WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


- 1 -

На правах рукописи

БУШМЕЛЕВА Кия Иннокентьевна

СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРАНКИНГОВЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ

Специальность: 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2011 - 2 -

Работа выполнена на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и математики (технический университет) Научный консультант - доктор технических наук, профессор Увайсов Сайгид Увайсович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Саксонов Евгений Александрович доктор технических наук, профессор Черевков Константин Владимирович доктор технических наук, профессор Краснов Андрей Евгеньевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)» (МИРЭА, г. Москва)

Защита состоится « ____ » ___________ 2011 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.133.06 Московского государственного института электроники и математики по адресу: 109028, Москва, Б. Трехсвятительский пер., д.3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электроники и математики (технический университет).

Автореферат диссертации разослан «____» ____________ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.133.06, кандидат технических наук, профессор Н.Н. Грачев - 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность проблемы. Потребление углеводородного сырья является важнейшим индикатором промышленного развития различных стран мира. Добываемый в РФ природный газ поступает в магистральные газопроводы (МГ), объединенные в Единую систему газоснабжения (ЕСГ) (рис. 1). Газопроводы относятся к ответственным энергетическим сооружениям, к надежности, работы которых предъявляются повышенные требования. Это обусловлено как причинами технического, экологического характера, так и масштабным ущербом в случае аварии.

Рис. 1. Фрагмент Единой системы газоснабжения России Общая протяженность МГ на сегодняшний день в РФ составляет порядка 160тыс. км., из них более 60% линейной части (ЛЧ) газопроводов эксплуатируется свыше 20 лет, при этом более четверти выработали свой номинальный ресурс, который составляет 33 года.

Как показывает практика, при добыче, транспортировке и переработке углеводородов могут возникнуть утечки загрязняющих веществ. Причиной утечек (аварий) являются различные дефекты, в частности, возникающие вследствие коррозии стенок трубопроводов из за повреждений изоляционных покрытий или нарушений в сварных соединениях и др.

дефекты. Своевременное обнаружение утечек газа из МГ позволяет уменьшить риск возникновения аварийных ситуаций.

В связи с этим появился комплекс научно-технических проблем по обеспечению надежности МГ, устойчивости их работы и безопасности, оценкам остаточного ресурса и рисков. Основным направлением деятельности для решения этих проблем является совершенствование системы мониторинга и управления техническим состоянием (ТС) объектов газотранспортной сети (ГТС) на основе развития и создания новых методов и средств неразрушающего контроля (НК) и технического диагностирования (ТД).

В настоящее время существуют различные устройства и методы НК и ТД газопроводов, которые отличаются принципом действия, чувствительностью, областью применения и др.

Метрически, в смысле масштабов охвата географической территории прокладки сети, все методы условно можно разделить на методы локального и глобального диагностирования.

В зависимости от физических явлений и принципа работы методы диагностирования и НК МГ подразделяются на девять основных видов. Наибольшее распространение получили четыре метода: акустический, магнитный, вихретоковый и оптический. На базе этих методов реализованы основные контактные и бесконтактные средства диагностирования, которые, однако, имеют существенный недостаток, состоящий в локальности их применения.

Однако, именно огромная протяженность и разветвленность ГТС в РФ и странах ближнего зарубежья, прохождение по территориям с неблагоприятными климатическими и - 4 - рельефно - ландшафтными условиями, а также отсутствие развитой и разветвленной системы коммуникаций, существенно ограничивает или делает невозможным их применение.

Более эффективными, с точки зрения оперативности обследования протяженных участков ГТС, являются глобальные - аэрокосмические методы (АКМ), которые с помощью различных летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, беспилотных летательных аппаратов, искусственных спутников Земли и т.п.) могут дистанционно осуществлять мониторинг подстилающей поверхности средствами фото-, видеонаблюдения, а так же устройствами тепловизионного, радиолокационного или лазерного зондирования.

Имея преимущества по основным технико-эксплуатационным характеристикам, в настоящее время наиболее интенсивно развиваются методы лазерной локации. Большой вклад в развитие этого направления внесли Бубличенко И.А., Бондаренко П.М., Гумеров А.Г., Гурари М.Л., Егурцов С.А., Ионин Д.А., Клюев В.В., Козинцев В.И., Косицын В.Е., Медведев Е.М., Орлов В.М., Плюснин И.И., Солдатов А.Н., Самохвалов И.В. и др.

Успешно работают коллективы научно-технического центра уникального приборостроения РАН, института проблем нефти и газа РАН, института лазерной физики ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова», Московского государственного инженернофизического института, Московского государственного технического университета им. Н.Э.

Баумана, Московского института электроники и математики, Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Сургутского государственного университета, Томского государственного университета, Тюменского государственного университета, НПО «Спектр», компании «ПЕРГАМ–Инжиниринг», «Геолидар» и др.

В ОАО «Газпром» эффективно эксплуатируют при обслуживании и ремонте своих газовых коммуникаций лазерные устройства типа «Аэропоиск», «Поиск», «Обзор», «Пергам», «ЛГАУ», «ЛУГ» и др., одним из разработчиков последнего является автор.

Вместе с тем не до конца исследованными и решенными остаются вопросы, связанные с разработкой общих теоретических и методологических основ проектирования автоматизированных комплексов дистанционного зондирования МГ на основе двухлучевых гелий-неоновых лазерных установок.

Однако АКМ, обладая бесспорным преимуществом по масштабам охватываемой территории, уступают локальным мобильным и стационарным средствам диагностирования МГ по точности и достоверности получаемой информации о характере и месте дефекта.

Таким образом, возникает задача объединения методов и средств локального и глобального диагностирования в единую систему мониторинга состояния технологических объектов (ТО) ГТС и, получение на этой основе эмерджентного эффекта. Решение этой задачи предполагает использование передовых достижений в области телекоммуникаций, в частности развитой корпоративной сети транкинговых средств связи (ТСС).

Обслуживание газотранспортной системы требует наличия ведомственной связи практически в любой точке газопровода. В связи с этим корпоративная сеть транкинговой связи (КС ТC) и оборудование используемое в ней является составной частью системы управления добычи, транспортировки, хранения и переработки газа в ОАО «Газпром». Она служит объединяющим звеном деятельности всех предприятий газотранспортной отрасли и оказывает значительное влияние на эффективность, техническую и экологическую безопасность ЕСГ России. Кроме того, КС ТС используются для передачи данных для автоматизированных систем управления (АСУ) технологическими процессами и систем линейной телемеханики, передачи данных для АСУ административно-хозяйственной и планово-экономической деятельности газотранспортных предприятий.

Компоненты КС ТС уже сегодня широко внедряются в газотранспортную отрасль при организации диспетчерской и внутриобъектной оперативной связи основного производственного персонала и ремонтно-восстановительных бригад на МГ, отводах, промышленных площадках, компрессорных станциях, подземных хранилищах и др.

объектах, обеспечивая контроль и управление производственными процессами при эксплуатации, ремонте, реконструкции и строительстве газотранспортных объектов, а также - 5 - при осуществлении быстрой связи и взаимодействия различных служб при кризисных и чрезвычайных ситуациях.

Научная проблема заключается в противоречии между назревшей необходимостью оценки текущего и прогнозного технического состояния МГ и отсутствием общих методологических основ построения систем мониторинга состояния газотранспортных сетей.

Объектом исследования является процесс мониторинга технического состояния магистральных газопроводов.

Предметом исследования являются методы, модели, алгоритмы, аппаратнопрограммные и методические средства мониторинга состояния ТО газотранспортной сети.

Цель и задачи диссертационного исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности системы мониторинга и управления состоянием технологических объектов ГТС посредством комплексирования локальных и глобальных методов диагностирования в единую систему с применением транкинговых телекоммуникационных средств связи и создание для этого соответствующих методов, моделей и алгоритмов, а также программно-аппаратного и методического обеспечения.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ особенностей ЕСГ РФ, как объекта диагностирования и управления ТС, исследование видов и причин дефектов в ней.

2. Исследование современного состояния ТД в области существующих методов и средств неразрушающего контроля ТО ГТС.

3. Анализ возможностей современных телекоммуникационных систем и транкинговых средств связи в аспекте создания на их основе системы мониторинга состояния структурных элементов линейной части (ЛЧ) МГ.

4. Разработка концепции системы управления обслуживанием ТО ГТС на основе комплексирования эффективных методов обнаружения дефектов средствами телекоммуникаций.

5. Разработка методологии непрерывной информационной поддержки диагностического обеспечения сети на протяжении всего жизненного цикла.

6. Разработка метода дистанционного зондирования (ДЗ) ТС МГ.

7. Проведение экспериментальных исследований для определения характеристик газового облака, образованного в месте утечки из МГ.

8. Моделирование и анализ чувствительности устройства дистанционного зондирования (УДЗ).

9. Расчет массового расхода газа и моделирование профилей концентрации стравливаемого метана из объектов МГ.

10. Создание аппаратно-программного комплекса лазерного зондирования дефектов МГ.

11. Разработка системы мониторинга и управления состоянием технологических объектов ГТС на основе транкинговых средств связи.

12. Разработка методов валидации данных и калибровки измерительного оборудования с целью повышения достоверности результатов диагностирования технологических объектов ГТС.

13. Разработка методического обеспечения для обследования протяженных участков ЛЧ МГ.

14. Апробация и внедрение результатов работы в газотранспортную отрасль.

Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода и методы общей теории систем и технической диагностики, теории математического и диагностического моделирования, теория чувствительности и возмущений, теория оптимизации и методы математического программирования, теории управления, вероятностей и математической статистики, теории нечетких множеств, нейронных сетей, распознавания образов и принятия решений, методы численных и - 6 - экспериментальных исследований, методы построения телекоммуникационных систем и методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна результатов работы. Главным научным результатом является разработка концепции создания телекоммуникационной системы мониторинга состояния объектов ГТС и развитие идеологии и научных основ технической диагностики.

При этом в диссертационной работе были получены следующие новые научные результаты:

1. На основе системного анализа предложена классификация современных методов и средств НК и ТД, отличающаяся от известных критериями сравнения, соответствующими особенностям объектов ГТС.

2. Разработана концепция системы управления ТС ГТС, отличающаяся комплексированием эффективных инструментов обнаружения дефектов на основе интеграционных возможностей транкинговых средств связи.

3. Разработана методология диагностического обеспечения объектов сети, которая отличается предложенной в работе технологией непрерывной информационной поддержки на протяжении всего жизненного цикла.

