Методические рекомендации Методические рекомендации по применению аэрокосмических методов для диагностики трубопроводных геотехнических систем и мониторинга окружающей среды

Российское акционерное общество "Газпром"

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИМЕНЕНИЮ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ
ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДНЫХ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
И МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Москва 1995

В рекомендациях изложены основы комплексного применения различных видов аэрокосмических съемок (АКС) для решения задач диагностики трубопроводных геотехнических систем и мониторинга окружающей среды. Даны практические рекомендации по выбору вида съемок, масштаба, типа аппаратуры и пленок, способа обработки полученных материалов и т.д.

Рекомендации предназначены для специалистов, занятых эксплуатацией и диагностикой трубопроводных геотехнических систем.

Рекомендации разработаны на основе исследований, выполненных в ГАНГ им. И.М. Губкина под руководством проф. Бородавкина П.П.

Методические рекомендации разработали Н.Н. Хренов, С.А. Егурцов, Г.А. Ланчаков, А.И. Степаненко, в подготовке п.п. 4.5, 4.9 принимали участие В.А. Усачев, А.В. Дуплищев, А.Н. Дмитриенко, Б.Н. Шубин.

Рекомендации утверждены гл. инженером Управления научно-технического прогресса и экологии РАО "Газпром" Вольским Э.Л. 15 января 1995 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ

3. ВИДЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК

3.1. Космическая съемка

3.2. Аэросъемка

3.3. Фотографические съемки

Многозональная фотосъемка

3.4. Нефотографические виды съемки

Тепловые съемки

Телевизионная съемка

Радиолокационная съемка

Лазерная съемка

3.5. Аэровизуальные обследования

4. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ АКС

4.1. Основные положения методики обработки материалов АКС

4.2. Методы фотографической фильтрации

4.3. Оптические методы обработки материалов АКС

4.4. Оптико-электронные методы обработки материалов АКС

4.5. Цифровые методы обработки материалов АКС

4.6. Применение фотограмметрических методов

4.7. Дешифрирование материалов аэрокосмических съемок

4.8. Районирование и картирование территорий прохождения трасс трубопроводов

4.9. Географические информационные системы

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время широкий круг вопросов обеспечения надежной и экологически безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов (МТ) сформировался в комплексную проблему диагностики трубопроводных геотехнических систем (ГТС) и мониторинга окружающей среды.

Опыт строительства и эксплуатации трубопроводных систем свидетельствует о значительном взаимном влиянии природной среды и магистральных трубопроводов, являющихся элементами единой геотехнической системы.

Учитывая то, что процессы взаимодействия МТ с окружающей средой идут на больших территориях, оперативно оценить их масштабы и состояние трубопроводных ГТС можно лишь на основе применения дистанционных, в первую очередь аэрокосмических, методов (АКМ)*), позволяющих получать принципиально новую по качеству и полноте информацию не только в контрольных точках, но, что особенно важно, по всей трассе в целом.

Важной предпосылкой для применения АКМ к решению задач, диагностики трубопроводных систем является "приповерхностный" характер проявления их состояния. АКМ дают возможность зафиксировать на различные носители внешний облик элементов ГТС в момент съемок. Обработка, интерпретация* и анализ зафиксированных физиономических картин позволяют оценить состояние трубопроводной ГТС и окружающей среды.

Вместе с тем АКМ открывают новые возможности изучения геодинамической активности территорий прохождения трасс МТ (блочное строение земной коры, наличие активных тектонических разломов и т.д.).

В настоящее время накоплен большой эмпирический материал о влиянии физических аномалий в разломах на состояние и эксплуатационную надежность построенных в их зоне объектов различного назначения.

*) В литературе также применяются термины "дистанционные методы" и "методы дистанционного зондирования".

Влияние зон разломов на активность проявления и локализацию экзогенных процессов, в том числе мерзлотных, карста, связанных со склоновой гравитацией, рассматривается как установленная закономерность, а их наличие (зон разломов) - как индикационный критерий для прогнозирования критических ситуаций в состоянии ГТС.

Использование АКМ способствует повышению эффективности работ по диагностированию трубопроводных ГТС и выражается в улучшении качества выдаваемых рекомендаций, ускорении проведения исследований, совершенствовании организации и уменьшении их стоимости. Это достигается благодаря тем преимуществам, которые имеют АКМ по сравнению с наземными методами исследований. К ним относятся: высокая производительность и значительный объем получаемой информации; изучение территории с различной степенью генерализации; изучение объектов в разных зонах спектра электромагнитных излучений, в том числе и невидимой; широкое использование интер- и экстраполяции данных на основе материалов аэро- и космических съемок (АКС), что позволяет сокращать объемы наземных работ; изучение территории в камеральных условиях с составлением общих и специальных карт по материалам АКС; получение с достаточной точностью по материалам АКС количественных характеристик процессов, протекающих в трубопроводных ГТС; периодичность получения информации, позволяющая изучать динамику процессов трубопроводных ГТС и эволюцию окружающей среды.

Материалы АКС могут быть эффективно использованы для оценки состояния трубопроводных ГТС и прогноза его изменения при условии, если они будут целенаправленны и удобны для практического использования, что достигается правильным решением методических проблем проведения АКС, дешифрирования и анализа их результатов.

Впервые систематическое изложение концепции применения аэрокосмических методов к решению проблем диагностики трубопроводных геотехнических систем приведено в работах [ 1, 2, 10, 40].

В 1992 г. РАО "Газпром" утверждены Рекомендации по прогнозированию ремонта и реконструкции магистральных трубопроводов на основании материалов АКС трасс, в которых рассмотрены некоторые методические вопросы применения АКМ для решения задач диагностики магистральных трубопроводов, в первую очередь - для прогнозирования разрушения обвалования в различных природных условиях.

Настоящие Рекомендации являются дальнейшим развитием работ по созданию комплексного методического обеспечения диагностики трубопроводных ГТС. В них излагаются наиболее важные вопросы получения, обработки и анализа аэрокосмической информации в интересах трубопроводного транспорта и охраны окружающей среды. Общепринятые методические положения по использованию АКМ в народном хозяйстве в данных Рекомендациях не рассматриваются.

Рекомендации являются обобщением многолетнего опыта проведения комплексных теоретических исследований и широкомасштабных экспериментальных и производственных летно-съемочных и подполетных наземных работ на трассах строящихся и действующих магистральных трубопроводов и специальных полигонах. В качестве объектов контроля выступали участки газопроводов Ямбург-Елец, Уренгой-Челябинск, Уренгой-Надым, Уренгой-Помары-Ужгород, Нижневартовск-Парабель, конденсатопроводов Ямбург-Уренгой, Уренгой-Сургут, межпромысловый коллектор Уренгойского ГКМ.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Под аэрокосмическими методами понимается комплекс исследований поверхности Земли и объектов трубопроводных систем, осуществляемый с помощью искусственных спутников, орбитальных космических станций и пилотируемых кораблей, самолетов и вертолетов, путем регистрации собственного и отраженного электромагнитного излучения природных и искусственных объектов приемными устройствами с последующей обработкой, интерпретацией и анализом полученных данных.

1.2. Аэрокосмические исследования являются составной частью работ по комплексному изучению трубопроводных геотехнических систем и окружающей среды.

1.3. АКМ применяются для решения следующих основных задач: оценки состояния МТ (определения пространственного положения и динамики его изменения, выявления деформированных участков и оценки их напряженно-деформированного состояния. поиска утечек перекачиваемого продукта, определения степени разрушения обвалования и обнажения трубопровода, оценки состояния балластировочных и крепежных устройств и т.д.);

оценки состояния окружающей среды (степени загрязнения, антропогенной нарушенности и возможности поддержания среды в экологическом равновесии);

уточнения особенностей геологического строения исследуемого региона с выделением аномальных физических полей, контролирующих развитие современного ландшафта, его переформирование и перераспределение;

выявления взаимодействия внутренних и внешних факторов, влияющих на ландшафт, и оценки степени устойчивости ландшафтов к техногенным воздействиям при строительстве и эксплуатации трубопроводов;

комплексного изучения процессов взаимодействия трубопроводов с окружающей средой;

проведения тематического районирования и картирования территории (по природно-техническим условиям эксплуатации трубопроводов, по степени экологической нарушенности окружающей среды и т.п.);

разработки рекомендаций по рациональной эксплуатации, ремонту и реконструкции МТ;

разработки рекомендаций по рациональному природопользованию и охране окружающей среды;

контроля практической реализации на трассах МТ разработанных рекомендаций (оценка объемов отсыпанного или намытого грунта, правильность обустройства систем инженерной защиты и т.д.);

определения целесообразного местоположения, методов строительства и эксплуатации объектов крупномасштабного вмешательства в природу (например, при решении задач сооружения и реконструкции трубопроводов, площадных объектов различного назначения).

1.4. Аэрокосмические методы должны обеспечивать получение одинаково достоверной информации необходимой точности и детальности на всю исследуемую территорию.

Основными требованиями, предъявляемыми к материалам аэрокосмических съемок, являются: наиболее благоприятные природные условия их получения, оптимальные технические параметры проведения съемочных работ, последующей фотохимической обработки и различных преобразований первичного изображения (оптических, оптико-электронных, цифровых).

1.5. Применение аэрокосмических методов в интересах трубопроводного транспорта характеризуется следующими особенностями:

направленностью на исследование процессов взаимодействия МТ с окружающей средой, выявление аномальных для эксплуатации районов трассы и определение потенциально опасных участков;

проведением работ в три этапа - предполевой, полевой и камеральный, на каждом этапе - вначале на эталонных и потенциально опасных участках, а затем - по всей трассе;

комплексным характером проведения исследований (как среди собственно дистанционных методов, так и с наземными работами);

рациональным сочетанием принципов исследования трубопроводных ГТС и окружающей среды "от общего - к частному" (последовательная детализация) и "от частного - к общему" (последовательная генерализация);

преимущественно камеральным выполнением работ;

необходимостью обработки и анализа всех имеющихся материалов предшествующих исследований трубопроводной ГТС и их частичной переинтерпретации.

1.6. Комплексный характер проведения аэрокосмических исследований предполагает:

использование всех имеющихся сведений о ландшафте и его компонентах (рельефе, гидросети, растительности и др.), а также результатов исследований состояния трубопровода;

использование информационных материалов, различных по масштабам, зонам спектра, природным условиям съемки и технологическим параметрам последующей обработки;

выполнение различных видов тематического дешифрирования (геоморфологического, топогеодезического, ландшафтного и др.);

применение различных видов аэрокосмических съемок;

выполнение натурных исследований комплексно не только в методическом, но и технологическом отношении.

1.7. Относительная эффективность существующих аэрокосмических методов вызывает необходимость их рационального сочетания (комплексирования) с учетом их особенностей, характеристик и способов применения, что повышает полноту и достоверность итоговой информации. Этого также требуют различия физико-географических и геолого-структурных условий исследуемых территорий.

Хорошие результаты достигаются при комплексном применении методов, базирующихся на разных физических принципах. Для практической реализации такого подхода может быть рекомендовано применение самолетов-лабораторий, имеющих пилотажно-навигационное оборудование для выполнения съемочных полетов и несущих комплекс различных съемочных средств.

1.8. Выполнение комплексных исследований состояния трубопроводных ГТС и окружающей среды предполагает совместное применение широкого круга дистанционных и наземных методов.

Основными задачами комплексирования аэрокосмических и наземных методов являются:

совместный анализ и обобщение имеющихся сведений о трубопроводной ГТС и окружающей среде;

"обучение" дистанционных методов решению рассматриваемых задач в конкретных физико-географических условиях;

получение новой информации о состоянии МТ и окружающей среды на территориях трассы, расположенных между эталонными участками, на основе всесторонней обработки материалов дистанционного зондирования;

целенаправленная переинтерпретация материалов наземных исследований с учетом информации, полученной дистанционными методами;

получение принципиально новых результатов (например, выявление инвариантных зависимостей взаимодействия МТ с окружающей средой).

1.9. Применение АКМ в интересах диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды требует привлечения квалифицированных специалистов, обладающих соответствующей подготовкой и, что особенно важно, опытом применения дистанционных методов на объектах трубопроводного транспорта. Поэтому исследования должны проводиться специализированными организациями, оснащенными необходимыми методиками и техническими средствами, располагающими опытным персоналом.

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ

Комплексное изучение состояния трубопроводных геотехнических систем и окружающей среды, неотъемлемой составной частью которого являются аэрокосмические исследования, - технологически единый процесс, совокупность взаимосвязанных, достаточно строго соподчиненных и проводимых в определенной последовательности видов, этапов, стадий работ и отдельных операций.

2.1. Применение аэрокосмических методов в интересах трубопроводного транспорта требует соблюдения определенных условий и порядка проведения работ.

2.2. Аэрокосмические исследования должны выполняться в три этапа: подготовительный (предполевой), натурных исследований (полевой), камеральной обработки и анализа.

2.3. Подготовительный (предполевой) этап.

2.3.1. Содержанием предполевого этапа является организационно-техническая и научно-методическая подготовка предстоящих работ.

На этом этапе осуществляется постановка задачи исследований; подбор, заказ и получение проектной, строительной, эксплуатационной документации, информационных материалов по результатам ранее выполненных исследований природно-технических условий трассы и прилегающей местности, литературных источников, материалов дистанционного зондирования. Проводится ознакомление с результатами, методикой и технологией применения АКМ в исследуемом районе. Оценивается пригодность имеющихся материалов для решения поставленных задач. Выполняются обновление, частичная переинтерпретация, анализ и обобщение априорной информации. Решаются вопросы технического обеспечения - подбираются приборы, оборудование, материалы, проверяется пригодность и точность приборов, производится их юстировка. Выполняется камеральное тематическое дешифрирование различных материалов (фондовых, космических съемок мелкомасштабных АФС и др.) и предварительное районирование по природно-техническим условиям эксплуатации; выявляются геодинамические зоны; проводятся фотограмметрические измерения; выявляются потенциально опасные и выбираются эталонные участки. Определяется необходимость и решаются научно-методические вопросы проведения аэросъемочных работ; получается разрешение на проведение аэросъемок, разрабатывается техническое задание и заключается договор на их выполнение; осуществляется топогеодезическая подготовка материалов аэросъемок.

