Помощь студентам в учебе
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СТАЦИОНАРНЫХ МОРСКИХ ПЛАТФОРМ
|
Введение
1 ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА МОРСКИХ
СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ 10
1.1 Основные понятия геодезического мониторинга 10
1.2 Современные технологии геодезического мониторинга 12
1.2.1 ГНСС технологии 12
1.2.2 Линейно-угловые методы 13
1.2.3 Нивелирование 14
1.2.4 Анализ состояния вопроса применения ГНСС технологий в геодезическом
мониторинге 15
1.2.5 Источники ошибок ГНСС на морских платформах 18
1.2.6 Международная ГНСС служба (служба IGS) 21
1.2.7 Общие сведения о координатных системах отсчета 23
1.2.8 Литосферное строение региона и сейсмоактивность 26
2 ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ МОРСКИХ НЕФТЯНЫХ ПЛАТФОРМ НА
ШЕЛЬФЕ О.САХАЛИН 28
2.1 Описание объекта исследования 28
2.2 Сведения о применяемой методике геодезического мониторинга 29
2.2.1 Общие положения методики 29
2.2.2 Применяемое оборудование и требования к персоналу 30
2.2.4 Алгоритм сбора геодезических данных 31
2.2.5 Этапы обработки геодезических измерений 34
2.2.6 Анализ существующей методики мониторинга с использованием ГНСС .... 34
2.2.7 Анализ результатов обработки ГНСС-измерений, выполненных по
существующей методике 37
2.3 Предложения по усовершенствованию методики 38
2.3.1 Использование сети IGS в качестве исходной сети пунктов 38
2.3.2 Применение онлайн сервисов обработки данных 39
2.3.3 Оптимизация сбора данных и схемы деформационных марок 39
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ
МЕТОДИКИ 43
3.1 План экспериментальных исследований 43
3.2 Описание выполненных экспериментальных исследований 43
3.3 Выводы по результатам экспериментального исследования 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 55
ПРИЛОЖЕНИЕ
1 ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА МОРСКИХ
СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ 10
1.1 Основные понятия геодезического мониторинга 10
1.2 Современные технологии геодезического мониторинга 12
1.2.1 ГНСС технологии 12
1.2.2 Линейно-угловые методы 13
1.2.3 Нивелирование 14
1.2.4 Анализ состояния вопроса применения ГНСС технологий в геодезическом
мониторинге 15
1.2.5 Источники ошибок ГНСС на морских платформах 18
1.2.6 Международная ГНСС служба (служба IGS) 21
1.2.7 Общие сведения о координатных системах отсчета 23
1.2.8 Литосферное строение региона и сейсмоактивность 26
2 ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ МОРСКИХ НЕФТЯНЫХ ПЛАТФОРМ НА
ШЕЛЬФЕ О.САХАЛИН 28
2.1 Описание объекта исследования 28
2.2 Сведения о применяемой методике геодезического мониторинга 29
2.2.1 Общие положения методики 29
2.2.2 Применяемое оборудование и требования к персоналу 30
2.2.4 Алгоритм сбора геодезических данных 31
2.2.5 Этапы обработки геодезических измерений 34
2.2.6 Анализ существующей методики мониторинга с использованием ГНСС .... 34
2.2.7 Анализ результатов обработки ГНСС-измерений, выполненных по
существующей методике 37
2.3 Предложения по усовершенствованию методики 38
2.3.1 Использование сети IGS в качестве исходной сети пунктов 38
2.3.2 Применение онлайн сервисов обработки данных 39
2.3.3 Оптимизация сбора данных и схемы деформационных марок 39
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ
МЕТОДИКИ 43
3.1 План экспериментальных исследований 43
3.2 Описание выполненных экспериментальных исследований 43
3.3 Выводы по результатам экспериментального исследования 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 55
ПРИЛОЖЕНИЕ
Данная выпускная квалификационная работа является результатом исследования по разработке усовершенствованной методики геодезического мониторинга
местоположения стационарных морских платформ, проводимого с помощью измерений методами глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
Актуальность темы заключается в том, что контроль стабильности потенциально опасных объектов и прогнозирование их поведения являются очень важной
задачей. Существует большое количество уже построенных стратегически важных объектов, таких как плотины, дамбы, ГЭС, АЭС, телевизионные вышки, старение конструкций которых требует особого внимания. Одним из эффективных
методов обеспечения сохранности исторических памятников, строений, уникальных сооружений, стратегически важных объектов и потенциально опасных объектов является контроль местоположения, проводимый с помощью геодезических
измерений, либо геодезического мониторинга.
Кроме того, на перечисленные выше объекты могут оказывать влияние такие
природные явления как движения земной коры, оползни, вулканы, землетрясения.