4. Разработан метод ДЗ подстилающей поверхности, основанный на лазерной локации утечек газа. Отличительная особенность метода заключается в использовании гелийнеоновой лазерной установки, работающей на двух длинах волн. При этом один из лучей установки имеет длину волны, соответствующую максимальному коэффициенту поглощения метана.

5. Разработаны метод и программа экспериментальных исследований характеристик газового облака, образованного в месте дефекта ЛЧ МГ на основе измерения концентрации метана. Метод базируется на экспоненциальных зависимостях мощности излучения, возвращаемого на приемник. В отличие от известных методов учтено влияния коэффициента отражения от подстилающей поверхности, закона квадрата расстояния и флуктуации расстояния (высоты полета). Корреляционная обработка сигналов позволяет повысить вероятности выделения или исключения предполагаемой утечки газа.

6. Разработана математическая модель УДЗ, отличающаяся от известной учетом влияния коэффициента отражения от подстилающей поверхности. Это позволяет исследовать чувствительность системы и осуществлять регулировку электронной части лазерной установки, производя ее настройку и юстировку непосредственно перед применением по назначению.

7. Получены выражения для вероятностей пропуска дефектов и ложной тревоги, рассчитываемые при различных значениях мощности зондирующего излучения.

Подтверждено предположение о пуассоновском законе распределения отсчетов, регистрируемых локатором.

8. Для определения величины массового расхода метана из ЛЧ МГ разработана модель в виде двухслойной нейронной сети с прямой передачей данных. Отличительной особенностью модели является учет различных условий дистанционного зондирования (скорости ветра, температуры окружающей среды, характеристик подстилающей поверхности, расстояния от трека зондирования до газопровода, давления и температуры транспортируемого метана, диаметра стравливающего отверстия).

9. Получено расчетное выражение для компьютерного моделирования профилей концентрации стравливаемого газа, которое позволяет учитывать климатические условия, интенсивность сепарации частиц и высоту подъема газового облака над местом дефекта.

10. Разработаны структура и алгоритм мобильного аппаратно-программного комплекса ДЗ, который в составе бортового оборудования летательного аппарата (самолета, вертолета и др.) может осуществлять оперативный мониторинг МГ. В отличие от известных в комплекс включены средства фото-, видеонаблюдения, приемник глобальной спутниковой системы позиционирования, которые позволяют получать полную информацию о характере и месте - 7 - дефекта на МГ, и транкинговые средства связи, для оперативной передачи информации в центр сбора и обработки.

11. Для повышения эффективности автономной бортовой автоматизированной системы регистрации и обработки данных разработана кластерная модель распознавания утечек метана из ЛЧ МГ от фоновой концентрации газа, отличающаяся использованием аппарата нечетких множеств для формализации экспертных знаний.

12. Разработана система мониторинга и управления ТС объектов сети на основе транкинговых средств связи. Новизной является объединение в едином пространстве территориально разнесенных информационных и измерительных ресурсов для организации централизованного управления диагностическим обеспечением, обслуживанием и ремонтом ЕСГ РФ.

13. Для оценки валидности данных разработан метод сравнения результатов косвенных дистанционных измерений параметров газового облака с измерительной информацией, полученной прямыми измерениями с помощью мобильных газоанализаторов непосредственно в месте модельной утечки.

14. Разработана методика калибровки и соответствующие средства автоматизированной обработки и интеллектуализации измерительной информации для снижения систематической погрешности и повышения достоверности получаемых УДЗ данных.

15. Разработано методическое обеспечение, которое в отличие от известных позволяет заложить на стадиях проектирования и строительства требуемую контролепригодность ТО ГТС и организовать эффективное оперативное обследование протяженных участков МГ.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что разработанные в ней методология и система мониторинга позволяют, автоматизировать процесс сбора, обработки и визуализации информации, оценивать объемы утечек метана в реальном масштабе времени и, на этой основе осуществлять оперативное диагностирование и управление ТС технологических объектов ГТС, посредством принятия необходимых мер по устранению и предотвращению утечек.

Внедрение разработанной системы, методов, моделей, алгоритмов, аппаратнопрограммных средств и методического обеспечения направленно на решение задач эффективной и безаварийной эксплуатации ЕСГ РФ.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методы, алгоритмы, программно-аппаратный комплекс и методическое обеспечение использованы при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, Государственный контракт № 14.740.11.0068 от 6 сентября 2010 года по теме: «Разработка методов и аппаратурных средств лазерноинформационной технологии мониторинга газотранспортных объектов», шифр заявки «2010-1.1-122-084-032», а также в рамках хоздоговоров № 177-08-10/ВОУ/В22-252310 от 31.08.2010г. по теме «Оказание услуг по проведению экспертизы эмиссии метана из крановых узлов на соответствие требованиям СТО Газпром 031-2007 и обработка результатов с использованием информационных технологий» и № 013/04/Л от 2 июня 2004г.

по теме «Создание трех лазерных локаторов для комплекса обследования магистральных газопроводов».

Основные результаты диссертационной работы внедрены в ООО «Газпром-трансгазСургут», в ООО «ЛИТТ» при ТГУ, в центре лазерных технологий СурГУ, а также в учебный процесс Московского государственного института электроники и математики на кафедре «Радиоэлектронных и телекоммуникационных устройств и систем» и Сургутского государственного университета на кафедре «Автоматизированные системы обработки информации и управления».

Внедрение результатов диссертационной работы в газотранспортную отрасль и учебный процесс вузов подтверждено соответствующими актами внедрения.

- 8 - Апробация результатов работы. Работа в целом и ее отдельные результаты с 2000 по 2011 годы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научнопрактических конференциях: XIII и XIV научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Судак, 2001, 2002), Межвузовская конференция молодых ученых. «Научная молодежь–XXI веку» (Сургут, 2001), The International Conference «Lasers 2001» (Tucson, Arizona, 2001), The 7-th, 9th Russia-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technologies (Tomsk, 2004, 2008), IV научно-практическая конференция «Инновации в условиях развития информационнокоммуникационных технологий» (Сочи, 2007), III и VI Всероссийская научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Инноватика» (Томск, 2007, 2010), Международный симпозиум «Новые информационные технологии и менеджмент качества» (Турция, 2008), XVIII Международная конференция-выставка «ИТО-2008» (Москва, 2008), XV Всероссийская конференция «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 2008), научно-техническая конференция «Инновации в условиях развития информационнокоммуникационных технологий» (Сочи, 2008), V Всероссийский конгресс женщинматематиков (Красноярск, 2008), Международный симпозиум «Надежность и качество» (Пенза, 2008-2011), Международный форум «Новые информационные технологии и менеджмент качества» (Египет, Шарм-эль-Шейх, 2009), научно-техническая конференция «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий» (Сочи, 2009), Международная научно-техническая конференция «Аэрокосмические технологии в нефтегазовом комплексе» (Москва, 2009), IX Международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), Международная научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий» (Сочи, 2010).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 66 работ, в том числе 1 монография, 3 учебных пособия, 29 статей, из них 17 в изданиях из перечня российских рецензируемых научных журналов рекомендованных ВАК.

Получены 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав с выводами, заключения, списка использованной литературы, состоящего из 291 наименования, и приложений, включающих в себя акты внедрения.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Классификация методов и средств НК и ТД технологических объектов ГТС.

2. Концепция построения системы управления ТС объектов ГТС.

3. Методология диагностического обеспечения МГ на протяжении всего жизненного цикла.

4. Система мониторинга и управления ТС объектов сети на основе ТСС.

5. Структура, метод, модель и алгоритм УДЗ по идентификации дефектов МГ.

6. Алгоритм экспериментальных исследований характеристик газового облака в месте дефекта ЛЧ МГ и расчетное выражение для компьютерного моделирования профилей концентрации стравливаемого газа.

7. Двухслойная нейронная сеть для определения величины массового расхода стравливаемого газа и нечеткая кластерная диагностическая модель распознавания утечек метана из МГ, а также выражения для моделирования вероятностей пропуска дефектов и ложной тревоги при идентификации утечек газа.

8. Методы оценки валидности данных и автоматизированной калибровки информационно-измерительного тракта локатора.

9. Методическое обеспечение процессов контролепригодного проектирования, строительства и обслуживания ЛЧ МГ.

- 9 - ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, описана ее краткая характеристика, изложены цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, представляются основные научные результаты, выносимые на защиту, а также показана логическая связь глав диссертационной работы.

Первая глава диссертации содержит характеристику современного состояния газотранспортной отрасли РФ и анализ особенностей сети МГ как сложной системы.

Анализ последних лет мирового нефтегазового рынка показывает опережающее развитие газовой промышленности по отношению к производству и потреблению других видов энергоносителей. Для России все более перспективным энергоносителем становится природный газ, разведанные и оценочные запасы которого составляют около 3,3трлн.куб.м, а потенциальные ресурсы достигают 6-8трлн.куб.м. В соответствии с инвестиционной программой «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» планируемый уровень добычи газа к 2020 году по России составит от 650 до 670млрд.куб.м и будет обеспечиваться за счет действующих и вводимых в разработку новых месторождений.

Природный газ поступает в МГ, объединенные в ЕСГ России, которая в свою очередь является крупнейшей в мире системой транспортировки газа и представляет собой уникальный технологический комплекс, включающий в себя объекты добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения газа. ЕСГ включает в себя разрабатываемые месторождения, сеть 1, 2, 3-х и более ниточных МГ, компрессорные установки, подземные газохранилища и другие сооружения.

Хотя при формировании газотранспортной системы в 70-80-х гг. прошлого века в нее был заложен значительный запас прочности, вместе с тем известно, что ЕСГ России является стареющей в связи, с чем повышается аварийность на ее объектах. Так например, объективным свидетельством стабильной работы ЕСГ является снижение количества технических отказов на газопроводах с 0,21/1000км эксплуатируемых газопроводов в 2001г.

до 0,11 в 2007г., однако в 2008г. отмечено увеличение числа аварий до 0,13/1000км (рис. 2).

Рис. 2. Динамика аварийности ЕСГ в год/1000км, за период с 2001 по 2008гг.

Как показывает практика, отказы на МГ с большим сроком эксплуатации имеют много причин (рис. 3), но большая их часть связана с коррозионными повреждениями стенок труб по причине выхода из строя изоляционных покрытий. Второе место занимают разрушения, вызванные наличием дефектов в сварных стыках. В работе приведена обобщенная классификация дефектов и повреждений, возникающих при эксплуатации, причины их возникновения и анализ параметров ТС МГ.

