ENVIRONMENT AND TECHNOLOGIES

Potential of landslide and subsidence early warning systems based on deformation sensors for the protection of natural landscapes and linear oil and gas infrastructure

Authors

  • Aleksandr M. Polennikov Moscow Institute of Modern Academic Education, 115184, Moscow, Bolshaya Tatarskaya street, 35, bldg. 3

How to cite

GOST Polennikov A. M. Potential of landslide and subsidence early warning systems based on deformation sensors for the protection of natural landscapes and linear oil and gas infrastructure // Environmental Management Issues. 2025. Vol. 4. No. 7. P. 30-40. DOI: 10.25726/i7388-4005-2633-e
APA Polennikov, A. M. (2025). Potential of landslide and subsidence early warning systems based on deformation sensors for the protection of natural landscapes and linear oil and gas infrastructure. Environmental Management Issues, 4(7), 30-40. https://doi.org/10.25726/i7388-4005-2633-e

Abstract

The article examines the potential of automated early warning systems for landslides and subsidence based on deformation sensors to protect natural landscapes and the linear infrastructure of the oil and gas sector, with a focus on the quantitative assessment of technical, economic, and environmental efficiency in comparable operating scenarios. The aim of the study is to substantiate the choice of sensor technology and EWS architecture capable of reliably detecting early stages of geodeformations and providing sufficient lead time for preventive actions. Materials and methods include a systematic review of over 200 sources, finite element modeling of the coupled soil–pipeline–sensor network system under water saturation, loading, and dynamic influences, and experimental benchmark comparison of fiber-optic FBG, piezoresistive, and vibrating wire sensors in terms of resolution, drift, frequency, and noise immunity. At a test site (slope 15°, pipeline depth 2 m, 12-month modeling horizon), key EWS metrics were evaluated: alarm lead time relative to a 5000 µε threshold, accuracy of time-to-failure (Tf) prediction, and false alarm rate. The economic assessment was based on TCO and avoided damage, while the environmental effect was analyzed through modeled spill volumes and contamination areas. Results show the superiority of FBG sensors: 0.95 µε resolution, drift less than 1.1 µε/year, sampling frequency up to 1200 Hz, and complete electromagnetic resistance. The FBG-based system triggers an alarm at 21.35 µε/day with a 98.4-hour lead time, Tf accuracy of 14.32%, and a false alarm rate of 0.85% (versus 45.6 h/49.88%/7.24% for piezoresistive and 67.2 h/28.57%/3.15% for vibrating wire sensors). Despite higher CAPEX (32.55 million rubles versus 18.75 million), FBG ensures lower OPEX (1.85 million rubles/year) and reduces the 5-year accident probability to 1.15% (4.85% and 18.50% without EWS), leading to minimal expected losses (6.47 million rubles) and the highest 5-year NPV (63.24 million rubles). Environmentally, the FBG-based EWS enables preventive shutdowns without spills or reclamation, while alternatives result in 185.7–594.2 m³ of leakage and 1.35–4.48 ha of contamination. The discussion confirms that the FBG EWS provides maximum predictability and operational reliability with the best life-cycle performance. Standardization of equipment for landslide-prone areas and subsequent integration with InSAR, UAV, and AI models is recommended for multi-level geohazard management.

Keywords

early warning systems fiber-optic sensors landslides and subsidence linear infrastructure techno economic efficiency

References

Абдулхакова Н.И., Ибрагимов И.А. Пути восстановления ландшафтов, нарушенных разливами нефти и нефтепродуктов // Студент и аграрная наука. Материалы VI Всероссийской студенческой конференции. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Министерство образования Республики Башкортостан, ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет, Совет молодых ученых университета. 2012. С. 129.

Аблязов Э.К., Воронина Э.И., Сапожников Д.Ю., Шеманин В.Г. Система предупреждения аварийных выбросов углеводородов в атмосферу на основе лидара дифференциального поглощения и рассеивания // Высокие технологии в медицине, биологии и геоэкологии 2007. 2007. С. 148-150.

Айсматуллин И.Р., Слепнёв В.Н., Шестаков Р.Ю. Системный подход по обеспечению защиты от разливов нефти, нефтепродуктов объектов социальной инфраструктуры и природоохранных зон, расположенных вблизи объектов магистрального трубопроводного транспорта // Нефть и газ 2018. Тезисы докладов. 2018. С. 6.

Байдарашвили М.М. Метод защиты природно-техногенных систем с учетом концепции устойчивого развития при осуществлении строительной деятельности // Техносферная и экологическая безопасность на транспорте (ТЭБТРАН-2014). Материалы IV Международной научно-практической конференции. 2014. С. 32-36.

Богданов В.Л., Гарманов В.В., Фролов В.В. Формирование растительного покрова на территории загрязненной нефтяными углеводородами и мониторинг техногенно-нарушенных ландшафтов // Современные проблемы ландшафтоведения и геоэкологии. материалы V Международной научной конференции. 2014. С. 83-85.

Будник П.В., Ивашнев М.В. Совершенствование техники для защиты линейных сооружений от древесно-кустарниковой растительности // СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2014. маиериалы XV международной молодежной научной конференции. Ухтинский государственный технический университет. 2014. С. 177-179.

Драгунов А.А., Мухамадиев Р.С., Андреев Д.С. Системы планетарных нарушений и их нефтепоисковое значение // Бурение и нефть. 2010. № 2. С. 10-13.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломов и эколого-промышленная безопасность объектов нефтегазового комплекса // Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья. Материалы Международной конференции. 2004. С. 305-306.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломов и эколого-промышленная безопасность объектов нефтегазового комплекса // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2007. № 1. С. 33-40.

Леонтьева Н.А. Комплексная система мер по предупреждению, контролю и управлению ликвидацией разливов нефти/нефтепродуктов в прибрежной полосе // Эксплуатация морского транспорта. 2007. № 4 (50). С. 36-40.

Минниахметов И.С., Мифтахов И.Р. Использование геоинформационных систем в особо охраняемых природных территориях // Состояние и перспективы увеличения производства высококачественной продукции сельского хозяйства. материалы II всероссийской научно-практической конференции с международным участием. ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет, Факультет пищевых технологий, Кафедра технологии мяса и молока. 2013. С. 171-173.

Минниахметов И.С., Мифтахов И.Р. Использование геоинформационных систем в особо охраняемых природных территориях // Состояние и перспективы увеличения производства высококачественной продукции сельского хозяйства. Материалы II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет; Факультет пищевых технологий; Кафедра технологии мяса и молока. 2013. С. 50-52.

Поздеев В.Б. Концепция устойчивости геосистем и функциональное зонирование рекреационных систем // Туризм и региональное развитие. Материалы III Международной научно-практической конференции. Смоленский гуманитарный университет. 2004. С. 191-193.

Ткачев Б.П. Оценка устойчивости ландшафтных систем нефтегазовых месторождений Западной Сибири // География и природные ресурсы. 1998. № 2. С. 31-36.

Шестаков Р.Ю., Айсматуллин И.Р., Слепнёв В.Н. Системный подход по обеспечению безопасности территорий приоритетной защиты и объектов социальной инфраструктуры от разливов нефти и нефтепродуктов // Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России. Сборник тезисов. Москва, 2018. С. 189.

Issue

Section

ENVIRONMENT AND TECHNOLOGIES
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.