Компьютерная оценка воздействия на окружающую среду магистральных трубопроводов

КОМПЬЮТЕРНАЯ ОЦЕНКА

ВОЗДЕЙСТВИЯ 

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 

МАГИСТРАЛЬНЫХ 
ТРУБОПРОВОДОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва

ИНФРА-М

202В.П. МЕШАЛКИН
О.Б. БУТУСОВ

Допущено 

учебно-методическим объединением вузов 

Российской Федерации по образованию в области 

химической технологии и биотехнологии

в качестве учебного пособия для студентов,

обучающихся по направлению подготовки 

18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы

химической технологии, нефтехимии 

и биотехнологии»

V.P. MESHALKIN
O.B. BUTUSOV

COMPUTERIZED 
ENVIRONMENTAL IMPACT
ASSESSMENT 
FROM MAIN PIPELINES 

MOSCOW
INFRA-M

Мешалкин В.П.

Компьютерная оценка воздействия на окружающую среду маги-

стральных трубопроводов : учебное пособие / В.П. Мешалкин, О.Б. Буту-
сов. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 449 с. — (Высшее образование).

ISBN 978-5-16-018615-3 (print)
ISBN 978-5-16-104978-5 (online)

Изложены основные концепции, математические модели и методы компьютерной 

оценки и прогнозирования воздействия магистральных трубопроводов и предприятий 
нефтегазовой промышленности на окружающую среду, в том числе на лесные массивы.

Подробно описаны современные компьютерные методы обработки и распознава-

ния аэрокосмических изображений с использованием методов фрактально-статисти-
ческого, текстурного, вейвлет- и нейросетевого анализа, а также методологии косми-
ческого мониторинга и математического моделирования зон лесных пожаров в районе 
аварий на газо- и нефтепроводах.

Рассмотрены процессы и явления, сопровождающие распространение химиче-

ских загрязнений атмосферного воздуха при повреждении трубопроводов, проанали-
зированы прикладные математические модели распространения загрязнений в атмо-
сфере, выявлены их достоинства и недостатки. 

Описаны архитектура и программно-информационное обеспечение систем авто-

матизированного мониторинга атмосферного воздуха и систем поддержки принятия 
управленческих решений при выбросах вредных веществ в авариях на магистральных 
трубопроводах; методологические основы оценки экологического риска от магистраль-
ных трубопроводов. Подробно изложены принципы управления рисками и предупреж-
дения чрезвычайных ситуаций на объектах химической промышленности.

Описаны архитектура и принципы разработки интеллектуального обеспечения ги-

бридных экспертных систем ситуационного управления магистральными газо- и нефтепроводами.


Учебное пособие предназначено для студентов химико-технологических и инженерно-
экологических специальностей университетов и может быть полезно преподавателям 
университетов, магистрантам, аспирантам, слушателям бизнес-школ, научным 
сотрудникам и предпринимателям, занимающимся проблемами повышения экономической 
эффективности промышленных предприятий и систем магистрального трубопроводного 
транспорта, а также проблемами охраны окружающей среды.

УДК 004(075.8)
ББК 32.973я73

М41 

Подписано в печать 31.03.2023. 

Формат 60×90/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Гарнитура Times. 

Усл. печ. л. 28,06. ППТ12. Заказ № 00000

ТК 122850-2020516-260809

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

ISBN 978-5-16-018615-3 (print)
ISBN 978-5-16-104978-5 (online)
© Мешалкин В.П., Бутусов О.Б., 2010

Р е ц е н з е н т ы:
Бузник Вячеслав Михайлович, академик; 
Самсонов Роман Олегович, д-р техн. наук, генеральный директор ВНИИГаз

УДК 004(075.8)
ББК 32.973я73
 
М41

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

V.P.Meshalkin, O.B.Butusov 
Computerized environmental impact assessment from main pipelines

