2835.Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и
..pdf
Секция 4. Геодезия и геомеханика
где γij , i {1,..., NS }, j {1,..., N R } – стехиометрический коэффициент при компоненте Xi.
С учетом констант прямых krf и обратных реакций krb скорость элементарной кинетической реакции Rr опишем уравнением
|
|
∏ βi−Vir |
Rr |
= krb |
|
|
|
{i|vir <0} |
∏ |
|
(4) |
|
||
− krf |
βVi ir . |
|
{i|vir >0} |
|
|
Первое слагаемое относится к продуктам реакции, второе – к реагентам, β i – концентрация компонентов в строках матрицы.
Дифференциальная форма уравнения (4) в частных производных для кинетических реакций запишется в виде:
|
∂ Rr |
= −krf Vir β(jVir −1) ∏ |
βvkkr |
, если Vir > 0 (реагент), и |
(5) |
|
|
∂ βj |
|||||
|
j ≠ k |
|
|
|
||
∂ Rr |
|
= −krbVir β(j−vir −1) ∏ |
β−k vkr |
, если Vir < 0 (продукт реакции), |
|
|
∂ βj |
|
|||||
j ≠ k |
|
|
|
|||
где β j – концентрация элемента в столбиках матрицы обратимых реакций. Таким образом,
|
∂ Rr |
→ ±∞ |
для |
|
v<ir |
|
1 |
→βj 0. |
|
|
|
||||||
|
|
|||||||
|
∂ c j |
|
|
|
|
|
|
|
Решение (5) для нахождения концентраций компонентов можно найти для |
||||||||
кусочных функций в следующих |
областях: |
M1 = {k {1,..., s}| Vkr≥ 1 β>k β}, |
||||||
M2 = {k | 0 < Vkr <1 βk≤ β}, M3 ={k |Vkr ≤ − 1 β>k |
β}, M4 ={k | −1 <Vkr < 0 βk≤ β}, |
|||||||
что приводит к четырем случаям частных производных с конечными пределами для βj → 0.
Для более полного описания биохимических процессов предложено балансовое уравнение, имеющее следующий вид [3, 4, 5]:
|
|
V |
dS1 |
= F (S0 − S1 )− |
µX1 |
V , |
(6) |
|||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
dt |
|
Y x / s |
|
|||
где F – |
объемный расход жидкой |
фазы, |
л/сут; S0 – концентрация |
субстрата |
||||||
на входе; |
S1 – концентрация субстрата на |
выходе; µ– скорость роста, сут –1; |
||||||||
V – объем жидкости в реакторе, л; |
X1 – концентрация произведенных бактерий; |
|||||||||
Yx/s – моль произведенных бактерий / моль потребленного субстрата. |
|
|||||||||
Убыль микроорганизмов описана уравнением |
|
|||||||||
|
V |
dX1 |
= F (X |
0 − X1 )+ µX1V − kтTX V , |
(7) |
|||||
|
|
|||||||||
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|||
где kт – коэффициент токсичности, моль биодеградации бактерий/моль токсичного вещества в сутки; ТХ – концентрация токсичного вещества, моль/л.
351
Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых
Балансовое уравнение двуокиси углерода в газовой фазе реактора имеет вид
|
|
dPCO2 |
= −PG D |
V |
RG |
− |
PCO2 |
Q , |
(8) |
||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
dt |
|
VG |
|
VG |
|
|
|||
где D – объем 1 моля газа; V, |
VG – объем жидкости и объем газа в реакторе, |
л; |
|||||||||
РG – суммарное давление СО2 |
и СН4 в газовой фазе реактора, мм рт. ст.; |
РСО2 |
– |
||||||||
парциальное давление СО2 в газовой фазе, мм рт. ст.; Q – суммарный объемный |
|||||||||||
расход сухого газа, Q |
+ Q |
, л/сут. |
|
|
|
|
|
||||
CН4 |
|
CO2 |
|
|
|
|
|
||||
От температуры, влажности и плотности отходов значительно зависят скорость и направление биохимических реакций, которые, в свою очередь, взаимно влияют на физические процессы.