Отмечается, что традиционный способ поддержания работоспособности газопроводов с помощью капитальных ремонтов, на сегодняшний день предпочтительно заменить выборочным «точечным» ремонтом элементов и участков МГ по результатам 100% комплексного диагностического обследования. В связи с этим появился комплекс научно- 10 - технических проблем по обеспечению надежности и устойчивости работы газопроводов.

Основным направлением деятельности для решения этих проблем является развитие и создание новых методов и средств диагностирования технического состояния МГ.

Рис. 3. Причины возникновения аварий на МГ: 1-наружная коррозия; 2-повреждения при эксплуатации; 3-нарушение условий и режимов эксплуатации; 4-строительные дефекты; 5-дефекты изготовления труб и оборудования; 6-стихийные бедствия Предложена структурно-технологическая схема диагностирования МГ, отражающая комплексный характер проводимых исследований, их состав и порядок выполнения, а также этапы оценки. Приведен анализ существующих устройств и методов НК и ТД газопроводов используемых при диагностировании ТС МГ, которые отличаются принципом действия, чувствительностью, областью применения и др. Показано, что метрически, в смысле масштабов охвата географической территории прокладки газотранспортной сети, все методы условно можно разделить на методы локального (наземные) и глобального (авиационные, космические и др.) диагностирования (рис. 4).

Рис. 4. Методы диагностирования МГ Анализ традиционных методов диагностирования показал, что они позволяют получить лишь частные параметры тех или иных дефектов и не обеспечивают получения общего объема необходимой информации о состоянии протяженных участков ГТС и динамике их изменения. Главный же недостаток этих методов состоит в локальности их применения, что делает их малоэффективными, когда необходимо осуществить мониторинг на протяженных и труднодоступных участках газопроводов, в отсутствие развитой сети коммуникаций.

Поэтому проблема разработки новых методов и средств диагностирования МГ, позволяющих с приемлемой достоверностью осуществлять их мониторинг, является весьма актуальной на сегодняшний день.

Более эффективными, с точки зрения оперативности обследования протяженных участков магистрали, являются аэрокосмические методы, которые с помощью различных летательных аппаратов (ЛА) могут дистанционно осуществлять мониторинг подстилающей поверхности средствами фото-, видеонаблюдения, а так же устройствами тепловизионного, радиолокационного или лазерного зондирования. Для обеспечения надежной и экологически безопасной эксплуатации МГ предложена классификация и сравнительный анализ дистанционных АКМ оценки ТС газотранспортной системы, который позволил сделать - 11 - вывод о необходимости разработки дополнительных диагностических признаков и методов обработки данных производственного мониторинга МГ, позволяющих повысить достоверность оценки ТС газопроводов.

Отражено, что имея преимущества по основным технико-эксплуатационным характеристикам, в настоящее время наиболее интенсивно развиваются методы лазерной локации, которые способны быстро и эффективно обнаруживать утечки газа из МГ с борта летательного аппарата, в связи с высоким уровнем чувствительности измерений при относительно малых габаритных размерах. Однако обладая бесспорным преимуществом по масштабам охватываемой территории, глобальные АКМ уступают локальным мобильным и стационарным средствам диагностирования по точности и достоверности получаемой информации о характере и месте дефекта.

Таким образом, возникает задача объединения методов и средств локального и глобального диагностирования в единую систему мониторинга состояния объектов ГТС и, получение на этой основе эмерджентного эффекта. Решить эту задачу позволяют передовые достижения в области телекоммуникаций, в частности использование сети ТСС, которые служат объединяющим звеном деятельности всех предприятий газотранспортной отрасли, предоставляя оперативную связь и передавая технологическую информацию между основным персоналом и ремонтно-восстановительными бригадами газотранспортного предприятия.

С учетом результатов проведенного анализа сформулирована цель и поставлены задачи диссертационной работы.

Во второй главе предложена концепция системы мониторинга и управления ТС объектов сети, отличающаяся комплексированием эффективных локальных и глобальных методов и инструментов обнаружения дефектов на основе интеграционных возможностей ТСС. Система строится так, чтобы сбалансировано дополнять существующие и разрабатываемые сети связи, охватывая с различной плотностью значительную часть территории России, с местами прокладки МГ. При построении системы выбрана ориентация на цифровые методы передачи информации в соответствии с требованиями стандарта ТЕТRА, разработанного Европейским Телекоммуникационным Институтом Стандартов.

Очевидно, что сегодня успешность любого нефтегазового предприятия во многом зависит от своевременного и оперативного получения необходимой информации и правильной организации производства. Современные транкинговые системы являются действенными средствами для достижения указанных целей. В то же время средства оперативной радиосвязи, используемые в газовой отрасли, зачастую несовершенны, применяемые телекоммуникационные технологии морально устарели и не позволяют спроецировать эффективные организационные структуры на пользователей радиосистем.

В настоящее время и в мире, и в России достаточно широко распространены аналоговые транкинговые системы радиосвязи, такие как SmarTrunk, системы протокола MPT 1327 (ACCESSNET, ACTIONET и др.), системы фирмы Motorola (Startsite, Smartnet, Smartzone), системы с распределенным каналом управления (LTR и Multi-Net фирмы E.F.Johnson Co и ESAS фирмы Uniden). Наибольшее распространение в России получили системы MPT 1327, что объясняется значительными преимуществами данного стандарта по сравнению с другими аналоговыми системами.

Однако аналоговые транкинговые системы имеют ряд ограничений по: передаче данных (отсутствует возможность одновременной передачи речи и данных, транспортный уровень не поддерживает пакетную передачу данных, ограниченный сервис передачи коротких сообщений и др.), малому количеству терминалов, обеспечивающих дуплексную связь, емкости системы при одинаковом количестве рабочих каналов, функциональным характеристикам, возможностям управления системой.

В связи, с чем ведущие мировые производители оборудования ТСС объявили о переходе к цифровым стандартам радиосвязи, предусматривая при этом либо выпуск принципиально нового оборудования, либо адаптацию аналоговых систем к цифровой связи.

- 12 - К наиболее популярным, заслужившим международное признание стандартам цифровой транкинговой связи, относятся: EDACS (фирма Ericsson), TETRA (Европейский институт стандартов связи ETSI), APCO 25 (Ассоциация официальных представителей служб связи органов общественной безопасности), Tetrapol (фирма Matra Communication, Франция), iDEN (фирма Motorola, США).

Из всех выше перечисленных именно TETRA (TErrestrial Trunked RAdio/Наземной Транкинговой Подвижной Радиосвязи) - открытый стандарт, предполагающий, что оборудование различных производителей будет совместимо, является наиболее перспективным для построения систем связи на предприятиях быстрорастущего нефтегазового сектора России.

Целесообразность внедрения транкинговых средств в систему мониторинга ГТС обусловлена объективными преимуществами: многозоновым покрытием обслуживаемых территорий; повышенной производительностью; качеством сигнала; оперативностью;

надежностью; защищенностью от несанкционированного доступа; наличием беспроводной телефонии и телеметрии; дополнительными сервисами.

Новизной является объединение в едином пространстве территориально разнесенных информационно-измерительных ресурсов, систем и сетей, основных элементов наземной и аэрокосмической инфраструктуры транкинговой радиосвязи и абонентских радиостанций, средств диагностирования и позиционирования, расположенных на различных носителях и обеспечение централизованного управления данными ресурсами в целях повышения эффективной работы ЕСГ России.

В состав системы мониторинга ТС МГ (рис. 5) входят четыре основных сегмента:





Рис. 5. Обобщенная схема системы мониторинга ТС объектов ГТС: КЛА – космические летательные аппараты; АЛА – авиационные летательные аппараты; ПАК «ЛУГ» - программноаппаратный комплекс; НПБ – наземные передвижные бригады; ОК - оптический канал; ВОЛС – волоконно-оптический канал; РРС – радиорелейная связь; РТС – радиотелефонная связь; СС – спутниковая связь; GSM – мобильная связь; GPRS – мобильный интернет; ГТЦ – главный телекоммуникационный центр; ЦПР – центр принятия решений; ИАЦ – информационноаналитический центр; ЦУНС – центр управления наземной сетью; ЛВС – локальная вычислительная сеть; ККУ - комплекс контроля и управления; КС – комплекс сопряжения; ССС – станции спутниковой связи; КРРС – комплекс радиорелейной связи; ТМС – телеметрические станции;

ЦУКОГ – центр управления и контроля орбитальной группировкой - 13 - объект диагностирования – газотранспортная система, представляющая собой сеть 1, 2-х… и 6-ти ниточных МГ, отводов, компрессорных установок, подземных газохранилищ и других сооружений;

аэрокосмический сегмент – космические и авиационные летательные аппараты, оснащенные бортовым пилотажно-навигационным и другим оборудованием;

пользовательский сегмент – аппаратура, представляющая собой средства глобального и локального диагностирования оснащенные разнообразными видами приемоиндикаторов, а также телекоммуникационными устройствами осуществляющими прием и передачу информации по различным каналам связи;

наземный сегмент – основные и телекоммуникационные территориально разнесенные центры управления, станции сопряжения, стационарные и мобильные пункты, предназначенные для накопления и передачи всех видов информации, включая телеметрическую, позиционную, осуществляющие планирование и контроль работы целевой аппаратуры.

В главе приводится классификация, технические характеристики и функциональные возможности основных сегментов телекоммуникационной системы мониторинга объектов ГТС. На рис. 6. представлена схема пользовательского сегмента телекоммуникационной системы, содержащая средства глобального и локального диагностирования используемые для осуществления мониторинга ТС ГТС, а также GPS приемники и основные устройства транкинговой связи, позволяющие осуществлять прием и передачу информации по различным каналам связи.

Рис. 6. Пользовательский сегмент телекоммуникационной системы мониторинга В свою очередь управление данной системой основано на базе геоинформационных технологий, позволяющих осуществлять сбор, отображение, обработку, анализ, прогнозирование и распространение информации посредством программно-аппаратных комплексов на основе электронных карт, баз данных и сопутствующих материалов с географически организованной информацией.

Достоинство системы мониторинга и управления ТС объектов ГТС на основе ТСС состоит в том, что она позволит организовать и автоматизировать процесс сбора и обработки информации с территориально распределенной сети газотранспортных и подвижных объектов, оснащенных средствами диагностирования и приемо-передающими устройствами, - 14 - использующими различные каналы связи, с одновременным отображением на электронной карте текущего положения и состояния объектов.

