Куда идти, где бурить, как строить – на все эти вопросы сегодня помогают ответить геоинформационные технологии. Их возможности и перспективы российские ученые обсудили в Ханты­-Мансийске.

Недавно в Югорском научно­-исследовательском институте информационных технологий прошла конференция «Геоинформационные технологии в решении задач рационального природопользования». Сегодня спектр применения данных систем весьма широк. Они используются при дистанционном зондировании лесных пожаров, оценке промышленной безопасности месторождений, в оперативной деятельности МЧС, мониторинге передвижения автомобилей и решении великого множества специфичных задач. Для нашего региона одно из наиболее важных направлений – использование систем в недропользовании.

Геолокация в нефтедобыче

Как пояснил директор Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук Михаил Эпов, эффективное недропользование основано на достоверной информации о строении геологических разрезов, пространственном распределении ресурсов – где имеются нефтегазовые залежи, каковы их запасы. Ее получают на основе геофизических данных, которые проходят компьютерную обработку. И чем подробнее расчеты, тем точнее и надежнее будут результаты. И здесь есть ряд сложностей.

– Эти расчеты должны выполняться на суперкомпьютерах. В России они есть, только их не так много, и доступ к ним не всегда оперативный. Поэтому использовать суперкомпьютеры для решения задач промысловой геофизики оказывается не всегда эффективно, – рассказал академик. – Поэтому в настоящее время обработка данных выполняется на стандартных персональных компьютерах.

Но при этом используются упрощенные модели. Дело в том, что существует жесткое ограничение на время выдачи заключений – где находятся пласты, содержащие углеводороды. И оно редко превышает сутки. Если расчеты идут несколько суток, они становятся экономически неоправданными. Поэтому приходится жертвовать точностью, опуская многие важные детали.

– Объем таких исследований только по Западной Сибири за последние пять лет возрос в три раза. И он будет только расти. Поэтому использование упрощенных подходов становится малоприемлемым, – отметил ученый.

Также появилась новая задача – геонавигация. Она заключается в том, что при заведении горизонтального ствола в коллектор нужно очень четко знать его положение относительно кровли подошвы пласта. Под кровлей обычно находится газовая шапка, ближе к подошве – водонасыщенная часть коллектора. Горизонтальная скважина должна пройти так, чтобы в них не попасть.

– Представьте себе коллектор глубиной 2,3 или 2,8 километра, где нужно провести горизонтальную скважину в пласте мощностью в 4 метра. Отклонения от траектории не должны превышать метра. Эта задача должна решаться в реальном времени. При современных вычислительных мощностях стандартных компьютеров это сделать практически невозможно, – объяснил Михаил Эпов.

Наука – поиск решений

Поэтому усилия геофизиков сейчас направлены на то, чтобы найти новые вычислительные средства, которые можно использовать вместе с ПК. И таковые есть. Это мощные сопроцессоры, содержащие десятки вычислительных ядер, что позволяет параллельно считать множество задач. Еще одно средство – графические процессоры, так называемые видеокарты. При определенных настройках и наличии специального программного обеспечения их мощность можно значительно увеличить.

– Необходимо использовать все доступные устройства. Стандартные ПК, оснащенные современными видеокартами, позволяют решать задачи промысловой геофизики и геонавигации непосредственно во время выполнения работ на скважине. Без привлечения мощностей суперкомпьютеров, – отметил Михаил Эпов.

Когда фундамент разрушается

Еще об одном важном для Севера факторе рассказал Юрий Полищук, главный научный сотрудник ЮНИИ ИТ. Он представил доклад о дистанционном исследовании распределения малых озер по размерам в зоне мерзлоты Западной Сибири. Суть в том, что за последние десятилетия из­-за глобального потепления подземные озера существенно меняют свои объемы – одни увеличиваются, другие уменьшаются, третьи и вовсе исчезают. Одновременно идет таяние вечной мерзлоты, что ведет к изменению рельефа. Это пагубно сказывается на строениях, которые рушатся, когда у них «земля уходит из­под ног». Зачастую проще не восстанавливать разрушенные объекты, а построить рядом новые. Так, ученый продемонстрировал нам фотографии трех линий электропередачи, построенных в течение считаных десятилетий на одном и том же месте. Когда разрушилась первая (столбы покосились, и провода были разорваны), было решено, что дешевле не восстанавливать ее, а провести рядом новую. Но вскоре пришла в негодность и она, тогда заменили и ее. Таким образом, экономический ущерб от глобального потепления очевиден.

