Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

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

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Технологии информационной поддержки управления безопасной эксплуатацией газопроводов в условиях Республики Пакистан на базе ГИС"

00504^«"

// На'праЕ

авах рукописи

МАЛИК Саад

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ ПАКИСТАН НА БАЗЕ ГИС

Специальность 25.00.35 - Геоинформатика

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 4 МАЙ 2012

Санкт-Петербург - 2012

005044957

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный гидрометеорологический университет» на кафедре морских информационных технологий.

Научный руководитель: Митько Валерий Брониславович,

Доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Истомин Евгений Петрович, доктор технических наук, профессор, декан факультета информационных систем и геотехнологий Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный гидрометеорологический университет»

Веремьев Владимир Иванович, кандидат технических наук, доцент, директор НИИ радиоэлектронных систем прогнозирования чрезвычайных ситуаций Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ им.В.И.Ленина»

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Защита состоится «31» мая 2012 года в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.197.03 в Российском государственном гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, Санкт- Петербург, пр. Металлистов, д.З, аудитория 102

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат диссертации разослан «30» апреля 2012 года

Ученый секретарь £. Т. Н., ПРОФЕССОР

диссертационного совета Бескид Павел Павлов;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 месторождения 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., в области объектно-ориентированных геоинформационных систем работы лаборатории объектно-ориентированных ГИС СПИИРАН (Попович В.В., Ивакин Я.А.), УНЦ «ГИС технологии» ЛЭТИ (Алексеев В.В., Куракина Н.И.), в области методологии оценки рисков работы СПбГПУ (Дубаренко К.А., Гуменюк В.И., Яковлев В.В.), в области логико-вероятностных методов работы BMA им. Н.Г. Кузнецова (Рябинин И.А., Можаев A.C., Поленин В.И.), НИИ Гостехнадзора (Мартынюк В.Ф., Суворова В.В., Смирнова В.В.) в области ГИС работы ГМА им. С.О.Макарова (Биденко С.И.), РГГМУ (Бескид П.П., Истомин Е.П.), в области экологических аспектов оценки характеристик водных объектов работы СПбГУ (Дмитриев В.В.), НИИ РЭС ПЧС СПбЭТУ (Веремьёв В.И.). Из зарубежных исследователей следует указать на работы представителей Пакистана и других газодобывающих стран.

Однако существуют резервы повышения безопасного газоснабжения, которые определяются всё более точными моделями систем управления качеством га-

зооснабжения с использованием объектно-ориентированных ГИС, развитием

3

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 «Крас-ноярскХАБИТАТ».

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, учитывающая факторы, существенно влияющие на эффективность функционирования системы, с оценкой ее адекватности содержанию решаемых задач;

-обоснованы предложения по оптимизации системы газоснабжения, основанные на удовлетворении мировым критериям безопасности;

-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, применение логико-вероятностных и логико-статистических методов, 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 городов и поселений Республики Пакистан 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 некачественного 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, Агентства по наукоёмким и инновационным технологам «Прогноз-Норд», 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.

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 РГГМУ.

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 148 страниц состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 127 наименований, содержит 28 рисунков, 6 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется целевая установка, определяется содержание научных исследований в интересах народнохозяйственных задач на основе устойчивого развития.

В первой главе обобщаются данные по существующим принципам и моделям газоснабжения городов и поселений Республики Пакистан с формированием базы данных по имеемым и используемым источникам, их характеристикам и факторам, определяющим безопасность газоснабжения на различных этапах от месторождения до потребителя. Компания БШРЬ отвечает за безопасное, надежное иэффективное распределение природного газа в северных райнов Пакистана. Общая длина распределительной системы составляет около 67500 км, которая обеспечивает 47,57 млн. кубометров в сутки природного газа 3,45 миллионам пользователей в 1542 городах и селах. Услуги предоставляются в 8 райнов страны. Существуют 3,35 миллионов домашних, 52242 коммерческих и 5953 промышленных потребетелей.

GÜRGURI

УоВЗ

MAN2ALAI 6.96mmand I

CHANDA

G.2mmciTKÍ

NASHPA l.llmnKmd

и [цдмЯЩДЯДивдд.. ,,

CHILTAN+SALSABIL

0.7Jmmomd

PIRKOH + LOT1

ПИШНЮап

Рис. 1. Основные источники газа Северного Пакистана

SAWAN + TAJJAL s.41íjjmaríd

* Месторождения газе

Анализируются и классифицируются существующие способы транспортировки газа. Производится сравнительный анализ факторов, влияющих на безопасность функционирования элементов газоснабжения, что представлено в таблице и на рис.1:

Таблица 1. Обобщённое число аварий на газопроводах (2005-2010г.г.)

Причина Количество аварий Длина газопровода

Землетрясение 3 59

Естественное старение 15 582

Наводнение 45 890

Терроризм 643 331

Другие 34 86

Статистический анализ данных по авариям является основой для применения прогнозных оценок риска и величины ущерба от аварий. В первой главе также формулируется Концепция информационной поддержки управления безопасным газоснабжением городов и поселений Республики Пакистан на базе ГИС-технологий.

Эти характеристики рекомендуется формировать в базе данных ГИС для использования при расчёте рисков нарушения безопасности газоснабжения.

Реализация базы данных в ГИС позволяет осуществлять пространственный анализ качества газоснабжения урбанистических сообществ и визуализацию сложившейся обстановки. Выявленные в процессе исследования негативно эволю-ционизирующие факторы определили необходимость разработки концепции информационной поддержки управления качеством газоснабжения на базе ГИС-технологий и системного учёта их эволюции при прогнозировании и оптимизации газоснабжения.

