Способ геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС /GPS
METHOD FOR GEODYNAMIC MONITORING OF SHIFTS OF BLOCKS OF THE UPPER PART OF THE EARTH'S CRUST AND DEFORMATION STATE OF THE EARTH'S SURFACE USING HIGH-ACCURACY SATELLITE POSITIONING OF THE GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM (GNSS) GLONASS/GPS

Данный способ относится к области геодезических измерений, получения, обработки и отображения геопространственной информации, компьютерным средствам преобразования, визуализации и интерпретации цифровых геоинформационных систем в трехмерном пространстве с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС ГЛОНАСС / GPS) и может быть использован для геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности на территории нефтегазовых месторождений.
Известен способ измерения, получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных, который заключается в создании и реконструкции геодезических сетей с использованием технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС / GPS [Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС / GPS ГКИНП (ОНТА)-01-271-03. Утверждено Федеральной службой геодезии и картографии России от 13.05.2003 г. №84-пр, Москва, ЦНИИГАиК, 2003 г.], взятый в качестве прототипа.
Сущность данного способа состоит в том, что на контролируемой территории проводят только периодические геодезические измерения по определению планового и высотного положения геодезических пунктов с помощью технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС/GPS с привязкой к государственной планово-высотной основе (ПВО). Получают результаты геодезических измерений в определенный период времени, которые передают в ПВЭМ, с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов и получают цифровые геопространственные данные геодезических измерений.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются: создание на контролируемой территории планово-высотной основы (ПВО), выполнение геодезических измерений с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС/GPS, получение результатов геодезических измерений, передача результатов геодезических измерений в ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, обработка материалов с помощью компьютерной программы, получение пространственных координат ПВО и координат контрольных точек местности на контролируемой территории по осям X,Y,Z, относительно опорных пунктов ПВО.
Недостатком этого способа является цикличность геодезических измерений на пунктах ПВО, а значит, отсутствие постоянного определения положения пунктов ПВО в пространстве в режиме реального времени. Как следствие сказанного невозможность эффективного и достоверного определения планово - высотных смещений объектов и земной поверхности контролируемой территории на определенный период времени при геодинамическом мониторинге верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности, где размещены особо опасные производственные объекты (ОПО) на территории нефтегазовых месторождений.
Решаемая техническая проблема заключается в повышении эффективности и достоверности способа получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных в трехмерном пространстве за счет обеспечения в режиме реального времени оперативного доступа к актуальной информации и повышения ее точности, а значит достоверности, используя автоматизированную технологию высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС/GPS, реализованную в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с технологией высокоточного нивелирования и с использованием интернет технологии и других источников информации.
Технический результат - повышение точности и достоверности способа обработки геодезических измерений за счет получения максимально точных значений пространственных координат опорных пунктов ПВО и наблюдательной сети (НС) по осям X,Y,Z в режиме реального времени при геодинамическом мониторинге за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС/GPS, реализованной в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с технологией высокоточного нивелирования, а также за счет расширения функциональных возможностей для пользователей через интернет и другие источники информации получать в режиме реального времени оперативный доступ к актуальной информации на конкретную территорию для оценки геодинамического состояния контролируемой территории.
Проблема решается тем, что в представленном способе геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС /GPS, при котором на контролируемой территории создают планово-высотную основу (ПВО), на которой выполняют геодезические измерения с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС, получают результаты геодезических измерений, которые передают в ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов, получают пространственные координаты опорных пунктов ПВО и координаты контрольных точек местности на контролируемой территории по осям X,Y,Z, относительно опорных пунктов ПВО, согласно изобретению на упомянутой контролируемой территории создают геодинамический полигон (ГДП), на котором выполняют упомянутую ПВО в условной системе координат с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования, где в качестве опорных пунктов ПВО служат постоянно действующие базовые станции (ГНСС) ГЛОНАСС /GPS между которыми развивают наблюдательную сеть (НС), в которой положение пунктов НС на местности выбирают с учетом геолого-тектонического строения территории ГДП и положения на ней объектов инфраструктуры, при