Технологии информационной поддержки управления безопасной эксплуатацией газопроводов в условиях Республики Пакистан на базе ГИС

Концепция безопасного обеспечения населения углеводородными энергоносителями является одной из основных в формировании концепции Устойчивого развития, провозглашённого ООН на XXI век. Следствием этих решений явились программы и проекты, ориентированные на конкретные регионы мира, включая арктические.

В большинстве населенных пунктов Пакистана энергоснабжение по некоторым важным качественным показателям не соответствует установленным стандартам и нормам. Это связано не только с устаревшими технологиями, применяющимися на централизованных газораспределительных станциях, но, главным образом, со слабым внедрением современных информационных технологий в системы управления газоснабжением на всех этапах от мемторождения до потребителя.

Состояние исследования проблемы. Применительно к рассматриваемому направлению можно указать на работы учёных секции Геополитики и безопасности РАЕН по социально-политическому проекту «Актуальные проблемы безопасности социума» под руководством председателя научного совета Совета безопасности РФ Пирумова B.C. 4], в области объектно-ориентированных геоинформационных систем работы лаборатории объектно-ориентированных ГИС СПИИРАН (Попович В.В., Ивакин Я.А.)[27,124], УНЦ «ГИС технологии» ЛЭТИ (Алексеев В.В., Куракина Н.И.)[8−11], в области методологии оценки рисков работы СПбГПУ (Дубаренко К.А., Гуменюк В. И., Яковлев В.В.)[22,142], в области логико-вероятностных методов работы BMA им. Н. Г. Кузнецова (Рябинин И.А., Можаев A.C., Поленин В.И.)[89,90,91,95], НИИ Гостехнадзора (Мартынюк В.Ф., Суворова В. В., Смирнова В.В.) [46−57] в области ГИС работы ГМА им. С. О. Макарова (Биденко С.И.)[14], РГГМУ (Бескид П.П., Истомин Е.П.)[13,19], в области экологических аспектов оценки характеристик водных объектов работы СПбГУ (Дмитриев В.В.)[25], РГГМУ Шелутко В. А., Фрумин Г. Т. Скакальский Б.Г., Ковчин И.С.)[25 133,137], НИИ РЭС ПЧС СПбЭТУ (Веремьёв В.И.) [17]. Из зарубежных исследователей следует указать на работы представителей Пакистана [121, 126, 127] и других газодобывающих стран.

Однако существуют резервы повышения безопасного газоснабжения, которые определяются всё более точными моделями систем управления качеством газооснабжения с использованием объектно-ориентированных ГИС, развитием информационных технологий оптимизации распределения усилий на основе оценки рисков газоснабжения с учётом обстановки в источниках, системе транспортировки и реализации. Таким образом объектом настоящего исследования являются современные системы газоснабжения, а предметом исследования — комплексная система управления безопасностью систем газоснабжения урбанистических сообществ различного масштаба.

Актуальность диссертационного исследования обусловлена необходимостью совершенствования технологий газоснабжения и природных источников газодобычи, подверженных природным и антропогенным воздействиям, градостроительных особенностей, разработки способов повышения качества газоснабжения урбанистических сообществ различного масштаба.

Исследования по теме ранее выполнялись в рамках НИР «ЯкутХАБИТАТ», «МурманХАБИТАТ», а также будут продолжены в рамках плановых НИР «КрасноярскХАБИТАТ».

Основной целью работы является разработка информационных технологий для повышения качества газоснабжения в соответствии с критериями, принятыми в мировом сообществе.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи: -осуществлён анализ факторов, определяющих безопасность газоснабжения в различных регионах, при различных способах газоснабжения и применения средств управления газоснабжением;

— разработана геоинформационная модель системы газоснабжения существенно влияющие на эффективность функционирования системы, с оценкой ее адекватности содержанию решаемых задач;

— обоснованы предложения по оптимизации системы газоснабжения, основанные на удовлетворении мировым критериям его качества;

— выработаны рекомендации по рациональному оборудованию урбанистических сообществ элементами газоснабжения, основанными на инновационных технологиях;

— обоснована целесообразность внедрения разработанных предложений. Основными методами исследований являлись анализ и обобщение данных, формирование базы данных в геоинформационной системе, аналитический расчёт, алгоритмизация и программирование, имитационное моделирование и статистический анализ. Основным инструментом реализации указанных методов явилось применение общей теории статистических решений, анализа, основанного на логико-вероятностных и логико-статистических методах, объектно-ориентированное моделирование, машинный эксперимент и сопоставление его результатов с данными, полученными в ходе исследования. Разработанные модели, алгоритмы и методики программно реализованы на персональном компьютере На защиту выносятся:

1. Концепция информационной поддержки управления безопасным газоснабжением урбанистических сообществ на базе ГИС-технологий.

2. Геоинформационная модель управления безопасным газоснабжением с учётом характеристик источника, индикаторов безопасности и факторов влияния.

3. Логико-вероятностный метод оценки рисков безопасного газоснабжения и построения георельефа рисков в геоинформационной системе.