На сегодняшний день в нефтегазовом секторе наблюдается повышенный спрос на комплексные многофункциональные решения - безопасность, мониторинг и информационные услуги, которые в свою очередь, могут осуществляться с использованием современных навигационных и телекоммуникационных технологий, позволяющих получать и обрабатывать оперативную информацию в формате единого интерфейса и минимизировать влияние «человеческого фактора» на принятие управленческих решений. Примером такого взаимодействия и является система мониторинга объектов ГТС, совмещающая сразу несколько разработок и технологий:

спутниковый контроль подвижных объектов и работников линейных производственных управлений, осуществляющих оценку ТС МГ устройствами локального и глобального диагностирования (при наличии GPS-приемников), в том числе с помощью российской системы ГЛОНАСС;

оперативную профессиональную радиосвязь для взаимодействия диспетчера с операторами, экипажем подвижных объектов и др.

Таким образом, налицо интеграция двух технологий, модуля ГЛОНАСС как ключевой части современных комплексных систем безопасности и управления с абонентскими терминалами стандарта TETRA, являющихся телекоммуникационной транспортной средой для передачи информации. При этом преимущества сопряжения TETRA и ГЛОНАСС для групп специальных пользователей неоспоримы.

Так как основными потребителями услуг профессионального ГЛОНАСС являются государственные структуры, ведомства, крупные отраслевые предприятия и т.п., которые предъявляют повышенные требования к устойчивости связи и качеству профессионального абонентского оборудования и специализированных программных продуктов. В свою очередь стандарт TETRA по функционалу и характеристикам в полной мере отвечает этим высоким требованиям и может служить надежной транспортной средой для передачи навигационных данных от спутников ГЛОНАСС. В результате можно сделать вывод, о том, что симбиоз двух быстро развивающихся технологий позволяет принимать оперативные решения на основе полной информированности и в режиме реального времени.

В главе рассмотрена проблема диагностирования ТС МГ, показано, что отсутствие непрерывной информационной поддержки диагностического обеспечения на протяжении всего жизненного цикла, начиная от формирования технического задания на разработку МГ и до ремонта, ведет к существенным экономическим и временным потерям.

Основной задачей комплексного диагностирования газопроводов является своевременное выявление изменений его ТС с использованием технологии непрерывной информационной поддержки на протяжении всего жизненного цикла: при условии взаимодействия с окружающей средой, оценкой остаточного ресурса, а также выбором наиболее эффективных методов диагностирования для обеспечения безопасной эксплуатации и надежной работоспособности ГТС.

Предлагаемая технология (рис. 7) предполагает переход от проверки и оценки запасов прочности и работоспособности газопроводов к проверке его исправности на стадии эксплуатации и ремонта. При этом появляется возможность перейти от календарно-плановой технологии обслуживания и ремонта к более эффективной технологии обслуживания МГ по фактическому состоянию, что позволит реализовать надежностно-ориентированную технологию проектирования, строительства, эксплуатации, ремонта или реконструкции МГ.

В основе технологии лежит методология диагностического обеспечения объектов сети устройством дистанционного зондирования, которая в свою очередь поддерживается автоматизированной системой обработки и регистрации данных. Возможность непрерывного и глубокого исследования объектов ГТС средством ДЗ на предмет выявления дефектов, служащих причинами отказов и предвестниками аварий, позволяет своевременно принимать - 15 - эффективные меры по их устранению и предотвращению, а также принимать решения о дальнейшей эксплуатации МГ.

Рис. 7. Структура технологии непрерывной информационной поддержки диагностического обеспечения МГ на протяжении всего жизненного цикла Мониторинг посредством УДЗ органично вписывается в систему управления (СУ) ТС объектов ГТС, позволяя обрабатывать ранее полученные результаты при очередном обследовании газопровода. В самом общем виде диагностическая модель ГТС может быть представлена кортежем в виде упорядоченной шестерки: M X,Y, Z,Q, H,T, где X - вектор входных, функциональных воздействий представляющий собой выборку X (t)=(х1,х2,…хL), где L – число различных параметров, характеризующих объект диагностирования; Y - вектор выходных функциональных характеристик или реакций объекта на различные внешние воздействия. Связь входов и выходов МГ представляется уравнением, описывающим систему мониторинга ТС объектов ГТС, где Y (t) f ( X, Z,Q, H,T ) f – оператор связи; Z - вектор внешних возмущающих факторов, представляющих собой совокупность возмущающих воздействий внешней среды на ТО ГТС Z (t)=(z1,z2,…zР), определяемых условиями эксплуатации газопровода, каждое из которых может быть охарактеризовано Р параметрами; H - множество технологических объектов ГТС; T - моменты времени, в которые наблюдается объект; Q - множество внутренних модельных параметров ТО ГТС в виде возникающих дефектов МГ, которые могут быть описаны как Q(t)=(q1,q2,…qn), при qi[qiн,qiв], i=, где n – количество всех параметров дефектов, 1,n характеризующих техническое состояние МГ и проявившихся в виде утечки газа из газопровода, которые, в свою очередь, могут быть качественно и количественно оценены по следующим критериям: объем утечки, вид дефекта, место дефекта, климатический сезон, опасность дефекта, наличие оборудования, погодные условия и периодичность обследования и т.д. Множество внутренних параметров, в свою очередь, связано с вектором состояний, т.е.

Q(t) f (V ). На основе измерения вектора V формируется интегральный показатель q, имеющий количество градаций, на которое делится все многообразие состояний ГТС.

Появившийся дефект в виде утечки газа, регистрируется в данной СУ посредством УДЗ, при этом автоматически формируется массив данных о текущем ТС объекта. Для классификации дефектов их необходимо сравнить с номинальной величиной согласно техническим условиям (ТУ), применяемым к данному объекту qiqiном, при qiном[qiн,qiв].

После обработки информации по каждому дефекту системой принятия решений УДЗ выдается информация о текущем ТС МГ с оценкой аварийных или критических состояний.

- 16 - Данная информация, а также предложения по проведению дополнительных работ по локальному диагностированию зарегистрированных дефектов, посредством использования ТСС поступает в центральный диспетчерский пункт анализа, управления и принятия решений в режиме реального времени.

Далее линейным отделом газотранспортного предприятия формируется приоритет устранения неисправностей R(t)=f(qi), в зависимости от сложности дефекта, градации состояния объекта и наличия оборудования, после чего формируется заявка Ri в исполнительный орган (ИО). Все ранее перечисленные разнохарактерные категории дефектов можно выявить только посредством дистанционного зондирования локатором RiDi с борта летательного аппарата. На следующем шаге информация из ИО в виде принятого решения поступает в аварийный поезд газотранспортного предприятия, для устранения дефектов на объектах ГТС. При необходимости проводится контрольное обследование устраненного дефекта. Критерием эффективности управления ТС ГТС является относительное количество выявленных дефектов, характеристики которых лежат в заданных пределах.

В третьей главе сформулированы требования и разработан метод дистанционного зондирования ТС объектов ГТС, который в свою очередь положен в основу технологии непрерывной информационной поддержки диагностического обеспечения МГ на протяжении всего жизненного цикла.

Разработка метода началась с создания математической модели (ММ) мобильного УДЗ позволяющей исследовать влияние коэффициента отражения (КО) от подстилающей поверхности на структуру лазерного локатора, а также решающая проблемы регулировки и настройки электронной части устройства применяемого для диагностирования ТС МГ. Учет влияния КО для реальных поверхностей, обладающих в той или иной мере как зеркальным, так и диффузным отражением, необходим для разработки основных узлов локатора с улучшенными технико-экономическими и эксплуатационными характеристиками, а также для контроля загазованности метаном атмосферы вблизи газопровода.

Принимаемая мощность отраженного сигнала P рассчитывалась с учетом коэффициента усиления оптической системы газового лазера, согласно уравнению P0 AT (R) P (k1 k2 ), где P0 - мощность зондирующего сигнала; А - площадь приемного Rзеркала; R – расстояние от локатора до поверхности земли; T(R) - прозрачность слоя атмосферы протяженностью R; k1 – КО атмосферы на трассе лазерного луча длиной 2R; k2 – КО исследуемой поверхности.

Для получения информации о k2, необходимо сначала на одном и том же расстоянии провести калибровку локатора по двум эталонным мишеням, т.е. определить коэффициент, зависящий от параметров локационной установки, а затем на требуемых расстояниях с bx b1 bпомощью одного эталона определить k2 ki, и fcx , где b1, b2, bx - fcxd d(1 ) отношения отраженного и опорного сигналов для первой и второй эталонных мишеней и исследуемой поверхности соответственно; 1, 2 - КО эталонных мишеней (в процессе эксперимента за эталон была выбрана поверхность листа ватмана); fcx - коэффициент, зависящий от параметров локационной установки.

Величина прозрачности атмосферы T(R), зависящая от коэффициента ослабления дымкой в приземном слое атмосферы и метеорологической дальности видения, так же учитывалась при расчетах T(R) = exp (-0,782 R/Sm), где 0,782 R/Sm - коэффициент ослабления дымкой в приземном слое атмосферы для =3,39мкм.

Было установлено, что при мощности излучения от 10 до 15мВт, апертуре приемного зеркала телескопа диаметром 300мм и высоте полета вертолета 80м, мощность отраженного сигнала, попадающего на фотоприемник, лежит в пределах от 0,1 до 1х10-9 Вт, в зависимости от величины КО земной поверхности k2=(0,1…1).

- 17 - В реальных условиях, большое влияние на мощность регистрируемого сигнала оказывает тип подстилающей поверхности, в связи, с чем необходимо учитывать индикатрису рассеяния излучения подстилающей поверхности. На рис. 8 приведены индикатрисы рассеяния для трёх основных типов подстилающих поверхностей с диффузным, зеркальным и смешанным отражением, которые показали, что для диффузно отражающей поверхности излучение рассеивается по всем направлениям с одинаковой интенсивностью, для зеркальной поверхности характерен тонкий максимум в направлении рассеяния. Для поверхности смешанного отражения – имеется максимум и участок, где коэффициент отражения меняется незначительно.

Рис. 8. Индикатрисы рассеяния подстилающих поверхностей В качестве образцов подстилающих поверхностей использовались три класса природных образований (обнажения почвы, растительный покров, снег и др.), а также некоторые строительные материалы (бетон, асфальт и др.). Измерения зависимостей КО от направления зондирования показали, что чаще всего у подстилающих поверхностей наблюдается смешанное отражение, т.е. одновременно зеркальное, и диффузное, причем в зависимости от структуры поверхности одно из них может преобладать над другим, примером таких поверхностей могут служить снег, асфальт, кирпич.