2.3.2. Ознакомление с результатами, методикой и технологией предшествующих исследований выполняется традиционными приемами обработки литературных источников, фондовых (текстовых и графических) материалов. Основное внимание должно уделяться установлению пригодности имеющихся материалов аэрокосмических съемок для целей диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды по их масштабам, времени залетов, качеству и т.д.

2.3.3. Оценка пригодности имеющихся материалов дистанционного зондирования для тематического дешифрирования производится по схеме: выявление интересующих объектов, определение их спектральных характеристик в сравнении с отражательной и излучательной способностью окружающих образований, выбор оптимальных зон спектра, типов пленок, масштабов изображения и других природных и технических параметров специализированных съемок.

2.3.4. В зависимости от состава и объема предстоящих исследований, наличия и возможности получения информационных материалов, выбирается наиболее рациональный их комплект, к которому прикладываются копии паспортов всех используемых съемок, копии справок фотолабораторной обработки первичных материалов, репродукций накидного монтажа и материалы оптической, оптико-электронной и цифровой обработки.

2.3.5. Предварительное районирование изучаемой территории выполняется с привлечением картографических материалов и с учетом особенностей их фотоизображения. На мелкомасштабных материалах АК-съемок выделяются участки, характеризующиеся однородным рисунком. Уточняется положение изучаемой территории в схемах географического, геоморфологического, ландшафтного, геокриологического и т.д. районирования. Выделяются характерные рисунки фотоизображения, отвечающие крупным элементам районирования. Достоверность предварительного районирования повышается при стереоскопическом изучении фотоснимков. Его результаты оформляют на прозрачной основе, наложенной на мелкомасштабный фотоснимок (карту). В легенде составляемой схемы районирования приводится характеристика выделенных элементов. В пределах каждого из выделенных районов намечаются эталонные участки, позволяющие проследить изменение отдельных характеристик исследуемых объектов в зависимости от природных условий.

2.4. Натурные исследования.

На этапе натурных исследований выполняются аэросъемочные работы и комплексные полевые обследования.

2.4.1. Проведение аэросъемочных работ предполагает выполнение аэрорекогносцировки и различных видов аэросъемок: фотосъемки на черно-белую, спектрозональную и инфракрасную пленки; сканерной, тепловой, микроволновой, телевизионной и др.

2.4.2. Комплексные полевые обследования целесообразно начинать с аэровизуального или аэродесантного обследования, в процессе которых выполняется проверка правильности результатов дешифрирования, уточняются границы таксонов районирования, местоположения и размеры эталонных и потенциально опасных участков, уточняются конкретные индикаторы и дешифровочные признаки состояния геологической среды и проявлений геодинамических процессов в трубопроводной ГТС.

При выполнении наземных работ на трассе проводятся ландшафтно-индикационные исследования, осуществляется полевое дешифрирование материалов аэросъемок, визуальные наблюдения и наземное фотографирование характерных участков трассы, выполняется детальное изучение эталонных и потенциально опасных участков, в процессе которого проводятся: оборудование участка; инженерно-геологические, геокриологические и гидрогеологические исследования; топографо-геодезические работы; режимные наблюдения за геодинамическими процессами; исследования параметров технического состояния МТ.

2.5. Камеральная обработка и анализ материалов.

В общем комплексе АК-исследовний выполнение камеральной обработки является завершающим этапом, в ходе которого осуществляются систематизация, сопоставление, анализ и обобщение материалов исследований. На данном этапе проводятся дешифрирование полученных ранее материалов; фотограмметрические измерения и обработка их результатов, с использованием которых оцениваются параметры технического состояния МТ; уточняются схемы природно-технического районирования; оценивается активность геодинамических зон; выполняется оценка состояния трассы и окружающей среды; проводится подготовка и обработка данных на ЭВМ с целью выявления инвариантных зависимостей взаимодействия трубопровода с окружающей средой; выполняется экстраполяция полученных зависимостей на всю исследуемую территорию; составляются прогнозные карты местности по природно-техническим условиям эксплуатации; вырабатываются рекомендации по ремонту и реконструкции МГ.

2.6. Диагностирование состояния трубопроводных ГТС и мониторинг окружающей среды, составной частью которых являются аэрокосмические исследования, должны представлять некоторый циклический процесс: подготовка и анализ априорной информации; определение параметров состояния элементов системы; обработка, анализ результатов, принятие решения и осуществление мероприятий по управлению ГТС (изменение режимов эксплуатации, корректировка или внедрение схем инженерной защиты, ремонт или реконструкция МТ и др.). И, наконец, вновь выполняется диагностирование состояния ГТС. Такие циклы должны выполняться систематически с рациональной периодичностью в течение всей "жизни" трубопроводной системы.

3. ВИДЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК

По виду носителей съемочных средств различают космическую и аэросъемку.

В зависимости от используемого диапазона электромагнитных волн и типа приемника, дистанционные исследования подразделяются на большую группу методов. Для применения в диагностике трубопроводных ГТС и мониторинге окружающей среды могут быть рекомендованы фотографические, в том числе многозональная, и нефотографические - тепловая инфракрасная, микроволновая, сканерная, телевизионная, лазерная, радиолокационная съемки и аэровизуальные (аэродесантные) обследования.

3.1. Космическая съемка

3.1.1. Специфика использования космической съемки обусловлена ее обзорностью, интеграцией объектов (естественной генерализацией), возможностью изучения природы и геотехнических систем при разных уровнях генерализации и "рентгеноскопичностью" (проявлением особенностей глубинного строения в современном ландшафте).

3.1.2. Материалы космической съемки (в сочетании с результатами аэросъемок) в первую очередь должны использоваться при тематическом картировании изучаемой территории. Такое сочетание позволяет производить большую часть работ в камеральных условиях, при этом сокращаются полевые исследования, приобретающие характер контрольных наблюдений, а не съемочных маршрутов.

3.1.3. Трассы северных газопроводов по своим климатическим и физико-географическим условиям являются очень сложными для проведения космических съемок: малая высота Солнца, обусловленная высокой широтой района, а следовательно, малая освещенность; постоянная дымка, обусловленная влиянием больших пространств открытой воды на Обской, Гыданской и Тазовской губах; сложные метеоусловия, при которых количество съемочных безоблачных дней в году не превышает трех-пяти; оптические свойства земной поверхности с небольшим интервалом яркостей и спектральных характеристик; жесткие требования к срокам проведения съемок (с 20 августа по 10 сентября), обусловленные отсутствием снега, поверхностной воды и индикационными возможностями тундровой растительности. Важное значение имеет наклон орбиты космических летательных аппаратов к плоскости экватора, который определяет возможность съемок высокоширотных районов. Для съемки севера Западной Сибири подходят КЛА с наклоном орбиты более 80°.

3.2. Аэросъемка

3.2.1. Аэросъемка - съемка местности специальными средствами (фотоаппарат, тепловизор, сканер и т.д.), установленными на летательном аппарате.

3.2.2. Для проведения аэросъемочных работ могут использоваться самолеты, вертолеты, свободные и привязные аэростаты и дирижабли, беспилотные радиоуправляемые мини-самолеты и мини-вертолеты, мотодельтапланы.

В настоящее время воздушная съемка производится преимущественно с самолета, другие летательные аппараты используются редко. Применяются самолеты АН-2, ИЛ-14ФК, АН-28, АН-30, ТУ-134, из вертолетов наибольшее распространение имеют Ми-2, Ми-8, Ка-26.

3.2.3. Самолет (вертолет), используемый для проведения аэросъемочных работ, должен быть оснащен пилотажно-навигационным оборудованием для выполнения съемочных полетов, иметь фотолюки и другие устройства для размещения и эксплуатации аппаратуры, оборудован необходимым комплексом съемочных средств и средств для определения и фиксации в полете с требуемой точностью непосредственно элементов внешнего ориентирования материалов съемок (или их приращений), либо исходной информации для определения этих значений при послеполетной обработке полученных данных.

3.3. Фотографические съемки

3.3.1. Аэро- и космофотосъемка в настоящее время - самый универсальный и наиболее широко используемый вид дистанционного зондирования природной среды. Эффективность применения фотосъемок связана с высокой степенью пространственного и спектрального разрешения, что имеет особую важность в определении закономерностей пространственно-временного изменения природно-технических условий эксплуатации и технического состояния трубопровода.

Благодаря большому объему получаемой информации, относительной простоте применения, достаточному уровню развития, фотографические методы заняли ведущее место в комплексе работ по изучению состояния трубопроводных геотехнических систем.

3.3.2. Космическая фотосъемка (КФС) является важным средством аэрокосмического мониторинга трубопроводных геотехнических систем. Она относительно недорога, покрывает всю изучаемую территорию и производится регулярно, что позволяет, используя минимальное количество опорных наземных данных, осуществлять контроль за состоянием действующих трубопроводов и давать прогноз их взаимодействия с окружающей средой на огромных территориях.

3.3.3. Материалы КФС целесообразно применять для решения следующих основных задач:

уточнения расположения известных и выявления новых разрывных нарушений, оказывающих влияние на распределение и формирование геодинамических процессов;

уточнения границ полей распространения формаций горных пород, геолого-генетических комплексов;

выявления и детализации крупных очагов распространения экзогенных геологических процессов (заболачивание и др.);

выявления изменений элементов окружающей среды под влиянием техногенных воздействий;

районирования и типизации территории по геодинамическому режиму и условиям развития экзогенных процессов;

уточнения и переинтерпретации ранее составленных карт.

3.3.4. Полнота и объем информации, получаемой с космофотоснимков, зависят от их разрешающей способности, определяемой освещенностью объектов, их яркостью, спектральными характеристиками, интервалом яркостей, оптическими свойствами объектива, техническими характеристиками фотопленок, масштабом съемки. Современная аппаратура позволяет получать снимки с разрешением на местности 30 м, а сильно контрастных объектов - до 5 м.

3.3.5. Аэрофотосъемка - это съемка местности фотоаппаратом, установленным на летательном средстве (самолете, вертолете) на фотоматериал.

АФС подразделяют в зависимости от:

характера покрытия местности на одинарную, маршрутную (по трассе) и площадную (сплошную);

типов используемых аэрофотоаппаратов на кадровую, щелевую и панорамную;

положения оптической оси аэрофотоаппарата на горизонтальную, плановую и перспективную.

Ниже рассмотрены основные виды АФС, нашедшие применение в практике диагностики трубопроводных ГТС.

При одинарной АФС отдельные объекты трубопроводных ГТС (например, компрессорные станции, крановые узлы, места аварий и т.п.) фотографируют одиночными и парными аэрофотоснимками, связанными между собой перекрытиями. При маршрутной АФС фотографируют узкую полосу местности (трассу), умещающуюся по ширине на одном-трех съемочных маршрутах. В зависимости от конфигурации трассы маршрут полета может быть прямолинейным, ломаным или криволинейным.

При кадровом фотографировании изображение местности получается в виде отдельных снимков, которые представляют собой центральную проекцию фотографируемой местности. При панорамной АФС снимки прямоугольной формы изображают местность обычно от горизонта до горизонта.

Плановой называют аэрофотосъемку, когда оптическая ось аэрофотоаппарата отклоняется от отвесной линии в пределах 3°. К перспективной относят АФС, при которой оптическая ось аэрофотоаппарата значительно (на 45-60°) отклоняется от вертикального положения. Перспективное фотографирование позволяет видеть местность в привычном ракурсе, что нередко облегчает опознание исследуемых объектов. Перспективные аэроснимки должны использоваться при дешифрировании одновременно с плановыми.

3.3.6. Выбор типа аэрофотоаппарата и пленок, параметров съемок должен определяться целевым назначением проводимых аэросъемочных работ.

3.3.7. При выборе типа аэрофотоаппарата необходимо учитывать, что чем более широкоугольным АФА проведена съемка, тем с большей точностью можно закартировать рельеф и тем большие подробности строения микрорельефа различимы при стереоскопическом дешифрировании снимков. С другой стороны, с уменьшением угла поля зрения возрастает разрешающая способность снимков и улучшается их фотографическое качество, уменьшается падение освещенности к краю поля зрения объектива, благодаря чему фототон становится более надежным дешифровочным признаком, уменьшаются фотограмметрические искажения снимков.

3.3.8. Топографические АФА обеспечивают получение снимков с высокими изобразительными и измерительными свойствами, которые могут быть использованы для фотограмметрической обработки. Топографические АФА снабжают ортоскопическими объективами с хорошей контрастно-частотной характеристикой. Они, как правило, имеют широкоугольные или сверхширокоугольные объективы с фокусным расстоянием около 100 мм и с размером кадра 18×18 см. Наибольшее распространение получили АФА ТЭ и ТЭС, АФА-41, ТАФА.

Ведущими зарубежными фирмами, выпускающими топографические АФА, являются "Вильд" (Швейцария), "Оптон" и "Карл Цейс Йена" (Германия).

3.3.9. Нетопографические АФА служат для аэрофотосъемок с целью получения снимков, предназначенных для специального вида дешифрирования, т.е. опознания и определения количественных и качественных характеристик изучаемых объектов, в связи с чем снижается требование к ортоскопичности объективов. Нетопографические АФА снабжены обычно более длиннофокусными объективами, чем топографические. Формат кадра 30×30 см. К ним относятся АФА типа 42/100, 42/75, 42/50 и др.

