Дубровский А.В.
СГГА, Новосибирск

Данная научно-исследовательская работа посвящена вопросу разработки и внедрения новых методов геоинформационных технологий для автоматизации процесса инвентаризации земель нефтегазовых комплексов и организации информационной основы ведения геомониторинга территории крупных промышленно-хозяйственных комплексов, инвентаризации земель, геоинформационные технологии, мелкосерийное производство, геомониторинг.

Основные теоретические положения инвентаризации земель поселений и земель промышленности, в частности земель нефтегазодобывающих предприятий определяются нормативно-правовыми актами, которые регламентируют методику проведения работ по инвентаризации и требования к подготовке, содержанию и оформлению документации. Однако до сих пор не решена проблема разработки комплексной технологии инвентаризации земель нефтегазового комплекса с учетом современных программно-аппаратных средств, в том числе и геоинформационных технологий [1,2]. Это обусловлено радом причин, в первую очередь изменениями в земельном законодательстве Российской Федерации, отсутствием одной информационной системы способной удовлетворить потребности всех пользователей в обработке и представлении кадастровых данных, отсутствием единых форматов цифровой топографической информации и унифицированных требований к составу и содержанию землеустроительной документации, разрозненными попытками выполнения автоматизации рабочих процессов.

Объектом исследований в данной работе являются новые методы геоинформационных технологий, позволяющие автоматизировать процесс выполнения камерального этапа работ по инвентаризации земель нефтегазового комплекса и организации информационной основы геоэкологического мониторинга территории крупных промышленно-хозяйственных комплексов.

Актуальность исследований следует из необходимости разработки новых методов автоматизированного выполнения инвентаризации земель с использованием современных геоинформационных технологий. Актуальным является решение задачи разработки методического и алгоритмического обеспечения информационной технологии применения геоинформационных систем (ГИС) для решения ряда практических задач, возникающих при создании кадастровых планов территории, проектов территориального землеустройства и землеустроительных дел. Актуальность определяется требованием к повышению эффективности принятия управленческих решений, точной оценкой материально-технической базы, а также необходимостью создания основы для осуществления экологического геомониторинга на нефтегазодобывающих комплексах. Исследовательская работа по данной теме соответствует приоритетному направлению развития науки, технологий и техники Российской Федерации: экология и рациональное природопользование, а также следующим положениям в перечне критических технологий Российской Федерации: мониторинг окружающей среды, компьютерное моделирование.

Разрабатываемая технология базируется на использовании комплекса современных геоинформационных систем, усовершенствованных методах сбора и подготовки кадастровой информации, а также ряде разработанных и внедренных методик создания проектов территориального землеустройства и оформления землеустроительных дел с применением специально разработанных прикладных программ. Таким образом, задача разработки и внедрения новых методов подготовки геоинформационного обеспечения инвентаризации земель нефтегазового комплекса является актуальной.

Целью исследований является разработка и внедрение новых методов геоинформационных технологий для автоматизации процесса инвентаризации земель нефтегазовых комплексов и организации информационной основы ведения геомониторинга территории крупных промышленно-хозяйственных комплексов.

Поставленная цель обуславливает решение следующих задач:
а) анализ проблемы и пути ее решения;
б) разработка и апробация технологической схемы создания крупномасштабной геоинформационной основы на территорию месторождения нефти и газа для целей инвентаризации;
в) разработка методики обработки кадастровых данных о земельных участках находящихся на территории месторождения нефти и газа;
г) разработка теоретических положений создания банков данных для целей геомониторинга территории месторождения нефти и газа.

Предмет, цели и задачи данного исследования предполагают использование следующих теоретических положений и методов: методы геоинфомационных технологий; методы кадастрового зонирования территории; нормативно-правовое обеспечение выполнения инвентаризационных мероприятий; методы классификации топографической информации; методы генерализации топографической информации; государственные стандарты на выделение земельных участков под отводы для промышленных объектов; методические указания по проведению землеустройства и подготовке документов для проведения государственного кадастрового учета земельных участков; метод покомпонентного варьирования при организации производственных работ; методы геоэкологического мониторинга территории; методы создания тематических карт и планов.