8Ш ХОКТНЕКМ ОАЧ РИ'ЕЫХЕН 1ЛМІТЕІ) Тгапатіавіоп >іеІ«оік

12 3 4 5 |Г

Рис. 2. Обобщённые данные по ущербу от аварий на газопроводах и схема газопроводной системы Пакистана

Формирование базы данных и базы знаний в ГИС по месторождениям газа является важным элементом технологий информационной поддержки управления безопасной эксплуатацией при управлении развитием территорий и оценке рисков в системе газоснабжения потребителей газа республики Пакистан. Пространственные характеристики трёх основных источников возникновения аварий приведены в Таблице 2:

1 2 3 4

Наводнения Белуджистан Хайбер П. X. Синд Пенджаб

Землетрясения Синд Пенджаб Белуджистан Хайбер П.Х.

Теракты Пенджаб Синд Хайбер П.Х. Белуджистан

Строит, работы Белуджистан Хайбер П. X. Синд Пенджаб

В этой таблице опасности распределены по степени возрастания, они явились основой для построения соответствующего слоя в ГИС, характеризующего георельеф рисков для расчёта вероятности безопасной эксплуатации газопроводной системы в соответствующем регионе и разработки концепции, информационной поддержки управления безопасным газоснабжением городов и поселений

Республики Пакистан на базе ГИС-технологий, содержание которой представлено на рис. 3.

г

-Индикаторы устойчивого развития региона

ООН ХАБИТАТ

Международные и российские нормы безопасности

-Наличие программ и проектов в области

-Интересы различных групп социума

-Технический уровень решения проблем газоснабжения

-Качество управления системой

и

Факторы

Факторы

Геопо литические, социальные, медицинские и др.

-Перспективы развития газовой отрасли

-Освоение техники, инновации

-Экологическая политика, проблемы защиты окружающей среды

-Вопросы безопасности здоровья, последствия жизнедеятельности

-Социально-экономические проблемы, этнокультурное развитие, интеллектуальный потенциал

Технологии информационной поддержки

1.Предложения в программу создания

2.Пространстве иная ГИС- аттестация

3.Разработка структуры системы и её элементов

4.Подготовка специалистов

5.Разработка уч«бно-научных и учебно-методических материалов

б.Объединение усилий (упорядочение структуры взаимодействия)

Рис. 3. Основное содержание концепции информационной поддержки управления безопасным газоснабжением городов и поселений Республики Пакистан на базе ГИС-технологий

Концепция основана на работах, выполненных в России и концепции развития системы газоснабжения основных фирм Пакистана.

Во второй главе разрабатывается геоинформационная модель системы газоснабжения, учитывающая факторы, существенно влияющие на эффективность функционирования системы, с оценкой ее адекватности решаемым задачам. Применительно к городу Карачи в качестве примера исследуется один из микрорайонов с типовым кварталом застройки. Результатом комплексного подхода к

оценке рисков газоснабжения в ГИС явилась разработка предложений по практическому расчёту для выбранного типового квартала застройки пространственного распределения вероятности возникновения аварии в газораспределительной системе и построения георельефа рисков.

Разработанная геоинформационная модель предлагается в качестве эффективного инструмента при решении задач управления развитием территорий на региональном и муниципальном уровнях, территориальном планировании и эксплуатации систем газоснабжения для коллективных и индивидуальных потребителей газа республики Пакистан.

Для целей территориального планирования эффективным средством является построенный в ГИС георельеф рисков, определяющий распределение по территории необходимые средства газоснабжения. Количественные оценки рисков возникновения аварий магистрального трубопровода на входе в микрорайон Карачи могут быть сделаны на основе логико-вероятностных методов, развиваемых в работе.

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.

-с применением логико-вероятностных методов школы проф. Рябинина И.А.

При использовании мультипликативных показателей риска некачественного газоснабжения в работе адаптирован показатель - мера риска Я определяемый как свертка (зачастую - произведение) вероятности XV реализации аварии и вероятного относительного ущерба М по формуле:

11=\УМ ( 1 )

где Я - количественная мера (степень) риска; XV - вероятность возникновения аварии; М - вероятный относительный ущерб при аварии. Значение риска в мультипликативном представлении можно трактовать как математическое ожидание ущерба. Вероятность \¥ возникновения аварии определяется на основе анализа условий эксплуатации системы и обработки статистических данных об авариях. В

простейшем представлении используя закон Пуассона распределения времени

11

между авариями, полагая, что наступления аварий образуют простейший поток

случайных событий, принимается:

Р(> 1,/) = 1 -Р(0,г) = 1 -ехр(-Л-1) = № ) (2)

Как мера риска возникновения аварии на рассматриваемом объекте за интересующий интервал времени I.

Таким образом, в инженерных оценках может быть рассчитана вероятность возникновения аварии. Вероятный относительный ущерб М рассчитывается по следующей методике. На основе моделирования аварийной ситуации прогнозируются материальные Му и людские Иу потери вследствие воздействия формируемых в аварии поражающих факторов. По таблице Классификации чрезвычайных ситуаций (Постановление Правительства РФ от 13.9.96 №1094) определяется вид чрезвычайной ситуации и соответствующие максимальные значения возможного материального ущерба Мшах или гибели людей Ишах. Тогда: М- = М»/М™"' или м» = , где Мш , Мп - вероятный

относительный материальный и людской ущербы соответственно.

