CC BY
107
УДК 528.91:621.64 К.Е. Трифонов СГГ А, Новосибирск
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕССЕ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАССЫ ГАЗОПРОВОДА
Методика выбора трасс магистральных трубопроводов, созданная на основе математических методов уже долгое время используется, а с распространением ГИС она стала и одной из наиболее перспективных. Многофакторный анализ с использованием средств ГИС дает возможность проводить оптимизацию трассы по всей территории региона строительства. При выполнении оптимизации в таком случае можно учесть объемные массивы пространственных данных.
K.E. Trifonov
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plachotnogo UI., Novosibirsk, 630108 Russian Federation
APPLICATION OF GIS TECHNOLOGIES IN THE COURSE OF OPTIMIZATION OF SPATIAL PARAMETERS OF THE LINE OF THE GAS PIPELINE
The technique of a choice of lines of the main pipelines, created on the basis of mathematical methods is already used for a long time, and with distribution GIS it became also to one of the most perspective. The multifactorial analysis with use of GIS means gives the chance to spend line optimisation on all territory of region of building. At optimisation performance in that case it is possible to consider volume files of the spatial data.
До настоящего времени во многом качество проектирования магистральных продуктопроводов обеспечивается субъективными факторами, т.е. квалификацией, интуицией и опытом проектировщиков. Имеющиеся компьютерные технологии используются при проектировании ограниченно. Мировой и отечественный опыт свидетельствует, что дальнейшее развитие методов проектирования возможно только при использовании высокопроизводительной вычислительной техники и программно-реализованных экономико-математических моделей, что в свою очередь позволяет производить многовариантные расчеты и получать оптимальные проектные решения. Стоит отметить, что в основе любого начинания, связанного с транспортировкой нефти и газа лежит пространственная информация. Поэтому по мере развития научноизыскательского, прикладного и экономического аспектов поиска, извлечения и транспортировки запасов углеводородов геопространственные инструменты и решения становятся все более важными и помогают повышать производительность и эффективность производства.
Методика выбора трасс магистральных трубопроводов, созданная на основе математических методов уже долгое время используется, а с распространением ГИС она стала и одной из наиболее перспективных. Первоначально, при проектировании трубопровода предлагалось проводить
районирование территории строительства, в дальнейшем определяя среднюю стоимость прокладки объекта на каждом из участков, охарактеризованным одним из типов местности. Провести анализ и оптимизацию с использованием большого количества характеристик, описывающих всё многообразие местных условий вручную практически невозможно, потому данный метод не нашел широкого применения. При проектировании трассы трубопровода необходим комплексный учет всех факторов, влияющих на строительство. Эта задача очень трудоемка для решения вручную, без применения современных технологий.
Многофакторный анализ с использованием средств ГИС дает возможность проводить оптимизацию трассы по всей территории региона строительства. При выполнении оптимизации в таком случае можно учесть объемные массивы пространственных данных (использование земли, почвы, модели местности), данных о земельной собственности и полевых съемок (окружающей среды, геотехнического состояния), которые используются не только в таких задачах, как выбор и прокладка трассы, но и при оценке воздействия на окружающую среду, получение разрешений. Геоинформационная система выступает в данном случае как интегратор информации и по объектам технологической инфраструктуры, и по земельным участкам, а также по любым другим пространственно распределенным объектам. Данные такой интегрированной системы могут использоваться в качестве информационной основы при выполнении различного рода пользовательских задач, в том числе геомоделирования.
Применение комплексных автоматизированных методов и современных геоинформационных технологий для нахождения уникальных параметров прохождения трасс, позволяет определить перспективную область прохождения трассы на самых ранних стадиях проектирования. Это достигается за счет формализации условий положения линейного объекта аналитической моделью.
Основными проектными характеристиками для предложенной модели является значение общей протяженности, изначально зависящие от группы территориальных факторов, ограничивающих область допустимого
проектирования. Данные факторы выражены относительными
показателями, через критерии оптимальности, используемые при выборе
оптимальных трасс трубопровода.
Исходя из комплексного учета факторов, влияющих на строительство, относительно выбранного критерия оптимальности, для каждой локальной территории определяется коэффициент ограничения проложения трассы. Данный поход позволяет применять ГИС технологии, рассматриваемые в данном конкретном случае как способы интеграции разрозненной
информации о природных и техногенных факторах влияющих на пространственное положение проектируемого объекта (рис. 1).
При данной формулировки, нахождение значений координат трассы относится к задачам численного поиска условного экстремума представленной функции, где граничными условиями являются данные ГИС
определяющие общий коэффициент ограничения проложения трассы и углы поворотов трассы, значение которых определяются на основании технических характеристик трубопроводов.
географическая информационная система
Г Шё
Рис. 1. Применение ГИС технологий, как способ интеграции разрозненной информации о факторах влияющих на пространственное положение
проектируемого объекта
Поэтому данную задачу следует представить как поиск соответствующих координат, при которых площадь, по совокупности отрезков, формирующих трассу в зависимости от коэффициента ограничения проложения трассы, является минимальной. Графическая иллюстрация метода представлена на рис. 2.
Рис. 2. Графическая иллюстрация метода
На рис. 2 максимальные значения коэффициента ограничения введены искусственно и имеют сильно завышенные значения, что соответствует территориальным зонам, по которым проложение трассы невозможно (например, застроенные территории).
Соответственно речь идет о поиске минимального значения целевой функции с ограничениями, при поиске которого возможно воспользоваться численными методами различных порядков.
Используя данный подход, существует возможность, уже к началу инженерных изысканий определить в первом приближение область проложения трассы, что не требует поиска альтернатив. В дальнейшем же только производится коррекция трассы по результатам геодезических и других изыскательских работ.
Таким образом предлагаемая методика предполагает:
1. Создание цифровой модели местности, включающей в себя совокупность сведений, влияющих на решение поставленной задачи, что можно реализовать с помощью большинства распространенных ГИС, таких как MapInfo, ArcInfo, ArcView и модуля Spatial Analyst используя набор их стандартных средств.
2. Программно-реализованная математическая модель, использующая метаданные цифровой модели местности, в качестве переменных целевой функции, в процессе оптимизации. Её связь с ЦММ реализуется с помощью встроенных в ГИС инструментов программирования.
Таким образом, практика использования ГИС-анализа для проведения работ по проектированию и оптимизации строительства трубопроводов представляется в высшей степени оправданной. Применение ГИС для проведения трассирования обеспечивает экономию средств и времени, позволяет гибко менять и корректировать трассу трубопровода при поступлении новых данных или изменении старых.
© К.Е. Трифонов, 2010
