Использование спутниковых систем наблюдения. Мониторинг угроз безопасности, оценка состояния защиты объектов

В настоящее время все острее встают проблемы обеспечения безопасности промышленных объектов, особенно объектов топливно энергетического комплекса России, учитывая тот факт, что аварии на объектах ТЭК могут привести к тяжелейшим социальноэкономическим и экологическим последствиям.

Правительство Российской Федерации своим Распоряжением № 1314р от 27 августа 2005 г. одобрило Концепцию федеральной системы мониторинга критически важных объектов и (или) потенциально опасных объектов инфраструктуры Российской Федерации и опасных грузов.

Одной из задач, определенных Концепцией, является создание отечественных технических средств мониторинга и их нормативно правовое обеспечение.

В данной статье описаны возможности космических средств мониторинга для решения этой задачи и описано построение космической системы наблюдения и картографирования «СМОТР», которая может стать одним из ключевых источников информации для национальной системы мониторинга.

В настоящее время все острее встают проблемы обеспечения безопасности промышленных объектов, особенно объектов топливно-энергетического комплекса России, учитывая тот факт, что аварии на объектах ТЭК могут привести к тяжелейшим социально-экономическим и экологическим последствиям.

Правительство Российской Федерации своим Распоряжением N 1314р от 27 августа 2005 г. одобрило Концепцию федеральной системы мониторинга критически важных объектов и (или) потенциально опасных объектов инфраструктуры Российской Федерации и опасных грузов.

Одной из задач, определенных Концепцией, является создание отечественных технических средств мониторинга и их нормативно правовое обеспечение.

В данной статье описаны возможности космических средств мониторинга для решения этой задачи и описано построение космической системы наблюдения и картографирования «СМОТР», которая может стать одним из ключевых источников информации для национальной системы мониторинга.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ УГРОЗ БЕЗОПАСНОСТИ

Условно угрозы безопасности технологическим объектам можно разделить на две категории.

Первая это угрозы незлонамеренного свойства, связанные либо с природными факторами (например, оседание трубопроводов из-за оползней, размывов, затоплений), либо с естественными деградационными процессами (износ, поломки), либо с незлонамерен ным субъективным вмешательством (ошибки людей) в процессы нормального функционирования технологических объектов ТЭК и технологического оборудования.

И вторая угрозы злонамеренного, террористического характера на этих объектах. Вероятность проявления этой угрозы в последнее время сравнялась или даже превзошла первую.

Актуальность решения задач обеспечения безопасности с каждым годом все возрастает. Например, по данным исследований РНЦ «Курчатовский институт» и ряда других организаций уровень аварийности на объектах нефтегазового комплекса в 1996 г. вырос на 30% и с тех пор практически не снижался, количество аварий превосходит 40 тыс. в год, из них крупных до 50. Аварийность обусловлена тем, что 13,5 тыс. км нефтепроводов находятся в эксплуатации от 20 до 30 лет, а 12,5 тыс. км более 30 лет, около 50 тыс. км магистральных газопроводов находятся в эксплуатации более 20 лет и 40 тыс. км более 33 лет. Исчерпан проектный ресурс около 30% газоперекачивающих агрегатов. При этом следует иметь в виду, что при эксплуатации свыше 20 лет ударная вязкость трубной стали, становится ниже нормативной. Главным источником аварий является феномен стресс-коррозии, заключающийся в образовании и быстром развитии трещин.

Отметим, что на магистральном газопроводе разрушающий эффект аварии эквивалентен взрыву однотонной авиабомбы. Полови на аварий сопровождается возгоранием газа, при этом зона экологического поражения растительности около 2 км2. Аварии на нефтепроводах имеют меньший разрушающий эффект, но большую зону экологического поражения.

При выборе средств, позволяющих повысить эффективность мер обеспечения безопасности объектов ТЭК, прежде всего необслуживаемых, а также линейной части магистральных трубопроводов, должно быть принято во внимание то, что многочисленные технологические объекты и трубопроводы, идущие по территории России, часто расположены на протяженных, в том числе труднодоступных, территориях.

С другой стороны, на территории Европейской части РФ, а также на территории стран Восточной и Западной Европы ситуация обратная трубопроводы часто идут вблизи от густонаселенных районов и эффект от аварий более существенный. Это, в частности, порождает естественное желание Европейского Союза (ЕС) повысить эффективность мониторинга безопасности газопроводов, идущих из России в Европу.