Полученные результаты послужили исходными данными для разработки математической модели мобильного УДЗ объектов МГ, структурная схема (рис. 9) которой представлена в виде передаточной функции системы автоматического управления (САУ).

Рис. 9. Структурная схема устройства дистанционного зондирования Для решения проблемы регулировки электронной части УДЗ исследовались спектральные оптические свойства распространения лазерного излучений в газовой среде.

- 18 - На графике (рис. 10) показана зависимость интенсивности мощности лазерного излучения Е для двух длин волн и 2 от концентрации газа с на фотоприемнике локатора, где 1 - измерительный, а 2 - эталонный канал.

Режим работы САУ задается в т. М, согласно значению функции отклика устройства, здесь М – точка равенства интенсивности принимаемого излучения при определенной Рис. 10. Изменение интенсивности мощности лазерного излучения концентрации газа.

Так как излучения лазеров имеют разную расходимость и его сложно совместить, необходимо учитывать, влияние вектора коэффициента отражения Ei (t), значение которого зависит от свойств подстилающей поверхности, изменения по времени и влияние коэффициентов рассеяния каналов К1(t) и К2(t). Тогда мощность излучения лазеров на длинах волн 1 и 2 на входе фотоприемников определяется из выражения:

tPi Pi a R exp 2dic R R K t dt, Kn Ei A i i a? 2 R tгде Pi – флуктуация мощности; А – коэффициент преобразования оптического сигнала в электрический (одинаков для обоих каналов); di – коэффициенты ослабления излучения в метановом облаке на длинах волны 1(1=1,5 атм-1см-1) и 2(2= 9,8 атм-1см-1); R – высота зондирования; R – флуктуация R; пер – коэффициент пропускания оптической системы.

В основе метода оценки концентрации стравливаемого газа (метана) в вертикальном и горизонтальном сечении газового облака из МГ, лежат известные математические выражения расчета рассеивания газообразных и аэрозольных примесей в атмосфере.

Максимальное значение приземной концентрации газа сm определялось из выражения:

, где Н — высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников принимается Н=2м); М — расход выбрасываемого в атмосферу вещества; T=Тг-Тв — разность температур выбрасываемых газов и атмосферного воздуха;

V1 — полный расход выбрасываемых газов на срезе трубы МГ; A - климатический коэффициент (для территорий РФ севернее 52 северной широты равен А=160); F - величина коэффициента, учитывающего сепарацию частиц; К – величина приземной концентрации газов; m и n, - значения коэффициентов учитывающих подъем факела над трубой.

В работе проведены расчеты распределения концентрации вытекающего из МГ газа в трехмерном случае cxyz=cm(x,y,z), с целью построения и оценки изолиний распределения концентрации стравливаемого газового облака (рис. 11).

Рис. 11. Распределение концентрации в сечении газового облака плоскостью xz при v=2м/с - 19 - По изолиниям cm можно оценить геометрические размеры контура газового облака, зависящие от условий истечения метана в атмосферу, скорости ветра, а также от порога чувствительности локатора, в пределах которых устройство регистрирует выброс.

Полученные результаты распределения концентраций газа в трехмерном случае позволили оценить величину сигнала, получаемого в зондирующем локаторе, в зависимости от условий прохождения лазерного луча сквозь облако газа. Что в свою очередь позволило оптимизировать условия зондирования локатором возможных утечек газа при облете МГ.

Разработанный метод расчета также является основанием для создания модели, позволяющей восстановить распределение концентрации газа в трехмерном случае по результатам зондирования локатором газового облака выброса, что дает возможность количественной оценки утечки газа. Значение концентрации стравливаемого газа при его утечке из МГ через отверстие диаметром D определялось по формуле:

c(x,y,z)=r(v) cm Sx(x,v) Sy(x,y,v) Sz(x,z,v), где c(x,y,z) - концентрация газа в точке с координатами x,y,z; r(v) - функция, учитывающая влияние скорости ветра v на максимальное значение приземной концентрации газа; Sx(x,v) - функция, учитывающая распределение приземной концентрации газа вдоль оси облака выброса (ось x); Sy(x,y,v) - функция, учитывающая распределение приземной концентрации газа поперек оси облака выброса (ось y); Sz(x,z,v) - функция, учитывающая распределение концентрации газа по высоте облака выброса (ось z).

Максимальное значение приземной концентрации газа при условии Т0 (температура газа в трубе МГ приблизительно равна температуре атмосферного воздуха) определялось из A M n формулы cm K, где величина приземной концентрации газов определяется как H D, а объемный расход газа из газопровода V D2 w1.

K 8V1 Средняя скорость w1 вытекания газа из МГ в атмосферу через достаточно скругленное 1 отверстие площадью S определяется на основании уравнения p0 p1 , где р1 и 2 w1 1 1 0 p0 р0 - атмосферное давление и давление газа в трубе; 0 - плотность газа в трубе; - показатель адиабаты (для метана =1,33). Массовый расход газа определяется из выражения:

1 p0 p1 p1 2, M S1w1 S 1 p0 1 0 p0 где 1- плотность газа в атмосфере.

Для задач обнаружения и определения величины утечки газа из МГ с помощью локатора представляет интерес величина Cxy, представляющая собой проинтегрированную по h высоте h концентрацию метана в облаке газового выброса Cxy (x, y) y, z)dz.

c(x, h Приведенная к единице высоты величина Cxy (x, y) Cxy / h представляет собой усредненное количество стравливаемого газа, содержащееся в слое толщиной 1м. Результаты h расчетов Cxy(x, y) содержащейся в приповерхностном слое толщиной 1м и высотой h=50м, для диаметра отверстия в МГ D=3мм и значении скорости ветра v=2м/с, приведены на рис.

12. Функция отклика локатора определялась при условиях пересечения зондирующим лазерным лучом локатора газового облака в направлении перпендикулярном оси факела ym h h (вдоль оси y) и рассчитывалась как Cx (x) Cxy(x, y)dy, где ym- величина пределов ym - 20 - интегрирования, определяется в зависимости от величины порога чувствительности локатора. На рис. 13 приведены результаты расчетов функции отклика локатора на облако выброса газа, проведенные для диаметра отверстия в трубе 1мм и значения скорости ветра 5м/с, которые позволили определить оптимальный диапазон расстояний от газопровода до точки зондирования лазерным лучом 30-40м при полетном поиске утечки газа.

Рис. 12. Изолинии величины концентрации Рис. 13. Функция отклика локатора, h стравливаемого газа Cxy(x, y) ym =10м Натурные эксперименты по рассеянию газового облака в окрестностях МГ были реализованы на основе методики формирования заданной концентрации метана. Баллон, являющийся источником природного газа (давлением 3атм) размещался на ровной песчаной поверхности размерами 100x100м2, определялись направление и скорость ветра в приповерхностном слое атмосферы. Газ истекал из трубки с отверстием диаметром 3мм, трубка была расположена на высоте 2см над поверхностью земли.

Параметры шлейфа газового облака определялись с помощью специального измерительного стенда, основой которого являлся портативный измерительный прибор – детектор метана, с помощью которого измерялась концентрация природного газа в воздухе, в диапазоне 2010000ррm, и определялись контуры шлейфа газового облака по уровню 20ppm.

Полученные результаты усреднялись за время =10мин. В результате эксперимента при скорости ветра 3 6м/с, были получены параметры шлейфа газового облака, Рис. 14. Параметры шлейфа газового облака представленные на рис. 14.

Результаты расчетов позволили построить изолинии облака (факела) газа из одного и того же отверстия при разных скоростях ветра (рис. 15): распределения концентрации истекаемого газа вдоль оси облака выброса (ось x); распределения концентрации метана по высоте облака выброса (ось z); распределение концентрации примеси в сечении газового облака, совпадающей с осью факела.

В результате проведенного натурного эксперимента, была разработана методика измерения и оценки концентрации стравливаемого газа из МГ, которая базируется на известных экспоненциальных зависимостях мощности излучения, возвращаемого на фотодетектор. При этом существующие методики измерения концентрации метана были - 21 - уточнены за счет учета влияния КО подстилающей поверхности, закона квадрата расстояния и флуктуации расстояния.

Рис. 15. Принцип обнаружения утечки газа из МГ, трехмерный случай В основе компьютерной модели лазерного локатора лежит лидарное уравнение, рассчитываемое по методу дифференциального поглощения и рассеяния (ДПР), позволяющее определить мощность Р регистрируемого сигнала. За сигнал локатора принимается значение отношения мощностей лазерного излучения на длинах волн 1 и 2 с сильным и слабым поглощением в метане, соответственно, P(, R) P0K1 A(R)T (, R) R2, Kгде P(,R) - мощность отраженного излучения; P0 - выходная мощность лазера; - постоянная локатора; A(R) - эффективная площадь телескопа локатора; R - высота зондирования; - коэффициент отражения от подстилающей поверхности. Множитель Т(,R), учитывает величину поглощения излучения метаном атмосферы на длине волны лазерного излучения и содержит в себе информацию о концентрации газа R T(,R) expk(,h)dh, 0 при этом коэффициент поглощения лазерного излучения определяется как k(,h) kф(,h) N(h)n(), где kф(,h) – коэффициент ослабления атмосферы на длине волны лазерного излучения; – длина волны излучения лазерного локатора; h – высота над подстилающей поверхностью; N(h) – концентрация молекул метана; n() – сечение резонансного поглощения молекул метана. Расчет отношения мощностей излучения лазеров проводят по формуле:

P(2, R) P02K122 R exp2,h) k(1,h)]dh, [k( P(1,R) P01K111 0 где P(1,R), P(2,R) – мощности отраженного излучения на длинах волн 1, 2 со слабым и сильным поглощением в метане, соответственно; P01, P02 – выходные мощности лазеров с излучениями на длинах волн со слабым и сильным поглощением в метане; K11, K12 – постоянные локатора для лазеров, излучающих на длинах волн 1, 2; 1, 2 – КО от подстилающей поверхности для лазерного излучения на длинах волн 1, 2; k(1,h), k(2,h) – коэффициенты поглощения лазерного излучения на длинах волн 1, 2.