4. Методика обоснования масштаба урбанистического сообщества в системе газопотребления при централизованном газоснабжении.

Кроме того, в качестве дополнительных научных результатов выдвигаются следующие:

Рекомендации по рациональному оборудованию городов и населённых пунктов системами газоснабжения для хозяйственных целей. Предложения по структуре базы данных источников газоснабжения в Республике Пакистан в геоинформационной системе.

Научная новизна результатов исследований заключается в разработке концепции информационной поддержки управления безопасным газоснабжением урбанистических сообществ на базе объектно-ориентированной геоинформационной модели, логико-вероятностного метода и обоснования предложений по повышению безопасности газоснабжения урбанистических сообществ различного масштаба.

Теоретическая и практическая значимость исследований состоит в дальнейшем развитии логико-вероятностных и логико-статистических методов объектно-ориентированного моделирования структурно-сложных информационных систем. К основным практическим результатам можно отнести анализ, обобщение и оценку данных по характеристикам источников и трасс газоснабжения в геоинформационной системе Пакистана, влияющих на безопасность газоснабжения сегментов населённых пунктов страны, рекомендации по выбору параметров и структуры системы газоснабжения с учётом мировых индикаторов.

Достоверность научных положений и выводов подтверждена непротиворечивостью полученных результатов данным в литературных источниках, корректным применением современных методов математико-статистической обработки исходных данных, согласием с экспертными оценками.

Личный вклад автора заключается в формулировке задач, реализации методов их решения и анализе полученных результатов.

Использование результатов исследований. Автор участвовал в ряде НИР и ОКР РосНИПИУрбанистики РФ, относящихся к оптимизации схем территориального планирования и оценки безопасности газоснабжения в соответствии с мировыми стандартами. Основные результаты работы использованы в НИР «ЯкутУрбан», «МурманУрбан», учебном процессе РГГМУ, ООО «Прогноз-Норд».

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались на международных конференциях: «День Балтийского моря 2010, 2011», «Цели развития тысячелетия и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов 2011» и научных семинарах в РГТМУ.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 7 работах автора, включающих научные статьи, тезисы докладов и труды конференций, из которых 3 включают публикации в изданиях перечня ВАК.

Объем и структура работы. Работа объёмом 141 страниц состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 127 наименований, содержит 30 рисунков, 16 таблиц.

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется целевая установка, определяется содержание научных исследований в интересах хозяйственных задач Республики Пакистан, вытекающих из критериев устойчивого развития.

В первой главе обобщаются данные по существующим принципам и моделям газоснабжения в Республике Пакистан городов и поселений различного масштаба от индивидуального до городского с формированием базы данных по имеемым и используемым месторождениям, их характеристикам и факторам, определяющим безопасность транспортировки газа на различных этапах от источника до потребителя. Анализируются и классифицируются существующие способы формирования требуемого уровня безопасности в зависимости от различных факторов на основе индикаторов устойчивого развития ООН-ХАБИТАТ в части энергоснабжения. Производится сравнительный анализ показателей качества жизни в части безопасности энергоснабжения на основе международной системы индикаторов устойчивого развития, формулируется концепция информационной поддержки управления безопасным газоснабжением, определяющая содержание исследований.

Во второй главе разрабатывается геоинформационная модель типовой структуры централизованного газоснабжения, учитывающая специфику влияния различных факторов на способы формирования требуемой безопасности в различных точках цикла транспортировки газа. Применительно к Республике Пакистан в качестве примера исследуется район Белуджистана с тремя газораспределительными станциями и типовым районом застройки. Анализируются различные схемы газораспределения, основанные на инновационных технологиях для сравнения уровня безопасности по выбранным показателям. Производится сравнительный анализ удельного веса различных способов в городах и населённых пунктах.

Для целей территориального планирования эффективным средством является построенный в геоинформационной системе георельеф рисков, определяющий распределение по территории необходимых средств газораспределения и транспортировки.

Третья глава посвящена обоснованию комплексного подхода к оценке рисков в структурно сложных системах. Рассмотрены три основных подхода: -с применением критериев, основанных на расчёте мультипликативных показателей по методу школы проф. Яковлева В.В.

— по методикам, используемым газовыми компаниями Пакистана (юга ББвС и севера БКвС) по обеспечению экологической безопасности- -с применением логико-вероятностных методов школы проф. Рябинина И.А.

При применении логико-вероятностного метода для оценки рисков необеспечения безопасности газоснабжения современные системы газораспределения отнесены к классу структурно-сложных систем. Выбор класса структурно-сложных систем для последующего исследования был основан на анализе инфологических моделей централизованного, децентрализованного и смешанного газоснабжения, имеющие как структурные, так и географические особенности. Первый тип более адекватен крупным городам, второй — сельской местности, третийнаселённым пунктам с окраинными территориями. Приведённые информационные структуры и алгоритмы характеризуют ОЛВМ, как эффективный и перспективный пример информационной технологии обеспечения управления безопасным газоснабжением.