– Установлено, что примерно 80 % углеводородных ресурсов России размещено в зоне мерзлоты. Поэтому нарушения поверхности, которые сопровождаются разрушением объектов инфраструктуры, приводят к очень большому экономическому и экологическому ущербу. Пятая часть аварий на трубопроводах отнесена на долю глобального потепления, – отметил научный сотрудник.

Особенно сильно стал проявляться этот фактор в последние годы. В своем исследовании Юрий Полищук предлагает отслеживать изменения поверхности при помощи наблюдений за распределением малых озер по размерам в зоне мерзлоты. Таким образом удастся минимизировать возможный ущерб.

Взгляд из комоса

Югра является одним из крупнейших регионов страны. При этом транспортная инфраструктура здесь развита относительно слабо. Поэтому для наблюдения за экологическим состоянием окружающей среды наиболее эффективно использовать средства космического мониторинга.

– Для принятия важных управленческих решений нужно иметь полную картину ситуации, инструменты для анализа, моделирования, прогнозирования процессов. В Югре усилиями окружных учреждений, таких как ЮНИИ ИТ, Научно-­аналитический центр рационального нед­родопользования имени Шпильмана, ряда других организаций накоплен значительный опыт в области применения геоинформационных систем обработки и тематического анализа дистанционного зондирования Земли, – отметил и. о. директора департамента информационных технологий Югры Юрий Торгашин. – 18 сентября 2013 года был создан центр космических услуг, также в 2013­м введена в эксплуатацию территориальная информационная система Югры, ядром которой является единый картографический ресурс.

Региональный центр космических услуг создан на базе ЮНИИ ИТ. Одна из главных целей его создания – предоставление окружным органам власти услуг на основе использования результатов космической деятельности, высокоточной и актуализированной пространственной информации.

Более 40 % территории округа покрыто болотами и другими водными объектами. Поэтому к наиболее значимым задачам относится и мониторинг паводковой обстановки, наблюдение за состоянием береговых линий. Результаты обработки космических снимков используются многими службами, в первую очередь Росприроднадзором, окружным природнадзором, ГУ МЧС по региону.

С навигатором по жизни

Мы все чаще сталкиваемся с геоинформационными технологиями в быту. И их роль будет только расти, считает Владимир Середович, проректор по научной и инновационной деятельности Сибирского государственного университета геосистем и технологий. Он рассказал нам о таком явлении, как «внутренняя навигация».

– Я сторонник 3D­технологий и руковожу научными исследованиями, которые базируются на их основе. Занимаясь этим направлением, мы с соискателем пришли к выводу, что оно является крайне актуальным и важным. Это применимо как в обычных гаджетах, так и в измерительных системах, связанных с беспилотными аппаратами, – рассказал он. – Некоторые отрасли уже работают в 3D­измерении. Прежде всего: нефтяная, строительная, городская инфраструктура.

Поясним, под навигацией понимается задача по отслеживанию перемещения объекта из одной точки в другую, так чтобы в любой момент времени знать его положение и скорость. Автомобилисты уже знакомы с такими устройствами, как навигаторы, и им не нужно объяснять, что это. Перемещаться по подготовленному программой маршруту гораздо удобнее, чем самому, на глаз рассчитывать путь по бумажной карте. Внутренняя навигация – это то, что позволяет ориентироваться внутри помещений.

– Технология стремительно развивается, в настоящее время ее ограничивает только одно – инертность человеческого мышления. Люди к ней не готовы. Поэтому вместе с развитием технической стороны нужно заниматься образованием. Это мировая проблема – все начинали решать технические задачи, а потом оказывалось, что подготовить персонал гораздо сложнее, – с сожалением заметил ученый.

В основном внутренняя навигация работает при помощи радиотехнических и оптических методов определения положения. Она полезна во многих местах: промышленных объектах, музеях, вокзалах, супермаркетах. Есть комплексы с колоссальными площадями, где заблудиться проще простого. Внутренняя навигация позволяет оптимизировать перемещения.

По прогнозам ученого, направление будет развиваться стремительно. Прежде всего – там, где важна логистика и безопасность.

– Мы станем свидетелями того, как крупные логистические центры, промышленные объекты (например, нефтегазовые) будут создавать системы внутренней навигации.

Наше будущее

Как видно, геоинформационные технологии жизненно важны для нас. От них все больше зависит нефтедобыча (следовательно, чуть ли не вся экономика округа, а то и страны). Без них будет сложно строить промышленные и инфраструктурные объекты, чтобы они вскоре не разрушились. В целом в Югре существует как достаточно устойчивый спрос на такие технологии, так и предложение в виде проектных исследований ЮНИИ ИТ, которые востребованы не только органами власти, но и коммерческими предприятиями.