Данные явления также нуждаются в изучении и разработке методов прогнозирования и предупреждения чрезвычайных ситуаций. Мониторинг состояния природных объектов и искусственных сооружений в наши дни является необходимостью и неотъемлемой частью системы обеспечения безопасности.
Новизна исследования состоит в том, что добыча углеводородов на шельфе
морей в Российской Федерации ведется сравнительно недавно, а потенциально
опасные объекты нефтегазовой промышленности требуют особого внимания с
точки зрения сохранения целостности и стабильности, чтобы обеспечить не только надежное функционирование производства и безопасность работников стационарных морских платформ, но и с целью не навредить уязвимой морской среде
обитания, не допустить аварий, разрушения объектов. Кроме того, контроль положения подобных объектов является частью обязательных требований Ростехнадзора РФ – Федеральной службы по экологическому, технологическому и8
атомному надзору.
В процессе трудовой профессиональной деятельности на предприятии «Сахалин Энерджи» была изучена действующая методика геодезического мониторинга морских стационарных платформ. В то же время специалистами сектора
наземных изысканий рассматривается возможность усовершенствования данной
методики с целью сокращения экономических и трудозатрат без ухудшения точности получаемых результатов. Дополнительно рассматриваются вопросы организации системы автоматизированного геодезического мониторинга для этих
объектов.
Целью научного исследования является усовершенствование методики геодезического мониторинга местоположения стационарных морских платформ,
проводимого с помощью измерений методами ГНСС.
Поставленные задачи:
обзор существующих технологий геодезического мониторинга нефтяных
платформ;
анализ технологии геодезического мониторинга нефтяной платформы на
шельфе о.Сахалин;
внесение предложений по усовершенствованию существующей методики;
экспериментальные исследования;
анализ результатов экспериментов и формирование рекомендаций по методике геодезического мониторинга.
Объектом исследования является геодезический мониторинг морских стационарных платформ. Предметом исследования является методика проведения геодезического мониторинга методами ГНСС на нефтегазодобывающей платформе
«Пильтун-Астохская-Б», эксплуатируемой на шельфе Охотского моря в Сахалинской области Российской Федерации.
Научная новизна исследования заключается в получении научно обоснованных достоверных данных, подтверждающих преимущества усовершенствованной
методики.
Практическая значимость работы заключается в сокращении экономических9
и трудозатрат на проведение мониторинга, в возможности применения усовершенствованной методики для интерпретации результатов исследования перемещения и осадки шельфовых сооружений в научных исследованиях смежных дисциплин – геофизики, геодинамики, геотехники и океанологии.
Данное научное исследование также имеет свою практическую значимость
для геодезии и дистанционного зондирования, как средство применения геодезических технологий, дающее стабильное и точное решение в вопросах контроля
местоположения объектов.
Достоверность исследований подтверждена многочисленными разнообразными экспериментами, выполняемыми на реальных объектах с реальными геодезическими и ГНСС-измерениями. Результаты исследований докладывались на
двух научных конференциях. По материалам исследования опубликованы две
статьи.
местоположения стационарных морских платформ, проводимого с помощью измерений методами глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
Актуальность темы заключается в том, что контроль стабильности потенциально опасных объектов и прогнозирование их поведения являются очень важной
задачей. Существует большое количество уже построенных стратегически важных объектов, таких как плотины, дамбы, ГЭС, АЭС, телевизионные вышки, старение конструкций которых требует особого внимания. Одним из эффективных
методов обеспечения сохранности исторических памятников, строений, уникальных сооружений, стратегически важных объектов и потенциально опасных объектов является контроль местоположения, проводимый с помощью геодезических
измерений, либо геодезического мониторинга.
Кроме того, на перечисленные выше объекты могут оказывать влияние такие
природные явления как движения земной коры, оползни, вулканы, землетрясения.
Данные явления также нуждаются в изучении и разработке методов прогнозирования и предупреждения чрезвычайных ситуаций. Мониторинг состояния природных объектов и искусственных сооружений в наши дни является необходимостью и неотъемлемой частью системы обеспечения безопасности.
Новизна исследования состоит в том, что добыча углеводородов на шельфе
морей в Российской Федерации ведется сравнительно недавно, а потенциально
опасные объекты нефтегазовой промышленности требуют особого внимания с
точки зрения сохранения целостности и стабильности, чтобы обеспечить не только надежное функционирование производства и безопасность работников стационарных морских платформ, но и с целью не навредить уязвимой морской среде
обитания, не допустить аварий, разрушения объектов. Кроме того, контроль положения подобных объектов является частью обязательных требований Ростехнадзора РФ – Федеральной службы по экологическому, технологическому и8
атомному надзору.
