В настоящее время особое внимание уделяется вопросам изучения взаимодействия технической системы с окружающей природной средой. В результате такого взаимодействия образуются сложные природно-технические системы (ПТС), которым уделено серьезное внимание в работах ряда ученых: Н.Ф. Реймерса, А.Л. Ревзона, А.В. Садова, Р.О. Самсонова, А.П. Камышева, И.И. Мазура, С.Г. Павлова, Б.Н. Семенякина и др.
Для оценки состояния природно-технической системы, функционирующей в сложных климатических условиях, используется комплекс показателей: степень нарушенности ландшафтов, наличие и стадии природных и природно-техногенных процессов, изменение пространственного положения и изменение состояния защитных покрытий технической системы.
Использование комплексного подхода к оценке состояния ПТС базируется на использовании современных эффективных информационных технологий, включающих применение:
– многоспектрального аэрокосмического зондирования;
– наземных ландшафтно-индикационных исследований для обоснования результатов дешифрирования;
– наземных инженерно-геологических исследований для определения и контроля развития опасных геокриологических процессов на участках ПТС и ранжирования их по степени опасности;
– методов наземного контроля планово-высотного положения протяженных линейных природно-технических систем;
– оценки состояния ПТС, комплексно используя результаты вышеуказанных исследований и геоинформационные технологии.
Цель исследования – разработка научно-методических принципов создания и структуры базы геоинформационных данных для комплексного использования аэрофото- и аэровидеосъемки, космоснимков и данных наземного обследования линейных технических систем.
Исходными данными для работы послужил следующий комплекс материалов:
- материалы архивной космической съемки высокого и среднего разрешения;
- материалы полевых обследований;
- материалы аэровизуальных обследований;
- материалы инженерных изысканий.
Наиболее значимые изменения окружающей среды, обусловленные влиянием природных и антропогенных факторов, в большинстве случаев проявляются в ландшафте, что находит свое отражение в динамике геоморфологических, геоботанических, гидрографических, теплофизических и других индикаторов земной поверхности [2]. Использование данных дистанционных наблюдений позволяет определять изменения ландшафтных индикаторов.
Анализ работ, касающихся разработки информационного обеспечения для решения задач безопасности нефтегазопроводов, показал, что основными принципами при построении являются: системный подход к составу и способу хранения данных; актуализация; комплексирование данных; модульность и ориентация на современные программные продукты [3], возможность корректировки информации со стороны пользователей без изменения состава и содержания баз данных; открытость в смысле возможного пополнения состава баз данных и их расширения, блочность; взаимосвязанность блоков через транзитную область; единство в использовании языков программирования, средств выборки данных и средств управления информационными потоками [4], возможность поиска при вводе основных и дополнительных параметров объектов, синхронизация выбора данных в картах, технологических схемах, профилях [1]. Также для решения подобных задач необходимо проведение экспресс-анализа изменения состояния участка магистрального трубопровода со сложными геологическими условиями для прогнозирования аварийных ситуаций и совершенствования системы геотехнического мониторинга [5].
Геоинформационные технологии позволяют обеспечить доступ к базам данных (БД) разнородной пространственно привязанной информации для решения задач оценки состояния ПТС и визуализации полученного результата.
База данных структурирована так, чтобы обеспечить информационную поддержку работы функционально различных модулей геоинформационной системы: модуля справочной информации, модуля подготовки и экспорта данных для решения задач по оценке параметров, размеров опасных зон, ранжирования участков трубопровода по степени опасности; и другие задачи по оценке состояния протяженной линейной технической системы.
Характерный объект базы данных ГИС имеет следующие признаки: форму; привязку к выбранной системе координат; характеристики, изменяющиеся во времени.
Схема базы данных представлена на рис. 1. Для увеличения производительности БД все данные, не относящиеся к геоданным, содержатся в БД в виде ссылок на файлы, расположенные на сервере, а геоданные хранятся непосредственно в самой базе данных. На сервере организован контроль учетных записей для доступа к папкам, что позволяет устанавливать запрет на доступ к каталогам для добавления информации пользователями, но позволяет просматривать и копировать данные из них. Информацию в базу добавляет администратор БД.