Предлагаемая технология носит комплексный характер, так как объединяет не только методологию проведения работ по инвентаризации земельных участков и объектов недвижимого имущества, но и техническую составляющую работ, которая является самой затратной по времени и средствам. Показаны алгоритмы выполнения производственных операций по сбору, обработке и последующему использованию кадастровых данных при составлении проекта территориального землеустройства, составлении проекта границ земельных участков, формировании кадастрового плана и подготовки землеустроительного дела. Также рассмотрены применяемые программные средства, базовой в которых является геоиниформационная система MapInfo, а также пакета приложений разработанных в MapBasic для решения ряда практических задач.

Теоретическая ценность работы заключается в разработке технологии подготовки геоинформационного обеспечения проведения инвентаризации территории крупного промышленно-хозяйственного комплекса. Важным является описание возможностей и технологических аспектов применения существующих программных средств.

Работа обладает практической значимостью, так как внедрение данной технологии позволит автоматизировать процесс инвентаризации земель крупных промышленно-хозяйственных комплексов, осуществить кадастровый учет земельных участков и объектов недвижимости, выполнить создание реестров федеральной и окружной собственности и повысить уровень отчислений в бюджеты субъектов Российской Федерации. Полученные в результате инвентаризации данные о фактическом не использовании формально занимаемых земель, нерациональном использовании земель, а также данные о ненадлежащем использовании земель и рекомендации по выполнению рекультивации этих земель позволят улучшить экологическую обстановку и основные почвенные показатели.

Созданные цифровые топографические карты используются для построения геоинформационной системы управления территорией предприятия, а также автоматизации процесса диспетчерского контроля и принятия управленческих решений. Данные о фактической техногенной нагрузке на территорию крупного промышленно-хозяйственного комплекса, полученные в результате проведения инвентаризации, являются исходными для подготовки информационной основы ведения геомониторинга территории. Созданные карты техногенной нагрузки наглядно свидетельствуют о величине и характере техногенной нагрузки. Кроме того, полученные в результате проведения работ основные научно-технические достижения позволили применить имеющийся опыт для создания модели геоинформационного банка данных техногенной нагрузки на территорию.


Основными этапами работ являются:
А) Анализ проблемы и пути ее решения, заключается в анализе и обобщение существующих методик выполнения инвентаризационных работ на территории крупных промышленно-хозяйственных комплексов. В обобщении имеющегося опыта проведения инвентаризации земель нефтегазовых предприятий, следует отметить ряд возникающих трудностей. Во-первых, при использовании кадастровых данных различной степени надежности возникают спорные ситуации при наложении и пересечении границ отводов земельных участков у разных собственников, при этом результаты межевания признаются недействительными и требуются существенные дополнительные материальные затраты по уточнению границ земельных участков. Во-вторых, при выполнении работ по формированию землеустроительных дел, проектов территориального землеустройства и кадастровых планов используются различные программные средства, имеющие различные пользовательские форматы. Кроме того, земельные комитеты в субъектах Российской Федерации выдвигают различные требования не только к оформлению землеустроительных дел, но и к цифровому формату данных передаваемых, вместе с результатами инвентаризации. При этом возникает необходимость конвертации данных и создания единого информационного пространства. В-третьих, различные предприятия и фирмы, выполняющие работы по инвентаризации земель, сталкиваются с проблемами автоматизации процесса производства и необходимостью разработки прикладных программ. Эти работы проходят разрознено без привлечения широкого круга заинтересованных специалистов. Результатом является параллельная разработка несколькими организациями однотипных программных модулей, для автоматизации одинаковых рабочих процессов. Перечисленные трудности в проведении инвентаризационных работ обуславливают необходимость разработки (а в настоящее время может быть уже и покомпонентного выбора среди существующих) технологий инвентаризации земель с использованием геоинформационных систем [3].