В четвёртой главе на основе разработанных геоинформационных технологий выполнено экономическое обоснование целесообразных способов газоснабжения в зависимости от ситуаций, обобщены данные по производителям и потребителям, произведён 8МЮТ-анализ предлагаемого к формированию инновационно ориентируемого эко-кластера в области газоснабжения, обоснована стратегия коммерциализации предлагаемых технологий и оценена ожидаемая эффективность инвестиций в маркетинговые мероприятия.

На основе анализа обоснованной целевой функции определён масштаб урбанистического сообщества, рекомендуемого для локального газоснабжения. В реальных условиях таким масштабом является в настоящее время современный дом или кондоминиум с населением порядка 300−400 человек.

В заключении приводятся итоги работы, перечисляются полученные научные и практические результаты, раскрывается степень их достоверности, новизны и вклада в науку и практику, указываются сведения о реализации научных результатов, а также предложения по дальнейшему использованию результатов.

Результаты работы предполагается реализовать по следующим направлениям:

— разработка предложений по перспективному развитию ГИС системы газоснабжения Республики Пакистан;

— обоснование рациональных способов использования систем энергообеспечения при разработке схем территориального планирования в Республике Пакистан;

— в НИР государственных и частных компаний, осуществляющих разведку и транспортировку газа- -в учебном процессе РГГМУ;

— при создании руководящих документов мо местному самоуправлению.

Выводы по главе 4 Решение задач диссертационного исследования позволило получить новые научные и практические результаты, составляющие концепцию информационной поддержки управления безопасной эксплуатацией газопроводов в условиях республики Пакистан, а также повышения качества газоснабжения отдельных потребителей газа.

1. Разработанная геоинформационная модель газоснабжения, включающая слои пространственного распределения тенденций изменения параметров газодобывающих месторождений, позволяет повысить эффективность функционирования системы на основе прогноза и учёта факторов влияния, пространственных характеристик территорий и масштабов сообществ потребителей газа.

2. Логико-вероятностный метод оценки рисков некачественного газоснабжения и построение георельефа рисков в ГИС обеспечивают адекватные практике газоснабжения результаты и позволяют объединить операции, основанные на детерминистическом, вероятностном, логическом и статистическом анализе структурно сложной системы газоснабжения.

3. Методика обоснования масштаба сообщества потребителей газа в системе распределения газа при централизованном газоснабжении определило для выбранных условий масштаб порядка 10 000−15 000 жителей, что является научно обоснованной информационной поддержкой принятия решений в этой области.

4. Рекомендации по рациональному оборудованию городов и населённых пунктов Пакистана системами газоснабжения являются важным инструментом, снижающим риск возникновения аварий на магистральном газопроводе.

5. Реализация предложений для организации и структуры базы данных в геоинформационной системе позволит структурировать распределение газа по магистральным трубопроводам с юга и севера Пакистана, улучшит ситуацию в сфере управления газоснабжением внутри городов страны, а также повысит безопасность эксплуатации газопроводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основным итогом диссертационного исследования является разработанная концепция и геоинформационная модель управления безопасным газоснабжением с учетом характеристик газодобывающих месторождений, позволяющие на основе применения логико-вероятностного метода оценивать, планировать, прогнозировать и осуществлять эффективное управление газоснабжением территорий Республики Пакистан. Степень их достоверности определяется корректностью постановки и решения задач, непротиворечием полученных результатов по отдельным характеристикам данных других авторов и согласием с экспертными оценками. Научная и практическая новизна, отличающая представленное предложение, заключается в разработке концепции информационной поддержки управления безопасным газоснабжением сообществ потребителей газа Республики Пкакистан на базе объектно-ориентированной геоинформационной модели, логиковероятностного метода и обоснованию предложений по повышению безопасности эксплуатации газопроводов. Эффективность применения предлагаемых к разработке устройств по критерию «Эффективность — стоимость» существенно выше существующих аналогов.

Результативность реализации рассматриваемой работы характеризуется возможностью включения составной частью в такие важные программы, как «Устойчивое развитие городов Планеты, подпрограмма ООН-ХАБИТАТ».

Использование результатов, полученных в ходе реализации проекта «Повышение безопасности эксплуатации газопроводов в современным условиях» позволит существенно повысить качество газоснабжения и приблизить индикаторы качества жизни населения Республики Пакистан к общемировым, поскольку их сравнение определяет необходимость разработки соответствующих мер. Результаты работы предполагается реализовать по следующим направлениям: -разработка предложений по перспективному развитию системы газопроводов Республики Пакистан;

— обоснование рациональных способов использования систем энергообеспечения при разработке схем территориального планирования в Республике Пакистан;

— в НИР государственных и частных компаний, осуществляющих разведку и транспортировку газа- -в учебном процессе РГТМУ;

— при создании руководящих документов мо местному самоуправлению.

Как следует из зарубежного и российского опыта, основным фактором продвижения инновационных технологий в системах газоснабжения, является лоббирование, принимающее в конкретных условиях форму государственного (муниципального) протекционизма. Важнейшим результатом также является социальная значимость проекта, связанная с приближением показателей качества жизни населения Республики Пакистан в части газоснабжения к индикаторам, принятым ООН-ХАБИТАТ.