3.3.10. Для выполнения небольших объемов аэрофотосъемочных работ целесообразно применять малоформатные АФА, имеющие небольшие размеры и массу, формат кадров не более 127×127 мм. Наиболее распространены АФА типа А-39 (фокусное расстояние объектива 100 мм, формат кадра 70×80 мм, масса 8 кг). Из зарубежных можно использовать АФА "Винтен" (Англия) (фокусное расстояние объективов от 75 до 500 мм, формат кадра 55,6×57,2 мм), камеру "Хассельблад" (Швеция) (формат кадра 60×60 мм). В качестве нетопографических дешифровочных АФА могут использоваться узкопленочные фотоаппараты с размером кадра 24×36 мм, определенным образом приспособленные для воздушного фотографирования.

3.3.11. Аэропленки. Для решения задач диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды могут применяться черно-белые, цветные и спектрозональные пленки.

Наиболее широко могут быть использованы черно-белые пленки, например, типа 22, 25, 42 и др.

Цветные пленки, например, типа ЦН-4, ЦН-5, ДС-5 позволяют получить негатив с изображением объектов в натуральных цветах.

Спектрозональные пленки изготавливают двухслойные СН-6М, СН-8 и трехслойные СН-23. Спектрозональные аэрофотоснимки не передают действительных цветов натуры (объекты изображены в условных цветах), но значительно подчеркивают цветовым контрастом различия в окраске сфотографированных объектов. Благодаря повышенным дешифровочным свойствам спектрозональных снимков создается возможность использования при дистанционных исследованиях АФС более мелких масштабов, что ускоряет и облегчает дешифрирование. Применение спектрозональных пленок особенно эффективно в тундровых и таежных районах, где на спектрозональных аэроснимках значительно легче дешифрируются различные типы тундр и лесов. Наибольшая информация может быть получена при комплексном использовании черно-белых и спектрозональных пленок. Применение цветных пленок вместо спектрозональных эффективно только при крупных масштабах (крупнее 1:10000).

3.3.12. Масштаб аэрофотосъемки. При назначении масштаба АФС следует учитывать, что чем он мельче, тем большую площадь захватывает каждый аэроснимок, тем меньший объем работ и тем большая экономия средств обеспечивается при проведении аэросъемочных, фотограмметрических и других работ. Однако мелкомасштабные фотоснимки обладают значительно меньшей информацией о трассе и дают более низкую точность результатов измерений. Поэтому масштаб АФС следует устанавливать таким оптимальным, при котором можно камерально выполнять достоверное дешифрирование и одновременно получать необходимую точность измерительных работ. Требования к разрешению должны, в первую очередь, исходить из точности решения задач оценки напряженно-деформированного состояния трубопровода по результатам стереофотограмметрических измерений.

При исследованиях трасс и территорий прокладки трубопроводов целесообразно проводить фотографические съемки средних и крупных масштабов на черно-белую и спектрозональную фотопленки.

Многозональная фотосъемка

3.3.13. Многозональная съемка - фотографирование местности одновременно несколькими фотокамерами или многоканальными блоками, имеющими идентичные светотехнические характеристики объективов, в различных спектральных диапазонах. Для выделения спектральных зон перед объективами устанавливаются узкополосные (иногда интерференционные) светофильтры, подобранные под характеристики светочувствительных материалов.

3.3.14. Методика многозональной съемки базируется на существующих технологиях съемки на цветные и черно-белые фотопленки. За счет универсальности она расширяет возможности фотографических методов. Получение исходных черно-белых изображений с опорным фотометрическим сопровождением в узких спектральных интервалах видимого и ближнего ИК-диапазонов повышает информацию о различии оптических плотностей изучаемых объектов, что позволяет получить более полные и достоверные данные о состоянии окружающей среды и техническом состоянии трубопровода (обводнение, увлажнение грунта, изменение уровня грунтовых вод, разрушение насыпи и обвалования, обнажение и деформация трубопровода, зарастание трассы и т.д.).

3.3.15. Одним из основных условий успешного применения многозональной фотосъемки является выбор эффективных зон спектра, в которых различия между объектами максимальны. Спектральные зоны фотографирования должны определяться по материалам летного спектрометрирования.

3.3.16. Многозональные (мультиспектральные) системы в зависимости от технического исполнения представляют собой либо многообъективные камеры (например, "Марк-1", "Марк-2" - Франция; МКФ-6М - Германия; С-190А - США), либо систему фотоаппаратов, объединенных в один технологический блок (например, 500-ЭЛ/М "Хассельблад" - Швеция; АФА-А-39 - Россия).

Наибольшее применение для съемок с самолета находят многозональные камеры "Хассельблад", "Марк-1" или "Марк-2", МКФ-6М, МСК-4, „Зенит АЭРО-707".

3.3.17. Фотоаппарат МКФ-6М - одна из наиболее удачных систем для многозонального фотографирования. Он является модифицированным вариантом космического фотоаппарата МКФ-6, пригодным как для космических, так и для воздушных съемок. МКФ-6М состоит из камерной части, шести кассет, блока электроники и пульта управления. Камерная часть МКФ-6М разделена перегородками на шесть отдельных съемочных камер, в каждой из которых смонтированы объектив, затвор, стол с осветительными приспособлениями для впечатывания дополнительной информации. Во всех камерах установлены объективы "Пинотар", снабженные узкополосными интерференционными светофильтрами, откорректированными для своей рабочей зоны спектра. Емкость кассет - 120 м фотопленки шириной 70 мм и толщиной 0,18 мм (1250 кадров), при применении более тонкой пленки емкость кассет, соответственно, увеличивается.

Существует также 4-канальная модификация МСК-4. 3.3.18. Наиболее совершенным является АФА "Зенит АЭРО-707", который позволяет вести фотосъемку объекта одновременно в четырех различных зонах спектра на одну черно-белую пленку, быстро и с большой точностью совмещать изображения на многозональном приборе синтеза для смешения цветов и псевдораскрашивания с целью получения широких возможностей различия по цвету при сохранении высокой разрешающей способности. Камера имеет четыре объектива, четыре фильтра, четыре системы автоматического регулирования экспозиции, вакуумную систему выравнивания, систему компенсации сдвига изображения, систему ручной дистанционной дефокусировки, систему записи навигационной информации, взаимозаменяемые пеналы, гидростабилизирующую систему.

Техническая характеристика АФА "Зенит АЭРО-707"

Тип аэрофотоаппарата: Спектрозональный, четырехканальный

Фокусное расстояние объектива, мм

140

Относительное отверстие объектива (изменяется непрерывно)

от 1:2,8 до 1:22

Угол поля зрения, градус

39

Размер кадра, мм

180×180

Диапазон выдержек (изменяется непрерывно)

от 1/20 до 1/300

Длина маршрута фотографирования в долях высоты

400

Ширина маршрута фотографирования в долях высоты

0,5

Линейное разрешение на местности с высоты Н = 200 м, при коэфф. контр. К = 0,4, м

Не хуже 0,03

Габаритные размеры камеры, мм

505×460×505

Масса камеры, кг

70

3.3.19. Наиболее информативными зонами для решения задач диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды является зеленая (канал 3 у МКФ-6М, λ = 600 нм) и красная-инфракрасная (каналы 5 λ = 740 нм и 6 λ = 840 нм у МКФ-М). В зеленом канале вода по трассе является почти прозрачным веществом и четко видны участки переувлажненных грунтов, лишенные растительности. В красной-инфракрасной зоне, наоборот, четко дешифрируется поверхностное обводнение, границы раздела вода-суша, хорошо просматривается труба, даже слегка присыпанная землей. Во 2-м канале МКФ-6М хорошо дешифрируются эрозионные процессы. Комбинация зон 1, 2, 3 дает систему наиболее правильного цветовоспроизведения. Зоны 2, 4, 3 составляют комбинацию, близкую к характеристикам спектрозональной аэропленки СН-23.

3.3.20. Многозональную съемку целесообразно проводить на пленке форматом 6×6 или 6×9 см для обработки на оптических синтезаторах типа 6040РТ (Франция) или МСП-4 (Германия).

3.3.21. В случае отсутствия многозональной системы съемка должна проводиться двумя АФА: одним на ортохроматическую пленку АС-1 с зеленым светофильтром и другим - на спектрозональную пленку типа СН-6М или СН-23 с красным светофильтром. При этом величина масштаба должна корректироваться с учетом ухудшения характеристик объективов по сравнению с МКФ-6М.

3.4. Нефотографические виды съемки

3.4.1. Классические методы получения фотоизображений снимаемой поверхности с помощью фотоаппарата с обычной регистрацией их на фотопленку методом прямого оптического проецирования являются лишь частью комплекса методов дистанционного зондирования. В качестве специальных, позволяющих решать более узкий круг специфических задач, могут использоваться нефотографические виды съемки - тепловая инфракрасная, микроволновая, телевизионная, радиолокационная, сканерная и др. Материалы этих съемок используются в тех случаях, когда их применение дает положительный результат.

Тепловые съемки

3.4.2. В зависимости от используемого диапазона электромагнитных волн различают инфракрасную (ИК) тепловую и радиотепловую (микроволновую) съемки. ИК-съемка проводится в первом λλ = 2,0 - 5,6 мкм и втором λλ = 8,0 - 12,5 мкм окнах прозрачно cти атмосферы. Радиотепловая (РТ) съемка проводится в микроволновом ( MB) диапазоне λλ = 0,1÷30 см.

3.4.3. Тепловые съемки целесообразно применять для изучения проявлений геодинамических и гидрогеологических процессов на трассах трубопроводов, связанных с увлажнением, водонасыщением и переносом тепла (обводнение-заболачивание, растепление мерзлоты и т.д.). Такие участки обнаруживаются на тепловых снимках по тепловым аномалиям. Существует возможность выявления обнаженных и близких к поверхности участков трубопроводов.

3.4.4. Лучшее время для проведения тепловых съемок - начало периода заморозков (для Западной Сибири - конец сентября - начало октября).

3.4.5. Для получения ИК-изображений, т.е. изображений, сформированных в ИК-диапазоне электромагнитного излучения и преобразованных в видимые, создана разнообразная аппаратура. Пороговая чувствительность современной ИК-тепловой аппаратуры составляет 0,1-0,5°С, что обеспечивает регистрацию даже относительно небольших температурных контрастов. Геометрическое разрешение деталей на местности не превышает 0,001 высоты полета носителя. В связи с этим по данным тепловой съемки из космоса можно выделять объекты большой величины - от сотен метров и более, а при съемке с самолетов и вертолетов - от единицы до десятков метров.

3.4.6. В диагностике трубопроводных систем целесообразно применять двухканальные тепловизоры с диапазонами 2-5 и 8-12 мкм.

Отечественные ИК-сканеры (тепловизоры) различных модификаций:

сканер К - для плановой съемки в диапазоне 3-5 мкм, поле зрения (ПЗ) - 120 град., мгновенное поле зрения (МПЗ) - 10 мин.;

сканер Ml - для плановой съемки в диапазоне 8-14 мкм, ПЗ -120 или 60 град., МПЗ - 9 или 3,5 мин., соответственно;

сканер М2 - для плановой съемки в диапазоне 8-14 мкм, ПЗ -120 град., МПЗ - 6 мин.;

сканер С - для плановой съемки высокого разрешения, ПЗ - 5 град., МПЗ - 20 с.

Тепловизор "Вулкан" (Россия) - специализированная система, предназначенная для воздушных съемок. Обладает высоким пространственным разрешением, большим углом обзора, позволяет получать детальные, высококачественные тепловые изображения.

Четырехканальный инфракрасный радиометр ИКРЧ-2 предназначен для измерения радиационной температуры, в диапазонах 3-5, 8-10, 10-12 и 8-12 мкм, ПЗ - 3 град., пороговая чувствительность ОД К.

Тепловизоры фирмы "АГЕМА" (Швеция). Достоинствами тепловизоров являются: визуализация теплового изображения в реальном времени, возможность магнитной записи и обработки изображений, портативность, малое энергопотребление и высокая надежность. Можно использовать тепловизоры типа АГА-680, АГА-750, АГА-782. Новыми являются тепловизоры серии THERMOVISION ( THV) модели 450, 470, 487, 489, 1000. Термочувствительность приборов - 0,1°С при 30°С (у THV -489 - 0,08°С). Спектральный диапазон 2-5 и 8-12 мкм. Достоинством тепловизоров THV является термоэлектрическое охлаждение приемника излучения.

Радиометр типа М-897 фирмы "МАТРА" (Франция). Позволяет выполнять съемку одновременно в шести спектральных интервалах видимой (четыре канала в полосе 0,4-1,1 мкм) и инфракрасной области (два канала 2-5 и 8-13 мкм) электромагнитного спектра отраженного и собственного излучения поверхности земли.

3.4.7. Микроволновая съемка основана на возможности измерения с помощью радиометров, установленных на самолетах, поляризации и интенсивности собственного радиотеплового излучения земной поверхности, акваторий и техногенных образований в микроволновом диапазоне ( MB) = 0,1-30 см. Интенсивность излучения в МВ-диапазоне ниже, чем в ИК, поэтому съемочные материалы имеют более низкую разрешающую способность.

По естественным МВ-тепловым контрастам отчетливо выделяются пески, глины, торфяники и некоторые другие показатели, характеризующие подстилающую поверхность. По данным микроволновых съемок составляют мгновенную карту распределения влагосодержания с градацией 5-6 % и зоны недавно выпавших осадков с градациями 4 мм. Микроволновая съемка менее чувствительна к изменению метеорологических условий, смене дня и ночи по сравнению с тепловой ИК-съемкой, позволяет проводить наблюдения через облачный покров.

3.4.8. При микроволновой съемке используются радиометры с направленной антенной, приемником (для селекции и усиления) и детектором. Разрешающая способность съемки на местности зависит от высоты полета носителя. В настоящее время имеются приемники МВ-теплового излучения с пороговой чувствительностью 0,1°, которые позволяют регистрировать достаточно подробную структуру радиотепловых волн земной поверхности.