По этой методике несчастный случай со смертельным исходом взрослого человека оценивается суммой 80 ООО руб, а расчеты выполняются по формуле:

М --

> (3)

где коэффициент к приводит к единой мере финансовые единицы измерения ущербов, коэффициент % равен выбранной мере стоимости жизни одного человека в единицах, соответствующих единицам ущерба. Здесь можно, например, в качестве стоимости человеческой жизни выбирать условные значения, соответствующие конкретным регионам и оценкам экспертов.

При применении логико-вероятностного метода для оценки рисков безопасной эксплуатации газопроводов, современные системы газоснабжения можно отнести к классу структурно-сложных систем. Разнообразие существующих систем и выбор класса структурно-сложных систем для последующего исследования может быть основан на анализе моделей централизованного, децентрализованного и смешанного газоснабжения, имеющие как структурные, так и географические

особенности. К примеру первый тип более адекватен крупным городам, второй -сельской местности, третий - населённым пунктам с окраинными территориями. В данной работе рассмотрены только структурно-сложные системы (ССС), к которым относятся системы газоснабжения всех трёх типов.

Понятие сложности учитывает как сложность структуры системы, так и сложность функций, реализуемых системой. Под «сложной системой» понимается система, которую можно описать не менее чем на двух различных математических языках. Под «структурно-сложными системами» в работе понимаются такие системы, которые при математическом описании не сводятся к последовательным, параллельным или древовидным структурам. Структурно-сложные системы описываются сценариями сетевого типа с циклами и неустранимой по-вторностью аргументов при их формализации. Независимо от природы изучаемой ССС при решении соответствующих задач используются одни и те же абстрактные модели, а именно логико-вероятностные.

Единственным практически реальным и доступным путем для проектирования и исследования ССС является моделирование. Принято, что большинство реальных систем газоснабжения относятся именно к классу ССС, но из-за математических трудностей они пока изучаются в основном описательным путем. Для структурно-простых систем разработаны количественные методы описания и построения логико-вероятностных моделей.

При логико-вероятностном моделировании установлены четкие правила замещения логических аргументов (х;) в функциях алгебры логики - у(х! ..., хп) вероятностями их истинности Р{х; = 1} и логических операций: конъюнкции (л), дизъюнкции (V), отрицания (--) арифметическими операциями: умножения (х), сложения (+), вычитания (-). Вероятностная функция (ВФ) — это вероятность истинности функции алгебры логики, т.е. Р{у(х] ...,хп )= 1 }.

В работе используются логические уравнения - аналитическая запись задачи о разыскании значений аргументов, при которых значения двух данных функций равны

^(хь ...,хп) = Г2(хь ...,хп), (4)

где х„ - неизвестные аргументы.

Решениями (корнями) уравнения являются такие значения неизвестных аргументов хь при которых соблюдается равенство ( 4 ). Системой уравнений является совокупность уравнений, для которых требуется найти значения неизвестных, удовлетворяющих одновременно всем уравнениям. В работе отдаётся предпочтение понятию системе логических уравнений в виде

где - функции алгебры логики, выраженные через логические переменные х. В работе под логико-вероятностной теорией безопасности понимаются основные знания по расчетам опасности возникновения аварий и катастроф структурно-сложных систем, базирующиеся на логическом представлении развития опасных состояний и математических методах вычисления истинности функций алгебры логики, представляющих функцию опасности системы.

Демонстрационный пример применения информационной технологии общего логико-вероятностного метода в специализированной системе автоматизации проектирования, мониторинга и управления эксплуатацией централизованных систем газоснабжения (ЦСГ) выполнен для системы, представленной на рис. 4.

У = у№А>-,У>

ґі = аІУ ап ї\ V аі2 V ... V аіпґп = 1,..., п,

(5)

(6)

в

Рис. 4. Модель централизованной системы газоснабжения

Эта модель включает все атрибуты ЦСГ со следующими структурными и качественными характеристиками:

Ориентировочный масштаб - квартал города Карачи с населением порядка 100-150 тыс. чел. Каждый из показанных на схеме потребителей соответствует микрорайону с 15-20 жилыми домами с населением численностью порядка 1 тыс. чел. каждый. В задаче требуется: оценить надежность ЦСГ в функции текущего времени в основанном и резервном режимах функционирования; оценить критически важные объекты (элементы) ЦСГ и степень деградации ЦСГ при их выходе из строя; рассчитать риски возникновения аварий в системе газоснабжения; оценить целесообразные мероприятия по совершенствованию и восстановлению ЦСГ (замене устаревших элементов) и достигаемый эффект.

Схема функциональной целостности ЦСГ по первому варианту исходных данных для основного режима функционирования, составленная по технологии логико-вероятностного метода на фоне структуры ЦСГ, представлена на рис.5.

При визуализации различными цветами выделяются фиктивные вершины, связанные с расчетом показателей надежности и риска. Одна из фиктивных вершин отражает показатель надежности системы потребителей газоснабжения, а другая вершина - системы обеспечения газоснабжения. Каждая из этих вершин дизъюнктивно объединяет кустовые схемы, частные показатели которых формируются дизъюнктивным и конъюнктивным объединением соподчиненных элементов сообразно логике их взаимодействия. Первая из указанных фиктивных вершин отражает комплексный показатель надежности ЦСГ. Расчет показателя безотказности функционирования ЦСГ осуществлялся последовательно для указанных выше двух вариантов ЦСГ: первый - имеющей устаревшие элементы и газопроводы различного диаметра, второй - имеющей улучшенные элементы и газопроводы.