создании упомянутых ПВО и НС, выполняют высотную подготовку контролируемой территории путем создания единой высокоточной высотной основы по опорным пунктам ПВО и НС методом высокоточного геометрического нивелирования I или II классов, кроме того, при создании упомянутой ПВО исходными пунктами являются пункты Международной геодинамической сети GPS (IGS), при этом координаты по осям X,Y,Z каждого пункта ПВО определяют не менее чем с пяти пунктов Международной геодинамической сети GPS (IGS) в режиме реального времени, а координаты пунктов НС определяют по методике высокоточного позиционирования от пунктов ПВО с использованием фазовых ГНСС-измерений совместно с кодовыми, за счет использования точных эфемерид и поправок часов навигационных космических аппаратов (НКА), в режиме реального времени передают результаты высокоточного позиционирования, высокоточного геометрического нивелирования I или II классов опорных пунктов ПВО и НС в упомянутую ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, в которой дополнительно создают интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных, с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов ГНСС - измерений и уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов, затем с помощью компьютерной программы в автоматическом режиме создают систему расчетов смещений блоков верхней части земной коры и деформаций земной поверхности, и сопоставления с их предельно допустимыми значениями для инфраструктуры контролируемой территории, производят предварительную оценку степени геодинамической опасности на территории ГДП, завершают нулевой цикл геодинамического мониторинга, далее в последующих циклах геодинамического мониторинга выполняют повторные ГНСС измерения на пунктах ПВО и НС, получают геодезические данные в виде пространственных координат по осям X,Y,Z в режиме реального времени, необходимые для осуществления геодинамического мониторинга состояния смещений блоков верхней части земной коры и земной поверхности контролируемой территории, и выполняют повторное высокоточное геометрическое нивелирование I или II классов по всем опорным пунктам ПВО и НС, получают актуальные значения высот опорных пунктов ПВО и НС, передают результаты высокоточного позиционирования, высокоточного геометрического нивелирования I или II классов в упомянутую интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных, в которой по результатам геодезических измерений с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов ГНСС-измерений и уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов, с помощью компьютерной программы выполняют обработку данных геодинамического мониторинга, производят расчет смещений блоков верхней части земной коры и деформаций земной поверхности на момент наблюдений и выполняют сопоставление с их значениями между циклами геодинамического мониторинга, сравнительный анализ текущих значений деформации земной поверхности с предельно допустимыми значениями, оценивают степень геодинамической опасности для инфраструктуры контролируемой территории на территории ГДП, затем дополнительно создают и используют административную подсистему в виде сервера геопространственных данных с возможностью анализа, интерпретации и хранения полученных геопространственных данных и передают в нее из интерфейсной подсистемы обработки и постоянного обновления геопространственных данных указанные результаты геодинамического мониторинга, значения смещений блоков верхней части земной коры и деформаций земной поверхности на момент наблюдений и их значения между циклами геодинамического мониторинга, результаты сопоставительного анализа текущих значений деформации земной поверхности с предельно допустимыми значениями для инфраструктуры контролируемой территории, результаты оценки степени геодинамической опасности на территории ГДП, далее дополнительно создают и используют интерфейсную подсистему визуализации геопространственных данных путем предоставления по каналу передачи геопространственных данных сервиса пользователям с возможностью запроса, визуализации и экспорта запрашиваемых геопространственных данных, при этом геопространственные данные используют совместно с возможностью их сопоставления, анализа и интерпретации в режиме реального времени, тем самым создают метрическую геопространственную цифровую среду в режиме реального времени для оперативной оценки геодинамического состояния и степени геодинамической опасности для объектов инфраструктуры, по результатам геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности на территории ГДП.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность и достоверность способа геодинамического мониторинга за смещениями верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности в режиме реального времени на контролируемой территории ГДП с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС /GPS, за счет обеспечения в режиме реального времени оперативного доступа к актуальной информации и повышения ее точности, а значит достоверности, используя автоматизированную технологию высокоточного спутникового позиционирования, реализованную в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с высокоточным нивелированием, а также за счет расширения функциональных возможностей для пользователей через интернет и другие источники информации получать в режиме реального времени оперативный доступ к актуальной информации на конкретную территорию, которую используют для оценки геодинамического состояния контролируемой территории ГДП.