Такая задача, в частности, стояла перед проектом PRESENCE «Дистанционное зондирование трубопроводов для обеспечения безопасности и охраны окружающей среды». В проекте общей стоимостью 4 млн. евро, в частности, исследовались возможности дистанционного обнаружения и контроля вмешательства третьих сторон, устойчивости земли и утечки газа для обеспечения целостности трубопровода.

Аналогичная задача стоит еще перед одним из проектов ЕС в рамках программы TACIS. На сегодняшний день в условиях России только космические технологии дистанционного наблюдения и связи позволяют обеспечить требуемый глобальный пространственный охват и оперативную доставку информации, необходимой для принятия соответствующих решений и реализации упреждающих мероприятий.

Преимуществами космических средств наблюдения являются:

• возможность мониторинга многочисленных объектов, рассредоточенных на больших, в том числе труднодоступных территориях и представление актуальных данных об их состоянии;
• высокая оперативность и систематичность предоставления данных, в том числе независимо от погодных условий и времени су ток;
• возможность автоматизированной обработки и представления получаемых данных, их интеграции в геоинформационные системы;
• возможность оперативного проведения съемки и получения данных об объектах, находящихся на территории других государств;
• сравнительная дешевизна получаемых данных по сравнению с другими средства ми контроля.

2. ПРИМЕРЫ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ОЦЕНКИ УГРОЗ БЕЗОПАСНОСТИ И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Постороннее вмешательство

Ниже на снимке (рисунок 1, полученном с радиолокационного спутника Radarsat1, по казано обнаружение в опасной близости (зоне безопасности) от трубопровода постороннего объекта (экскаватора). В данном случае экскаватор был целевым объектом эксперимента, призванного продемонстрировать возможности метода.

Другой пример (рисунок 2) показывает возможность обнаружения каких-либо новых объектов, появляющихся и исчезающих вблизи объектов повышенной опасности. Это позволяет вести постоянный контроль «окружения» контролируемого объекта.

Оценка последствий стихийных бедствий

В качестве примеров приведены снимки последствий цунами на побережье Индийского океана 26 декабря 2004 г. Снимки сделаны до и после прихода цунами (рисунок 3) и (рисунок 4).

Далее приведен , сделанный с космического аппарата EOSAM1 (TERRA) снимок лесных пожаров в Амурской области, привязанный к карте местности. (рисунок 5)

Еще один пример оценки последствий ущерба техногенной аварии на трубопроводе связан с раз ливом нефтепродуктов в акватории моря. Радиолокационная съемка.(рисунок 6)

Приведенные примеры показывают возможности использования космических средств мониторинга для оценки угроз безопасности и чрезвычайных ситуаций.

Снимки получены с действующих зарубежных спутников среднего и низкого пространственного разрешения и позволяют лишь подтвердить принципиальную эффективность использования космических средств мониторинга для данной задачи.

3. КОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ «СМОТР»

Отсутствие эффективной отечественной системы космического мониторинга:

1. Нарушает принципы информационной безопасности, ставя решение задачи в зависимость от зарубежных средств;
2. Снижает оперативность доступа к актуальной ин формации ввиду отсутствия приоритета отечественных пользователей;
3. Увеличивает затраты на космическую информацию.

В настоящее время ОАО «Газком» совместно с Ракетно-космической корпорацией «Энергия» им. С.П. Королева приступили к проектированию космической системы наблюдения и картографирования «СМОТР» (Система МОниторинга ТРубопроводов), одной из главных задач которой является информационное обеспечение решения задач безопасности объектов ОАО «Газпром» и других организаций ТЭК , а также для задач, возникающих при строительстве, разведке месторождений, учете и контроле имущества, картографировании и ряде других. (см. рисунок 7)

Система может использоваться также и для решения широкого круга других задач, связанных с обеспечением безопасности и производственной деятельности государственных и коммерческих потребителей.

Создание космического комплекса системы предусмотрено в Федеральной космической программе РФ на 20062015 гг.

Общая схема обслуживания объектов газовой отрасли представлена на рисунке 8. Информация, получаемая космическими средствами, после обработки будет доведена непосредственно целевым пользователям в форме, удобной для дальнейшего использования.