Результаты расчета показателя безотказности функционирования ЦСГ в основном режиме функционирования представлены в окне моделирования и расчетов с применением программного комплекса автоматизированного структурно-логического моделирования систем (ПК АСМ) (рис. 6).

Рис. 5. Схема функциональной целостности на фоне структурной схемы ЦСГ в основном режиме функционирования

Рис. 6. Окно моделирования и расчетов ПК АСМ с результатами оценки показателей безопасного функционирования ЦСГ за 1 год в основном режиме функционирования

Полученное значение показателя свидетельствует о низкой надежности ЦСГ в целом. Средняя наработка на отказ составляет всего 577 час или около 24 суток. Вместе с тем, она подтверждается средними статистическими характеристиками возникновения отказов на реальных ЦСГ Пакистана. Приведённые информационные структуры и алгоритмы характеризуют ОЛВМ, как эффективный и перспективный пример информационной технологии обеспечения управления качеством газоснабжения и может быть рекомендован к внедрению в ведущих фирмах газовой промышленности Пакистана.

Практическое применение ОЛВМ для моделирования и расчета различных характеристик сложных систем облегчается тем, что все основные технологические этапы построения логических, вероятностных моделей и вычисления показателей полностью автоматизированы и реализованы в программных комплексах автоматизированного структурно-логического моделирования. Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности систем «АРБИТР» (ПК ACM СЗМА) аттестован Советом по аттестации программных средств Ростехнадзора РФ и в настоящее время используется промышленными организациями РФ.

На исследователя возлагается только задача составления схемы функциональной целостности системы, то есть задача, свойственная проектировщикам систем. Нет необходимости ни выбора метода, ни аналитической работы по составлению и решению систем алгебраических или дифференциальных уравнений. Таким образом, применением ОЛВМ достигается радикальное разрешение проблемы перехода от качественной графической формы модели структурно-сложной технической системы к формальной вероятностной математической модели с автоматическим обеспечением ее адекватности графической модели и корректности программной реализации. Следует подчеркнуть, что применений технологии информационной поддержки в обеспечении безопасной эксплуатации газопроводной системы Республики Пакистан в части применения ГИС с базой данных по характеристикам газопроводов представляет собой довольно трудную

задачу, поскольку за время эксплуатации системы не производилось систематизи-

17

рованое накопление этих данных и тем более их анализ для применении в базе знаний. В работе предприняты некоторые усилия по восполнению этого пробела и на рис. 7. Эти данные необходимы для выполнения расчётов по безопасной эксплуатации системы газоснабжения по всем методикам, рассматриваемым в работе и применяемым газовыми компаниями Пакистана.

0.3« 0,25 0,20 0.15 0.10 0.05 0.00

1

1.......я

Диаиетр {см)

4 <? * # «У Ф- ^ # ^ Ф5

Дпииа{кы)

Рис. 7. Статистические характеристики диаметров и длин газопроводов В Республике Пакистан

В работе рассматривались методики оценки безопасного функционирования газоснабжения в России, поскольку сравнение их с подобными алгоритмами, применяемыми в Республике Пакистан, могут быть сделаны только на качественном уровне по ряду причин, прежде всего из-за чрезвычайной конфиденциальности данных, необходимых для оценок.

В четвёртой главе на основе разработанных геоинформационных технологий выполнено экономическое обоснование целесообразных способов транспортировки газа в зависимости от ситуаций, обоснован оптимальный масштаб

потребителей для оборудования газораспределительными станциями и оптимальной густоте газопроводных систем.

По данным пакистанских компаний Пакистан обладает хорошо развитой и интегрированной системой транспортировки и распределительной сетью трубопроводов для поставок природного газа конечным потребителям. Газоснабжение обеспечивается сетью газопроводов, представленной трубами большого диаметра и сравнительно высокого или среднего давления газа. Они проложены вдоль основных коммуникаций. Газораспределительная сеть включает взаимосвязанные трубопроводные системы низкого давления, которые осуществляют подачу природного газа с сетевого питания на точки, прилегающие к площадке пользователя. Природный газ проходит от распределительных станций на газовый счетчик потребителя через службы газопровода. Газораспределительная система состоит из различных труб размером от 1,9 см до 106,6 см в диаметре из стали и полиэтиленового материала.

Магистральные газопроводы, которые проходят через страну, контролируются и управляются с компрессорных станций и распределительных пунктов, которые равномерно распределены по всей стране. Тринадцать из всех компрессорных станций обеспечивают отправку газа в центральную и северную части страны, а 8 станций отправляют газ в южный Пакистан. Технические характеристики трубопроводов и газораспределительных станций являются основой для определения рисков и оптимизации масштаба территории (количества пользователей) по критерию «эффективность-стоимость». Для этих целей в аботе используется метод целевой функции, который предполагает более корректное определение существа риска по сравнению с выше приведённым мультипликативным критерием (1). Кроме параметров, участвующих в решении задачи определения значений риска по мультипликативному критерию, необходима дополнительная информация о затратах и о потенциальной экономической (платежной) способности предприятия, региона или лица, ответственного за принятие решения. В статистической постановке целевая функция риска рекомендована в работе. Для обоснования оптимального масштаба потребителей газа в

работе адаптируется подход, основанный на методе целевой функции школы

19

СПбГПУ, который предполагает более корректное определение существа риска по сравнению с ранее приведёнными выражениями. Целевая функция риска Ц(в) рекомендована в работе в следующем виде:

где Бо - затраты на создание технической системы (объекта); \\4Sk) - вероятность возникновения аварийной ситуации, значение которой определяется средствами вк,, затрачиваемыми на предотвращение возникновения аварийной ситуации; Му -прогнозируемый ущерб материальным ценностям и окружающей природной среде; 1Чу - прогнозируемые людские потери в размерности выбранных финансовых средств; $1 - затраты на обеспечение безопасности системы (снижение ожидаемого ущерба); 5к - средства, выделяемые на предотвращение аварий; к, § - коэффициенты приведения стоимостных показателей ущерба и потери населения к единой мере; т(я1) - функция предотвращенного ущерба, значение которой определяется выделяемыми средствами б^

m(st) = k■mv(s„) + g■nr(sN) (В)

т„(5и)- предотвращенный материальный ущерб; ппредотвращенный ущерб вследствие людских потерь; .г, = + ; Б - потенциальная платежная способность заказчика или лица, ответственного за принятие решения.