ANNOTATION

The conception, theoretical and methodological foundations of ecological analysis 
and prediction of gas and oil pipelines emergency impacts on forests are presented 
in this textbook. 
The foundations of the contemporary computer-aided remote techniques, including 
fractal, texture and artificial neuron nets analysis and also mathematical modeling 
and remote sensing of gas and oil pipelines emergency forest fires are set out in un-
derstandable for student level and plain words. 
Theoretical topics are clearly explained by practical examples. Algorithms and com-
puter information system architectures are explained by detailed descriptions. It 
helps readers to use the acquired knowledge, methods, algorithms and codes in their 
practical work. 
This textbook is intended first of all for chemical engineering and ecological engi-
neering students. But it might be also useful for university teachers, undergraduate 
and post-graduate students, business school students, researchers, and businessmen 
dealing with economic efficiency of industrial enterprises and mainpipelines sys-
tems, also environmental protection. 

…………………………………………………….. 13 
………………………………………………………………. 17 
…………………………………………………………………... 24 
…………………………………………... 32 
1. …………………………... 35
1. -
-………………………………………………………………………. 35

1.1. 35 
1.2. -……………… 43 
1.3. ………………………………... 58 
1.4. -
……………. 63 
1.5. -
-……………………………………………………………………... 67 
1.6. -
……………………………………………… 71 

2. -
……………………………………………………………
76

2.1. -
………………….. 76 
2.2. --
-
……………………………………………………………… 95 

2.2.1. -
………………………………………………. 95 
2.2.2. --
……………………………………………………. 103 
2.2.3. -
……………………………….. 
110 

2.2.4. -

5

-
- ……………………………………………….
129

2.2.5. - …………………………………………………... 134 

2.3. …………………………… 136 

3. -
-
………………………………………………..
155

3.1. -
………………………………………………………………. 
155 

3.2. -
……………………………………………………………… 166 
3.3. -
……………………….. 174 
3.4. -
………………………….. 178 
3.5. -
…………………………………………………… 184 

4. --
- ……………………...
195

4.1. "-" -
…………….. 
195 

4.2. ………… 201 
4.3. ---
………………………………………………………………………… 212 
4.4. -…………………. 223 
4.5. -…………………. 234 
1……………………………………….. 247

6

2. -…………..
251

5. -
………………………………………………………………..
251

5.1. -
……………………………………. 251 
5.2. …………………………………………………..
260

5.3. -
……………………………………………………………... 
273 

5.4. 293 

6. --
………………………………………………
319

6.1. ………………………………………………... 319 
6.2. --
…………………………………………………………….
324

6.3. -
………………………………………. 338 
2………………………………………. 
356

3. -
-
-
……………………………………………………….
357

7. -
-
………………………………………
357

7.1. -
……………………………………………….. 
357 

7.2. -
…………………………………………………………… 363 

7.3. --
…………………………………………………………… 369 

7

7.4. -
……………………………………………………… 
377 

7.5. ….. 
383 

7.6. --
-…………………………………... 387 
7.7. ………………………………………. 392 

8. ……………………………………. 398

8.1. ………………………… 398 
8.2. 406 
8.3. -
……………………………………………………………… 413 

3……………..........................................… 

-………………………..
424

-…………………...
437

8

423 

CONTENT

Book presentation 
13

Foreword 
17 

Introduction 
24 

Abbreviations 
32 

Part 1. Mathematical and computerized methods of forest regions impact 
assessment from main pipelines
35

Chapter 1. Analysis of forest impact from oil and gas mining and 
transportation processes 
35

1.1. Forests as main ecological systems of environment 
35

1.2. Oil and gas enterprises and forest ecosystems as complicated indus-
trial-nature systems 
43

1.3. Classification of environmental impact assessment from oil and gas 
enterprises 
57 

1.4. Dangerous states of main pipelines system analysis as mathematical 
simulation subjects 
63

1.5. Remote control of forest stock impact assessment from oil and gas 
exploration and mining processes 
67

1.6. Topics and idices of forest impact assessment from main pipelines 
71 

Chapter 2. Aerospace remote controll mathematical techniques of forest 
impact from emergency main pipelines
76