Образующийся биогаз в массиве ТБО может содержаться в порах и в пластах отходов в сорбированном виде. Если биогаз считать идеальным, то связь между концентрацией газа с и его плотностью ρ устанавливается законом Генри:
c (x, t) = v ρ (x, t), |
(9) |
где растворимость v определяется температурой, энергией связи и газоемкостью ТБО [6]:
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
|
||||
|
1 |
|
2πh2 |
|
|
Tr |
|
|
φ |
|
|||
|
2 |
||||||||||||
v = |
2 |
||||||||||||
e T , |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ω |
mT |
|
|||||||||||
|
|
|
|
T |
|
|
|
||||||
где Ω – объем, доступный для биогаза; Т – температура; m – масса молекулы. При справедливости изотермы Ленгмюра количество «поверхностных»
лекул биогаза ρ S на единицу объема ТБО Vb определяется соотношением [7]
ρs = |
Vbρ |
|
|
, |
|
σΛ (1+ Vbρ) |
||
(10)
мо-
(11)
где Λ – обратная удельная поверхность пор; σ – площадь поверхностной молекулы биогаза.
Эмиссия (диффузия) биогаза из полигонного пласта состоит из двух процессов: эмиссии биогаза через систему открытых каналов и диффузии биогаза в фильтрационный объем. Ведущим процессом является фильтрация. По мере фильтрации давление биогаза в фильтрационном объеме снижается, что создает движущуюся силу для десорбции биогаза. Рассмотрим одномерную задачу с вертикальным слоем отходов. Слой состоит из элементов отходов, разделенных системой пор, сообщающихся с периметром массива ТБО, имеющим открытый доступ в атмосферу. Для упрощения расчетов примем геометрию отходов в виде шаров. Давление и плотность биогаза связаны уравнением состояния идеального газа
Р = ρ Т. |
(12) |
352
Секция 4. Геодезия и геомеханика
Массоперенос биогаза по системе открытых каналов происходит за счет фильтрации, для описания которой можно применить уравнение Дарси [8]
∂ n |
= |
∂ |
k |
∂ |
P |
|
||
|
|
|
|
ρ |
|
, |
(13) |
|
∂ t |
∂ |
µ |
|
|||||
|
x |
∂ |
x |
|
||||
где n – количество молекул биогаза, содержащихся в единице объема отходов; k – коэффициент проницаемости; – динамическая вязкость биогаза.
Проницаемость пористой среды k можно принять как размерность квадрата длины. При дальнейшем развитии модели получено распределение биогаза в массиве ТБО и количество выделившегося биогаза за эксплутационный период поли-
гона [9, 10].
Список литературы
1.Управление отходами. Полигоны захоронения твердых бытовых отходов / Я.И. Вайсман [и др.]. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 464 с.
2.Технологии автоматизированного управления полигоном твердых бытовых отходов / Н.И. Артемов, Т.Г. Середа, С.Н. Костарев, О.Б. Низамутдинов // Международный журнал экспериментального образования. – 2010. – № 11. – С. 43.
3.Костарев С.Н., Середа Т.Г., Михайлова М.А. Разработка автоматизированной системы мониторинга и управления природно-техническими системами утилизации отходов // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6–2. – С. 273–277.
4.Середа Т.Г. Разработка комплексной очистки стоков с полигонов захоронения твердых бытовых отходов: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Тула, 2000.
5.Середа Т.Г. Подходы к рекультивации загрязненных территорий полигонов и свалок твердых бытовых отходов // Безопасность жизнедеятельности. –
2006. – № 7. – С. 26–30.
6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Ч. 1. – М.: Наука, 1986. – 583 с.
7.Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: пер. с англ. –
М.: Мир, 1984. – 306 с.
8.Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология. – М.: Высшая школа, 1980. – 271 с.
9.Kostarev S.N., Sereda T.G. Automated process control of sanitary municipal solid
waste landfill // World Applied Sciences Journal. – 2013. – Т. 22. – № SPL.ISSUE2. –
С. 64–69.
10. Способ очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов от тяжелых металлов: пат. RUS 2162059 / Т.Г. Середа, С.Н. Костарев, Л.В. Плахова.
Заявл. 06.01.2000.
353
Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых
СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАНОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СЪЕМКИ
О.В. Ермакова
Научные руководители – А.А. Согорин, канд. техн. наук, доцент И.А. Столбов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
На основании сравнительного анализа современных программных продуктов обоснована технология создания цифровых топографических планов по результатам инструментальнойсъемки исоставлен планплощадкикустаскважин вмасштабе 1:500.
Ключевые слова: цифровая модель местности (ЦММ), топографическая съемка, топографическая информация, топографический план, программный продукт.
Мы живем в эпоху всеобщей модернизации, которая затронула все сферы деятельности человека, в том числе и геодезию. Так, на замену планов и карт на бумажных носителях пришли цифровые модели местности (ЦММ), которые несут в себе топографическую информацию в цифровом виде. Составными частями ЦММ являются: цифровые модели рельефа (ЦМР), которые содержат информацию только о высотном положении точек местности, цифровые модели ситуации (ЦМС), цифровые модели геологического и гидрогеологического строения местности (ЦМГ) и др. Достоинствами цифровых моделей являются компактность хранения информации, возможность ее корректировки и широкий набор возможностей ее применения для решения различных задач. Кроме того, ЦММ обладают рядом свойств, расширяющих и упрощающих использование геодезической информации.