Б) Разработка и апробация технологической схемы создания крупномасштабной геоинформационной основы на территорию месторождения нефти и газа для целей инвентаризации, данный этап заключается:
в разработке методических и редакционно-технических рекомендаций по сбору и обработке данных, полученных в результате проведения полевых работ. В настоящее время при создании инженерно-технических проектов используются цифровые топографические планы, которые создаются, как правило, картометрическим методом. Но так как обновление осуществляется в масштабе 1: 1000 и 1:500, то наземные методы съемки будут играть важную роль при проведении инвентаризации и осуществления геомониторинга территории. В этой связи нами предлагается следующая технологическая схема обработки результатов наземной съемки [4]. Технологическая схема включает в себя семь этапов: подготовительные работы; импорт экспорт данных из подсистем; формирование геометрической части объекта; формирование семантической части объекта; контроль и корректура; оформление и подготовка к печати планшета; передача в эксплуатацию.
в разработке классификаторов геоинформационных данных для подготовки разномасштабной топографической основы проведения инвентаризационных работ. На этом этапе планируется разработать модель семантической базы данных объектов нефтекомплекса, отображающихся на цифровой топографической карте масштаба 1:500, 1:2000, 1:5000 [5,6] и разработать программный модуль позволяющий создавать классификаторы цифровых топографических карт различного масштаба.
в разработке технологической схемы получения крупномасштабной топографической основы на территорию месторождения нефти и газа. На этом этапе планируется разработать методику подготовки крупномасштабной цифровой топографической основы на территорию крупного промышленно-хозяйственного комплекса. Также планируется выполнить программную реализацию предлагаемой методики в виде пилотного проекта геоинформационной системы на территорию нефтекомплекса [2,7].

В) Разработка методики обработки кадастровых данных о земельных участках находящихся на территории месторождения нефти и газа, данный этап заключается:
в подготовке методических рекомендаций по организации технологического процесса создания землеустроительных дел на земельные участки, занятые объектами обустройства нефтегазового месторождения. На этом этапе планируется разработка методических рекомендаций по автоматизации процесса: обработки исходного цифрового материала для целей инвентаризации земель; создания проекта территориального землеустройства; создания кадастрового плана территории месторождения нефти; составления землеустроительного дела [8-14]. Практической реализацией предлагаемых методических рекомендаций является комплекс программных модулей и технологических решений, позволяющих максимально автоматизировать процесс подготовки землеустроительных дел.
в разработке модели мелкосерийного производства при планировании и организации работ по инвентаризации объектов месторождения нефти. В процессе исследования планируется апробировать следующую технологическую схему организации производственного процесса, рис.1 [15].

Для моделирования производственных процессов инвентаризации недвижимости нефтегазодобывающих предприятий предлагается использовать подход моделирования мелкосерийного производства. Для решения задачи строится ее математическая модель в форме задачи теории дискретного оптимального управления. При формализации задачи, введено понятие группы технических средств, в том числе аппоратно-программного обеспечения, с помощью которых выполняются однотипные операции внутри производственного участка. Таким образом, на каждом производственном участке выделим несколько групп технических средств I, соответствующих выполняемым на них операциями.

Лимитирующие операции, входящие в этапы выполнения определенного вида топографо-геодезической и землеустроительной продукции, назовем работами J, а перечень всех кодов работ, которые могут выполняться на i-той группе технических средств, обозначим J(i).

Фазовое состояние системы производственного процесса инвентаризации земель (недвижимости) нефтегазодобывающих предприятий в t момент характеризуется I упорядоченным набором следующих множеств:

Рисунок 1 - Технология инвентаризации земель нефтекомплекса

где

множество работ, выполняемых на i-той группе технических средств в начале планируемого периода;

множество работ, выполняе-мых в период [T-1, T] на i той группе технических средств

наборы множеств отражают потоки работ, выполняемых на i той группе технических средств.

Управляющие воздействия в момент времени t состоят из множеств , которые определяют наборы работ, выполняемые на соответствующих группах технических средств в период [t, t+1].