5 + (9)

Вероятность негативного воздействия на среду обитания \У(8к) может быть представлена в виде зависимости от надежности исследуемой технической системы: = (10)

где =5Х +5У; \У($Х) - вероятность развития аварии (отказа, поломки) технической системы или технологического процесса и формирование чрезвычайной ситуации. Значение этой вероятности зависит от объема средств 8Х, выделенных на локализацию аварии; Р(зу) - надежность (вероятность безотказной работы) технической системы или технологического процесса, значение которой зависит от средств , выделенных на повышение надежности.

Анализ целевой функции может быть использован для оценки масштаба потребителей газа. При стремлении вероятности возникновения аварии к нулю величина функции риска стремится к отношению затрат на создание системы (объекта) к потенциальным платежным способностям (состоянию) заказчика. При стремлении вероятности возникновения аварии к единице - значение показателя риска определяется вторым слагаемым, т.е. относительным ущербом. Напрашивается вывод о том, что для высоконадежных, хорошо защищенных систем следует обращать внимание на риск в виде относительной стоимости системы. В случае, когда вероятность возникновения аварийной ситуации достаточно высока, особого внимания заслуживает вклад средств на предотвращение ожидаемого ущерба, защиту населения и ценностей.

Приоритетной остается задача выделения достаточных средств для снижения вероятности возникновения аварии перед мерами по снижению ожидаемого ущерба. В реальных условиях на основе анализа целевой функции оптимальным сообществом потребителей газа является в настоящее время современный дом или кондоминиум с населением порядка 1000-1500 человек. При таких условиях минимальной удельной ценой (на каждого члена социума) обеспечивается заданное значение степени риска коллективов от 1000 человек. При потреблении среднестатистической городской семьей 250 кубометров газа в месяц общее количество газа составит 41000 кубометров на 1 дом в месяц.

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 исследования, отмечаются нерешённые вопросы, которые могут служить предметом дальнейших исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

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 безопасного 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 10000-15000 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 юга и севера Пакистана, улучшит ситуацию в сфере управления газоснабжением внутри городов страны, а также повысит безопасность эксплуатации газопроводов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Малик С., Минина М.В., Соболева К.В. «Технологии информационной поддержки экологического менеджмента водопользования. Известия ЮФУ № 9, Таганрог.-2011.-С.200-206.

2. Малик С., Седова А.П., Ткаченко Н.Н. Технологии информационной поддержки управления безопасной эксплуатацией газопроводов в гидрометеоусловиях Республики Пакистан. Учёные записки РГГМУ №1, СП6.-2012.-С.18-24.

3. Малик С.,Митько В. Б., Седова А.П. Технологии геоинформационной поддержки управления качеством жизни в арктических регионах России. Труды II Всерос. Научи.-практ. форума «Экология: синтез естественнонаучного, технического и гуманитарного знания», Саратов.-2011.-С.86-90.

4. Митько В.Б., Малик С. Инновационный подход к определению масштаба урбанистического сообщества для построения коллективной системы водоочистки. Материалы межд. Конф. «День Балтийского моря» -2011,- СП6.-С.256-258.

Mitko V. В., Malik S. Innovative Approach for the Urbanistic Community Scale Determination for the Collective Water Cleaning System Creation. DBS-2011.-P.258-259.

5. Малик С.,Митько В. Б., Седова А.П. Геоинформационные технологии систем жизнеобеспечения в Арктических регионах России. Труды IV Межд. Конгресса. «Цели развития тысячелетия и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов». СПб.:000 «ПИФ.СОМ», 2011.-С.9-12

6. Малик С., Минина М.В. Геоинформационые технологии поддержки управления системами жизнеобеспечения социума. Материалы межд. конгресса «Цели развития тысячелетия и инновационные принципы устойчивого развития Арктических регионов», т. 1, СПб.: «ПИФ.СОМ».-2010.-С.50-55

7. Малик С., Минина М.В., Митько В.Б. Структура геоинформационной модели управления безопасной эксплуатацией газопроводов на территории республики Пакистан. Материалы межд. конгресса «Цели развития тысячелетия и инновационные принципы устойчивого развития Арктических регионов», т.1, СПб. : «ПИФ.СОМ».-2010.-С.244-250

Подписано в печать 28.04.12. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризограф. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ 97.

Отпечатано с готового оригинал-макета. ООО "Технолит" 197101, С.-Петербург, ул. Кронверкская, 12 лит. А, пом.2н

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Малик Саад

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ДАННЫХ ПО СОВРЕМЕННЫМ СПОСОБАМ И СРЕДСТВАМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ГАЗОПРОВОДОВ.

1.1. Характеристика физико-географических условий и системы газоснабжения Республики

Пакистан.

1.2. Анализ аварий на газопроводах.

1.3. Современные требования по безопасной эксплуатации газопроводов.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ

ГАЗОПРОВОДОВ.