Процесс создания цифровой модели можно разделить на следующие основные этапы:
♦сбор топографической информации об объекте съемки;
♦камеральная обработка и подготовка данных для создания ЦММ;
♦топографическое дешифрирование иотрисовка объектовситуации ирельефа. Сбор топографической информации на сегодняшний день может быть вы-
полнен традиционными способами с применением электронных геодезических инструментов (тахеометров), методами наземной или воздушной аэрофотосъемки, методами лазерного сканирования, методами космического зондирования земной поверхности. Каждый способ имеет свои преимущества, и рациональность использования того или иного способа прежде всего зависит от требуемого масштаба конечной продукции (детальности цифровой модели местности) и площади снимаемой территории.
Для получения крупномасштабного топографического плана части застроенной территории рациональнее всего выполнять сбор топографической информации методом тахеометрической съемки с применением электронных тахеометров. В настоящее время приборы, служащие для выполнения тахеометрической съем-
354
Секция 4. Геодезия и геомеханика
ки, универсальны, обладают электронным интерфейсом, программным обеспечением и способны сохранять выполненные измерения во внутренней памяти.
Следующим этапом является камеральная обработка результатов полевых измерений. Для этого необходимо собранную информацию загрузить из памяти прибора в программный продукт, с помощью которого будет производиться такая обработка.
На сегодняшний день большой популярностью пользуются программные продукты CREDO, которые созданы белорусской компанией «Кредо-Диалог»
ипредназначены для обработки материалов изысканий, проектирования объектов добычи и транспортировки нефти и газа, создания и ведения крупномасштабных цифровых планов городов и промышленных предприятий. Каждый программный продукт предназначен для решения конкретного круга задач. Так, программный продукт CredoDAT позволяет выполнять камеральную обработку наземных измерений в массовых геодезических, топографических и межевых работах, осуществляемых в плоской системе координат.
При импорте из тахеометра в модуль CredoDAT происходит автоматическая камеральная обработка полевых инженерно-геодезических данных. С помощью этого программного продукта можно обрабатывать сети объемом до 4000 пунктов, а объем снимаемых точек (пикетов) является практически неограниченным. В CredoDAT можно создать основу топографического плана, так как в нем имеется классификатор, соответствующий общепринятым условным знакам. Каждому топографическому условному знаку соответствует числовой код, на основании которого программа отображает условный знак. Если полевое кодирование не было сделано в процессе съемки, то его придется производить вручную на основе абриса, что отнимет больше времени.
Результатом камеральной обработки материалов топографической съемки являются каталоги и ведомости измерений, координат и отметок; схемы плано- во-высотного обоснования; чертежи и планшеты с зарамочным оформлением
инанесенными точками в масштабе 1:500–1:5000; файлы результатов обработки в различных форматах.
Заключительным этапом при обработке топографической информации будет создание цифрового плана в заданном масштабе. В данном случае – создание плана площадки куста скважин в масштабе 1: 500.
Для осуществления этой задачи на рынке программной продукции имеется множество программ. Все они предназначены для сбора, хранения, анализа и графической визуализации данных и связанной с ними информации о необходимых объектах. В целом все программные продукты, с помощью которых создается план местности, можно разделить на 3 группы:
♦системы автоматизированного проектирования (САПР, англ. CAD);
♦геоинформационные системы (ГИС);
♦специализированные геодезические программы.
К CAD-продуктам относятся такие, как AutoCAD, Компас, NanoCAD. Продукты удобны в использовании: хорошее меню, понятные обозначения инстру-
355
Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых
ментов, широкий спектр возможностей. К данному классу продуктов разработаны различные специализированные приложения: например, в AutoCAD можно подгрузить топографические шрифты, условные топографические обозначения, типы линий, которые соответствуют условным знакам, и т.д.
КГИС-продуктам относят MapInfo, ArcGIS, GVSIG, причем GVSIG – наиболее яркий представитель ГИС-программ с открытым кодом. Все три программы имеют такие функции, как: работа со слоями, благодаря которой можно отображать лишь необходимые в данный момент объекты; функции масштабирования карты; поддержка сохранения необходимых ракурсов карты; автоматические расчеты расстояния между объектами и площадей областей; размещение активных объектов на карту; создание профессиональных географических карт с необходимыми элементами, которые можно впоследствии печатать. Программы обладают понятным интерфейсом, прекрасно работающим как с растровым, так и с векторным форматом. Отображение трехмерного пространства напрямую не происходит, необходимо подключение дополнительных модулей.