3.4.9. Для применения можно рекомендовать сканирующий радиометр типа "Дельта", представляющий собой многоканальный радиометрический комплекс СВЧ-диапазона с пространственным сканированием антенного луча (механическое сканирование антенного зеркала). В этой комплектации используется для измерения теплового излучения поверхности и атмосферного столба.

Основные технические характеристики сканирующего радиометра "Дельта": полоса обзора +0,8 Н (Н - высота полета носителя); коническое сканирование с углом 40° (с учетом встречи луча с поверхностью 50°); мгновенное поле зрения 1°; время сканирования (время одного полного скана) 1,5-2 с; чувствительность 0,2 К.

В отличие от активного локатора (РБО и т.п.) пассивный локатор (сканирующий радиометр типа "Дельта") обладает более низким пространственным разрешением и не дает таких резких геометрических границ, однако он дает возможность оценивать изменение уровня собственного теплового излучения поверхности. Этот уровень определяется не только термодинамической температурой, но и излучательными свойствами данного типа поверхности (материал поверхности, шероховатость, влажность, соленость).

3.4.10. В зависимости от состава применяемой аппаратуры итоговая информация на выходе ИК- и МВ-системы может быть представлена в виде: ИК- или РТ-изображений на мониторе ТВ-типа, непрерывных сигналов (например, с записью на фотопленку), табличной, цифровой информации. Длина строки на местности (ширина полосы захвата) примерно равна высоте съемки.

3.4.11. Зафиксированные в цифровой или аналоговой форме радио- или ИК- тепловые изображения по своему виду близки к изображениям, получаемым при аэрофотосъемке. Они относительно легко поддаются топографическому дешифрированию. Оптические плотности показывают различия в величине теплового излучения. На негативах объектам с повышенной температурой соответствует наибольшая оптическая плотность, на позитивах, наоборот, они имеют меньшую плотность.

3.4.12. Особенностью тепловых изображений является то, что на них отображается распределение контрастов энергетической яркости элементов исследуемых объектов, а не абсолютные величины радиационной температуры. Это приводит к ряду трудностей их интерпретации, связанных с изменением интенсивности теплового потока в зависимости от метеорологических условий, времени суток и года, географической широты, рельефа, теплофизических свойств подстилающей поверхности и альбедо. Термические характеристики подстилающей поверхности связаны с неравномерностью ее нагрева в течение суток.

3.4.13. Для облегчения интерпретации материалов тепловой съемки целесообразно применять различные виды обработки тепловых изображений, такие как дискретное цветовое кодирование, подчеркивание краев изображения, устранение общего фона и повышение контраста и др.

Телевизионная съемка

Создание высококачественной видеотелевизионной техники открыло новые возможности широкого использования телевизионной съемки для изучения и документирования состояния трубопроводных ГТС.

3.4.14. Телевизионную (ТВ) съемку с искусственных спутников Земли (ИСЗ) целесообразно применять для контроля за развитием геодинамических процессов в районе прокладки трасс трубопроводов, обнаружения и оценки масштабов крупных аварийных ситуаций.

3.4.15. ТВ-съемку выполняют в режиме непосредственной передачи изображений на наземные станции, если летательный аппарат (обычно космический) находится в зоне их приема радиусом несколько тысяч километров и в режиме запоминания. Во втором случае осуществляется магнитная запись видеосигнала. При последующем прохождении ИСЗ в зоне работы наземной приемной станции записанная информация ускоренно передается на Землю по радиоканалам. Переданные электрические сигналы преобразуются в цифровую форму или в изображение на экране, с которого выполняется фотографирование на пленку.

3.4.16. ТВ-съемка с ИСЗ обеспечивает оперативное и периодическое получение изображений большой обзорности на одну и ту же территорию. Наиболее употребительны ТВ-снимки масштабов от 1:1000000 до 1:2500000. Существенным недостатком телевизионных изображений является их более низкая разрешающая способность по сравнению с космическими фотоснимками.

3.4.17. Для съемки трасс севера Западной Сибири должны применяться ИСЗ с наклоном орбиты более 80° (типа "Метеор", "Ландсат").

3.4.18. Аэротелевизионная съемка - перспективный метод крупномасштабной аэросъемки трасс трубопроводов.

Видеозапись трассы трубопровода должна использоваться в текущей работе эксплуатационного персонала для оценки состояния объектов линейной части, принятия обоснованных решений по их эксплуатации и ремонту. Ее привлечение значительно облегчает дешифрирование материалов аэросъемки.

3.4.19. Аэротелевизионная съемка позволяет проводить совещательный просмотр и анализ записи в камеральных условиях необходимое число раз. Предусмотрен покадровый режим просмотра, при котором возможны анализ мелких деталей, фотографирование интересующих участков трассы с телевизионного монитора. Точность опознавания и привязки интересующих деталей изображения на трассе повышают, накладывая на видеоматериал километраж и отмечая реперные точки. При необходимости материалы съемок переводят в цифровой код и обрабатывают в автоматизированном режиме на ЭВМ.

3.4.20. Основными недостатками ТВ-съемок являются более низкая разрешающая способность по сравнению с АФС и трудности, возникающие при необходимости стереоскопического изучения снимков.

3.4.21. Аэротелевизионная съемка трасс трубопроводов должна проводиться периодически (не реже двух раз в год), что позволяет создать библиотеку хронометрированных материалов съемок. Такой весьма ценный ретроспективный материал представляет значительный интерес при анализе эволюции трубопроводной ГТС и является документальным свидетельством реального состояния объектов трассы на момент съемки.

3.4.22. ТВ-съемка должна выполняться специальными ТВ-кадровыми системами, например, типа Т-2. Телевизионная система Т-2 обеспечивает запись изображений местности при углах визирования от 0 (горизонт) до 90 град, (надир), поле зрения 20 или 3,5 град. Возможно применение телевизионных сканеров, предназначенных для проведения плановых панорамных съемок (поле зрения 156×40 град., угловое разрешение 5 мин.). В случае их отсутствия могут применяться бытовые видеокамеры, например, типа VM-600 E фирмы HITACHI; CCD- VX1, CCD- V800 E, CCD- V600 E фирмы SONY; VKP6860 фирмы PHILIPS и т.п. Однако они менее надежны, чем специализированные.

3.4.23. Целесообразно применять как плановую, так и перспективную ТВ-съемку. Параметры съемки должны обеспечивать высокую четкость проработки деталей изображения, отсутствие смаза. Масштаб получаемого изображения регулируется трансфокатором.

3.4.24. В процессе съемок должен выполняться контроль видеозаписи по малогабаритному телемонитору. Возможность оперативного просмотра отснятой видеоинформации позволяет определить оптимальные природно-технические условия съемки и вносить по ходу работы необходимые коррективы.

Радиолокационная съемка

3.4.25. Радиолокационная съемка (РЛС) является активным средством зондирования, основанным на использовании отражения зондирующих сигналов, излучаемых передатчиком РЛС от земной поверхности, и ведется в диапазоне 0,3-100 см (100 ГГц - 300 МГц).

3.4.26. Материалы РЛС применяют для создания и обновления топографических и тематических карт. С помощью РЛ-изображений анализируют сушу и водные пространства. Используя их, составляют структурные геологические карты; определяют точное местоположение, типы и характеристики льда; разрывы между льдами; границы зон подтопления и береговую линию; выделяют всплывшие участки трубопроводов. В зависимости от состояния подстилающей поверхности (сухая, увлажненная, заснеженная) возможно некоторое подпочвенное зондирование поверхности, глубина которого зависит от длины волны. Существуют радиолокационные станции бокового обзора метрового диапазона с возможностью подпочвенного зондирования на глубину до 2 м, что позволяет получить информацию о положении трубопровода относительно дневной поверхности, карстовых явлениях и др.

3.4.27. Основными преимуществами РЛС по сравнению с другими видами дистанционного зондирования являются; независимость от метеорологических условий и времени суток; принципиальная независимость разрешающей способности на местности от расстояния до объектов; большая полоса захвата на местности (с малых высот); возможность обнаружения всплывших трубопроводов по радиолокационным контрастам; возможность цифровой записи информации в момент съемок и ее передачи с борта носителя по каналу связи на значительные расстояния.

Недостатками радиолокационных съемок являются более низкая разрешающая способность по сравнению с АФС, мелкий масштаб изображения, дисторсия изображения.

3.4.28. Основные дешифровочные признаки радиолокационных снимков - тон, текстура рисунка изображения, радиолокационная тень. На снимках очень хорошо подчеркивается рельеф местности (как при низком положении Солнца), причем впечатление выпуклости рельефа усиливается, а изображение некоторых отрицательных его форм, попадающих в зоны радиолокационной тени, пропадает. Геометрия радиолокационных снимков не такая, как у аэрофотоснимков, так как на них искажается форма объектов, возвышающихся над поверхностью Земли.

Лазерная съемка

3.4.29. Лазерная съемка основана на свойствах лазера давать мощное излучение в узких зонах спектра.

3.4.30. Лазерную съемку можно применять: для получения изображений поверхности местности (в том числе в ночное время); поиска утечек перекачиваемого продукта; оценки загрязнения местности и воздушного бассейна; зондирования состояния дна и трубопроводов при обследованиях подводных переходов.

3.4.31. Возможность обнаружения утечек перекачиваемого продукта, оценки загрязнения местности и воздушного бассейна основана на способности лазера давать мощное излучение в узких зонах поглощения и испускания веществ. Сигналы в этих зонах регистрируются специальными датчиками. На этом принципе основано большое количество лазерных газоанализаторов.

3.4.32. Применение лазерных съемок для исследования состояния дна водоемов и подводных трубопроводов основано на использовании мощности лазерного излучения в зеленой зоне спектра, где вода является почти прозрачным веществом. В зависимости от мощности, частоты импульсов, путевой скорости, состояния воды глубина зондирования достигает 40 м с дискретностью измерения значений отметок дна и трубопровода 20 см вдоль оси маршрута.

3.4.33. Для плановой лазерно-локационной съемки можно применять лазерный сканер (0,55 мкм), поле зрения 120 град., мгновенное поле зрения - 3,5 мин.

3.5. Аэровизуальные обследования

3.5.1. Под аэровизуальными обследованиями (АВО) трасс понимается процесс их визуального изучения с помощью летательных средств.

3.5.2. К основным задачам АВО трасс в системе диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды относятся:

оперативный визуальный контроль состояния МТ и окружающей среды;

предупреждение нарушений правил охраны и эксплуатации МТ;

проверка и уточнение информации, полученной в результате выполнения работ предполевого этапа, уточнение программы полевых исследований;

получение дополнительной информации о состоянии элементов ГТС, которая недостаточно отражена в материалах дистанционного зондирования, а также о состоянии изменяющихся во времени процессов на трассе МТ.

3.5.3. Выполнение АВО требует тщательной подготовки и четкой организации их проведения. Технологическая схема проведения АВО предполагает выполнение следующих основных видов работ:

подготовительных;

собственно АВ-обследований;

послеполетных (камеральных).

3.5.4. В процессе подготовительных работ определяются цели и задачи предстоящего обследования; подбирается комплект фотоосновы (фотосхемы, фотопланы или отдельные аэроснимки) на трассу МТ, последние подбираются строго по маршруту и нумеруются; отмечается на фотооснове положение определенных при камеральном дешифрировании потенциально опасных участков, наносится предварительное положение эталонных участков и других интересующих объектов; определяется необходимость проведения сопровождающей аэрофото- или телевизионной съемки и ее вид (сплошная или выборочная); при выборочной съемке намечаются участки ее проведения; подготавливается задание и получается разрешение; определяется способ регистрации результатов АВО; с учетом обобщенной классификации типичных неисправностей и конкретных природных условий местности разрабатывается система специальных условных обозначений, используемых при АВО; предварительно выбираются рациональные технические параметры АВО (скорость, высота полета, общая продолжительность наблюдений и т.д.); составляется подробная программа работ на маршруты АВО конкретных участков трассы МТ, которая зависит от масштаба, задач обследования, изученности трассы, прогноза развития геотехнических процессов и состояния трубопровода; учитывая периодический характер проведения АВО, программа должна корректироваться перед очередным обследованием с учетом имеющейся на этот период информации.

3.5.5. В процессе облета трассы при АВО обзором местности контролируют результаты выполненного в камеральных условиях дешифрирования и дополняют их теми данными, которые ранее вызывали сомнение или не были обнаружены; визуально оценивается техническое состояние трубопровода. Наблюдения ведутся в пределах видимости невооруженным глазом или с применением бинокля. Наблюдатель должен опознать природно-технические процессы, развивающиеся на трассе, уделяя особое внимание местам сопряжения участков трассы с резким изменением ПТУ (переходным зонам); выявить закономерности изменения технического состояния трубопровода и их соотношение с компонентами природной обстановки трассы; предварительно определить потенциально опасные участки трассы и решить целый ряд других конкретных вопросов, определенных программой работ; зафиксировать полученные результаты.

3.5.6. Летательные средства, применяемые для АВО трасс МТ, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

позволять хорошо обозревать местность; обеспечивать достижение и поддержание рациональных технических параметров АВО;

позволять проведение плановой и/или перспективной сопровождающей аэрофото- и/или телевизионной съемки;

позволять выполнение аэродесантных операций.

Указанным требованиям в наибольшей степени отвечают вертолеты типов Ми-2, Ка-26, Ми-8. В отдельных случаях может быть разрешено применение для АВО самолетов, например, типа АН-2. При этом из программы работ исключается выполнение аэродесантных операций.

3.5.7. Способ фиксирования результатов АВ-обследований должен быть оперативен, прост в оформлении и последующей обработке, максимально полно отражать в записях наблюдаемую информацию. Результаты АВО могут регистрироваться: записью в журнале АВО; фиксированием в принятых условных знаках на фотооснове (аэроснимках, фотосхемах, фотопланах) или на трассовках; записью на магнитной ленте.

