CC BY
113
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11/2015 ISSN 2410-700Х_
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 528.9
Каргашин Павел Евгеньевич
к.г.н., доцент географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Полотнянко Ксения Викторовна студент 4 курса географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова г. Москва, Российская Федерация p.e.kargashin@mail.ru
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ САМОТЛОРСКОГО НЕФТЯНОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ В РАЗНЫХ МАСШТАБАХ
Аннотация
Функционирование предприятий добывающего комплекса опирается на цифровые картографические материалы, обеспечивающие инвентаризацию площадок и коммуникаций месторождения. В данной статье представлен подход к мультимасштабному картографированию технических объектов месторождения углеводородов на основе современных методов, что обеспечивает получение карт достаточной детальности в широком диапазоне масштабов.
Ключевые слова
Мультимасштабное картографирование, нефтяное месторождение, генерализация
Россия обладает огромными запасами углеводородного сырья, которые уже находятся в разработке или планируются к освоению. Неотъемлемой частью добывающего сектора являются месторождения, которые представляют собой сложный комплекс технических объектов. Карты и планы создаются в разных масштабах и для решения разных задач [1; 6; 11; 12]. Актуально использование данных дистанционного зондирования для составления и обновления картографических материалов [9; 10]. По этим и другим публикациям очевиден вывод о том, что разные уровни рассмотрения территории добычи углеводородов предъявляют специфические требования к картографическим материалам. Информация на картах разного масштаба должна быть согласованной и иметь достаточную детальность. Поэтому в каждом масштабе важно продумать содержание картографических произведений, систему обозначений и принципы генерализации с учетом отраслевой специфики.
Изображение и генерализация природных и техногенных объектов на картах разных масштабов рассматривалось в работах по тематическому, общегеографическому картографированию [3; 5; 7]. Наиболее детально эти вопросы проработаны для топографических карт, а именно существует стандартный масштабный ряд, разработаны рекомендации по показу объектов на карте каждого масштаба [2]. Известные в приемы и принципы генерализации для традиционных карт находят отражение и для компьютерных. На сегодняшний момент актуальным является представление о мультимасштабном картографировании. «Мультимасштабное картографирование — это создание и использование электронных карт, обеспечивающих представление объектов во множестве масштабов [13; 15]. Отличие таких карт от традиционных заключается в автоматизированном механизме генерализации, который срабатывает при изменении масштаба карты.
Основные состояния такой карты характеризуются двумя элементами математической основы: масштабным рядом и масштабным диапазоном. Масштабный ряд такой карты - это упорядоченная последовательность масштабов, для которых в первую очередь должны быть проработаны способы построения изображения и правила перехода между ними, что позволяет описать поведение карты в любом промежуточном масштабе [13].
Известны примеры существующих мультимасштабных карт (Google Maps, OSM, Яндекс Карты).
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11/2015 ISSN 2410-700Х_
Общая их черта заключается в том, что они предназначены для представления топографической информации. Значительно меньше законченных работ, которые посвящены тематическому мультимасштабному картографированию природных и антропогенных объектов. Основная сложность этого направления авторам видится в учете специфических требований тематики составляемой карты.
В данной работе, выполненной по проекту РФФИ 14-05-31417, показана методика составления масштабного ряда мультимасштабной карты, принципы определения критических масштабов для промышленных объектов нефтяного месторождения. Отдельные аспекты настоящей работы выполнены по гранту НШ-2248.2014.5. Важный этап исследования заключается в поиске соотношений между масштабами и изображаемыми пространственными объектами. В отличие от топографического картографирования, в данной сфере не обнаружено четких инструкций по составу и характеристикам отображаемых объектов, только рекомендации. Согласно работе [14] для исследуемых объектов были учтены следующие факторы: размер, вес, детальность характеристики.