Тогда уравнения движения процессов при инвентаризации имеют следующий вид:

Множество расположено на (t+1) месте. В качестве критерия оптимальности в данной задаче выступает требование загрузки технических средств, в том числе рабочих мест. На содержательном уровне оно практикуется как минимум суммарного отклонения планируемой загрузки технических средств от заранее заданной мощности M(i, T),

Следовательно, оптимизация технологии инвентаризации земель нефтегазодобывающих предприятий заключается в выборе таких пар множеств для каждого этапа работ, при которых целевая функция принимает минимальные значения с учетом следующих ограничений: на специализацию каждой i той группы технических средств; на непрерывность выполняемых работ; на исключения дублирования работ; на порядок выполнения работ; на время выполнения работ по каждому технологическому этапу; на мощность групп технических средств.

Г) Разработка теоретических положений создания банков данных для целей геомониторинга территории месторождения нефти и газа, данный этап работ заключается:
в разработке модели банка данных по учету техногенной нагрузки на территории крупного промышленно-хозяйственного комплекса. Территория ряда регионов Сибири в настоящее время испытывает серьезную техногенную нагрузку. Все меньше остается земель, не вовлеченных в хозяйственный оборот. Природно-территориальные комплексы (ПТК) необратимо трансформируются под действием техногенных сил. На смену ПТК приходят техногенные природно-территориальные комплексы (ТПТК). Реакцией природной среды на деятельность человека служит увеличение числа техногенных катастроф. Примером являются техногенно-индуцированные геодинамические события (сейсмические события, просадки, провалы, разломы земной поверхности), связанные с разработкой месторождений углеводородов [16-17]. Одним из основных показателей, характеризующих экологическое состояние природно-территориальных комплексов, является величина техногенной нагрузки на территорию. Техногенная нагрузка отражает степень техногенного освоения окружающей природной среды (ОПС) человеком и уровень ее загрязнения продуктами его жизнедеятельности. При оценке величины техногенной нагрузки и ее максимального значения следует учитывать, что разные ПТК имеют совершенно разную устойчивость к техногенному воздействию, а также, что сама структура ПТК во многом определяет виды и масштабы этих воздействий. Техногенная нагрузка складывается не только из величины первичного отрицательного воздействия на ОПС, но и из ответной реакции среды, т.е. негативных изменений в состоянии ОПС.

На начальном этапе работ необходимо создание базы знаний, а также геоинформационного банка динамических данных для накопления информации об ТПТК. В базу знаний необходимо вносить типовые модели, построенные при ранее проводимых исследованиях. Данный этап работ отражается в структурной блок-схеме идентификационного эксперимента при исследовании ТПТК, которая представлена на рис. 2.

Основными концептуальными положениями по созданию банка данных для исследования влияния техногенной нагрузки на поведение ТПТК, с позиции их принадлежности к сложным самоорганизующимся системам с природными компонентами является: ТПТК рассматриваются как сложные открытые нелинейные геодинамические системы (ГДС) глобальные (планетарные), региональные и локальные. При этом они организованы как иерархические многоуровневые самоорганизующиеся системы; изучение динамики ТПТК на основе пространственно-временных рядов наблюдений; фрактальность природного мира, подобие части целому, рекурсивная схема формирования ПТК; необходимость создания геоинформационного банка динамических данных в аспекте проектирования динамической геоинформационной системы.

Рисунок 2 - Технологическая схема создания банка данных по учету техногенной нагрузки на территорию нефтегазового комплекса

В качестве исходной информации планируется использовать материалы полевого дешифрирования дистанционные многозональные космические снимки и аэрофотопланы, а также на имеющиеся цифровые карты. При создании банка данных будут использоваться составленные ранее «Карты инженерно - геологического районирования», «Карты глубины первого от поверхности водоносного горизонта», «Карты распространения многолетнемерзлых пород», «Карты динамические напряженных зон», а также результаты проводимых ранее опытно - методических и опытно-экспериментальных и практических работ.