3.5.8. При записи в журнале АВО применяются сокращенные словесные характеристики наблюдаемых объектов и специальные обозначения, которые заносятся в журнал. Однако в сложных условиях, для которых характерно значительное количество неисправностей на трассе МТ, такой способ мало пригоден, так как требует много времени на регистрацию данных наблюдений. Кроме того, в условиях вибрации вертолета пометки и записи получаются нечеткие. При таком способе фиксации результатов наблюдений в процессе АВО приходится постоянно контролировать скорость и время полета для последующей привязки наблюдаемых объектов на трассе МТ, что неудобно. Необходимо помнить, что на достоверность результатов обследования оказывает влияние субъективность восприятия информации в условиях кратковременности зрительных впечатлений.

3.5.9. Регистрация результатов АВО упрощается, если используются предварительно отдешифрированные аэрофотоснимки или фотосхемы масштабов от 1:5000 до 1:20000 с разбитым километражем. В этом случае задача сводится к проверке и уточнению имеющейся информации. При необходимости изменения, произошедшие в ГТС после съемки, материалы которой использовались для дешифрирования, наносятся на фотосхему или на отдельные снимки. При этом используется система специальных условных знаков, которая дополняется записями в журнале АВО или на магнитной ленте.

Бортовая телефонная связь и речевое сопровождение обеспечиваются переговорным устройством с комплектом гарнитур на автономном питании и с записью на портативный магнитофон, применение которого позволяет сократить время записи данных обследования в несколько раз. При этом все результаты наблюдений записываются на магнитную ленту, а на фотосхеме ставится только порядковый номер описываемого элемента трубопроводной ГТС. Собственно обследование и фиксирование его результатов при этом происходят практически одновременно.

3.5.10. Для дополнительного документирования результатов наблюдения и облегчения анализа состояния трубопроводных ГТС в камеральных условиях АВО целесообразно сопровождать плановым и перспективным фотографированием некоторых наиболее характерных участков трасс малоформатными аэрофотоаппаратами типа А-39, РА-39, ПАФА, а также ручными узкопленочными фотоаппаратами типа "Киев", "Зенит" и т.д. Для обеспечения возможности стереоскопического рассмотрения аэрофотоснимков сопровождающую маршрутную АФС по трассе МТ необходимо проводить с продольным перекрытием 60-70 %.

Перспективно сопровождение А8-наблюдений телевизионной съемкой всей трассы или выборочно ее отдельных участков с использованием специализированных ТВ-камер.

3.5.11. Результаты АВ-обследований должны быть привязаны к километражу трассы. Привязка может быть осуществлена по зафиксированным времени и скорости полета, а также времени пролета километровых знаков или других характерных объектов на трассе МТ. В этом случае координаты объекта наблюдения (например, нарушения) определяются расчетным путем. Однако такой способ может вызвать ошибку в привязке нарушения на трассе МТ более километра. Поэтому привязку результатов АВО целесообразно выполнять по предварительно отдешифрированным материалам АФС с нанесенным на них километражем.

3.5.12. АВО могут дополняться авиадесантными операциями, позволяющими уточнять ситуации, сложившиеся на местности и наблюдаемые с воздуха, путем непосредственных наземных наблюдений, а также провести инструментальные экспресс-измерения некоторых интересующих параметров состояния элементов ГТС.

3.5.13. Итоговая камеральная обработка результатов АВО должна выполняться непосредственно по возращении из маршрута. При этом проверяется полнота выполнения программы обследования, просматриваются материалы видеосъемки, прослушиваются записи на магнитной ленте, производится расшифровка условных обозначений на фотоматериалах и в журнале АВО. При необходимости они дополняются записями наблюдений "по памяти". Если на маршруте проводилась АФС, то аэропленка отдается в обработку. Полученные данные сопоставляются с имеющейся информацией для их предварительной увязки. Такая организация позволяет осмыслить результаты работы, сделать необходимые обобщения и выводы, которые оформляются в виде отчета о проведенных АВО.

4. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ АКС

Получение материалов аэро- и космической съемки - лишь начальный этап сложного многоступенчатого процесса исследования состояния трубопроводных ГТС и окружающей среды дистанционными методами. Необходимым условием эффективного применения АКМ является методически правильная обработка материалов дистанционного зондирования и интерпретация ее результатов.

Многообразие задач диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды требует комплексного подхода к организации обработки материалов дистанционного зондирования, т.е. использования разнообразных входных данных, направлений обработки и видов представления получаемых результатов.

Проблем обработки и дешифрирования материалов съемок, вообще говоря, огромное количество. Здесь рассматриваются основные понятия и даются пояснения к самым главным для решения задач диагностики трубопроводных ГТС.

4.1. Основные положения методики обработки материалов АКС

4.1.1. Задачами стадии обработки материалов аэрокосмических съемок являются:

преобразование первичной информации (фотографическое, оптическое, оптико-электронное, цифровое), первоначально - в пределах эталонных и потенциально опасных участков;

дешифрирование вторичных изображений, сопоставление полученных результатов с априорными данными и материалами наземных работ, анализ приемлемости выбранного варианта обработки;

корректировка процессов обработки и преобразование первичных материалов в пределах всей исследуемой территории;

фотограмметрические измерения, трансформирование снимков, изготовление фотопланов и фотосхем;

тематическое дешифрирование материалов АКС;

подготовка информации для обработки на ЭВМ, наполнение банков данных, математическое моделирование взаимодействия трубопроводов и окружающей среды, анализ его результатов, оценка и прогноз состояния трубопроводов и окружающей среды;

составление сводных информационных и отчетных документов (тематических карт, цифровых моделей и т.д.), их редактирование.

4.1.2. Фотографическая, оптическая, оптико-электронная фильтрация (выделение исследуемых объектов на фоне зашумленного информационного изображения) и изготовление синтезированных, цветоделенных, цветокодированных материалов дистанционного зондирования имеют большое значение в общем комплексе аэрокосмических исследований состояния трубопроводных ГТС и окружающей среды. Эти преобразования первичной информации обеспечивают выявление принципиально новых сведений, содержащихся в первичных материалах, но не обнаруживаемых при их визуальном дешифрировании, что особенно важно для выявления объектов, имеющих слабые и недостаточно четкие контрасты на фоне зашумленного изображения других природных и антропогенных объектов.

Методы фотографической и оптической обработки позволяют изменить масштаб, тональность и распределение цветов в изображении, а оптико-электронной и цифровой обработки - улучшить контрастность и фактическую разрешающую способность фотоснимков. На получаемых в результате обработки вторичных изображениях в той или иной мере удается снять несущественные для тематического дешифрирования характеристики яркости исследуемых объектов и выделить интересующие в удобном для дешифрирования виде.

4.1.3. В процессе подготовки материалов дистанционного зондирования существенное внимание должно уделяться оптимизации предварительной обработки полученных изображений (приведению к эталонным уровням величины дымки, средней яркости снимаемого участка, значению угла Солнца и т.д.).

4.1.4. Программы преобразования материалов АКС должны разрабатываться сначала в пределах эталонных и потенциально опасных участков. После проверки и выбора наиболее эффективных вариантов этих преобразований на эталонных участках приступают к обработке первичных материалов по единой программе на всю изучаемую территорию.

Основным правилом обработки является требование однозначности проводимых преобразований применительно к однородным (по степени генерализации, времени съемки, условиям фотолабораторной обработки и т.д.) информационным материалам в пределах всей изучаемой территории.

4.1.5. Привязка результатов обработки аэрокосмических изображений к характеристикам и объектам реальной трассы (местности) требует обязательно наличия определенного объема точной и достоверной информации на район исследования, в частности детальных материалов на эталонные и потенциально опасные участки по данным наземных работ, с которыми должен быть знаком интерпретатор.

4.1.6. Одним из главных направлений повышения производительности и совершенствования технологии обработки материалов АКС должна быть автоматизация процессов предварительной обработки и дешифрирования объектов геотехнических систем и окружающей среды. Это - весьма сложная проблема. Трудности автоматизации связаны: с большим числом факторов, влияющих на получение изображения; его информационной структурой; недостаточной изученностью корреляционных связей между элементами геотехнических систем, окружающей среды, формализацией объектов дешифрирования, их фотоизображений и последующей алгоритмизацией.

4.1.7. На начальных этапах аэрокосмических исследований, когда перечень формализованных задач обработки получаемых материалов является весьма ограниченным, особенно важно участие специалиста-интерпретатора при выборе вариантов обработки, оценки их результатов, внесении необходимых коррективов. По мере получения оценок и формализации определенных процессов последние приобретают рутинный характер и решение формализованных задач целесообразно перенести на технические средства.

4.2. Методы фотографической фильтрации

Методы фотографической фильтрации наиболее просты в исполнении, отличаются несложной техникой и позволяют исполнителю непосредственно участвовать в процессе фильтрации и получения необходимых результатов. К ним относятся: регулирование режима фотохимической обработки пленки и позитивных материалов; использование фильтров с избирательным пропусканием и избирательным рассеиванием светового потока, различные приемы маскирования и др.

Так, при обработке материалов аэросъемок для оценки состояния трасс трубопроводов необходимо проводить проявление пленок до максимального контраста. При печати на бумагу необходимо горячим проявителем "вытягивать" трассу, не обращая внимания на почернение остальных частей снимка. В этом случае на аэроснимках хорошо видно состояние трассы, возможно выделение участков с разным уровнем динамики инженерно-геологических процессов, в том числе обводнения-заболачивания, хорошо просматривается трубопровод и дешифрируются его обнаженные и деформированные участки, перевернутые пригрузы, разрушение обвалования и т.д.

4.3. Оптические методы обработки материалов АКС

4.3.1. Под оптическими методами понимается достаточно большой набор преобразований изображений с использованием методов: оптической пространственной фильтрации, голографической фильтрации, корреляционных способов распознавания, синтеза изображений.

Сущность оптической пространственной фильтрации при анализе оптических изображений заключается в распространении принципа электронного фильтра, преобразующего информацию одного временного измерения, на пространственный фильтр, преобразующий информацию двух пространственных измерений. Пространственную фильтрацию в ряде случаев определяют как процесс использования световой диафрагмы или оптической системы, в простейшем случае оптической линзы, с ее аберрационными характеристиками для пропускания световых потоков от объектов съемки, имеющих определенные размеры. Использование различных диафрагм, решеток, экранов различной формы и структуры позволяет выделять необходимые объекты по их пространственно-частотному спектру.

С открытием в когерентной оптике явления голографии появилась возможность получения голографических фильтров и использования принципов голографии для распознавания образов.

Поскольку процесс фильтрации здесь может осуществляться в когерентном свете, то фильтр должен быть амплитудно-фазовым, т.е. комплексным, и процесс фильтрации будет сводиться к операции корреляции между неизвестным и заранее известным объектами. При их соответствии на выходной плоскости появится всплеск яркости.

На этом эффекте основан корреляционный метод распознавания, в котором, чем выше корреляция между распознаваемым объектом и изображением фильтра, тем точнее распознавание.

К оптическим методам обработки относится и синтез изображений.

4.3.2. Для обработки материалов многозональных аэрокосмических съемок должны применяться методы оптического синтеза.

Оптический синтез позволяет совмещать информацию, получаемую в различных спектральных диапазонах, выделяя главную. Это облегчает распознавание не только спектральных различий на многозональных изображениях, сделанных в одно время, но также позволяет проследить динамические различия в оптимальном для решаемой задачи диапазоне с течением времени.

Синтез цветного изображения исключает методические и технические погрешности, свойственные цветофотографическим материалам, и обеспечивает возможность решения сопутствующих задач, связанных с компенсацией вредного влияния ряда цветоискажающих факторов при съемке.

4.3.3. Совмещение изображений является универсальным способом преобразования материалов АКС, используемым не только при оптической, но и оптико-электронной и цифровой обработке. Процесс совмещения заключается в том, что накладываются два разных изображения одного и того же участка поверхности таким образом, чтобы произошло совпадение всех элементов наложенных изображений.

4.3.4. Для совмещения зональных черно-белых изображений, полученных многозональной фотокамерой, применяют специальные проекторы, которые позволяют оптическим путем совмещать проекции трех-четырех изображений, пропущенных через цветные фильтры. В результате на экране получается совмещенное изображение, окрашенное в натуральные или условные цвета; это изображение может быть использовано для визуального дешифрирования, зарегистрировано фотокамерой на фотопленку или записано на магнитный носитель с помощью сканера. Могут быть рекомендованы синтезаторы типа МСП-4 (Германия), ПС-4 (Россия), 6040РТ (Франция).

4.3.5. Многозональный проектор МСП-4 (Германия) предназначен для синтеза и регистрации цветных (в условных цветах) позитивных и негативных изображений из нескольких черно-белых спектроделенных негативов, получаемых с помощью многозональной фотоаппаратуры типа МКФ-6 или отпечатанных с них контактных позитивов на прозрачной основе.

При синтезе цветных фотоизображений можно одновременно использовать 2-4 полученные в разных спектральных диапазонах фотографии, каждая из которых проектируется в отдельном оптическом канале на общий для всех каналов экран при увеличении линейных размеров изображения в 5 раз. Разные цветовые сочетания обеспечиваются с помощью специальных светофильтров (синего, зеленого, красного и др.), имеющихся в каждом оптическом канале. Выбор необходимых соотношений яркостей при синтезе цветных изображений обеспечивается индивидуальной регулировкой силы света канальных проекционных ламп и введением нейтральных светофильтров в любой из каналов.

Синтезированные изображения, полученные на экране МСП-4, регистрируются фотографической камерой типа "ПЕНТАКОН" на цветную негативную или обратимую пленку, либо контактным путем с помощью специальной кассеты на позитивную цветную пленку или цветную фотобумагу.