В процессе трудовой профессиональной деятельности на предприятии «Сахалин Энерджи» была изучена действующая методика геодезического мониторинга морских стационарных платформ. В то же время специалистами сектора
наземных изысканий рассматривается возможность усовершенствования данной
методики с целью сокращения экономических и трудозатрат без ухудшения точности получаемых результатов. Дополнительно рассматриваются вопросы организации системы автоматизированного геодезического мониторинга для этих
объектов.
Целью научного исследования является усовершенствование методики геодезического мониторинга местоположения стационарных морских платформ,
проводимого с помощью измерений методами ГНСС.
Поставленные задачи:
обзор существующих технологий геодезического мониторинга нефтяных
платформ;
анализ технологии геодезического мониторинга нефтяной платформы на
шельфе о.Сахалин;
внесение предложений по усовершенствованию существующей методики;
экспериментальные исследования;
анализ результатов экспериментов и формирование рекомендаций по методике геодезического мониторинга.
Объектом исследования является геодезический мониторинг морских стационарных платформ. Предметом исследования является методика проведения геодезического мониторинга методами ГНСС на нефтегазодобывающей платформе
«Пильтун-Астохская-Б», эксплуатируемой на шельфе Охотского моря в Сахалинской области Российской Федерации.
Научная новизна исследования заключается в получении научно обоснованных достоверных данных, подтверждающих преимущества усовершенствованной
методики.
Практическая значимость работы заключается в сокращении экономических9
и трудозатрат на проведение мониторинга, в возможности применения усовершенствованной методики для интерпретации результатов исследования перемещения и осадки шельфовых сооружений в научных исследованиях смежных дисциплин – геофизики, геодинамики, геотехники и океанологии.
Данное научное исследование также имеет свою практическую значимость
для геодезии и дистанционного зондирования, как средство применения геодезических технологий, дающее стабильное и точное решение в вопросах контроля
местоположения объектов.
Достоверность исследований подтверждена многочисленными разнообразными экспериментами, выполняемыми на реальных объектах с реальными геодезическими и ГНСС-измерениями. Результаты исследований докладывались на
двух научных конференциях. По материалам исследования опубликованы две
статьи.
Геодезический мониторинг стационарных морских платформ – это надежный
способ получения информации об изменениях положения и деформациях опасных производственных объектов, который дает возможность обеспечивать безопасную эксплуатацию. На данный момент развития геодезической и информационной отрасли использование спутниковых измерений является высокоэффективным и высокопроизводительным методом.
По результатам экспериментальных исследований по усовершенствованию
методики геодезического мониторинга морских нефтегазодобывающих платформ
предприятия «Сахалин Энерджи» были успешно подтверждены следующие предложения:
принятие в качестве опорного пункта (с безошибочными координатами) одной береговой базовой станции из трех. При использовании трех близко расположенных береговых станций как опорных пунктов значительно ухудшается геометрия сети, и малым погрешностям береговых ГНСС-измерений соответствуют
большие погрешности в положениях деформационных марок;
применение в качестве исходных пунктов для мониторинга ближайших
станций Международной сети IGS (с индексами AIRA, BADG, BJFS, BJNM,
DAEJ, GAMG, IRKJ, KGNI, MAG0, MTKA, OSN3, TIXI, YAKT и YSSK) вместо
береговых базовых станций. Расположение таких пунктов обладает лучшей геометрией. Пункты IGS – постоянно действующие, без ошибок центрирования и
высоты антенны, доступ к файлам измерений открыт, координаты пунктов IGS
имеют наивысшую точность. Результаты координатных определений показали,
что такой подход обеспечивает более надежное решение, на уровне точности 2-3
см. Отказ от береговых базовых станций существенно сокращает трудозатраты.
использование онлайн сервиса AUSPOS для определения координат деформационных марок в качестве контроля координатных определений с помощью
коммерческого ПО обработки ГНСС-измерений. Сравнение результатов обработки в двух программных продуктах показало практически одинаковые результаты;53
использование технологии ГНСС-измерений рекомендуется только на
наиболее благоприятных участках расположения марок, с максимально открытым
радиогоризонтом и отсутствии объектов для создания помех. Наблюдения на неподходящих марках сопровождаются ошибками из-за многопутности, что приводит либо к погрешностям в координатах порядка до нескольких дециметров, либо
к отсутствию фиксированного решения.
Проведенные экспериментальные исследования показывают, что применение
усовершенствованной методики не снижает точности выполнения ГНССизмерений на марках с благоприятными условиями измерений. Для определения
координат, неблагоприятных для проведения спутниковых измерений, необходимо применять линейно-угловые методы. В связи с этой особенностью предлагается также расширить сеть деформационных марок на объекте наблюдения с целью
получения наиболее полной информации о деформациях сооружения.