Для проведения исследования была выбрана территория Самотлорского нефтяного месторождения. Самотлорское нефтяное месторождение является крупнейшим по размеру в России и занимает шестое место по этому показателю среди остальных месторождений мира. Расположено на территории Ханты -Мансийского автономного округа в 15 км к северу — северо-западу от г. Нижневартовск, в правобережной части реки Обь. Месторождение характеризуется огромным количеством производственных объектов, сложной структурой и большой площадью занимаемой территории. Промышленная эксплуатация месторождения ведется с 1969 года и на данных момент включает 8354 добывающих и более 3900 нагнетательных действующих скважин. Благодаря запасам недр до 1 млрд тонн нефти ему отдают одно из наиболее значимых мест в отрасли.
Исходной информацией для данного исследования стали векторные слои, содержащие контуры площадочных и линейных объектов месторождения. Эти данные были получены путем визуального дешифрирования космических снимков разного разрешения. Выделены следующие категории объектов: УКПН (установки комплексной подготовки нефти), ДНС (дожимные нефтеперекачивающие станции), трубопроводы, кустовые площадки, факельные установки, временные жилые городки, карьеры. Использованные при дешифрировании космических снимков приемы описаны в работах [8]
Выделенная по снимкам инфраструктура Самотлорского месторождения классифицирована по базовым типам пространственных объектов. В геоинформационном картографировании к ним относят точки, линии и полигоны [4].
На самом детальном уровне картографирования к полигональным объектам были отнесены кустовые площадки, установки комплексной подготовки нефти (УКПН), факельные площадки, дожимные нефтеперекачивающие станции (ДНС), карьеры, пути сообщения, прочие объекты. Тип «прочие объекты» включает в себя объекты производственной структуры, которые было затруднительно отнести к другим выделенным типам ввиду отсутствия достаточного для корректного дешифрирования количества отличительных черт или имеющие излишне узкую специализацию для данного исследования. В эту же категорию отнесены площадки объектов, размещенных на территории УКПН и ДНС. Объекты линейной локализации представлены трубопроводами. К базовому типу пространственных данных «точечные объекты» отнесены скважины и факельные установки.
Ключевым элементом исследования стал выбор масштабов, который в основном опирался на площадные характеристики полигональных объектов. Необходимо было убедиться, что в пределах одной категории объектов отсутствует большой разброс площадей, и, как следствие, ко всей категории применимы одни графические приемы в конкретном масштабе.
На основе статистических показателей (минимальное, максимальное, среднее значения, стандартное отклонение и т.д.) для всех типов объектов были вычислены «критические» масштабы. Под «критическим» в данной работе следует понимать такой масштаб, при переходе через который происходит смена базового типа пространственных объектов для тематического содержания карты, обусловленная физическими особенностями человеческого зрения. Вычисленные значения критических масштабов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Вычисленные значения критических масштабов для площадных объектов
Тип объектов Минимальная площадь объекта, м2 «Критический» масштаб
Объекты внутренней структуры УКПН 9 1:3 000
Прочие 288 1:16 000
Кустовые площадки 1 977 1:44 000
Факельные установки 2 185 1:46 000
Карьеры 32 090 1:179 000
ДНС 51 318 1:226 000
УКПН 103 801 1:322 000
В масштабах крупнее указанных объекты будут иметь полигональный тип базовых пространственных объектов, а в масштабах мельче указанных — точечный. Также вычислен критический масштаб для дорог и трубопроводов, при переходе через который происходит изменение полигонального способа представления на линейный. Совместное рассмотрение «критических» масштабов всех объектов позволяет выделить несколько масштабных диапазонов. На рисунке 1 показаны масштабные диапазоны и соответствующие базовые пространственные типы для каждой группы технических объектов месторождения. Помимо геометрических характеристик контуров была также учтена функциональная значимость объектов производственной структуры. Дополнительно, крайние масштабы ряда были по возможности приведены к общеупотребительным.
| I
Рисунок 1 - Базовые типы пространственных объектов для разных масштабных диапазонов.
