаются только 2 площадки. Третья, расположенная западнее основной площадки отсутствует, однако по снимкам можно выявить ее фрагменты. Выявленное изменение можно объяснить сменой стадии жизненного цикла данной кустовой площадки. Различие представления кустовой площадки на снимках SPOT и Landsat заключаются в том, что на первом можно с достаточной четкостью выделить несколько площадок, а на втором только общий контур. На снимке SPOT площадь кустовой площадки, включая вспомогательные участки составила 2,9 га. На снимках Landsat - 2,6 га. на панхроматическом и 3,2 на многозональном. Различия значений составляют 0,3 га, это немного больше 1 кв. мм. в масштабе 1:50000. Выделенная по снимкам 2002 и 2004 годов площадь воздействия различается на 0,18 га. Различие в площади занятой дорогой объясняется изменением трассы, что видно по космическим снимкам. В общем следует отметить, что полученные результаты дешифрирования по снимкам схожи, разница не превышает 1 квадратного миллиметра в масштабе карты 1:50 000. Анализ площади воздействия по снимкам 2012, 2014 годов показал значения 7,34 га. (SPOT4, панхроматическое изображение), 7,73 га. (SPOT4, цветное синтезированное изображение), 7,49 га. (Landsat, панхроматическое изображение), 7,74 га. (Landsat, цветное синтезированное изображение). Таким образом максимальное различие между значениями составляет 0,41 га. При картографировании в масштабе 1:50 000 это различие составляет менее 2 кв. мм. В тоже время общая площадь выявленной зоны воздействия уменьшилась на 1,34 га. с 2002 до 2014 года, по снимкам Landsat 30-метрового разрешения. Итоги исследования. В данной работе показаны результаты исследования одного из наиболее важных объектов месторождений углеводородов - кустовой площадки по данным ДЗЗ. Выполнено изучение специфики отображения этого объекта на космических снимках разного разрешения, сделанные в разные годы. Выборка снимков позволила изучить различие в определении площадей кустовой площадки по данным ДЗЗ разного разрешения, а также возможности дешифрирования внутренней структуры объекта. Логично, что наиболее информативным изображением является то, которое имеет самое высокое разрешение, но основные объекты (дорога, трубопровод, участки кустовой площадки) были выделены и по снимкам 30-метрового разрешения. Сравнительная оценка площадей контуров по данным ДЗЗ разного разрешения показала, что отклонения составляют не более 3 кв. мм. для масштаба картографирования 1:50 000. Приведенное значение является максимальным во всех определениях площадей. К результатам работы также можно отнести ряд выводов о специфике дешифрирования кустовых площадок и их ближайших окрестностей. Показано, что выделение отдельных участков кустовой площадки возможна по снимкам Landsat для новых площадок со «свежей» отсыпкой. Для кустовых площадок, срок существования которых более 10 лет дешифрировать отдельные части не всегда возможно. Также по снимкам 30-метрового разрешения удается проследить изменение общей площади технического объекта и зоны его воздействия. Дешифрирование трубопроводов не всегда возможно на ограниченном участке, то есть необходимо анализировать изображение достаточного пространственного охвата, особенно для участков с разрушенным надтрубным валом. Приведенные материалы исследований свидетельствуют о возможности использования снимков даже 30-ти метрового разрешения для изучения пространственного положения, динамике промышленных объектов, а также позволяют сделать выводы об их воздействии. Детальность исследований соответствует крупномасштабному картографированию и пригодна для решения экологических задач. Выполненные исследования служат основание для дальнейших работ в рамках тематического картографирования и автоматизации обработки информации в целях изучения различных аспектов функционирования объектов нефтегазового комплекса. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 14-05-31417 мол_а «Разработка методических основ геоинформационного анализа природно-антропогенных комплексов для обеспечения рационального природопользования на территориях размещения объектов нефтегазовой отрасли». В работе использованы космические снимки SPOT, полученные в рамках проекта «Геопортал МГУ».

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.