При расчете коэффициента поглощения лазерного излучения k(,h) концентрация метана N(h) усредняется по площади сечения лазерного луча на высоте h, коэффициент kф(,h) принимают равным нулю, так как ослабление атмосферы на используемых длинах волн ничтожно мало; n() – постоянная величина, зависящая только от длины волны лазерного излучения . Отношение мощностей лазерного излучения Р02К122/Р01К111 можно принять равным единице, поскольку постоянные параметры лазеров, применяемых в - 22 - локаторе, приблизительно равны. Тогда выражение для дифференциального поглощения и рассеяния можно переписать в виде R P(2,R) P(1, R) exp2[n(2) n(1)] N(h)dh.

0 На основе компьютерной модели локатора проведены численные расчеты мощности отраженного сигнала на фотодетекторе для двух линий поглощения при различных модельных ситуациях: в первом случае задавались различные значения коэффициентов отражения; во втором – различные значения средней концентрации метана.

Анализ зависимостей (рис. 16) мощности сигнала от расстояния зондирования для двух линий поглощения 1 и 2 лазерного излучения и для двух значений средней концентрации молекул метана N1=50ppm и N2=100ppm показал, что мощность сигнала убывает с увеличением как расстояния от подстилающей поверхности при зондировании. На основе приведенных зависимостей и в соответствии с динамическим диапазоном фотодетектора лазерного локатора было определено, что максимальная высота полета летательного средства при зондировании трассы МГ, при которой сигнал не выходит за пределы динамического диапазона фотодетектора, составляет 50–60м, что, в свою очередь, является предельной нижней границей высоты и, следовательно, допустимой дистанцией зондирования для заданных параметров системы. Предел чувствительности фотодетектора лазерного локатора составляет 10-11 Вт.

Рис. 17. Зависимость мощности сигнала на Рис. 16. Зависимость мощности сигнала фотодетекторе от угла между осью лазера и на фотодетекторе от расстояния зондирования направлением наблюдения В реальных условиях, одной из проблем лазерного зондирования является резкое увеличение сигнала при переходе лазерного луча на зеркально отражающую поверхность, что приводит к «засветке» фотодетектора, т.е. выходу за пределы динамического диапазона.

Конструктивным решением этой проблемы является расположение оптической приёмной системы под некоторым углом к оси лазера. Для зеркального и смешанного типов поверхности это решение позволит уйти от максимума индикатрисы рассеяния на склон.

Был проведен расчет зависимости мощности отраженного сигнала на фотодетекторе Pф от угла между осью лазера и направлением наблюдения для случаев зеркального и смешанного типов подстилающей поверхности (рис. 17), который позволил выбрать при конструировании лазерного локатора величину угла между осями лазера и приёмной системой, необходимую для предотвращения нежелательной засветки фотодетектора.

В работе были проведены расчеты мощности сигналов на фотодетекторе с учетом наличия утечки газа из МГ при следующих условиях: направление скорости ветра перпендикулярно газопроводу; трасса зондирования проходит вдоль газопровода на небольшом расстоянии хо от трубы с подветренной стороны. На рис. 18 приведены значения мощности Рф отраженного сигнала на фотодетекторе вдоль трассы зондирования для двух линий поглощения 1 и 2 лазерного излучения при утечке метана из МГ.

- 23 - В связи с тем, что излучения лазеров на длинах волн 1 и 2 имеют различную расходимость, при этом оба излучения сложно совместить, отраженные излучения каждого канала зависят от характера подстилающей поверхности, и будут иметь разные значения мощности в один и тот же момент времени.

Значения отношения мощностей Р2/Р1 сигналов ДПР вдоль трассы зондирования для двух скоростей ветра 1м/с, 3м/с при прочих равных условиях показали (рис. 19), что с увеличением скорости ветра максимум отношения мощностей уменьшается. Изменение значений мощностей сигналов на фотодетекторе и ДПР вдоль трассы зондирования обусловлено пространственным изменением концентрации метана в исследуемой области.

Проведенные расчёты позволяют делать выбор трассы зондирования, а также вырабатывать рекомендации для полёта летательного средства при заданной скорости ветра.

Рис. 19. Значения отношения мощностей Рис. 18. Значения мощности сигнала на сигнала на фотодетекторе фотодетекторе при наличии утечки из МГ Таким образом, был осуществлен выбор оптимальных параметров локатора и разработана модель УДЗ, которая учитывает конструктивные особенности системы локатор - атмосфера (утечка газа) – подстилающая поверхность, которая является основой для разработки программы по определению мощностей и массового расхода утечек газа из МГ.

Для определения величины массового расхода газа M при утечке его из МГ разработана двухслойная нейронная сеть (НС) с прямой передачей данных. На вход НС подается оптический сигнал в виде вектора pk с лазерного локатора, рассчитанный методом ДПР.

P(2, R) Элементами вектора pk являются значения отношения мощностей излучения на P(1, R) одной трассе зондирования с порядковым номером k. На выходе НС получено значение величины массового расхода газа Mk. На схеме (рис. 20) pkj - j-ый элемент вектора pk;

Wi={Wij} - вектор весов i-го нейрона; Wij - j-ый элемент векторы Wi; Si=pkjWij - взвешенная fr (Si) eSi - передаточная функция нейронов первого (скрытого) слоя;

сумма i-го нейрона;

yi - выход i-го нейрона; w={wi} - вектор весов нейрона второго (выходного) слоя; S=yiwi - взвешенная сумма весов нейрона второго слоя; fl(S)=S - передаточная функция второго слоя НС; Ok - выход нейронной сети.

Для выполнения равенства OkMk необходимо обучить НС на выборке входных векторов pk. Основным критерием эффективности обучения является ошибка НС, которая равна [Ok-Mk]. Весовые коэффициенты НС рассчитываются квазиньютоновым методом поиска минимума функционала ошибок с использованием метода регуляризации Тихонова.

Выборка входных векторов pk, производилась при различных условиях утечки газа (диаметра отверстия в газопроводе, направления ветра) и расстояниях от трассы зондирования до МГ. Каждому входному вектору принято в соответствие значение выхода НС Ok равное целевому значению массового расхода метана Mk.

- 24 - Рис. 20. Схема нейронной сети После обучения работа НС проверялась на контрольной выборке входных векторов pk и соответствующих им целевых значениях Mk. Качество НС оценивалось по величине M (M O ) / M.

относительного отклонения. Контрольная выборка сигналов k k k k лазерного локатора показала, что относительное отклонение Mk лежит в пределах ±2%.

Так как реальный сигнал локатора искажен помехами, природа которых различна:

неоднородность подстилающей поверхности; порывы ветра; собственные шумы оптического приемника; изменение диаграммы рассеяния отраженного излучения, при смене типа подстилающей поверхности и т.д. То для приближения модельных расчетов к реальным ~ pk pk pj, условиям зондирования были использованы искаженные векторы где pj - j j случайная величина с нормальным законом распределения и математическим ожиданием k ~ p равным нулю. Дальнейшее обучение НС осуществлялось на выборке входных векторов и соответствующим им целевых значений Mk. В результате были обучены две НС для случая с pj=5% относительное отклонение Mk=±20%, при pj=10% относительное отклонение Mk=±30%.

Методика расчета, применяемая в данной модели, позволяет определять величину массового расхода метана по сигналу лазерного локатора в пределах некоторой погрешности. Величина погрешности зависит от помех, возникающих при приеме оптического сигнала и влияния искажающих факторов, которые учитываются в модели, как случайная величина с нормальным законом распределения. Получение экспериментальных данных, при зондировании утечек газа в полевых условиях, позволит исключить: неточности применения моделей для расчета концентрации метана в приземных областях атмосферы;

ограничения, наложенные методом дифференциального поглощения и рассеяния, и проверить стабильность функционирования нейронной сети.

В работе была исследована чувствительность УДЗ, исходя из требований к достоверности обнаружения утечки газа из МГ. Вероятности пропуска утечки и ложной тревоги, рассчитаны для различных значений мощности зондирующего излучения и расчёте величины вклада факторов мешающих обнаружению сигнала от вытекаемого газа. Из факторов, оказывающих возмущающее воздействие учитывался фон, создаваемый солнечным светом, отражённым от поверхности земли в направлении приёмной оптической системы УДЗ, установленного на борту летательного аппарата. Расчеты производились для самого неблагоприятного случая, когда поверхность земли покрыта белым снегом, небосвод не покрыт облаками, а солнце находится на высоте 22 над горизонтом.

Зависимость локаторного отклика газа как функция фокусного расстояния приёмной аппаратуры УДЗ (рис. 21) показала, что при фокусе оптической системы 0,6м из объёма атмосферы длинной 10м вдоль зондирующего луча лазера вблизи поверхности земли, на высоте 100м от подстилающей поверхности земли локатор зарегистрирует в среднем 18,отсчётов за один период.

- 25 - 20 18.0.6 м 0.6 м 18.0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.10 0.11 0.0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.10 0.11 0.Фокус приемной аппертуры, метры Фокус приемной аппертуры, метры Рис. 22. Отношение сигнал/шум приёмной Рис. 21. Локаторный отклик от газа как аппаратуры УДЗ функция фокусного расстояния приёмной аппаратуры УДЗ При этом отношение сигнала к фону солнечного света будет на уровне 18,3, как это следует из рисунка 22, где этот параметр представлен в виде функции фокусного расстояния приёмной аппаратуры УДЗ. Варьируя фокусное расстояние приемной аппаратуры локатора можно добиться определённого компромисса в габаритах устройства и, что не маловажно, в обеспечении достаточно свободных требований к постоянству высоты полёта вертолета.

Вертикальная черта на рис. 21 и 22 показывает, что при задании вероятности ложной тревоги на уровне 10-5 и частоте повторения зондирующих импульсов 20Гц, ложная тревога будет объявляться в среднем один раз за один час и 20 минут. При этом вероятность пропуска утечки газа составит величину порядка 210-3.

Расчёты вероятностей обнаружения утечек газа и ложной тревоги УДЗ рассчитанные для различных значений мощности лазерного излучения приведены на рис. 23, данные получены в предположении пуассоновской статистики отсчетов регистрируемых локатором.

В результате анализа было получено, что оптимальный диапазон высот применения локатора составляет 90-110м, при этом мощность зондирующего излучателя измерительного канала равна 15мВт, приведенные значения были заложены в основу создания УДЗ.