2.1. The classical methods and instruments of aerospace images of for-
est impact on main pipelines emergency 
76

2.2. Recognitions remote-computerized modern methods of forest im-
pact from main pipelines emergency 
95

2.2.1. Modern computerized methods of aerospace image processing 
95 

2.2.2. Fractal and statistical analysis techniques of aerospace photog-
raphy patterns 
103

2.2.3. Texture and wavelet analysis techniques of aerospace photogra-
phy patterns processing 
110

2.2.4. Neural network techniques of aerospace photography patterns 
recognitions for analysis of forest impact from main pipelines emer-
gency
129

2.2.5. Fuzzy-set remote analysis techniques of forest impact from 
main pipelines emergency 
134

9

2.3. Space monitoring and mathematical simulation of forest fires in the 
region of gas pipelines emergency 
136

Chapter 3. Mathematical and computerized simulation of environmental 
impact from main pipelines emergency releases
155

3.1. Soils pollution simulation in the region of oil spills 
155

3.2. Atmosphere diffusion computerized simulation of gas pipelines 
emergency releases 
166

3.3. Damaged pipeline gas flow simulation 
174

3.4. Mathematical and computerized simulation of the emergency gas 
clouds turbulent air transport 
178

3.5. Mathematical and computerized simulation of the emergency gas 
clouds air transport over complex terrain in the region of gas pipeline 
emergency 
184 

Chapter 4. Linguistic and fuzzy-logical methods for remote and comput-
erized assessment of forest stock impact from main pipelines emergency
195

4.1. Forest ecosystem exposure-response theory as integral forest esti-
mate from technogenic emergency 
195

4.2. Linguistic agglomerative algorithms near oil spills forests ecologi-
cal zoning 
201

4.3. Fuzzy-logical algorithms of remote and computerized analysis of 
forest ecosystem degradation under oil pipelines emergency spills im-
pact 
212 

4.4. Fuzzy interval model of forest near oil spills recovery 
223

4.5. Probabilistic-statistical model of burned forest places recovery after 
gas pipelines emergency fires 
237

References to part 1 
247

Part 2 Applied mathematical models of atmosphere pollutions diffusion 
and computerized-information environmental monitoring and manage-
ment systems under main pipelines emergency
251

Chapter 5. Mathematical models for harmful substances atmosphere dif-
fusion under main pipelines emergency
251

5.1. General characteristic of mathematical models for harmful sub-
stances atmosphere diffusion 
251

10

5.2. Analysis of processes and phenomena under atmosphere pollutions 
diffusion
260

5.3. Applied mathematical models of atmosphere pollutions diffusion 
273 

5.4. Gauss models of atmosphere pollutions diffusion 
293 

Chapter 6. omputerized-information environmental monitoring and 
management systems under main pipelines emergency accompanied by 
chemical harmful substances releases
319

6.1. General characteristic of program system for atmosphere pollutions 
diffusion forecasting 
319

6.2. omputerized-information system of managerial decision making 
support under main pipelines emergency accompanied by chemical 
harmful substances releases
324

6.3. Computer-aided atmosphere pollutions monitoring system in indus-
trial region 
338

References to part 2 
356

Part 3. The basic concepts and situational management intelligence sys-
tems of oil gas petrochemical industry objects in risk conditions
357

Chapter 7. The Risk management methodology and extreme situations 
prevention at oil gas and petrochemical industry objects
357

7.1. Risk tips and extreme situations at oil gas and petrochemical indus-
try objects 
357

7.2. The system analysis of hazards and extreme situations forecasting 
363 

7.3. The scientifically-proved decisions development technique on man-
caused risk reduction and the extreme situations prevention 
369

7.4. Risk assessment and management methodology from technical sys-
tems impacts 
377

7.5. The environmental risk management strategy and procedure 
383 

7.6. 
Organizational-economic 
risks 
management 
Heuristic-

computational procedure 
387

7.7. A social risks computational assessment methods at hazard on the 
main pipelines 
392

Chapter 8. The main pipelines computer-aided situational management 
398 

8.1. The main gas pipelines situational management intellectual com-
puter-aided system 
398

11