В рамках исследования были опубликованы следующие работы:
Давыдов А.В., Гиенко Е.Г. Опыт использования результатов ГНССизмерений на пунктах IGS для мониторинга морских нефтяных платформ на
шельфе о.Сахалин //Интерэкспо ГЕО-Сибирь. XV Междунар. науч.конгр., 24-26
апреля 2019 г., Новосибирск: сб. материалов в 9 т. Т.1 : Междунар. науч. конф.
"Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия". - Новосибирск:
СГУГиТ, 2019. №1. - С.62 - 70. DOI: 2618-981X-2019-1-1;
Гиенко Е.Г., Шендрик Н.К., Давыдов А.В. Особенности геодезического
контроля морских нефтяных платформ на шельфе о. Сахалин по результатам
ГНСС-измерений// Нефтегазовый комплекс: проблемы и решения: Материалы
Первой национал. науч.-практ. конференции. - Южно-Сахалинск, СахГУ, 2018. –
С.29-30.
Все поставленные задачи выполнены, цель выпускной квалификационной
работы достигнута.
способ получения информации об изменениях положения и деформациях опасных производственных объектов, который дает возможность обеспечивать безопасную эксплуатацию. На данный момент развития геодезической и информационной отрасли использование спутниковых измерений является высокоэффективным и высокопроизводительным методом.
По результатам экспериментальных исследований по усовершенствованию
методики геодезического мониторинга морских нефтегазодобывающих платформ
предприятия «Сахалин Энерджи» были успешно подтверждены следующие предложения:
принятие в качестве опорного пункта (с безошибочными координатами) одной береговой базовой станции из трех. При использовании трех близко расположенных береговых станций как опорных пунктов значительно ухудшается геометрия сети, и малым погрешностям береговых ГНСС-измерений соответствуют
большие погрешности в положениях деформационных марок;
применение в качестве исходных пунктов для мониторинга ближайших
станций Международной сети IGS (с индексами AIRA, BADG, BJFS, BJNM,
DAEJ, GAMG, IRKJ, KGNI, MAG0, MTKA, OSN3, TIXI, YAKT и YSSK) вместо
береговых базовых станций. Расположение таких пунктов обладает лучшей геометрией. Пункты IGS – постоянно действующие, без ошибок центрирования и
высоты антенны, доступ к файлам измерений открыт, координаты пунктов IGS
имеют наивысшую точность. Результаты координатных определений показали,
что такой подход обеспечивает более надежное решение, на уровне точности 2-3
см. Отказ от береговых базовых станций существенно сокращает трудозатраты.
использование онлайн сервиса AUSPOS для определения координат деформационных марок в качестве контроля координатных определений с помощью
коммерческого ПО обработки ГНСС-измерений. Сравнение результатов обработки в двух программных продуктах показало практически одинаковые результаты;53
использование технологии ГНСС-измерений рекомендуется только на
наиболее благоприятных участках расположения марок, с максимально открытым
радиогоризонтом и отсутствии объектов для создания помех. Наблюдения на неподходящих марках сопровождаются ошибками из-за многопутности, что приводит либо к погрешностям в координатах порядка до нескольких дециметров, либо
к отсутствию фиксированного решения.
Проведенные экспериментальные исследования показывают, что применение
усовершенствованной методики не снижает точности выполнения ГНССизмерений на марках с благоприятными условиями измерений. Для определения
координат, неблагоприятных для проведения спутниковых измерений, необходимо применять линейно-угловые методы. В связи с этой особенностью предлагается также расширить сеть деформационных марок на объекте наблюдения с целью
получения наиболее полной информации о деформациях сооружения.
В рамках исследования были опубликованы следующие работы:
Давыдов А.В., Гиенко Е.Г. Опыт использования результатов ГНССизмерений на пунктах IGS для мониторинга морских нефтяных платформ на
шельфе о.Сахалин //Интерэкспо ГЕО-Сибирь. XV Междунар. науч.конгр., 24-26
апреля 2019 г., Новосибирск: сб. материалов в 9 т. Т.1 : Междунар. науч. конф.
"Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия". - Новосибирск:
СГУГиТ, 2019. №1. - С.62 - 70. DOI: 2618-981X-2019-1-1;
Гиенко Е.Г., Шендрик Н.К., Давыдов А.В. Особенности геодезического
контроля морских нефтяных платформ на шельфе о. Сахалин по результатам
ГНСС-измерений// Нефтегазовый комплекс: проблемы и решения: Материалы
Первой национал. науч.-практ. конференции. - Южно-Сахалинск, СахГУ, 2018. –
С.29-30.
Все поставленные задачи выполнены, цель выпускной квалификационной
работы достигнута.