Система управления проектируемого банка данных (БД) должна обеспечивать: возможность создания неограниченных по объему баз данных об объектах исследования; динамическое структурирование информации в БД; хранение и использование в БД временных рядов наблюдений за объектами исследования; сохранение тенденции следования объектов во времени (динамики объектов); организация сложно-структурированных запросов пользователя; обмен информацией между БД; создание тематических карт; механизм импорта-экспорта данных. Система должна представлять единый механизм ввода, проверки корректности, а также хранения данных из разнородных источников; ввода запросов, анализа, отображения пространственной информации; выполнение сложных аналитических процедур; управление территориями и прогнозное моделирование;

в разработке методики построения карт техногенной нагрузки на территорию месторождения нефти. Предметом исследования геоэкологии являются последствия воздействия хозяйственной деятельности человека на геосистемы, а также их реакция на эти изменения. В качестве геосистем следует понимать природно-территориальные комплексы, неразрывно связанные с геосферой и имеющие уникальные геологические характеристики, обусловленные территориальным положением. Имеющиеся сведения об экологическом состоянии ПТК свидетельствуют о локальных негативных изменениях окружающей природной среды и не раскрывают всех возникающих структурных изменений, которые можно зарегистрировать и оценить лишь при сплошной инвентаризации техногенно-нарушенных территорий.

Цель этапа заключается в разработке методики создания карт техногенной нагрузки на территорию нефтекомплекса, используя результаты инвентаризации земель и кадастровые планы территории. Основными задачами данного этапа являются: установление границ зон влияния объектов техногенной нагрузки; определение потенциально опасных техногенных объектов; составление матриц оценки воздействия на окружающую среду хозяйственной деятельности человека; разработка ранжированной шкалы бальной оценки воздействия на ОПС добычи и транспортировки нефти; расчет значений удельной техногенной нагрузки на территорию, а также индекса антропогенной трансформации территории; разработка алгоритма и программы автоматизированного построения градиентных буферных зон техногенной нагрузки в зависимости от степени ее влияния на окружающую природную среду.

