Лекция №4 Применение дистанционного зондирования Земли и

Лекция №4
Применение дистанционного
зондирования Земли и
спутниковой навигации в
нефтегазовой отрасли
Метод дистанционного зондирования Земли
Дистанционное зондирование – это получение любыми неконтактными
методами информации о поверхности Земли, объектах на ней или в ее недрах.
Традиционно к данным дистанционного зондирования относят только те методы,
которые позволяют получить из космоса или с воздуха изображение земной
поверхности в каких-либо участках электромагнитного спектра (т.е. посредством
электро-магнитных волн (ЭМВ).
Достоинства метода дистанционного зондирования Земли заключается в
следующем:
• актуальность данных на момент съемки (большинство картографических
материалов безнадежно устарели);
• высокая оперативность получения данных;
• высокая точность обработки данных за счет применения GPS – технологий;
• высокая информативность (применение спектрозональной, инфракрасной
и радарной съемки позволяет увидеть детали, не различимые на обычных
снимках);
• экономическая целесообразность (затраты на получение информации
посредством ДЗЗ существенно ниже наземных полевых работ);
• возможность получение трехмерной модели местности (матрицы рельефа)
за счет использования стереорежима или лидарных методов
зондирования и, как следствие, возможность проводить трехмерное
моделирование участка земной поверхности (системы виртуальной
реальности).
Виды съемки для получения данных дистанционного зондирования
Виды зондирования по источнику сигнала:
Виды зондирования по месту размещения аппаратуры:
Космическая съемка (фотографическая или оптико-электронная):
• панхроматическая (чаще в одном широком видимом участке спектра) –
простейший пример черно-белая съемка;
• цветная (съемка в нескольких, чаще реальных цветах на одном носителе);
• многозональная (одновременная, но раздельная фиксация изображения в разных
зонах спектра);
• радарная (радиолокационная);
Аэрофотосъемка (фотографическая или оптико-электронная):
• Те же виды ДЗЗ, что и в космической съемке;
• Лидарная (лазерная).
Характеристики сенсоров аппаратов ДЗЗ
Возможность обнаружить и измерить то или иное явление, объект или процесс
определяется разрешающей способностью сенсора.
Виды разрешений:
Характеристики сенсоров аппаратов ДЗЗ
Краткие характеристики космических аппаратов для получения данных
дистанционного зондирования Земли коммерческого использования
Название
КА
QuickBird 2
Iconos 2
EROS A1
Разрешение
панхроматическое
0,61 м
1м
1,8 м
Разрешение
многозональное
2,44 м
4м
-
КВР - 1000
Spot 5
ТК - 350
2м
5 м(2,5 м)
10 м
10 м
-
Landsat 7
15 м
30 м
Размер
кадра
Страна
16 х 16 км
США
11 х 11 км
США
12,5 х 12,5
США
км
40 х 40 км Россия
60 х 60 км Франция
200 х 300
Россия
км
170 х 185
США
км
Аэрофотокомплекс, интегрированный с GPS-приемником
Примеры аэрофотоснимков различного оптического разрешения
0,6 м
2м
6м
Аэрофотоснимок в оптическом и тепловом (инфракрасном) спектрах
Слева – цветной аэроснимок
нефтебазы, справа – ночной
тепловой снимок той же
территории. Помимо четкого
различения пустых (светлые
кружки)
и
наполненных
емкостей, тепловой снимок
позволяет обнаружить утечки
из
резервуара
(3)
и
трубопровода (1,2). Сенсор
САВР,
съемка
Центра
экологического
и
техногенного мониторинга, г.
Трехгорный.
Радарный космический снимок
Радарные снимки позволяют обнаруживать на поверхности воды нефть и нефтепродукты с
толщиной пленки от 50 мкм. Другое применение радарных снимков – оценка
влагосодержания почв.
Радарный космический снимок
Радарная интерферометрия позволяет обнаруживать с околоземной орбиты деформации
земной поверхности в доли сантиметра. На данном изображении показаны деформации,
возникшие за несколько месяцев разработки нефтяного месторождения Белридж в
Калифорнии. Цветовая шкала показывает вертикальные смещения от 0 (черный-синий) до –
58 мм (красно-коричневый). Обработка выполнена фирмой Atlantis Scientific по снимкам ERS1
Наземный комплекс приема и обработки данных ДЗЗ (НКПОД)
Наземный комплекс приема и обработки данных ДЗЗ
(НКПОД) предназначен для приема данных ДЗЗ от
космических аппаратов, их обработки и хранения.
В состав конфигурации НКПОД входят:
• антенный комплекс;
• приемный комплекс;
• комплекс синхронизации, регистрации и структурного
восстановления;
• комплекс программного обеспечения.
Для обеспечения максимального радиуса
обзора
антенный
комплекс
должен
устанавливаться так, чтобы горизонт был
открыт от углов места 2 град. и выше в
любом азимутальном направлении.
Для качественного приема существенным
является
отсутствие
радиопомех
в
диапазоне от 8,0 до 8,4 ГГц (передающие
устройства радиорелейных, тропосферных и
других линий связи).
Наземный комплекс приема и обработки данных ДЗЗ (НКПОД)
НКПОД обеспечивает:
• формирование заявок на планирование съемки земной поверхности и приема
данных;
• распаковку информации с сортировкой по маршрутам и выделением массивов
видеоинформации и служебной информации;
• восстановление строчно-линейной структуры видеоинформации, декодирование,
радиометрическую коррекцию, фильтрацию, преобразование динамического
диапазона, формирование обзорного изображения и выполнение других операций
цифровой первичной обработки;
• анализ качества полученных изображений с использованием экспертных и
программных методов;
• каталогизацию и архивацию информации;
• геометрическую коррекцию и геопривязку изображений с использованием данных
о параметрах углового и линейного движения космических аппаратов (КА) и/или
опорных точек на местности;
• лицензионный доступ к данным, получаемых со многих зарубежных спутников ДЗЗ.