Рис. 23. Вероятности обнаружения и ложной тревоги УДЗ Анализ работы УДЗ в окрестности точки М (рис. 9) показывает наличие регулярных амплитудно-фазовых изменений сигналов, в том числе от утечек газа, для выделения которых в работе использована цифровая обработка. Алгоритм спектрального анализа сигнала в шумах, задается разностью абсолютных фаз выделенных гармоник эталонного и измерительного каналов, которые вычисляются соотношениями двух усредненных противоположных соседних отсчетов фаз сигнала в зависимости от длительности посегментной обработки. Результаты анализа, в виде фазовых портретов (рис. 24), демонстрируют эту зависимость.

Сигнал, число отсчетов Отношение сигнала к фону - 26 - Рис. 24. Фазовый портрет сигнала с длительностью посегментной обработки 1мс Посредством выражения Si посегментного амплитудного анализа, по методу Данелла, обрабатывается пакет длиной n1, который разбивается на n3 сегментов, результат n r j(i1)n jпредставлен огибающей сигнала, где j=1,2…n; n=n2f; n2=n1/n3; n3=50.

S i n В качестве обнаружителя сигнала УДЗ с использованием амплитудных свойств используется известная процедура сравнения с порогом результата нахождения tН корреляционного интеграла вида P( ) r(t)v(t )dt, где v(t ) – известная форма огибающей сигнала, r (t) - огибающая обработанного сигнала с посегментным усреднением, tН - интервал наблюдения.

На рис. 25 длительность сегмента обработки равна постоянной времени устройства дистанционного зондирования, а выделенный сигнал, с фазами в интервале 120-1градусов, свидетельствует об утечке газа из МГ.

Рис. 25. Огибающая сигнала с посегментным усреднением длительностью 7,5мс Обработка сигнала с учетом фазовых свойств и корреляционная обработка результатов амплитудного анализа, позволили повысить вероятность обнаружения, а точнее вычисления, утечки газа из МГ с 50% до 80%.

В главе рассматриваются алгоритмы построения двух линейных регрессионных моделей основного метода калибровки технических средств локатора по стандартной методики ISO 11095 и процедура расчета калибровочных характеристик по РМГ 54-2002.

Данные алгоритмы в свою очередь были заложены в методику калибровки измерительной системы локатора и реализованы на базе программного продукта, позволяющего рассчитывать параметры различных калибровочных моделей, в том числе нижеследующих:

модель основного метода ISO с предложением о постоянстве среднеквадратичного отклонения (модель 1);

модель основного метода ISO с предложением о пропорциональности среднеквадратичного отклонения (модель 2);

алгоритм выбора метода усреднения оценок или наименьших квадратов для расчета калибровочных характеристик.

Главным показателем адекватности калибровочных характеристик в стандартных методиках является критерий Фишера. Каждая из перечисленных моделей предусматривает расчет данного критерия (Fрасч) и сравнение его с табличным значением (Fтабл), выбранным - 27 - для N-2 и NK2-N степеней свободы (на основе дисперсионного анализа ANOVA) в соответствии с выражением:

Дисперсия " разброса средних значений" Fрасч .

Дисперсия " разброса внутри параллельных определений" Если полученное значение не превосходит заданное, неравенство Fрасч Fтабл(, N 2, NK2 N), где – требуемая вероятность, выполняется, то нет причин отказываться от полученной модели, т.е. на этом уровне надежности калибровочное уравнение адекватно и описывает исходные данные, в противном случае уравнение не адекватно, калибровочную функцию использовать нельзя, и следует искать другую калибровочную модель. Оптимальной считается та модель, у которой расчетное значение критерия Фишера наименьшее.

В четвертой главе описана геоинформационная система (ГИС) «Газ», используемая для осуществления непрерывного мониторинга, контроля, прогнозирования и управления ТС объектов ГТС в разрабатываемой телекоммуникационной системе с применением ТСС и реализованная на базе сервис - ориентированных технологий, которые являются наиболее перспективными, за счет реализации мобильных компонентов, повышающих степень распределенности и интеграции ГИС с другими информационными системами газотранспортной отрасли.

В работе представлена модель геоинформационной системы «Газ», основным назначением которой является, повышение эффективности мониторинга МГ для обеспечения длительной и безаварийной эксплуатации ГТС, в целях предотвращений аварий. На основе созданной модели уточняется функциональная схема системы (рис. 26), отображающая основные функциональные элементы ГИС, их взаимодействие, а также способы интеграции с другими информационными системами.

Рис. 26. Функциональная схема ГИС «Газ» Реализация системы ведется с использованием платформы MapInfo Professional представляющей богатый арсенал средств для подготовки и обработки ГИС-данных, централизованного ведения базы пространственных данных, оформления картографических проектов, организации удобного доступа к ним, включая Web-доступ.

Ядром системы является хранилище графических и алфавитно-цифровых данных.

Применяемая в качестве хранилища данных специализированная СУБД Microsoft SQL Server 2000 позволяет использовать систему для проектов любого масштаба, от локальных сетей до - 28 - магистральных международных трубопроводов и совместно с возможностями используемой ГИС локализовать данные от уровня всей сети целиком, до отдельного сегмента, трубы или точки, с точностью определяемой используемым GPS оборудованием.

Система использует данные всех видов инспекционных проверок: космическое и авиационное патрулирование; наземное инспектирование; обследование внутритрубными снарядами и дефектоскопами; исследование «закрытых потенциалов»; катодное исследование и др.

ГИС «Газ» является системой настраиваемой под специфичные требования пользователя и организована в виде отдельных комплексов/подсистем, которые работают как совместно, реализуя свойство эмерджентности системы, так и независимо, решая частные задачи мониторинга, управления и контроля ТС объектов ГТС. Данная архитектура позволяет быстро осуществлять внедрение системы, адаптированной и соответствующей требованиям конкретного пользователя. Сами программные комплексы построены по модульному принципу, каждый из которых реализует свой функциональные возможности и основные задачи. Все комплексы взаимосвязаны между собой, посредством использования хранилища данных (рис. 27). Приведем характеристики основных подсистем.

Рис. 27. Принципиальная архитектура ГИС «Газ» Подсистема «Магистральный газопровод», является основой системы, позволяет просматривать, выбирать, размещать и структурировать все виды географических, пространственных и любых данных других, связанных с газопроводом, например:

топографическая информация (тип подстилающей поверхности, водные ресурсы, здания, линии электропередач, дороги и т.п.); компоненты газопровода (класс, материал, диаметр, рабочее давление, способ изготовления); тип газопровода (трубы, изгибы, стыки, отводы и т.п.); временные характеристики (ввод в эксплуатацию, срок службы, аварии, ремонтные работы и т.п.); способ прокладки, с уточняющими характеристиками (надземная, подземная, наземная, надводные, подводные); оснастка газопровода (воздушные отметки, глубина залегания, обшивка, сварные швы и т.п.); способ защиты от коррозии (тип изоляционных покрытий, производственный сертификат, ректификатор и т.п.) и другие данные.

Подсистема «Диагностика и мониторинг» предназначена для объединения различных данных по инспекционным проверкам газопровода и геоинформационной составляющей системы. Сочетание результатов исследований с возможностями пространственного анализа - 29 - и линейной локализации позволяют с высокой точностью определить местоположение проблемного участка, а также выявить возможные утечки газа из МГ, что в свою очередь дает эксплуатирующим службам возможность управлять данной информацией. В результате система позволяет сопоставить результаты различных инспекций (космическое и авиационное патрулирование, наземное инспектирование, обследование внутритрубными снарядами и дефектоскопами и др.), проводимых обслуживающими организациями, тем самым повышая достоверность полученной информации и определяя возможные или предполагаемые проблемные зоны.

Составляющими компонентами данной подсистемы является комплекс программ (АРМ «Оператор ЛУГ», СОРД «Эксперт ЛУГ», ПК «Калибровка ЛУГ»), разработанный непосредственно для осуществления обработки и анализа результатов проведения вертолетных обследований на предмет выявления утечек газа из МГ УДЗ и принятия оперативного решения о присвоении категории выявленным утечкам газа из магистрали.

Подсистема «Угроза», объединяет в себе все задачи по отслеживанию и управлению сообщениями об ведущихся или планируемых работах по ремонту, угрозах, чрезвычайных ситуациях, вмешательстве третьих лиц. Предоставляется поддержка принятия решений при аварийных ситуациях, с возможностью оперативно реагировать в случае возникновения аварии на газопроводе, применяя все меры и средства для ее локализации. Основная цель данной подсистемы, сохранение целостности и безопасность газопровода.

Подсистема «Мобильный» предназначена для обеспечения доступа к системе при полевых и авиационных работах, с использованием мобильных устройств транкинговой связи, таких как мобильные радиотерминалы, мобильные телефоны, КПК, коммутаторы, имеющие встроенные GPS – приемники с сотовой или спутниковой связью. Подсистема позволяет оперативно вносить информацию в систему «Газ», с указанием координат и технологической информации, а также обеспечивать оперативной связью диспетчеров, операторов комплексов диагностирования и работников ремонтно-восстановительных бригад, осуществляя передачу и получение необходимых данных о ТС объектах ГТС.

Подсистема «Оборудование» позволяет взаимодействовать и управлять технологическим оборудованием, установленным на газопроводе за счет обеспечения интеграции со SCADA – системами газотранспортного предприятия. За счет использования измерительных средств телемеханики и КИП (различные датчики и расходомеры), существующие на газотранспортном объекте, обеспечивается достоверное измерение и определение значения таких технологических параметров как давление, плотность, температура продукта и окружающей среды, объем перекачиваемого сырья, скорость потока, герметические размеры трубы.

Подсистема «Топограф» представляет пользователю инструмент для создания цифровых карт и планов, полностью соответствующих требованиям классификаторов ОАО «Газпром», а также дополнять их необходимой текстовой информацией.

Данная ГИС позволяет системно решать вопросы экологического мониторинга, диагностики, капитального ремонта и реконструкции объектов газотранспортной инфраструктуры. Помимо этого, появится возможность прогнозировать проблемы связанные с объектами газопровода, своевременное устранение которых обеспечивает безопасность газотранспортной системы. Использование сервис - ориентированных технологий, а также мобильных компонентов и ТСС в цикле производственных задач позволяют существенно повысить эффективность применения автоматизированных ГИС при принятии управленческих решений.

Обнаружение дефектов на объектах МГ осуществляется с использованием метода ДЗ, при этом наиболее эффективным является применение программно-аппаратного комплекса (ПАК), размещенного на борту летательного аппарата (вертолета, самолета или любого другого аппарата малой авиации). По результатам ранее проведенных исследований (глава 2,3) сформулированы требования как к программно-аппаратному комплексу в целом, так и к его составным частям, т.е. к аппаратным средствам и к программному обеспечению.