Содержание объектов, хранящихся в базе данных ГИС
Перечень объектов картографической базы данных (пространственные данные) ГИС содержит следующие разделы: гидрографическая сеть; рельеф местности; населенные пункты; растительность; дороги. С их помощью удается построить изображение местности, дающее пространственную привязку к элементам трубопроводной системы.
Рис. 1. Схема геоинформационной базы данных мониторинга состояния протяженных линейных ПТС
Элементы трубопроводной системы взаимодействуют с геологической средой, при определенных условиях эксплуатации они могут оказать заметное влияние на изменение скорости развития опасных геологических процессов.
Исследования по оценке взаимодействия окружающей природной среды и магистрального трубопровода включают следующие этапы:
- анализ состояния территории, на которой находится ПТС;
- оценка взаимовлияний ПТС и их последствий;
- определение мероприятий, смягчающих или предотвращающих негативные взаимодействия.
Для отображения результатов анализа состояния протяженных линейных природно-технических систем на территории, где есть взаимное влияние элементов трубопроводной системы и геологической среды, по результатам мониторинга выделяются зоны с изменяющимися во времени границами и параметрами. Зонирование определяет границы участков с однородными признаками и выполняется по типу геологических опасностей и степени опасности.
Языком программирования для разработки был выбран язык C++. C++ содержит средства создания эффективных программ практически любого назначения, от низкоуровневых утилит и драйверов до сложных программных комплексов самого различного назначения. Недостатком С++ обычно выделяют то, что код крупных проектов получается слишком большим. Но так как библиотека MapWinGis написана на С++, то для рассматриваемых задач он определенно подходит. Архитектура приложения с указанием всех крупных модулей и взаимосвязей между ними представлена на рис. 2.
Основной модуль отвечает за взаимодействие практически всех модулей, а также занимается загрузкой и отображением основной информации (векторные и растровые изображения, информация по участкам и др.).
Рис. 2. Архитектура ГИС-приложения
Модуль для работы с пространственными данными содержит алгоритмы для создания и редактирования растровых и векторных данных, он также отвечает за пространственную привязку и работу со слоями, проекциями.
Модуль идентификации пользователя отвечает за работу с базой данных: выбор используемой базы данных; открытие подключения; проверку уровня доступа к базе, что в дальнейшем включает или отключает некоторые функции в программе; закрытие подключения.
Модуль работы со справочными материалами требуется для сбора и хранения табличных значений разных величин и характеристик, которые используются в других модулях. В состав справочно-информационного модуля ГИС входят: комплекс баз данных по техническим и конструктивным характеристикам объектов НГК республики, статистика по авариям, имевшим место на объектах; природно-климатическая характеристика региона расположения объекта, характеристика опасных геологических участков; нормативно-справочная информация, которая содержит перечень и краткое содержание государственных нормативов по проектированию и строительству объектов НГК, отраслевых норм и правил по сооружению и эксплуатации объектов, а также инструкций по проведению на объектах отрасли различных исследований.
Аналитический модуль позволяет проводить анализ данных и расчеты для дальнейшего прогнозирования, используя справочный модуль и нормативную базу.
Модуль работы с файлами Microsoft Office используется для получения данных из Word, Exсel документов (в основном данные из таблиц), а также необходим модулю формирования отчетов.
Модуль формирования отчетов и данных для расчетов предназначен для подготовки готовых шаблонов для отчетов и данных для экспорта в специализированные расчетные программы (формируется файл исходных данных для конкретной программы).
На данный момент создана база данных и реализовано приложение с начальным функционалом: загрузка данных (векторные слои и растры) с разными проекциями, выделение и редактирование области на слое, работа с метками и надписями.
Заключение
Для оценки состояния протяженных линейных систем создана структурированная база данных и структурированное приложение на языке С++, обеспечивающее информационную поддержку функционально различных модулей ГИС, позволяющее оперативно оценивать отклонение от проектного положения магистральных трубопроводов, обусловленное влиянием термокарста, и нарушение охранной зоны.
Сокращения
ЧС – чрезвычайные ситуации
ПТС – протяженные технические системы
БД – база данных
Библиографическая ссылка
Стручкова Г.П., Капитонова Т.А., Попов К.А., Ефремов П.В. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ РАЗНОРОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 4. – С. 183-187;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35885 (дата обращения: 18.04.2024).