Особого внимания требует тип объектов «Трубопроводы». В масштабах мельче 1:20 000 изображение каждой отдельной нити теряет смысл в связи с тем, что малые расстояния между параллельно идущими нитками трубопроводов не отражаются в масштабе карты. Поэтому необходимо было произвести
генерализацию трубопроводов и показывать параллельно идущие нити одной линией, толщина которой находится в прямо пропорциональной зависимости с количеством нитей, которые она представляет
Опираясь на описанные выше принципы алгоритмы была построена серия карт в пяти разных масштабах,: 1:2500, 1:10 000, 1:30 000, 1:100 000,1:250 000. Составленные фрагменты отображают графические приемы и способы генерализации для показанных ранее в работе масштабных диапазонов.
Картографирование в масштабе 1:2 500 по материалам, которые использовались в исследовании представляется некорректным с точки зрения содержания и позиционной точности, но в данной работе показан принцип картографирования и генерализации при переходе к более мелкому масштабу. Поэтому на приведенном ниже фрагменте не соблюдены характеристики геометрической точности, а рисунок следует считать примером, иллюстрирующим авторскую идею.
Каждая из карт имеет свои отличительные особенности как в составе объектов, изображенных на них, так и в использованных графических приёмах. Отличительной особенностью карты в масштабе 1:2 500 является то, что для каждого объекта месторождения следует показывать внутренняя структуру каждой площадки. Например, внутри кустовой площадки показаны устья скважин. При переходе к следующему масштабу (к масштабу 1:10 000) происходит замена полигонов с детализированной структурой единым контуром (рис. 2), остальные геометрические характеристики - без изменений.
На карте масштаба 1:30 000 происходит смена базового типа пространственных объектов для дорог: от полигона к линии. Остальные объекты показываются также, как в предыдущем масштабе (рис. 3).
При переходе к масштабу 1:100 000, чтобы уменьшить нагрузку картографического изображения, было решено оставить полигональным представлением только наиболее важные или крупные объекты — УКПН, ДНС и карьеры (рис. 4 фрагмент 1), остальные показать точками (рис. 4 фрагмент 2), дороги - линейный знак. Далее, на карте масштабе 1:250 000 согласно разработанной системе графических приемов (Рисунок 2) базовые типы всех пространственных объектов, кроме дорог и УКПН были заменены на точки; дороги представлены линейным знаком, УКПН - площадным.
Объекты обустройства Самотлорского нефтяного месторождения. Масштаб 1:2 500
Объекты обустройства Самотлорского нефтяного месторождения. Масштаб 1:10 000
Рисунок 2 - Генерализация объектов при переходе из диапазона «крупнее 1:3 000»
в диапазон «1:3 000 — 1:15 000»
Рисунок 3 - Генерализация объектов при переходе из диапазона «1:3 000 - 1:15 000» в диапазон «1:15 000 — 1:50 000»
Объекты обустройства Самотлорского нефтяного месторождения. Масштаб 1:30 000
VN— . .V. """
'С
2 \ °1 \ о
ры Объекты гидрографии Растительность
Озера болота Лес
Водотоки Редколесье
юрского нефтяного месторождения. Масштаб |И00 000
Луговая растительность
Объекты производственной структуры ^ Головные сооружения
^ ДНС (дожимная нефтеперекач станция) -2
ф Кустовые площадки -3
О Факельные установки □ Прочие 5
Трубопроводы, кол-во нитей
Растительность Гидрография
Водотоки Озера
Лес
Редколесье Луговая Прочее
растительность Граница
болота месторождения
Дороги
Рисунок. 4 - Генерализация объектов при переходе из диапазона «1:15 000 - 1:50 000» в диапазон «1:50 000
— 1:200 000»
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11/2015 ISSN 2410-700Х_
На карте самого мелкого масштаба из предложенной серии все объекты кроме дорог имеют точечную локализацию, дороги - линейную. Трубопроводы во всех масштабах показаны линейным знаком, но в масштабах с 1:30 000 одна линия в зависимости от ее толщины отражает несколько параллельно идущих ниток (рис. 4 фрагмент 3).