2.1. Обоснование эффективных направлений повышения качества управления безопасной эксплуатацией газопроводов в геоинформационной системе.

2.2. Модель управления качеством газоснабжения на основе ГИС.

2.3. Основные направления применения геоинформационной модели в решении задач управления безопасным газоснабжением.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РИСКОВ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ В ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ

МОДЕЛИ.

3.1. Оценка рисков по степени наносимого ущерба.

3.2. Принципы определения риска в соответствии с российскими документами и справочными пособиями.

3.3. Применение логико-вероятностного метода оценки эксплуатационных рисков газоснабжения.

3.4. Демонстрационный пример применения информационной технологии

ОЛВМ в специализированной системе управления газоснабжением.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛУЧЕННЫХ В РАБОТЕ

РЕЗУЛЬТАТОВ.

4.1. Обоснование выбора технических решений, реализуемых в системах безопасной эксплуатации газопроводов.

4.2. Методика обоснования оптимального масштаба урбанистического сообщества в геоинформационной системе управления газоснабжением.

4.3. Предложения по совершенствованию информационного обеспечения системы газоснабжения Пакистана на базе ГИС.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "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.)[25133,137], 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, третий -населённым 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.

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Малик Саад

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 10000-15000 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, логико- вероятностного 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.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Малик Саад, Санкт-Петербург

1. Федеральный закон № 69 ФЗ Российской Федерации «О газоснабжении в Российской Федерации» от 31 марта 1999 г.

2. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 года №7-ФЗ. М.: 2002

3. Программа ООН по населённым пунктам (ООН-ХАБИТАТ),Найроби.:2006.-45с.

4. Социально-политический проект РАЕН «Актуальные проблемы безопасности социума», М.: 2007

5. Аванесов B.C., Александров А.Б., Александров А.И., и др. Анализ аварий и несчастных случаев в нефтегазовом комплексе России. / Под ред. Прусенко Б.Е.,. Мартынюка В.Ф. М.: ООО «Анализ опасностей», 2002. 310 с.

6. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. -М.: Финансы и статистика, 1985.-488 с.

7. Александров А.Б., Мартынюк В.Ф., Фомин С.Л., Фомина Е.Е. Использование метода дерева отказов для анализа несчастных случаев // Безопасность жизнедеятельности. 2002. № 9. С. 6-11.

8. Алексеев А.О. Процедура численного решения систем логических уравнений. Сборник алгоритмов и программ № 14. СПб.: BMA, 1992.- 60с.

9. Алексеев В.В., Поливанов В.В. Синтез распределённых измерительных информационных систем мониторинга. Труды научно-практ. Конф. «Проблемы прогнозирования и предотвращения чрезвычайных ситуаций и их последствий».-СПб.:Изд. СП6ГЭТУ.-2006.- с.109-113.

10. АРБИТР, «Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчёта надёжности и безопасности систем». Автор Можаев A.C.// Свид. о per. №2003611101.-М.: РОСПАТЕНТ РФ, 2003

11. Бескид П.П., Куракина Н.И., Орлова Н.И. Геоинформационные системы и технологии.-СПб.: Изд. РГТМУ.-2011.-260с.

12. Биденко С.И., Антонов Н.Г. Пространственная модель представления территориальной ситуации в системе освещения обстановки в ближней и средней зонах// Политехника, №6.-2005.-с.23-29

13. Васильев Ю.С., Колосов В.Г., Яковлев В.А. Интегрирующие инновации Санкт-Петербурга. СПб.: Политехника, 1998 - 428 с.

14. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Сов радио, 1972.-552 с.

15. Веремьёв В.И. Радиолокационные методы обнаружения техногенных метеообразований в атмосфере. Труды научно-практ. Конф. «Проблемы прогнозирования и предотвращения чрезвычайных ситуаций и их последствий».-СПб.:Изд. СП6ГЭТУ.-2002.- с.62-64.

16. Владимиров В.В. Булевы алгебры. М.: Наука, 1969

17. Волохина А.Т., Карпова В.В., Мартынюк В.Ф., Прусенко Б.Е., Суворова В.В., Феоктистов A.A. Анализ аварийности и травматизма на объектах систем газораспределения//Безопасность труда в промышленности. № 6. - 2006. - с.18

18. Воронов A.A. Геоэкоинформатика в системе экологических исследований.//Вестник АН СССР.-1988.-№11.-е 73-76.

19. Горелова Г.В., Кацко И.А. Теория вероятностей и математическая статистика в примерах и задачах с применением EXEL: Ростов н/Д.: «Феникс», 2005.-480 с.

20. Гуменюк В.И. Проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях : Сб. научч. трудов Всероссийкой научн.-практ. Конф. «Безопасность в чрезвычайных ситуациях».-СПб.: Изд-во Политехи. ун-та,2009.-С.180-186.

21. Дадонов Ю.А., Емельянов E.H., Кловач Е.В., Мартынюк В.Ф. и др. Российско-норвежское сотрудничество в области безопасности добычи нефти и газа на континентальном шельфе // Безопасность труда в промышленности. 1997. № 12. - С. 56-59.

22. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем.-СПб.: Наука, 2004.-294 с.

23. Емельянов E.H., Мартынюк В.Ф., Киселев A.A. Разработки НТЦ «Промышленная безопасность» в области безопасности в нефтяной и газовой промышленности // Безопасность труда в промышленности. 1997. № 5. С. 4953.

24. Ивченко Б.П., Мартыщенко J1.A. Информационная экология. СПб.: «Нордмед-Издат», 1998.-208 с.