4.3.6. Для каждой решаемой задачи дешифрирования должен быть подобран оптимальный вариант синтеза зональных снимков. Различные сочетания негатив-позитив-светофильтр позволяют дешифровщику получить изображение в любой необходимой цветовой раскраске. Эффективность выбора варианта синтеза в значительной степени определяется профессионализмом специалиста-интерпретатора, экспертным методом оценивающего тематическую информативность варианта. Применение синтеза наиболее целесообразно при незначительных различиях плотностей зональных черно-белых изображений.

4.3.7. Количественные цветовые характеристики синтезированного изображения, являясь функцией плотностей изображения в спектральных каналах и спектральных характеристик фильтров, требуют тщательного согласования технических параметров съемочной системы и синтезатора. Максимальные цветовые контрасты на синтезированном изображении определяются двумя основными факторами:

подбор проекционных светофильтров оптико-механического синтезатора должен обеспечивать диапазон длин волн, соответствующий доминирующей длине волны объекта при получении фотографического изображения;

проекционные каналы за соответствующими светофильтрами должны давать такую насыщенность цвета, чтобы в сумме получался белый цвет.

4.3.8. Другим подходом к использованию материалов многозональной съемки (помимо синтеза) является раздельное дешифрирование зональных снимков. Для этого предварительно должна быть проведена сравнительная оценка серии зональных изображений с целью выбора наиболее удовлетворяющего задачам дешифрирования.

4.4. Оптико-электронные методы обработки материалов АКС

4.4.1. Оптико-электронные (ОЭ) методы могут применяться для автоматизированной обработки материалов АК-съемок значительных по протяженности территорий прокладки трасс магистральных трубопроводов с целью быстрого получения качественной и достоверной информации о состоянии трубопроводных ГТС и окружающей среды.

4.4.2. Отличительной особенностью ОЭ-технологии является представление входных данных и результатов их обработки на наглядном оптическом уровне, в то время как основные процедуры обработки реализуются на уровне электронного представления, обеспечивающего оперативность и гибкость.

4.4.3. ОЭ-методы целесообразно применять при картографической обработке материалов АКС.

4.4.4. Достоинствами ОЭ-технологии являются:

возможность преобразования разнородных материалов (изображений, карт, опорных сведений и т.д.) к сопоставимому виду, что весьма важно при определении системы дешифровочных признаков и при оценке достоверности ОЭ-картографирования;

возможность организации обработки по замкнутым технологическим циклам с минимизацией затрат времени и средств на документирование промежуточных результатов;

наглядность и оперативность процесса обработки, что обеспечивает активное участие человека в дешифрировании изображений и составлении карт.

4.4.5. Системы ОЭ-обработки изображений реализуют следующую обобщенную технологическую последовательность процедур:

преобразование оптического изображения в электронный сигнал, т.е. преобразование двумерного пространственного распределения оптической плотности в одномерное пространство значений электронного сигнала на шкале времени;

электронная обработка сигнала по направлениям, определенным функциональными возможностями электронных устройств;

преобразование одномерного пространства обработанных значений сигнала в оптическое изображение для предъявления интерпретатору, принятия решений, документирования и т.д.

4.4.6. Начальным этапом обработки является предварительная оценка характеристик собственно изображений как информационных носителей. Такие оценки должны проводиться с обязательным учетом условий получения изображений, целей и задач обработки, функциональных и технических характеристик используемых аппаратных средств.

4.4.7. Преобразование оптического изображения в электронный сигнал осуществляется сканированием пространства изображения конечной апертурой с усреднением значений оптической плотности в пределах апертуры и представлением средних значений на электронном уровне. Закон сканирования ставит в соответствие координаты двумерного пространства исходного изображения и временное положение значений электронного сигнала.

4.4.8. Электронная обработка позволяет выполнять большое количество функциональных преобразований.

Выделяют следующие направления электронной обработки оптической плотности, имеющие аналоги на химико-фотографическом уровне преобразования:

инвертирование (оптический аналог негативного процесса);

усиление (оптический аналог контрастирования всего диапазона оптических плотностей);

логарифмирование (оптический аналог нелинейного контрастирования шкалы значений оптических плотностей с преимущественным усилением контраста слабых полутонов).

4.4.9. При автоматизированной обработке (оптико-электронной, цифровой) фотоинформации должны применяться методы повышения качества изображения, заключающиеся в предоставлении интерпретатору или обрабатывающему устройству дополнительной информации.

Можно использовать следующие группы методов: преобразования яркости, моделирования свойств глаза, подчеркивания краев изображения и псевдоцветовые методы (дискретное цветовое кодирование), устранения общего фона и повышения контраста.

4.4.10. Значительное расширение функциональных возможностей ОЭ-технологии может быть достигнуто при использовании в системах специальных запоминающих устройств, устройств одновременной обработки нескольких сигналов (изображений) и цифровых измерителей основных параметров электронной обработки (измерение координат объектов в системе координат растра; измерение значений оптической плотности выбранного элемента изображения; измерение относительного значения площади, занимаемой на изображении областями с идентичными интервалами оптических плотностей; измерение уровней дискретизации исходной шкалы оптических плотностей).

4.4.11. Использование многоканальной обработки и цифровых измерений параметров обеспечивает переход к дешифрированию изображений по системам дешифровочных признаков, например спектральным характеристикам отражения, повышает достоверность картографической обработки и позволяет проводить более детальную классификацию объектов исследований на изображении. Одновременно реализуются возможности построения сложных технологических схем преобразования изображений без дополнительных затрат на оптическое документирование промежуточных результатов. В ряде случаев цифровые измерители позволяют проводить нормализацию серии изображений по значениям оптических плотностей объектов, представленных на перекрывающихся изображениях. Кроме того, наличие цифровых измерителей существенно упрощает планирование и проведение работ по индивидуальной и массовой обработке снимков за счет предварительной регистрации режимов на цифровом уровне при выборе направлений и параметров обработки. Применение многоканальных ОЭ-приборов с запоминающими устройствами позволяет непосредственно перейти к построению кодированных цветом тематических карт по системам спектральных дешифровочных признаков.

4.4.12. Результаты электронной обработки анализируемого изображения кодируются различными способами и подвергаются обратному преобразованию на оптическом уровне представления.

Обратное преобразование обеспечивает контроль со стороны интерпретатора работы системы в целом, а также наглядное представление результатов преобразования, выполненных на электронном уровне. Собственно тематическая обработка изображений, не говоря уже об интерпретации (смысловой оценке) промежуточных и конечных результатов, осуществляется при обязательном участии человека.

4.4.13. Оптико-электронный метод реализуется в специализированных системах, в основе которых лежит использование оптико-электронных считывающих устройств, сопряженных с блоками выделения пространственно-частотных признаков и цветными мониторами для вывода информации. Фактически оптико-электронная система может использоваться интерпретатором как мощное техническое средство обработки видеоинформации с мгновенным отображением обработанного изображения на экране.

Для применения можно рекомендовать многоканальные ОЭ-системы обработки изображений с запоминающими устройствами и высоким быстродействием (например, типа ИСИ-150). Такие системы обеспечивают организацию сложных последовательно-параллельных технологических процессов обработки и реализуют достаточно широкий перечень процедур преобразования данных (инвертирование изображений, логарифмирование шкалы значений, дискретизация шкалы значений с последующим цветовым кодированием, алгебраические операции над несколькими изображениями и т.д.).

4.5. Цифровые методы обработки материалов АКС

Переход к цифровым методам получения, обработки, отображения и хранения данных о местности - это в настоящее время основное направление технического прогресса в области аэрокосмических исследований трубопроводных ГТС.

4.5.1. Способы получения информации о местности в цифровой форме зависят от используемых методов и технологий аэрокосмического зондирования. В диагностике трубопроводных ГТС применяют два способа.

Первый заключается в фиксировании результатов на фотопленку, изготовление фотоматериалов и их преобразование в аналоговую или сразу в цифровую форму.

Во втором запись осуществляется на магнитный носитель в аналоговом или сразу цифровом виде. Возможна передача информации по радиоканалам на землю. При необходимости видеоинформация может быть воспроизведена на экране дисплея или получена в виде твердых копий (фотобумаги, фотопленки и т.д.).

4.5.2. Принципиально методы цифровой обработки осуществляют те же преобразования исходного изображения, что и фотографическая фильтрация, оптические и оптико-электронные методы (п.п. 4.2, 4.3, 4.4), обеспечивая в общем случае решение большего перечня задач. В основном они реализуют различные процедуры совмещения и улучшения качества изображения.

4.5.3. Цифровые методы целесообразно применять в случае обработки значительных объемов информации (отраслевой, региональный уровень). В каждом конкретном случае выбор этого направления обработки должен быть обоснован технико-экономическими соображениями.

4.5.4. Базовый вариант технических средств автоматизированной системы обработки изображений должен состоять из устройств ввода изображений (накопитель на магнитной ленте или диске; сканирующее устройство; оптико-телевизионных систем ввода изображений с ТВ-камеры); устройств преобразования информации в стандарт персональной ЭВМ (например, типа системы IBAS-2000, системы PIXEL); персональной ЭВМ; периферийного оборудования (устройство вывода).

В зависимости от проблемной ориентации, конкретных задач, требований по уровню точности и глубине анализа изображений состав и характеристики систем могут изменяться.

4.5.5. Функционально автоматизированная система обработки изображений позволяет выполнять анализ и синтез сцен, содержащих объект исследований, использовать различные алгоритмы обработки информации, представленной в цифровом виде, выполнять оценки статистических характеристик полей изображений, помогать принимать управленческие решения на основе результатов обработки. Работа проводится как в интерактивном режиме диалога исследователя с ПЭВМ, так и в автоматическом режиме с помощью специальных управляющих программ ПО-анализ и ПО-синтез.

4.5.6. Устройство преобразования информации является ядром системы и вместе с программным обеспечением выполняет следующие функции:

преобразование изображений в реальном времени: задание режима сквозного канала, захват кадра в видеопамять видеоблока, отображение содержимого видеопамяти на ТВ-мониторе, выбор таблиц псевдоцвета, преобразование значений яркостей, выбор математических операций;

ввод-вывод изображения (стандартные запоминающие устройства, видеопамять, вывод на печать);

обработку изображения.

Функция обработки изображения позволяет выполнять:

яркостную коррекцию: разбиение шкалы на полосы, улучшение контраста путем выравнивания гистограммы, обработка шкалы, получение негатива изображения;

фильтрацию изображения: сглаживание изображения, медианная фильтрация, пороговая фильтрация шумов, пороговое усиление разности;

геометрические преобразования изображения: поворот, отображение, масштабирование;

анализ изображения: получение различных гистограмм, получение яркостного среза.

4.5.7. Современные ЭВМ не накладывают принципиальных ограничений на содержание и сложность преобразований, осуществляемых с изображением. Любая задача тематической обработки может быть сведена к последовательности преобразований, приводящих изображение к виду, удобному для визуального или автоматического дешифрирования, на котором интересующие объекты исследования характеризуются хорошо различимыми признаками.

Перспективным является применение многофункциональных малогабаритных систем обработки аэрокосмической информации (например, типа ERDAS Imagine), использующих современные персональные ЭВМ.

4.6. Применение фотограмметрических методов

В многообразии методов наблюдения за состоянием трубопроводных ГТС и окружающей среды особое место занимает фотограмметрический метод.

4.6.1. Фотограмметрия - дисциплина, изучающая формы, размеры и положение объектов по их фотографическим изображениям. Широкому применению фотограмметрии в диагностике МГ способствуют следующие ее достоинства: высокая точность измерений (не уступающая наземным геодезическим работам); большая производительность труда, благодаря тому, что измеряются не сами объекты, а их изображения; полная объективность и достоверность результатов измерений; большая информативность получаемых материалов; возможность получения в короткий срок информации о состоянии всей трассы или отдельных ее частей; возможность изучения медленно протекающих процессов, например деформации трубопровода, обводнения территории трассы, эрозии грунта и т.д.; объекты изучаются бесконтактным (дистанционным) методом, что имеет особое значение в сложных физико-географических условиях.

4.6.2. Применительно к диагностике трубопроводных систем фотограмметрический метод позволяет решать следующие задачи: определять пространственное положение объектов трубопровода и его изменение; определять количество и измерять протяженность оголенных участков и участков с нарушением обвалования; следить за развитием геодинамических процессов на трассе, например за изменением площадей (границ) болот и обводненных участков; контролировать выполнение ремонтных работ на трассе трубопроводов (оценка объема отсыпанного или намытого грунта и т.д.).

4.6.3. Для определения формы, размеров и положения объекта в общем случае его необходимо сфотографировать с двух или нескольких точек.

Метод измерения объектов, основанный на использовании свойств пары снимков, называется стереофотограмметрическим. Его результатом являются координаты в плане и по высоте пространственного положения объекта.

Метод измерения объектов, основанный на свойствах одиночного снимка, называется фотограмметрическим. Его результатом являются координаты в плане, по которым вычисляются, например, длины и площади участков, радиусы изгиба трубопровода и т.д.

4.6.4. Для стереоскопических измерений аэрофотоснимков используют неавтоматизированные типа Steko 1818 (Германия) и высокоточные автоматизированные стереокомпараторы, например СКА-18, СКА-30 (Россия) и Stecometer (Германия).

Для монокулярных измерений аэрофотоснимков используют монокомпараторы, например "Аскорекорд" (Германия) или МК-1 (Швейцария). На них измеряются одиночные аэронегативы форматом до 30×30 см.

4.6.5. Для полевой привязки опознаков на снимках должно создаваться планово-высотное геодезическое обоснование в виде полигонов теодолитных ходов или полигонометрии, опирающихся на пункты государственной геодезической сети. Возможно применение метода изолированных базисов с измерением длины базиса, превышения между его конечными точками и истинного азимута.

Для камеральной привязки опознаков возможно использование топографических карт. Масштабы применяемых карт должны быть крупнее, чем масштаб АФС. В некоторых случаях допускается использование карт с масштабом, равным масштабу АФС.