Космическая система «СМОТР» в части обеспечения безопасности объектов ТЭК, прилегающих к ним территорий, а также других критичных объектов, будет решать следующие задачи:

1. Всепогодный независимый от времени суток мониторинг всех контролируемых объектов с целью обнаружения признаков несанкционированного проникновения и определения координат места проникновения;

• оперативная передача информации о не санкционированном проникновении и его координатах в ситуационные центры;
• обеспечение наблюдения за местами не санкционированного проникновения в различных режимах по командам из ситуационных центров;
• высоковероятностный прогноз мест возможных разрушений трубопроводов.

2. Выявление и мониторинг негативных при родных процессов, угрожающих безопасности объектов ТЭК, в том числе:

• подтопление трасс и территорий;
• растепление мерзлоты и пучение мерзлых грунтов (в районах вечной мерзлоты);
• просадки и оползни, подмыв берегов;
• лесные и торфяные пожары;
• смещение зданий и трубопроводов.

Функционирование системы «СМОТР» совместно с созданной ОАО «Газком» системой спутниковой связи на базе спутников «Ямал», позволит полноценно решать задачи мониторинга, обработки получаемой информации и ее доставки до конечных пользователей.

Использование системы «СМОТР» в комплексе с наземными и воздушными средствами контроля и наблюдения позволит повысить эффективность мер обеспечения безопасности объектов ТЭК, а также решения схожих задач в интересах многих других ведомств и организаций.

В состав системы «СМОТР» будут входить:

1. Космический комплекс, включающий:

• спутники оптико-электронного и радиолокационного наблюдения общим количеством не менее четырех;
• наземный комплекс управления спутниками;

2. Наземный целевой комплекс, включающий:

• центры приема и обработки информации космического наблюдения;
• информационно аналитический центр.

Основные характеристики системы «СМОТР»:

1. Время съемок - всепогодное наблюдение в любое время суток;

2. Время получения снимков не реже чем: 1 раз в 12 часов на широтах выше 63° и не реже 1 раза в сутки на остальных широтах;

3. Пространственное разрешение: 0,55 1 м;

4.Точность привязки к географическим координатам до 10 м;

5.Типы съемок:

• панхроматическая;
• многозональная;
• радиолокационная;
• инфракрасная.

Отличительной принципиальной особенностью системы «СМОТР» является ее комплексный характер и ориентация на решение конечных и конкретных информационных за дач пользователей, когда информация космического наблюдения путем обработки преобразуется к виду, необходимому для решения целевой задачи конкретного пользователя, а также доставка этой информации потребителю, т. е. решение информационной задачи «под ключ».

Использование данных, получаемых системой для решения широкого круга задач технологического (строительство, геологоразведка, землепользование) и экономического (налогообложение, страхование, кадастровый учет) характера, повышает экономическую эффективность такой системы.

Одним из проблемных вопросов использования системы является несовершенство нормативно-правовой базы для эффективного внедрения данных космического мониторинга в практику.

Важной примыкающей к ней проблемой нормативно-экономического характера является выбор предельной величины пространственного разрешения. При определении требований по этому важнейшему показателю, должны учитываться следующие в определенной степени противоречивые факторы:

• наличие режимных ограничений навели чину разрешения, включая нормативные документы, находящиеся на стадии утверждения;
• потребности различных задач потребите лей, в первую очередь ОАО «Газпром» (определение угроз безопасности важнейшая из таких задач);
• экономические факторы (меньше разрешение выше цена), естественное требование по минимизации стоимости системы в целом;
• наличие других средств, в первую очередь воздушных, возможность комплексного решения проблемы (оперативность, всепогодность и обзорность космические средства, детальность в ограниченной зоне воздушные).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Использование космических средств мониторинга позволяет повысить эффективность оценки угроз безопасности потенциально опасным объектам и территориям.

2. Необходимо создание отечественной космической системы наблюдения, позволяю щей адекватно и оперативно реагировать на угрозы безопасности.

3. Предлагаемая «Газком» и РКК «Энергия» космическая система «СМОТР» на основе спутников радиолокационного и оптического наблюдения может стать одним из ключевых источников информации для национальной системы мониторинга угроз безопасности.