25. Истомин Е.П., Слесарева JI.C. О некоторых вопросах моделирования поведения ГИС.-Учёные записки РГГМУ, вып.18.-СПб.: изд. РГГМУ, 2011.

26. Кальян, Е.С. Кошлатая, П.С. Васильев С.П., ГИС при паспортизации магистральных газопроводов."Объединение Технохимкомплект", г. Симферополь, АР Крым, Украина, http://www.git.crimeaonline.com

27. Колосов В.Г. Введение в инноватику. Учебное пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002 -147 с.

28. Коробкин В.И., Передельский JI.B. Экология.-Ростов н/Д: изд. «Феникс», 2001.-576 с.

29. Кошкарев A.B., Каракин В.П. Региональные геоинформационные системы.-М.: Наука, 1987.-126 с.

30. Красных Б.А., Мартынюк В.Ф., Сергиенко Т.С. и др. Анализ аварий и несчастных случаев на объектах газового надзора. М.: ООО «Анализ опасностей». - 2003. - 320 с.

31. Кулик Б.А. Логико-вероятностные методы и алгебра кортежей//Теория и информационная технология моделирования безопасности сложных систем. СПб.: ИПМ РАН. 1995. ВЫп.5, Препринт 123.

32. Лисанов М.В., Мартынюк В.Ф., Печеркин A.C., Сидоров В.И. Анализ риска промышленных объектов // Гражданская защита. 1998. № 6. С. 71-73.

33. Малик С., Минина М.В., Соболева К.В. «Технологии информационной поддержки экологического менеджмента водопользования. Известия ЮФУ № 9, Таганрог.-2011.-С.200-206

34. Малик С., Седова А.П., Ткаченко H.H. Технологии информационной поддержки управления безопасной эксплуатацией газопроводов в гидрометеоусловиях Республики Пакистан. Учёные записки РГГМУ №1, СП6.-2012.-е

35. Малинин В.Н. Статистические методы анализа гидрометеорологической информации. Учебник.- СПб.:изд. РГГМУ, 2008.-408 с.

36. Мартынюк В.Ф. Критерии приемлемого риска // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2009. № 1. - С. 33-40.

37. Мартынюк В.Ф., Красных Б.А. Принципы деятельности Госгортехнадзора России по предупреждению опасных ситуаций // Безопасность труда в промышленности. 1998. № 7. С. 50-51.

38. Мартынюк В.Ф., Прусенко Б.Е. Защита окружающей среды в чрезвычайных ситуациях. М: «Нефть и газ», 2003. 335 с.

39. Мартынюк В.Ф., Суворова В.В. Алгоритм количественной оценки риска газорегуляторных пунктов и установки // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2007. № 1. - С. 30-33.

40. Мартынюк В.Ф., Смирнова В.В. Количественная оценка риска объектов систем газораспределения // Безопасность труда в промышленности. 2007. № 8. С. 64-68.

41. Мартынюк В.Ф. Возможности создания банков данных по авариям и инцидентам в нефтегазовом комплексе // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2007. № 4. - С. 48-52.

42. Мартынюк В.Ф. Аварийные взрывы в системах распределения и потребления природного газа// Нефть, газ и бизнес. 2008- № 7 - С. 49-51.

43. Мартынюк В.Ф., Печеркин A.C., Разумов В.П. и др. Анализ деклараций безопасности промышленных объектов Москвы // Безопасность труда в промышленности. 1995. № 10. С. 32-38.

44. Мартынюк В.Ф., Суворова В.В. Основные виды аварий в газораспределительных системах// Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2006. - №2. - с. 37-40.

45. Мартынюк В.Ф., Суворова В.В. О системах управления промышленной безопасностью, охраной труда и защитой окружающей среды в нефтяной и газовой промышленности // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2005. -№ 3. С. 43-47.

46. Минина М.В. Перспективы северного градостроительства с учётом Мирового опыта. Труды Конгресса «Цели развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития Арктических регионов, т.2, СПб.: ПИФ.СОМ, 2009.-С.92-101.

47. Митько В.Б., Малик С. Инновационный подход к определению масштаба урбанистического сообщества для построения коллективной системы водоочистки. Материалы межд. Конф. «День Балтийского моря» -2011,-СПб.:

48. Mitko V. В., Malik S. Innovative Approach for the Urbanistic Community Scale Détermination for the Collective Water Cleaning System Création. DBS-2011

49. Митько В.Б., Минина M.B., Куличкин Ю.В. Эволюция геополитических факторов, определяющих роль Северо-Западного федерального округа в реализации Арктической доктрины России 21 века Труды Межд. Конгресса

50. Цели развития тысячелетия и инновационные принципы устойчивого развития Арктических регионов», т.2.,СПб, 2009

51. Митько В.Б. Пути реализации социально-политического проекта «Актуальные проблемы безопасности социума». Труды Конгресса «Цели развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития Арктических регионов России», т.2,2008-3с

52. Митько В.Б. Особенности концепции экологической безопасности в стратегии устойчивого развития Северо-Западного федерального округа. Труды ЮФУ, Таганрог, 2009

53. Митько В.Б. Особенности концепции экологической безопасности в стратегии устойчивого развития СЗФО. Труды научно-практической конференции «Безопасность в чрезвычайных ситуациях».-СПб., 2009

54. Митько В.Б., Минина М.В. Прогнозирование рисков в системе реагирования на чрезвычайные ситуации. Тезисы семинара Проблемы риска в техногенной и социальной сферах.-СПб.: СПбГПУ, 2004.-с57-59.