Кспециализированным геодезическим программам относятся программные продукты CREDO, а именно система CredoТопоплан, служащая для создания цифровой модели местности (ЦММ) по данным инженерно-геодезических изысканий и выпуска топографических планов, планшетов, подготовка ЦММ для дальнейшего проектирования. Одно из достоинств программы Credo Топоплан – свободный экспорт в форматы ГИС и САПР, при этом экспортируемые данные не теряют своей изначальной точности.
Для выбора оптимального программного продукта для создания ЦММ выполнено сравнение перечисленных выше продуктов по различным параметрам. Сравнение характеристик и стоимости программных продуктов показало, что создание ЦММ целесообразнее выполнять в специализированном программном продукте CredoТопоплан.
Работа в данной программе выполняется в два этапа: создание цифровой модели рельефа и цифровой модели ситуации. Создание цифровой модели рельефа выполняется по рельефным точкам с использованием структурной линии, нерегулярной сеткой треугольников. Цифровая модель ситуации (ситуационный план) создается точечными, линейными и площадными топографическими объектами. Каждый созданный объект отображается соответствующим условным знаком, который может автоматически изменяться в зависимости от масштаба отображения.
В результате всех вышеперечисленных действий составлен цифровой топографический план площадки куста скважин в масштабе 1:500. План, созданный таким образом, является архивным планом промышленной площадки, указывающим размеры и положение объектов застройки и коммуникаций. Он служит исходной информацией для дальнейшего проектирования и обработки плана в ГИС
иСАПР программных продуктах.
При этом точность ЦММ, построенной по такой технологии, с использованием материалов топографических съемок, выполненных с помощью электронных тахеометров, главным образом зависит от точности полевых измерений, посколь-
356
Секция 4. Геодезия и геомеханика
ку ошибки нанесения точек путем накалывания их на планшет полностью исключаются. Таким образом, создание топографических планов в цифровом виде не только облегчает и ускоряет работу, но и повышает точность.
Следует отметить, что современные технологии создания топографических планов почти полностью автоматизированы, начиная с измерений с помощью электронных приборов и заканчивая составлением цифровой модели местности. А это, в свою очередь, привело к обширному применению цифровых топографических планов для решения задач различного круга.
Список литературы
1.ГОСТ Р 52440–2005. Модели местности цифровые. Общие требования.
2.Самардак А.С. Геоинформационные системы: учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ТИДОТ ДВГУ, 2005. – 123 с.
3.Иванов А.А. Формат файла привязки Arcview (world-файл). GIS-Lab.info. –
URL: http://gis-lab.info/qa/tfw.html.
4. Создание топографического плана с помощью программного комплекса
CREDO. – URL: http://www.navgeocom.ru/catalog/662/4361.
357
Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых
КВОПРОСУ О СРЕДСТВАХ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЙ
ИПОЛОЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ
П.В. Желтоножко
Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент В.Ю. Дудников Ухтинский государственный технический университет
Рассматривается использование средств спутникового мониторинга для определения координат объектов с разнообразной динамикой. Рассчитана экономическая эффективность от внедрения спутниковых навигационных технологий на автотранспортное предприятие.
Ключевые слова: мониторинг состояний и положений; спутниковые наблюдения; навигационные услуги; управление транспортом; экономическая эффективность; контроль; управление.
Внастоящее время становится обычным явлением мониторинг объектов
сприменением спутниковых технологий, позволяющий реализовать пообъектное определение координат и координировать не только стационарно расположенные объекты, но и объекты с самой разнообразной динамикой (рис. 1). Если речь идет о геодезическом мониторинге, целью которого является своевременное выявление критичных величин деформаций, то главное преимущество мониторинга с применением глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) состоит в его непрерывном характере. Опыт применения мониторинга деформаций сложных инженерных сооружений на основе ГНСС можно проиллюстрировать несколькими яркими примерами [1]: на морской ледостойкой стационарной платформе (ЛСП) в Каспийском море и на мосту Yeongjong через пролив Желтого моря в Республике Корея. Оба объекта подвержены постоянному воздействию статиче-
ских и динамических нагрузок, вызванных собственным весом, давлением воды и грунта, а также внешними условиями. Система мониторинга деформаций на основе технологий ГНСС на ЛСП состоит из трех спутниковых приемников геодезического класса Leica, а установленная на мосту Yeongjong – из десяти контрольных точек с размещенными на них приемниками Leica и двух базовых станций [1].