4.6.6. На маршрут АФС из восьми стереопар необходимо иметь не менее четырех плановых и не менее пяти высотных опознаков. В качестве плановых и высотных опознаков могут использоваться контурные точки.

4.6.7. Для выполнения измерений маршрута АФС на каждой стереопаре для связи с предыдущей и последующей должно быть не менее шести связующих точек. Целесообразно выбирать избыточное количество точек, чтобы обеспечить возможность отбраковки не удовлетворяющих по точности.

4.6.8. Стереофотограмметрические измерения опознаков и переходных точек должны производиться с точностью, удовлетворяющей требованиям точности получения координат и высот исследуемых участков трубопроводов. Обработка результатов измерений должна производиться с использованием программ аналитической фототриангуляции.

4.6.9. На исследуемых участках должны измеряться: плановысотное положение открытых участков трубопровода, положение пригрузов и останцов обвалования (начало-конец, высота), координаты точек выхода-входа трубопровода из грунта, положение опор, координаты контуров природной обстановки и т.д. Также должны быть измерены отметки основных перегибов рельефа и не менее чем в двух поперечниках отметка уровня открытой воды.

Измерительная марка должна наводиться на верхнюю образующую трубы.

4.6.10. На оголенных участках трубопровода шаг измерений должен быть равен ≈ 20 м. Точность определения планово-высотного положения должна соответствовать требованиям выполнения топографической съемки в масштабе 1:1000.

На деформированных оголенных участках шаг измерений должен составлять «6м. Точность определения планово-высотного положения должна соответствовать требованиям выполнения топографической съемки в масштабе 1:500.

4.6.11. В результате выполнения стереофотограмметрических работ должны быть получены следующие материалы:

каталог координат и высот измеренных точек в выбранной системе координат;

профиль трубопровода в масштабе: 1:2000 - горизонтальный и 1:50 - вертикальный;

фотоплан исследуемого участка трубопровода в масштабе 1:2000 с нанесенными номерами поперечников и точек измерений;

технический отчет.

4.6.12. Возможно проводить измерительное дешифрирование с применением набора луп типа НДЛ-2. В этом случае масштаб фотоосновы должен составлять от 1:7000 до 1:12000.

4.6.13. На используемой фотооснове (аэроснимках, фотосхемах, фотопланах) разбиваются километраж и пикетаж. Для этого привлекается имеющаяся техническая документация. Километраж разбивается между точками трассы, координаты которых известны (реперные точки).

4.6.14. Необходимо избегать накопления значительной погрешности привязки нарушений на трассе трубопровода. По условиям съемки масштаб фотоосновы может изменяться. Поэтому для каждого участка между реперными точками должен подбираться свой масштаб. Невязку необходимо уравнивать.

4.6.15. Точность привязки нарушения зависит от точности расположения объекта на трассе (соответствия его местоположения технической документации), точности разбивки километража и точности съема информации и составляет 5-10 м (при масштабе фотоосновы 1:10000). Точность определения размеров нарушения (дефекта) зависит от разрешающей способности аэрофотоснимков и точности измерения и составляет в этом случае при визуальном дешифрировании с использованием набора луп НДЛ-2 1-2 м.

4.6.16. Для получения сопоставимых результатов при обработке материалов аэросъемок разных лет необходимо придерживаться первоначально восстановленного на фотооснове километража. Для переноса километровых и пикетажных отметок используются характерные твердые контуры.

4.7. Дешифрирование материалов аэрокосмических съемок

4.7.1. Дешифрирование материалов АКС - процесс выявления, распознавания и определения характеристик объектов, изображенных на снимке местности. Отдешифрировать - это значит раскрыть многообразное содержание материалов АКС, в первую очередь соотношения, существующие между свойствами внешних элементов отснятых объектов местности и характером их изображений, с одной стороны, и выяснить взаимосвязи между внешним и внутренним строением этой же местности - с другой.

4.7.2. Тематическое (инженерно-геологическое, геоморфологическое, геокриологическое, техническое и т.д.) дешифрирование является одним из основных направлений использования материалов АКС в интересах диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды.

4.7.3. Методы дешифрирования.

Дешифрирование материалов АКС может выполняться полевым, камеральным, аэровизуальным или комбинированным методами.

При полевом методе все работы по дешифрированию выполняются непосредственно на местности. Достоинством метода является высокая достоверность дешифрирования, недостатками - большая трудоемкость и значительные материальные затраты.

Камеральный метод дешифрирования материалов АКС заключается в распознавании объектов и их характеристик по снимкам без выхода в поле путем изучения свойств изображений.

Аэровизуальный метод дешифрирования заключается в распознавании изображений объектов с самолета или вертолета. Метод обеспечивает высокую производительность труда, высокую достоверность, но требует специальной подготовки операторов по быстрому ориентированию и распознаванию объектов за сравнительно короткий срок.

Комбинированный метод заключается в совместном проведении камеральных и полевых работ. Первоначально выполняется камеральное дешифрирование. Затем, в полевых условиях, проверяется точность и надежность полученной информации, выполняется ее корректировка, распознаются те объекты или их характеристики, которые невозможно опознать камерально. Данный метод наиболее прогрессивен в организационно-техническом и экономическом отношении.

4.7.4. Способы дешифрирования.

При обработке материалов АКС могут применяться следующие способы дешифрирования;

визуальный - это непосредственное или с использованием технических средств, расширяющих возможности глаза, дешифрирование. В настоящее время основной объем работ по дешифрированию выполняется этим традиционным способом;

автоматизированный - предусматривает выполнение одной из операций (выявление, распознавание или классификацию объектов) автоматически, т.е. без участия человека;

машинно-визуальный - предусматривает совместное дешифрирование в диалоговом режиме "человек-машина" (интерактивный способ).

Принципиально возможен способ автоматического дешифрирования, предусматривающий выполнение всех этапов работ с помощью специальных устройств, однако пока он не вышел за рамки экспериментальных исследований.

4.7.5. При визуальном способе дешифрирования можно применять различные типы приборов, которые условно делят на:

увеличительные - наборы дешифровочных луп НДЛ-2 и НДЛ-3;

измерительные - синусные линейки, параллактические пластины, параллаксометры, измерительные стереоскопы, стереоскоп-пантограф;

стереоскопические - стереоскопы, стереометры, стереокомпараторы, стереопроекторы, стереографы, универсальные стереофотограмметрические приборы ("Топокарт", "Стекометр");

оптико-механические - фототрансформаторы, оптический проектор, универсальный топографический проектор (УТП-2), многоканальный синтезирующий проектор (МСП-4);

комбинированные - интерпретоскоп, прибор дешифрирования негативов (ПДН-4);

телевизионно-оптические - телевизионно-оптический прибор дешифровщика, прибор совещательного дешифрирования.

4.7.6. Дешифрирование должно опираться на диагностический аппарат, который включает в себя прямые и косвенные дешифровочные признаки, индикаторы и дешифровочные факторы.

Прямые дешифровочные признаки - это свойства объектов, которые непосредственно отображаются на материалах АКС и воспринимаются дешифровщиком. К ним относятся: форма, размер, тон (цвет на спектрозональных и цветных снимках), структура (рисунок), текстура и тень изображения объектов.

Косвенные дешифровочные признаки позволяют выявить наличие или характеристику объекта, не изобразившегося на снимке или не определяемого по прямым признакам. С их помощью можно устранить многозначность или неопределенность прямых признаков. К косвенным признакам относятся: приуроченность, следы деятельности или функционирования, взаимосвязь и взаимообусловленность.

Под индикаторами понимаются реально существующие природные и антропогенные образования, обнаруживающие связь между физиономическими и трудно наблюдаемыми компонентами ландшафта.

Под дешифровочными факторами понимаются условия, которые не получают отображения на аэрокосмических снимках, но определяют особенности изображения и характер внутриландшафтных связей. Эти факторы подразделяются на природные, атмосферно-оптические, технические и психофизиологические.

Индикатами, или объектами индикации, называют те особенности геотехнических систем и протекающие в них процессы, которые определяются с помощью индикаторов. Индикаты разнообразны. В отношении геодинамических процессов индикатами могут являться как общее размещение площадей, так и степень пораженности территории тем или другим процессом, расположение очагов процессов, стадии процессов и их смена в пространстве, а при использовании материалов повторных АКС - и во времени. В то же время к числу индикатов могут относиться и природные условия, в которых протекает процесс: господство тех или иных горных пород, наличие тектонических нарушений, проявление неглубокого залегания подземных вод и ряд других природных характеристик, получающих непосредственное изображение на материалах АКС или воспринимаемых лишь с помощью определенных индикаторов.

4.7.7. Дешифрирование геологической среды и геодинамических процессов проводится в основном косвенным путем по схеме: дешифровочные признаки - индикатору - геодинамические процессы.

4.7.8. Для выявления природных условий территорий прохождения трасс МТ по материалам АКС должен применяться ландшафтно-индикационный анализ.

Ландшафтная индикация образует одну из основ применения АКМ при изучении геологической среды и протекающих в ней геодинамических процессов. Ее сущность заключается в использовании внешнего облика природно-территориальных комплексов (ПТК) в качестве индикатора (показателя) тех компонентов, которые важны для изучения территории, но не получают непосредственного выражения на местности, а также на материалах АКС. Внешний вид территории приобретает, таким образом, характер той исходной информации, на которой базируется индикация.

4.7.9. Применение ландшафтно-индикационного анализа в тематическом дешифрировании требует изучения прямых и обратных связей характеристик инженерно-геологических, геокриологических, гидрогеологических и других условий с внешними элементами ландшафта и их совокупностями, которые непосредственно отражаются на снимках. В процессе этого изучения должны устанавливаться:

закономерности формирования и территориальной изменчивости инженерно-геологических, геокриологических, гидрогеологических и других условий в зависимости от зональных региональных условий и внешних элементов ландшафта и их совокупностей;

закономерные зависимости (в данной ландшафтно-климатической обстановке) внешних компонентов и их совокупностей от этих условий.

4.7.10. В индикационном ландшафтоведении компоненты ландшафта делятся на физиономические (легко наблюдаемые) и деципиентные (трудно наблюдаемые) для визуального наблюдения и получения информации о них по материалам АКС. Главнейшими физиономическими компонентами являются рельеф и растительность. Часто физиономическими компонентами оказываются реки, ручьи, озера, участки почвы, лишенные растительности.

Геологическое строение территории, ее гидрогеологические особенности, геокриологические условия и геодинамические процессы, как правило, - деципиенты. Тесная взаимосвязь компонентов в ПТК позволяет осуществлять индикацию (определение) деципиентных компонентов по физиономическим.

4.7.11. Индикаторы подразделяются на частные и комплексные. Частные индикаторы представляют собой отдельные природные физиономические компоненты. Если это - рельеф, то индикатор называют геоморфологическим, если используются элементы гидросети - гидрографическим и т.д.

4.7.12. Наибольшее значение при изучении геодинамических процессов имеют геоморфологические индикаторы, к которым относятся: типы, формы и элементы форм рельефа, их морфологические, морфометрические характеристики, являющиеся следствием сложных процессов. Анализируя эти характеристики по материалам АКС, косвенно судят о генетических типах процессов, их направленности и прогнозируют возможную эволюцию их дальнейшего развития. По числу и размерам форм оценивают пораженность территории этими процессами.

4.7.13. Геологические индикаторы имеют существенное, а иногда и определяющее значение при дешифрировании геодинамических процессов. К ним относятся: состав отложений, условия залегания, трещиноватость горных пород, наличие разрывных нарушений и другие, определяющие характер и типы геодинамических процессов.

4.7.14. Геоботанические индикаторы наряду с геоморфологическими и геологическими имеют немаловажное значение. Использование частных геоботанических индикаторов основано на изучении приуроченности к определенным условиям местообитания отдельных форм растений и растительных сообществ, различных по составу и структуре.

Растительный покров может служить показателем возраста, стадий развития и степени активности геодинамических процессов, локализации избыточно увлажняемых участков и т.д.

Важное индикационное значение в условиях севера Западной Сибири имеют не виды или формы растений, а сообщества (фитоценозы) в целом, с учетом их морфологии, которая является достаточно чутким индикатором среды. Каждый ярус растительности имеет определенное индикационное значение. При многоярусном растительном покрове последний рассматривается как единое целое.

На территории северной тайги наблюдается наиболее тесная взаимосвязь динамики растительного покрова и вечной мерзлоты. Здесь масса, сомкнутость, высота растительности, интенсивность накопления органических веществ в почве и на почве достигает максимума, в силу этого и влияние растительности на многолетнемерзлые породы максимально. Динамика растительности является ведущим фактором, определяющим изменения промерзания и протаивания вечной мерзлоты.

Эта роль растительного покрова обусловлена, главным образом, развитием деревьев, кустарников, мхов. Древесная и кустарниковая растительность способствует равномерному отложению рыхлого снега, следовательно, уменьшению оттока тепла из грунта в атмосферу. Развитие же мхов и образование торфяного горизонта приводит к уменьшению притока тепла в почву. В результате изменения растительности сопровождаются глубокими изменениями вечной мерзлоты. При этом растительные сообщества могут служить индикаторами состава и свойств грунтов.

4.7.15. К антропогенным индикаторам относятся следы различных форм деятельности человека, влияющие на развитие как природных, так и антропогенных процессов.

4.7.16. К комплексным индикаторам относят сочетания физиономических компонентов ландшафта, которые отвечают внешнему облику ландшафтных территориальных единиц разного ранга: фации, урочища, ландшафты, группы ландшафтов и т.д.

4.7.17. По характеру связи с индикатом индикаторы подразделяются на прямые и косвенные. Прямые индикаторы имеют непосредственную функциональную связь с индикатом и полностью зависят от его присутствия. Например, прямым индикатором активного протекания эрозионных процессов могут служить линейные формы эрозии; размыва обвалования трубопровода поверхностным стоком воды - конуса выноса материала насыпи; изменения пространственного положения трубопровода - оголенные участки и т.д.