Программное обеспечение для управления антенным и приемным комплексом
выполняет следующие основные функции:
• автоматическую проверку функционирования аппаратной части НКПОД;
• расчет расписания сеансов связи, т. е. прохождения спутника через зону видимости
НКПОД;
• автоматическую активизацию НКПОД и прием данных в соответствии с
расписанием;
• расчет траектории спутника и управление антенным комплексом для
сопровождения спутника;
• форматирование принимаемого информационного потока и запись его на жесткий
диск;
• индикацию текущего состояния системы и информационного потока;
• автоматическое ведение журналов работы.
Устройство и применение спутниковых систем глобального
позиционирования в нефтегазовой отрасли
Основные направления применения спутниковых систем глобального
позиционирования при геоинформационном обеспечении предприятий
нефтегазового сектора:
• развитие опорных геодезических сетей всех уровней от глобальных до
съемочных, а также проведение нивелирных работ в целях геодезического
обеспечения деятельности предприятий;
• обеспечение добычи полезных ископаемых (открытая разработка, буровые
работы и др.);
• геодезическое обеспечение строительства, прокладки трубопроводов,
кабелей, путепроводов, ЛЭП и др. инженерно-прикладных работ;
• землеустроительные работы;
• спасательно-предупредительные работы (геодезическое обеспечение при
бедствиях и катастрофах);
• экологические исследования: координатная привязка разливов нефти,
оценка площадей нефтяных пятен и определение направления их
движения;
• съемка и картографирование всех видов – топографическая, специальная,
тематическая;
• интеграция с ГИС;
• применение в диспетчерских службах;
• навигация всех видов – воздушная, морская, сухопутная.
Устройство и применение спутниковых систем глобального
позиционирования в нефтегазовой отрасли
Существующие СГСП: GPS, ГЛОНАСС, Бэйдоу, Galileo, IRNSS
Основные элементы спутниковой системы навигации:
ГЛОНАСС
Основой системы являются 24 спутника (и 2 резервных), движущихся над
поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных
плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км
•
•
•
•
•
•
•
масса — 1415 кг,
гарантированный
срок
активного
существования — 7 лет,
особенности — 2 сигнала для гражданских
потребителей,
по
сравнению
со
спутниками
предшествующего поколения («Глонасс»)
точность определения местоположения
объектов повышена в 2,5 раза,
мощность СЭП — 1400 Вт,
начало летных испытаний — 10 декабря
2003 года.
отечественная бортовая ЦВМ на базе
микропроцессора с системой команд VAX
11/750
•
•
•
•
•
масса — 935 кг,
гарантированный
срок
активного
существования — 10 лет,
новые навигационные сигналы в формате
CDMA, совместимые по формату с системами
GPS/Galileo/Compass
за счёт добавления CDMA сигнала в диапазоне
L3, точность навигационных определений в
формате ГЛОНАСС повысится вдвое по
сравнению со спутниками «Глонасс-М».
полностью российский аппарат, отсутствуют
импортные приборы.
Точность ГЛОНАСС
Согласно данным СДКМ на 22 июля 2011 года ошибки навигационных
определений ГЛОНАСС по долготе и широте составляли 4,46—7,38 м при
использовании в среднем 7—8 КА (в зависимости от точки приёма). В то же
время ошибки GPS составляли 2,00—8,76 м при использовании в среднем 6—11
КА (в зависимости от точки приёма).
При совместном использовании обеих навигационных систем ошибки
составляют 2,37—4,65 м при использовании в среднем 14—19 КА (в
зависимости от точки приёма).
Состав группы КНС ГЛОНАСС на 13.10.2011:
Всего в составе ОГ ГЛОНАСС
28 КА
Используются по целевому назначению 21 КА
На этапе ввода в систему
2 КА
Временно выведены на
техобслуживание
4 КА
Орбитальный резерв
1 КА
На этапе вывода из системы
—
Оборудование приема сигналов ГЛОНАСС
Экран прибора-навигатора Glospace с
отображением плана московских улиц в
перспективной проекции и указанием
местоположения наблюдателя
НАП «ГРОТ-М» (НИИКП, 2003 г.)
один из первых образцов
GPS
Основой системы являются 24 спутника (и 6 резервных), движущихся над
поверхностью Земли с частотой 2 оборота в сутки по 6-ти круговым орбитальным
траекториям (по 4 спутника в каждой), высотой примерно 20180 км с наклоном
орбитальных плоскостей 55°
Спутник системы GPS на орбите
Оборудование приема сигналов GPS
Типы оборудования для приема сигнала СГПС
• навигатор (точное время; ориентацию по сторонам света; высоту над уровнем
моря; направление на точку с координатами, заданными пользователем; текущую
скорость, пройденное расстояние, среднюю скорость; текущее положение на
электронной карте местности; текущее положение относительно маршрута);
• трекер (GPS/ГЛОНАСС +GSM, передает данные о местоположении и
перемещении, не отображает карту на клиентском оборудовании – только на
сервере);
• логгер (трекер без GSM-модуля, записывает данные о перемещении).
навигатор
трекер
логгер
Трек движения транспортного средства
Спасибо за внимание