Рис. 1. Вид базовой станции и контрольных точек на объекте
358
Секция 4. Геодезия и геомеханика
Для высокоточного определения деформаций с предельной погрешностью
внесколько миллиметров на ЛСП в 2012 г. был реализован проект мониторинга с использованием специализированного веб-сервиса Leica CrossCheck, позволяющий выявлять смещения контрольных точек с предельной погрешностью до 5 мм
втрехмерном пространстве с вероятностью 95 %.
Стоит отметить, что наиболее часто спутниковые системы повсеместно используются не для измерений в геодезическом режиме, а в навигационном, и именно для определения текущего местоположения транспортных средств в режиме реального времени, анализа состояния и режимов работы основных систем транспортного средства и навесного оборудования. Спутниковый мониторинг автотранспорта развивается чрезвычайно быстро и сегодня становится стандартом на рынке. Функционирует система мониторинга транспорта (СМТ) стандартно следующим образом (рис. 2):
1.Абонентский телематический терминал непрерывно получает сигналы со спутников и осуществляет их обработку.
2.Полученная терминалом информация по каналам сотовой связи стандарта GSM 900/1800 передается на сервер и сохраняется в базе данных, позволяющей хранить информацию по тысячам единиц техники, оснащенной абонентскими терминалами.
3.С сервера информация через Интернет поступает в диспетчерские центры владельцев техники.
Рис. 2. Схема системы мониторинга транспорта
Данные спутникового мониторинга – это совершенно новый тип данных в управлении предприятием. Всю подобную информацию, помогающую принять оперативные решения, диспетчер и руководство предприятия могут получать в режиме реального времени.
359
Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых
Внаше время большую популярность приобрели такие системы, как «Трансконтроль», «Дозор», «Скаут», «Автограф» и другие, позволяющие отслеживать любые перемещения транспорта при помощи СНС GPS/ГЛОНАСС. К примеру,
вреспублике Коми сегодня есть три основных поставщика навигационных услуг – это компания Nordcomp (г. Сыктывкар), предлагающая систему мониторинга транспорта «Line Guard», а также ООО «Сити» и ИП Завальнев И.Н. (г. Ухта), предлагающие систему «Автограф». С недавних пор услугу по СМТ предоставляет и региональное отделение МТС.
Проанализировав предложения на региональном рынке услуг мониторинга положений и состояний, в качестве рекомендации к установке на транспортные средства автопарка предприятия нами предложены терминалы «GPS/ГЛОНАСС Автограф-GSM-lite» и емкостные датчики уровня топлива в бак. Объединение
водном приемнике возможности наблюдений спутников двух навигационных систем значительно повышает надежность определения координат, а при установке на замену штатного поплавкового емкостного датчика точность измерения уровня топлива повышается в разы.
Сцелью оценки экономической эффективности применения навигационных приемников для контроля движения транспорта нами произведен расчет техникоэкономических показателей работы автомобильного парка, расходов на обеспечение их комплектами системы навигации, а также эффекта от внедрения системы мониторинга для условий работы УАВР ООО «Газпром Трансгаз Ухта».
Втаблице приведен расчет общей стоимости затрат на оборудование спутникового мониторинга для УАВР (на 120 единиц: легковые, грузовые, спецавтомобили и автобусы).
Затраты на внедрение и эксплуатацию СМТ
Наименование |
Цена |
Стоимость на |
|
за 1 шт, руб. |
автопарк, руб. |
||
|
|||
Терминал «GPS/ГЛОНАСС АвтоГРАФ-GSM-lite» |
12 000 |
1440 000 |
|
Емкостный датчик |
4950 |
594 000 |
|
Установка оборудования на автопоезд |
2000 |
240 000 |
|
Обслуживание одной единицы на сервере |
300 |
36 000 |
|
Обслуживание одной единицы на сервере, включая расходы |
400 |
48 000 |
|
на оператора мобильной связи (МТС) |
|||
|
|
||
Установка и настройка ПО на 1 компьютер |
700 |
700 |
|
Подключение датчика уровня топлива с подготовкой отвер- |
2500 |
300 000 |
|
стия (без снятия бака) |
|||
|
|
||
Картографическое обеспечение: 1 картографическая единица |
2000 |
2000 |
|
Итого: |
24 850 |
2660 700 |
В рамках мероприятий по снижению расходов производственники на основе объективных аргументов, предоставляемых системой мониторинга транспорта, имеют возможность ежегодного снижения планки базовых норм расхода топлива.
Согласно анализу расхода ГСМ по данным за период с 2010 по 2012 г. УАВР затраты на горюче-смазочные материалы (дизельное топливо) составили в сред-
360