Косвенные индикаторы характеризуются более сложной связью с индикатом, осуществляемой посредством промежуточного звена - цепочек связей.

Как правило, непосредственная прямая индикация более надежна, но имеет небольшую глубину. Косвенная, опосредованная индикация менее надежна, но весьма значительна по глубине.

По устойчивости своего значения индикаторы подразделяются на панареальные, региональные и локальные.

4.7.18. Для количественной оценки состояния трубопроводов по материалам АКС должно проводиться техническое дешифрирование с использованием показателей состояния.

4.7.19. Возможность дешифрирования, его полнота и качество зависят от качества изображения объектов местности на материалах АКС, которое, в свою очередь, зависит от технических средств, условий съемки, оптических свойств ландшафта.

4.7.20. При проведении дешифрирования материалов АКС необходимо привлекать дополнительные сведения: карты, отражающие физиономические особенности ландшафта (топографические, геоморфологические, ботанические, геокриологические и др.); фотопланы; фотосхемы; отдельные аэроснимки; предварительно отдешифрированные эталонные аэроснимки, на которых изображены аналогичные объекты; результаты натурных исследований на изучаемых трассах трубопроводов, территориях и т.д.

4.7.21. При выполнении аэрокосмических исследований должны проводиться контроль и обоснование результатов дешифрирования дистанционных съемок, поскольку получаемая информация часто носит субъективный характер и в значительной степени зависит от навыка и опыта дешифровщика. Контроль и обоснование информации могут осуществляться как камеральным способом с помощью банка априорных данных, так и путем проведения специальных наземных исследований. Следует иметь в виду, что камеральная проверка не исключает полевой, так как не может заменить ее в полной мере.

4.8. Районирование и картирование территорий прохождения трасс трубопроводов

4.8.1. На основе результатов дешифрирования и фотограмметрических измерений материалов АКС, наземных работ, математического моделирования взаимодействия трубопроводов с окружающей средой должны проводиться типизация и районирование территорий прохождения трасс по природно-техническим условиям эксплуатации трубопроводов.

4.8.2. Одной из форм конечной продукции исследований состояния трубопроводных ГТС являются тематические карты, которые должны рассматриваться как один из элементов информационного обеспечения принятия управленческих решений.

Использование современных методов аэрокосмического зондирования открыло новые возможности применения картографирования в системе диагностики трубопроводных ГТС. Это прежде всего связано с рассмотрением карт как особого типа моделей действительности, а картографирования как вида моделирования.

В геотехнических исследованиях карты можно использовать в качестве моделей как констатации, так и прогнозирования состояний трубопроводных ГТС, которые возникают и эволюционируют в процессе их функционирования под действием разнообразных факторов природно-технического происхождения.

4.8.3. Применительно к решению задач диагностики трубопроводных ГТС целесообразно использовать три типа оценочных картстатические (кадастровые), динамические и прогнозные, каждый из которых может, в свою очередь, подразделяться на аналитические и синтетические.

4.9. Географические информационные системы

Возрастающие требования к эффективности, надежности и экологической безопасности трубопроводных ГТС вынуждают обращаться к новым компьютерным технологиям, позволяющим улучшить качество обработки и анализа информации, в том числе и аэрокосмической, и возможности принятия на этой основе более обоснованных решений.

4.9.1. Трубопроводы (магистральные, промысловые) представляют собой пространственно-распределенные системы с географической привязкой. Для решения задач оперативного пространственно-временного анализа их состояния и обоснования управленческих решений перспективно применение геоинформационных технологий и создание географических информационных систем (ГИС).

4.9.2. Под ГИС понимают автоматизированные системы, обеспечивающие ввод, хранение, доступ, обработку, анализ и вывод пространственно-локализованной информации для проблемно-ориентированного синтеза.

4.9.3. Спектр объектов приложения геоинформационных технологий чрезвычайно широк. Они успешно применяются в сфере инвентаризации, анализа и управления естественными ресурсами и сложными техническими системами, оценки природных условий и их реакций на антропогенные воздействия, решения экологических задач. Значительная часть ГИС многокомпонентна по содержанию данных.

4.9.4. ГИС реализуют качественно новый уровень технологии анализа информации и обоснования принятия управленческих решений. Они позволяют одновременно отображать и проводить совместный анализ и различные преобразования такой информации, как космические снимки, аэроснимки, тематические слои растровой ГИС, векторные карты, текстовые аннотации, таблицы и элементы оформления.

Одно из главных преимуществ геоинформации - ее наглядность. ГИС позволяют пойти значительно дальше простого просмотра данных. Группируя и сравнивая информацию в удобной форме и последовательности, они визуализируют возможные сценарии развития событий в электронном виде, позволяют лучше понять ситуацию, определить скрытые ранее тенденции и особенности, выявить наиболее вероятные последствия принятых решений и действий. ГИС обеспечивают быстрый и простой доступ к имеющимся данным и их обновление. Итоговая информация может быть представлена средствами ГИС в электронной форме или в виде высококачественных твердых копий.

4.9.5. Геоинформационные системы в трубопроводном транспорте должны использоваться для сбора, интеграции, хранения, анализа и представления информации о трубопроводных системах и окружающей среде. Они будут полезны при решении задач, указанных в п.1.3. Их целесообразно использовать для проведения компьютерной паспортизации трубопроводных ГТС.

4.9.6. Создание и использование геоинформационных систем - достаточно сложная, наукоемкая и во многом организационная задача, а их эффективность определяется, прежде всего, многоаспектностью практического применения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков. - М.: Недра, 1990.

2. Аковецкий В.И. Экологический бум. Аэрокосмос и ноосфера. - М.: Недра, 1989, 96 с.

3. Александров В.В., Горский Н.Д. Алгоритмы и программы структурного метода обработки данных. - Л.: Наука, 1983.

4. Аналитическая пространственная фототриангуляция / А.Н. Лобанов, В.Б. Дубиновский, М.М. Машимов и др. - М.: Недра, 1990.

5. Антыпко А.И. Основы дистанционного теплового мониторинга геологической среды городских агломераций. - М.: Недра, 1992, 152 с.

6. Арефьева Е.М., Петелин Ю.Н., Хренов Н.Н. Об использовании аэрокосмических снимков для оценки состояния газопроводов // Геодезия и картография. - 1986, № 8, с.27-29.

7. Арефьева Е.М., Баглай Р.Д., Смирнов К.К., Хренов Н.Н. Выявление залесенных участков по космическим снимкам Севера Западной Сибири. - Новосибирск, ИАиЭ СО АН СССР. - Препринт № 232, 1984, 10 с.

8. Баглай Р.Д., Смирнов К.К., Хренов Н.Н. О методике обработки космических снимков региона Севера Западной Сибири. - Новосибирск: ИАиЭ СО АН СССР. - Препринт № 219, 1984, 12 с.

9. Берлянт A. M. Использование карт в науках о Земле. // Итоги науки и техники. Сер. Картография. - 1986, -т.12 - 175 с.

10. Бородавкин П.П., Хренов Н.Н., Егурцов С.А. Диагностика трубопроводных геотехнических систем в сложных физико-географических условиях. Обз. информ. Сер. Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ВНИИЭгазпрм, 1990, 124 с.

11. Будовский В.Б., Хренов Н.Н., Егурцов С.А. Прогнозирование изменения состояния газопровода / М.: Газовая промышленность, 1992, №7, с.16-18.

12. Визуальные методы дешифрирования / Т.В.Верещака, А.Т.Зверев, С.А.Сладкопевцев и др. - М.: Недра, 1990.

13. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. - М.: Наука, 1984. - 320 с.

14. Геоиндикационное моделирование (с использованием материалов аэро- и космических съемок). Под ред. Б.Н. Можаева и Н.Ф.Афанасьева. - Л.: Недра, 1984. - 248 с.

15. Гридин В.И. Основные положения организации и проведения системно-аэрокосмического изучения нефтегазоносных территорий. - М.: МИНХиГП, 1984. - 56 с.

16. Гридин В.И. Технология подготовки материалов дистанционного зондирования для проведения системно-аэрокосмических работ. - М.: МНИХиГП, 1985, - 62 с.

17. Гудилин И.С, Комаров И.С. Применение аэрометодов при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях. - М.: Недра, 1978. - 319 с.

18. Гусаков А.А., Ваганян Г.А., Андреев О.П., Хренов Н.Н. Аэрокосмическая информатика в крупномасштабном строительстве. - Ереван, Аястан, 1985. - 212 с.

19. Егурцов С.А. и др. Опыт диагностики линейной части магистральных газопроводов в сложных условиях для прогнозирования реконструкции и ремонта. Обз. информ. сер. Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ВНИИЭгазпром: 1991, 68 с.

20. Егурцов С.А., Хренов Н.Н. Выявление по материалам аэрофотосъемки потенциально опасных участков и определение их напряженно-деформированного состояния. - Нефтяная и газовая промышленность. - Сер. Транспорт и хранение нефти. - 1990, № 8. -с.4-8.

21. Елюшкин В.Г., Пронин Б.В. Фотограмметрическая обработка радиолокационных снимков. - М.: Недра, 1993. - 191 с.

22. Кнозоров СВ., Лавров В.Н. Бортовые средства воздушного и космического фотографирования. //Итоги науки и техники. Сер. Геодезия и аэросъемка. - 1982. - т.20. - с.3-60.

23. Космические методы изучения природной среды Сибири и Дальнего Востока. - Новосибирск: Наука, 1983.

24. Лаврова Н.П., Стеценко А.Ф. Аэрофотосъемка, аэрофотосъемочное оборудование. - М.: Недра, 1981, - 292 с.

25. Ландшафты криолитозоны Западно-Сибирской газоносной провинции. Под ред. Е.С.Мельникова. - Новосибирск: Наука, 1983. - 163 с.

26. Лобанов А.Н., Буров М.И., Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия. - М.: Недра, 1987. - 309 с.

27. Малявский Б.К., Жарновский А.А. Аналитическая обработка фотограмметрической информации в целях инженерных изысканий. - М.: Недра, 1984. - 220 с.

28. Марахтанов В.П., Хренов Н.Н. Оценка технического состояния северных газопроводов по материалам аэрофотосъемок // Строительство трубопроводов. - 1984, № 8. - с.35-36.

29. Материалы 4-й деловой международной встречи "Диагнос-тика-94". - Ялта, апрель 1994 г.

30. Методические рекомендации по длительным натурным измерениям параметров напряженно-деформированного состояния магистральных трубопроводов. - М.: ИРЦ Газпром, 1993, 69 с.

31. Методические рекомендации по прогнозированию ремонта и реконструкции магистральных трубопроводов на основании материалов аэрокосмических съемок трасс. - М.: ВНИИЭгазпром, 1992, 89 с.

32. Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов. - М.: Недра, 1982, 15 с.

33. Применение радиолокационной аэросъемки при геолого-географических исследованиях / В.М.Глушков, В.Б.Комаров, В.А.Старостин и др./. - Л.: Недра, 1981, - 237 с.

34. Ревзон А.Л. Картографирование состояний геотехнических систем. - М.: Недра, 1992. - 223 с.

35. Ревзон А.Л. Космическая фотосъемка в транспортном строительстве. - М.: Транспорт, 1993. - 272 с.

36. Садов А.В. Аэрокосмические методы в инженерной геодинамике. - М.: Недра, 1988. - 207 с.

37. Трофимов В.Т. Закономерности пространственной изменчивости инженерно-геологических условий Западно-Сибирской плиты. - М.: Изд-во МГУ, 1977. - 276 с.

38. Федоров Б.Ф., Пермяков В.Д. Космическое фотографирование. - М.: Недра, 1978. - 350 с.

39. Хренов Н.Н. Выявление особенностей взаимодействия трубопроводов с окружающей средой по материалам аэрокосмических съемок. - Тез. докл. конф. "Диагностика линейной части магистральных газопроводов". - М.: 1990. - С.12-13.

40. Хренов Н.Н. и др. Диагностирование линейной части магистральных трубопроводов в сложных физико-географических условиях /на примере Севера Западной Сибири/. Обз. информ. Сер. Транспорт и подземное хранение газа, М.: ВНИИЭгазпром: 1990, 77 с.

41. Хренов Н.Н., Егурцов С.А., Шулькин Ю.Г. Диагностика состояния трубопроводных систем и аэрокосмический мониторинг окружающей среды. - Докл. научн.-техн. конф. "Проблемы освоения нефтегазовых месторождений Западной Сибири". - Новый Уренгой, 1993.- С.135-154.

42. Шанда Э. Физические основы дистанционного зондирования. - М.: Недра, 1990.

43. Шевлюк В.В., Салюков В.В., Егурцов Т.А, Хренов Н.Н. Применение метода повторных аэрофотосъемок для оценки изменения состояния трассы газопровода Уренгой-Сургут-Челябинск. - Тез. докл. конф. "Диагностика линейной части магистральных газопроводов". М., 1990. - С.3-4.

44. Шилин Б.В. Тепловая аэросъемка при изучении природных ресурсов. - Д.: Гидрометеоиздат, 1980.

45. Яншин А.Л., Соловьев В.А. Автоматизированная обработка изображений природных комплексов Сибири. - Новосибирск: Наука, 1988. - 222 с.

46. Хренов Н.Н., Егурцов С.А., Чигир ВТ., Степаненко А.И., Пазиняк В.В. Диагностика линейной части межпромыслового коллектора Уренгойского ГКМ. - Докл. науч.-техн. конф. "Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях". - Новый Уренгой, 1994, т.1. - с.74-81.

47. Хренов Н.Н., Егурцов С.А. Концепция применения аэрокосмических методов для диагностирования магистральных трубопроводов и мониторинга окружающей среды. - М.: ИРЦ Газпром. НТС Диагностика оборудования и трубопроводов, 1995, № 3.

Похожие документы