На основе рассмотренного опыта мультимасштабного картографирования и специфики техногенных объектов месторождения нефти был составлен масштабный ряд, обеспечивающий картографирование с разной детальностью. Выделено 8 масштабных диапазонов, в пределах каждого определены базовые типы пространственных объектов и разработаны графические приемы отображения для всех категорий объектов производственной структуры во всех выделенных масштабных диапазонах. Для апробации выбрана территория Самотлорского месторождения и составлены карты, иллюстрирующие предложенные масштабные диапазоны. Результаты выполненного исследования представляют основу для разработки алгоритмов автоматизированной генерализации промышленных объектов месторождения нефти и газа. В более широком плане, данная работа может быть использована как подход для определения оптимальных масштабных диапазонов для картографирования других природных и техногенных объектов.
Данное исследование выполнено в рамках работ по проекту РФФИ 14-05-31417 мол_а «Разработка методических основ геоинформационного анализа природно-антропогенных комплексов для обеспечения рационального природопользования на территориях размещения объектов нефтегазовой отрасли» Список использованной литературы:
1. Бакланов А.В. Географически-ориентированная система экологического контроля нефтедобывающего района // Геоинформатика, 2010, №2, С. 29-35
2. Верещака Т.В. Топографические карты: научные основы содержания. - М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002. - 319 с.
3. Географическое картографирование: карты природы :учебное пособие /Под. ред. Е.А. Божилиной. -М.:КДУ, 2010, 316 с.
4. Геоинформатика/ Под ред. Тикунова. М.: Академия, 2005. — 480 с.
5. Геоморфологическое картирование, Учеб. Пособие для студентов географов и геологов /Под редакцией Н.В. Башениной. М., "Высшая школа», 1977, 375 с.
6. Ильин Г.В., Юрченко Б.А., Степанов И.В. Особенности геопространственной поддержки информационно-управляющих систем в ОАО «Газпром» // Наука и техника в газовой промышленности, №3(55), 2013, С. 3-11.
7. Исаченко А.Г. Физико-географическое картирование. - Издательство Ленинградского университета, 1958, 232 с.
8. Каргашин П.Е. Дешифрирование промышленного освоения территории Заполярного месторождения // Ежемесячный научный журнал. №4 - НАУ, 2014 - с. 132-135
9. Лавров В. В., Полещук С. Н. Комплексное геоинформационное обеспечение нефтегазовой отрасли // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации. - Москва :, 2010. — с. 50-55.
10. Михайлов С.И. Возможности использования данных дистанционного зондирования Земли в интересах предприятий нефтегазового комплекса // Земля из космоса — наиболее эффективные решения. 2011, №8 (зима), с. 7-11
11. Назаров А.Н. Опыт развития локальной инфраструктуры пространственных данных ОАО НК «Роснефть» // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации, №5, 2010, С. 29 — 31.
12. Ржанникова Е.А. Проектирование мобильной ГИС в условиях ОАО «Самаранефтегаз» // Геоинформатика, 2011, с. 17-22
13. Самсонов Т. Е. Мультимасштабное картографирование рельефа. - М.: Lambert Academic Publishing, 2011. — 207 с.
14. Самсонов Т. Е., Подольский А. С., Юрова Н. Д. // Вестник Московского университета. Серия 5. География, 2013. №4, с. 15-23
15. Brewer C.A., Buttenfield B.P. Framing Guidelines for Multi-Scale Map Design Using Databases at Multiple Resolutions // Cartography and Geographic Information Science, 2007, №34(1)
© П.Е. Каргашин, К.В. Полотнянко, 2015