В практическом плане цифровые карты техногенной нагрузки можно использовать для: оперативной оценки величины антропогенной трансформации и уровня техногенной нагрузки на территорию; выявления источников загрязнения ОПС, определение точного географического положения техногенных объектов; разработки программ осуществления экологически-ориентированного природопользования; планирования природоохранных и природно-восстановительных мероприятий, включая ограничение и прекращение работы наиболее опасных в экологическом плане техногенных объектов; информационной основы принятия управленческих решений в сфере осуществления руководства и планирования хозяйственной деятельности на территории ТПТК; прогнозного моделирования ожидаемых последствий хозяйственной деятельности.
Литература
1. Цветков, В.Я. Методы прогнозирования в информационных технологиях / В.Я. Цветков //Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.-1999.-№5. - С. 125-131.
2. Середович, В.А. Разработка геоинформационной системы на территорию техногенных природно-территориальных комплексов нефтегазовых месторождений / В.А. Середович., В.А. Калюжин, А.В. Дубровский // Материалы междунар. науч.-техн. конф. посвящ. 225-летию МИИГАиК, Москва 24-27 мая 2004 М.: МИГАИК, 2004 С. 133-138.
3. Середович, В.А. Разработка комплексной технологии инвентаризации земель нефтегазодобывающего комплекса / В.А. Середович, В.А. Калюжин, А.В. Дубровский // Материалы LIV науч. практ. конф. Новосибирск 19-23 апреля 2004 г. Новосибирск: СГГА, 2004. в печати.
4. Разработка технологии и исполнительная съемка коридоров коммуникаций масштаба 1:5000. //Отчет о НИР (заключительный). - Руководитель Середович В.А. № ГР 012002.16965- Новосибирск: СГГА, 2003. 130 с.
5. Структура электронных карт местности и нормативы по их созданию. А.А. Моисеенко, А.А. Салтовец, АО «СПАЭРО-Плюс» Межведомственный Центр Электронной Картографии МЧС и Укргеодезкартографии. Тезисы докладов. Материалы шестой конференции ГИС-Ассоциации Проблемы ввода и обновления пространственной информации (Москва, 27 февраля 2 марта 2001 г.).
6. Калюжин В.А., Сибаторов Д.С., Дубровский А.В. Редакционно-технические указания по созданию цифровых топографических планов коридоров коммуникаций в масштабе 1:5000 на месторождения ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз». Утверждены 27.09.2002. глав. инж. ОАО «Сибнефть-ННГ» Некипеловым Ю.В.
7. Середович В.А., Дубровский А.В., Березовская Е.А., Ескевич Ю.Н. Опыт создания цифровой топографической карты М 1:5000 на территорию месторождения нефти и газа. Совр. проб. геодезии и оптики: Сб. материалов LIII междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию СГГА. 11-21 марта 2003 г. Ч.I/ СГГА. Новосибирск, 2003. С. 87-91 с.
8. Середович, В.А.. Совершенствование методики землеустроительных работ по разграничению государственной собственности на землю в Новосибирской области // В.А. Середович., В.А. Калюжин, А.В. Дубровский // Материалы Всероссийской конференции «Геоинформационное и кадастровое обеспечение задач управления и развития земельно-имущественных отношений в городах России», 6-8 апреля 2004г., Череповец . М: РГУНиГ, 2004 в печати.
9. Калюжин, В.А. Автоматизация подготовки геоинформационных данных для проведения инвентаризации земель нефтекомплекса // В.А. Калюжин, А.В. Дубровский // Материалы конф. «Геодезия, картография, кадастр земель Прибайкалья», Иркутск 15 февраля 2004. Иркутск: ИрГТУ, 2004. С. 25-30.
10. Дубровский, А.В. Опыт проведения землеустроительных работ при образовании новых и упорядочении существующих земельных участков на Суторминском месторождении ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» / А.В. Дубровский, М.Д. Козориз // Материалы LIV науч. практ. конф. Новосибирск 19-23 апреля 2004 г. Новосибирск: СГГА, 2004. в печати.
11. Дубровский, А.В. Роль и значение инвентаризации земель в геоэкологическом мониторинге территории Спорышевского месторождения ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» / А.В. Дубровский, М.Д. Козориз // Материалы LIV науч. практ. конф. Новосибирск 19-23 апреля 2004 г. Новосибирск: СГГА, 2004. в печати.
12. Середович, В.А. Методика подготовки геоинформационных данных для проведения инвентаризации земель месторождения нефти и газа / В.А. Середович, В.А. Середович, А.В. Дубровский // Материалы LIV науч. практ. конф. Новосибирск 19-23 апреля 2004 г. Новосибирск: СГГА, 2004. в печати.
13. Дубровский, А.В. Методика создания проекта территориального землеустройства на земли нафтегазодобывающего комплекса /А.В. Дубровский, А.Ю. Пряхин, М.В. Суханова // Материалы LIV науч. практ. конф. Новосибирск 19-23 апреля 2004 г. Новосибирск: СГГА, 2004. в печати.
14. Дубровский, А.В. Разработка методики создания кадастрового плана при инвентаризации земель нефтегазодобывающих комплексов //А.В. Дубровский, Т.А. Бахорина, А.Ю. Пряхин // Материалы LIV науч. практ. конф. Новосибирск 19-23 апреля 2004 г. Новосибирск: СГГА, 2004. в печати.
15. Середович, В.А. Разработка комплексной технологии инвентаризации земель нефтегазодобывающего комплекса / В.А. Середович, В.А. Калюжин, А.В. Дубровский // Материалы LIV науч. практ. конф. Новосибирск 19-23 апреля 2004 г. Новосибирск: СГГА, 2004. в печати.
16. Дубровский, А.В. Формирование техногенных природно-территориальных комплексов нефтегазовых месторождений севера Сибири. Сборник научных трудов аспирантов и молодых ученых Сибирской государственной геодезической академии / под общ. ред. Т.А. Широковой. Новосибирск, (в печати).
17. Середович, В.А. Создание геоинформационной основы банка лесов Новосибирской области в аспекте инвентаризации земель лесного фонда./ В.А. Середович., В.А. Калюжин, А.В. Дубровский // Материалы междунар. науч.-техн. конф. посвящ. 225-летию МИИГАиК, Москва 24-27 мая 2004 М.: МИГАИК, 2004 С. 129-1