55. Можаев A.C. Учебно-методическое пособие по автоматизированному структурно- логичесскому моделированию и расчёту показателей надёжности, живучести и безопасности систем на ПЭВМ.-СПб.:ВМА, 1992 .120 с.

56. Петров K.M. Экология человека и культура. СПб.: Химиздат, 1999.-384 с.

57. Письменный Д.Т. Конспект лекций по теории вероятностей, математической статистике и случайным процессам. -М.: Айрис-пресс, 2008.288 с.

58. Романов М.Ф., Фёдоров М.П. Математические модели в экологии. -СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003.-240 с

59. Рябинин И.А. Надёжность и безопасность структурно-сложных систем.-СПб.: Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2007.-276 с.

60. Смирнова В.В., Мартынюк В.Ф., Феоктистов A.A. Причины аварий и несчастных случаев на объектах газораспределения и газопотребления // Справочник специалиста по охране труда. 2008. № 1. - С. 63-66.

61. Стратегическое территориальное планирование: зарубежный опыт и российская практика.-СПб.: ООО «Селеста», 2007.-228 с.

62. Строители 2005. Информация для принятия решений./Под редакцией А.Р.Жовталюка, СПб.:ИД «Единое информационное пространство», 2005

63. Суворова В.В., Мартынюк В.Ф., Грудина С.А. О выборе допустимого индивидуального риска // Безопасность жизнедеятельности. 2005. № 6. С. 36-39.

64. Третьяков В.Ю. Подходы к решению задач прикладной экологии средствами моделирования и ГИС-технологий. Вопросы прикладной экологии. Сб. научн. трудов.-СПб.: изд РГГМУ, 2002.-С.46-53

65. Черкесов Г.Н., Можаев A.C. Логико-вероятностные методы расчёта надёжности структурно-сложных систем.// Качество и надёжность изделий. Вып. 3 (15). М.: Знание, 1991.

66. Щитинский В.А. Российский опыт и зарубежная практика стратегического территориального планирования, 2007.: Оригинал http://www.gisa.ni/38029.html

67. Экоинформатика. Теория. Практика. Методы и системы, /под ред. академика РАН В.Е. Соколова.-СПб.: Гидрометеоиздат.-1992.-520 с.

68. Яковлев В.В. Экологическая безопасность, оценка риска.-СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2008.-398 с.

69. Barr R Data, Information and knowledge in GIS // GIS Europe, 1996, v.5, №3.-p. 14-15.

70. Boehm B.W. Software engineering economics // 1981 by Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 07632, USA -767p.

71. Buehler K., Me. Kee L. The OpenGIS Guide. Introduction to Interoperable Geoprocessing and the OpenGIS Specification. OGC Technical Committee of the

72. Open GIS Consortium, Wayland (MA): 1998.

73. GAP-анализ. Поиск возможностей и конкурентных преимуществ. Открытый доступ http://surin.marketolog.biz/gap.htm

74. Goodchild M.F., Bradley К., Parks В.О., Steyaert I.T. (Eds) Environmental modeling with GIS. N.Y.: Oxford University Press. 1994. - 512 p.

75. Griffith D.A., Amerhein C.G. Statistical Analysis for Geographers. New York: Prentice Hall, 1991.-478 p.

76. Isaaks E.H., Srivastava .R.M. Applied Geostatics. New York-Oxford: Oxford University Press, 1989. - 561 p.

77. Jacobson G., Buford J., Lewis L. Situation Management: Basic Concepts and Approaches. Proceedings of International Workshop "Information Fusion and

78. Geographie Information Systems" (IF&GIS2007), St.Petersburg, May 27-29,2007-pp.26-44

79. James Owen, Open source rule management, InfoWord.com, November 02,2006

80. Minina M.V., Mit'ko V.B. "Programs and projects of the Arctic Public Academy of Sciences on Ecological Improvement of an Environment" // Proc. Intern. Conf. "Day of Bait. Sea", SPb, 2007

81. Martynuk V.F. Emergency Explosions in the Systems of Distribution and Consumption of Natural Gas// Seventh ISHPMIE Proseedings.- V. Ill P. 330333.

82. Mubin Sajjad, Goryainov U.A. Construction and operation of pipeline projects in Pakistan- associated risk and their solution. Oil and Gas Business -http:/www.ogbus.ru/2007l .shtml

83. Naqi S.A., Siddiqui Z., Systematic GIS Development and its Successful Implementation in SSGC-Pakistan. 2006 ESRI International GIS Use Conference.-San Diego, USA.-August 2006.-22p.

84. Tibaijuka A.K. "The Urbun Management Program" // Habitat Debate, UN-HABITAT, Nairobi, Kenya.-2005, vol. 11, No. 4.-p. 2-7.

85. Nadler G. An Investigation of Design Methodology. // Management Science.-1967.-V. 13.-№10.

86. Popovich V., Pankin A., Ivakin Y. Data for Geographic Information Systems, Proceedings of 11th International Conference on Urban Regional Developmentin the in information society (CORP 2006), Vien, February 12-16, 2006 -pp91 -96

87. Sorokin R., Ivakin Y. Application of artificial intelligence methods ingeographic information systems , Proceedings of International Workshop "Information

88. Fusion and Geographic Information Systems" (IF&G1S2005), St.Petersburg, September 25-27, 2005- pp. 105-114

89. Sui Northern Gas Pipeline Limited, Pakistan Official website: www.sngpl.com.pk.

90. Sui Sourthern Gas Pipeline Limited, Pakistan Official website: www.ssgcl.com.pk