Сущность технического решения поясняется примером реализации способа геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС /GPS, реализованной в виде цифровой спутниковой технологии GPS-измерений и передачи геопространственных данных в режиме реального времени совместно с высокоточным нивелированием и чертежом, где на фигуре представлена условная схема создания ГДП на контролируемой территории.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. До начала геодезических измерений на контролируемой территории создают ГДП (см. чертеж), на котором выполняют ПВО в условной системе координат с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС /GPS, где в качестве опорных пунктов ПВО 1 (далее - опорные пункты 1) служат постоянно действующие базовые станции ГЛОНАСС /GPS и опорных пунктов НС 2 (далее - опорные пункты 2), размещенных по определенной проектной схеме и связанных между собой базовыми линиями 3, с учетом геолого-тектонического строения блоков верхней части земной коры контролируемой территории, выявленных зон тектонических нарушений 4 осадочного чехла верхней части земной коры (далее - зоны тектонических нарушений 4) и расположения на ней объектов инфраструктуры, например, ОПО на территории нефтегазового месторождения (см. чертеж). При создании ПВО и НС выполняют высотную подготовку контролируемой территории путем создания единой высокоточной высотной основы 5 методом высокоточного геометрического нивелирования I или II классов по всем опорным пунктам 1 и опорным пунктам 2 (далее - единая высокоточная высотная основа 5) (см. чертеж). Кроме того, при создании ПВО для опорных пунктов ПВО 1, оборудованных постоянно действующими базовыми станциями ГЛОНАСС /GPS, исходными пунктами являются пункты Международной геодинамической сети GPS (IGS) (на чертеже не показаны). При этом координаты по осям X,Y,Z каждого опорного пункта 1 ПВО определяют не менее чем с пяти пунктов Международной геодинамической сети GPS (IGS) в режиме реального времени, а координаты опорных пунктов 2 НС определяют по методике высокоточного позиционирования от пунктов 1 ПВО. Причем высоты опорных пунктов 2 НС определяют путем включения последних в высокоточное геометрическое нивелирование I или II классов при создании единой высокоточной высотной основы 5. Геодезические измерения нулевого цикла геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС /GPS выполняют в режиме реального времени. Передают результаты высокоточного позиционирования с использованием фазовых ГНСС-измерений совместно с кодовыми, за счет использования точных эфемерид и поправок часов навигационных космических аппаратов (НКА), высокоточного геометрического нивелирования I или II классов в ПЭВМ с общим и прикладным программным обеспечением, в которой дополнительно создают интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных. С помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов GPS-измерений и уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов. Затем с помощью компьютерной программы в автоматическом режиме создают систему расчетов смещений блоков верхней части земной коры и деформаций земной поверхности и сопоставления с их предельно допустимыми значениями для инфраструктуры контролируемой территории и производят предварительную оценку степени геодинамической опасности на территории ГДП. Завершают нулевой цикл геодинамического мониторинга. Далее в последующих циклах геодинамического мониторинга выполняют повторные ГНСС - измерения на опорных пунктах 1 ПВО и опорных пунктах 2 НС, получают геодезические данные в виде пространственных координат по осям X,Y,Z в режиме реального времени, необходимых для осуществления геодинамического мониторинга состояния смещений блоков верхней части земной коры и земной поверхности контролируемой территории и повторное высокоточное геометрическое нивелирование I или II классов по всем опорным пунктам 1 ПВО и опорным пунктам 2 НС. Получают актуальные значения высот опорных пунктов 1 ПВО и опорных пунктов 2 НС. Передают результаты высокоточного позиционирования, высокоточного геометрического нивелирования I или II классов в упомянутую интерфейсную подсистему обработки и постоянного обновления геопространственных данных, в которой по результатам геодезических измерений с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов ГНСС - измерений и уравнивание высокоточной нивелирной сети I или II классов. С помощью компьютерной программы выполняют обработку данных геодинамического мониторинга, производят расчет смещений блоков верхней части земной коры и деформаций земной поверхности на момент наблюдений и выполняют сопоставление с их значениями между циклами геодинамического мониторинга. Производят сравнительный анализ текущих значений деформации земной поверхности с предельно допустимыми значениями и оценивают степень геодинамической опасности для инфраструктуры контролируемой территории ГДП. Затем дополнительно создают и используют административную подсистему в виде сервера геопространственных данных с возможностью анализа, интерпретации и хранения полученных геопространственных данных и передают в нее из интерфейсной подсистемы обработки и постоянного обновления геопространственных данных указанные результаты геодинамического мониторинга, значения смещений блоков верхней части земной коры и деформаций земной поверхности на момент наблюдений и их значения между циклами геодинамического мониторинга, результаты сопоставительного анализа текущих значений деформации земной поверхности с предельно допустимыми значениями для инфраструктуры контролируемой территории, результаты оценки степени геодинамической опасности на территории ГДП. Далее дополнительно создают и используют интерфейсную подсистему визуализации геопространственных данных путем предоставления по каналу передачи геопространственных данных сервиса пользователям с возможностью запроса, визуализации и экспорта запрашиваемых геопространственных данных, при этом геопространственные данные используют совместно с возможностью их сопоставления, анализа и интерпретации в режиме реального времени. Тем самым создают метрическую геопространственную цифровую среду в режиме реального времени для оперативной оценки геодинамического состояния и степени геодинамической опасности для объектов инфраструктуры, по результатам геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности на территории ГДП.
Предлагаемый инновационный способ геодинамического мониторинга за смещениями блоков верхней части земной коры и деформационного состояния земной поверхности, например, на территории нефтегазовых месторождений с применением технологии высокоточного спутникового позиционирования ГНСС ГЛОНАСС /GPS, основанный на неразрушающих методах геодезического контроля, дает возможность:
- выполнять сопоставление получаемых параметров: плановых координат, высот, скоростей смещений, наклонов участков местности, деформаций земной поверхности по данным геодезических измерений на территории ГДП;
- сформировать представление о происходящих геодинамических процессах на месторождении;
- оценки степени геодинамического риска и геодинамической опасности территории, по автоматически вычисленным деформационным характеристикам территории ГДП и сопоставления их с критериальными значениями, для принятия превентивных мер и обеспечения безопасной эксплуатации нефтегазовых месторождений.