- 30 - Основными требованиями, определяющими принцип реализации ПАК, являются:

дистанционность, доступность, обеспечение высокой скорости перемещения устройства дистанционного зондирования и низкая вероятность пропуска дефектов. Дополнительными требованиями, которые в свою очередь, позволят сформировать требования к структуре технических средств и алгоритму обработки результатов ДЗ в ПАК, являются:

оперативность, упрощенная настройка оптической системы, многофункциональность, высокая чувствительность, точность локализации места утечки, возможность автоматизации, качественная обработка данных по зондированию, возможность калибровки в процессе зондирования и проведение обследования в дневное время, сокращение времени затрачиваемого на поиск места утечки, наличие фотоинформации для контроля местоположения выявленной утечки.

Исходя из требований, была разработана структурная блок-схема ПАК дистанционного зондирования МГ «ЛУГ» (рис. 28). Основными компонентами целевого оборудования ПАК являются, внешний вид комплекса представлен на рис. 29:

локатор утечек газа (ЛУГ);

система видеонаблюдения (СВ), представляющая собой цифровой фотоаппарат (ЦФ);

система обработки и регистрации данных (СОРД), состоящая из:

аналого-цифрового преобразователя (АЦП);

спутниковая навигационная система (СНС) GPS;

электронно-вычислительной машины (ЭВМ), персональный компьютер - ноутбук с набором специального программного обеспечения (ПО);

мобильная радиостанция (МР) с выходом в транкинговую сеть.

Рис. 28. Блок-схема ПАК «ЛУГ» Данный комплекс может быть включен в состав бортового оборудования ЛА и предназначен для оперативного дистанционного обнаружения и точной локализации места утечки газа и осуществления мониторинга технического состояния ТО ГТС.

Рис. 29. Внешний вид ПАК «ЛУГ» в рабочем состоянии - 31 - Отличительной особенностью ПАК является: высокая вероятность обнаружения дефектов; мобильность аппаратуры; регистрация всех отклонений от штатного режима обследования; выход в транкинговую сеть. Все основные блоки комплекса установлены и закреплены на одной несущей раме. Персональный компьютер устанавливается отдельно и связан с комплексом специальным кабелем. Основные технические характеристики ПАК «ЛУГ» приведены в табл. 1.

Таблица Технические характеристики ПАК «ЛУГ» Длина волны излучения лазера, мкм 3,Мощность излучения лазеров, мВт не более Апертура приемника, мм 2Фокусное расстояние объектива приемника, мм 2Чувствительность (концентрационная), ppm*м 1Объем обнаруживаемых утечек метана, м3/час Детектор метана лазер, состоящий из 2 He-Ne источников ИК - излучения Идентификация места утечки газа лазера с красным лучом, Средняя скорость полета при обследовании, км/час 100,0-120,Минимальная высота полета, м Максимальная высота полета, м Рабочая температура, °С от -15 до +Предельная температура окружающей среды, °С от -40 до +Относительная влажность воздуха, % 95 при температуре 25°С Точность определения места утечки и позиционирования (с помощью GPS), м Быстродействие, сек 0,Частота модуляции, кГц 7,Отработка угла крена вертолета, град Входное напряжение питания, постоянное, В 27±10% Входной потребляемый ток, А Выходное напряжение питания, переменное 50Гц, В 220±10% Выходная мощность, Вт 2Устройство регистрации и отображения информации экран РС, самописец Масса локатора, кг до В ЛУГ, функционально и конструктивно объединены: передающая оптическая система (ПОС), состоящая из двух лазерных излучателей, генерирующих излучение на различных длинах волн (1=3,3922 мкм и 2=3,3912 мкм) с сильным и слабым поглощением в метане соответственно. Приемная система состоит из телескопа, в котором смонтированы оптические узлы: главное параболическое зеркало, защитное кварцевое стекло (в фокусе телескопа). Непрерывное излучение лазеров пропускается поочередно магнитооптическими модуляторами, установленными на выходах лазеров, которые в свою очередь управляются устройством управления (УУ) и, с помощью системы зеркал ПОС смешиваются в виде одного луча и направляются в область предполагаемой утечки метана. Отраженные от подстилающей поверхности вблизи МГ лазерные лучи, попадают на фотодетектор (ФД) телескопа. На выходе ФД формируется электрический сигнал рассогласования, который после усиления поступает в УУ и далее передается для измерения и обработки в ЭВМ.

СОРД предназначена для обработки электрических сигналов, поступающих на АЦП, по определенной программе и отображения их на экране в виде непрерывной осциллограммы, и записи в память ЭВМ. Корреляционная обработка результатов спектрального и амплитудного анализа полученных сигналов позволяет повысить выделения или исключения предполагаемой утечки газа.

СНС обеспечивает определения координат местности в ходе проведения обследования и отображает в виде трека – маршрут на электронной карте. Точки трека содержат информацию о текущих координатах и времени, служат для идентификации мест, в которых регистрировались утечки метана из МГ.

- 32 - Привязка событий локатора к конкретным координатам на земной поверхности, с фиксированием ЦФ, изображения мест утечки газа обеспечиваются СВ комплекса. Ввод данных по обследованию участков МГ может производиться в двух режимах: непрерывная съемка с заданным интервалом времени и съемка при наступлении события, т.е. фиксация места утечки газа. Фотоинформация позволяет повышать вероятность обнаружения утечки газа, в том числе при зеркальном отражении, или исключить ложное срабатывание.

Особенно это эффективно на заводненных территориях, где, как правило, все известные УДЗ либо не работают (например, тепловизионные), либо формируют ложный сигнал.

Помимо выше перечисленных технических средств, в состав СОРД входит набор специализированных программных продуктов (табл. 2) решающий задачи, связанные с функционированием основных узлов ПАК, вводом, преобразованием и обработкой данных с АЦП и GPS-приемников, обработкой картографической информации и цифровых изображений, подготовкой автоматических отчетов.

Таблица Программное обеспечение, используемое в ПАК Наименование ПО Назначение ПО HandyScope 3 Ввод информации с АЦП L-Graph, HandyScope 3, ACTest, MathCAD 2000, Обработка данных с АЦП MatLAB 6.Kashmir 3D Ввод информации от GPS–приемника Cannon RemoteCapture Ввод информации с ЦФ Adobe Photoshop CS, Adobe ImageReady CS Обработка снимков с ЦФ и растровых изображений Crystal Reports и Microsoft Power Point Создание полуавтоматических отчетов и презентаций АРМ «Оператор ЛУГ» Обработка информации полученной посредством локатора СПОР «Эксперт ЛУГ» Присвоение категории утечки газа из МГ ПК «Калибровка ЛУГ» Калибровка измерительной системы лазерного локатора ПО входящее в комплект поставки отдельных Преобразование данных полученных с локатора приборов локатора Анализ собранных данных об обстановке на объектах МГ производится персоналом посредством обработки оперативной информации в автоматизированной системе АРМ «Оператор ЛУГ», построенной на базе ГИС-технологий, которая призвана объединить всю полученную информацию для удобного хранения в базе данных (БД) и последующего её использования как с целью анализа, так и при прогнозировании событий. Разработка ПО велась методом расширения ядра MapInfo Professional, поддерживающего механизмы связи с внешними, вновь создаваемыми, модулями и предоставления им определенных сервисов.

Внешние модули, в свою очередь, взаимодействуют с ядром посредством предложенных интерфейсов. Процессы обработки информации ведутся средствами комплекса специализированного ПО «ЛУГ» и компонентами ПАК. Общий вид организационнофункциональной структуры АРМ представлен на рис. 30.

Входная информация представлена массивом данных различного формата, собранных при облете при помощи оборудования ПАК и являющимися основными источниками для разработки информационного обеспечения системы. Подразумевается как ручной ввод данных оператором «ЛУГ» в различные таблицы БД, так и экспорт собранных данных в режиме реального времени в БД программы, для последующей обработки.

Данные GPS – массив данных собранных с GPS приемника ПАК: время (в миллисекундах), координаты (широта – долгота, в градусах, минутах, секундах или долях градусов), высота (в метрах), скорость полета (в метрах в секунду).

Данные АЦП – массив данных собранных АЦП преобразователем с локатора: время (в миллисекундах), амплитуда сигнала (в милливольтах).

Фото данные – массив фотографий созданных фотоаппаратом, подключенным к локатору и полученных в ходе проведения зондирования трассы МГ. При этом - 33 - обеспечивается точность по времени не более 1 миллисекунды, размер изображения не менее 40*60 метров, разрешение 8 – 10Мпикс.

Топографические карты местности содержат информацию о полученных результатах в виде электронных карт местности, по которым проводились летные испытания, сбор данных по утечкам газа из МГ. Привязка карт местности и фотографий места облётов организует компоновку фотографий местности к соответствующим картам местности, для определения более точного места возможной утечки.

Рис. 30. Организационно-функциональная структура АРМ «Оператор ЛУГ» Для взаимодействия прикладных программ создана БД, которая разработана при помощи программного средства Microsoft SQL Server 2000. В БД сохраняется вся полученная информация о ходе проведения дистанционного зондирования посредством ПАК, за различные временные периоды.

Анализ собранных данных производится персоналом и представляет собой компоновку всех полученных результатов обследований с выдачей информации о величине уровня концентрации метана в зафиксированных местах утечки газа из МГ. Затем производится привязка полученных данных к векторной карте местности, над которой проводился облет и дополнительно происходит сопоставление с данными GPS и фотоинформацией. Выходная информация представлена отчетами (рис. 31) по результатам работы, сохраняемыми в БД.

Рис. 31. Результаты летных обследований, полученные посредством АРМ «Оператор ЛУГ» - 34 - При мониторинге МГ, где характерны большие объемы данных, заключение о присвоении категории утечки газа необходимо принимать быстро, процесс принятия решения требует минимального участия подразделений предприятия, в связи, с чем большое внимание уделяется автоматическим проверкам. Автоматизированная система принятия оперативного решения (СПОР) «Эксперт ЛУГ» позволяет присваивать различные категории утечкам газа из МГ, на основе анализа данных полученных при обследовании ПАК «ЛУГ», для повышения эффективности работы и снижения нагрузки оператора принимающего решения. Программа построена как открытая система с модульной архитектурой, которая предусматривает возможность развития на этапе эксплуатации, расширения как количества хранимой и обрабатываемой информации, так и функциональности, обладает свойствами целостности и независимости. В автоматизированный процесс вовлечены функции по обработке информации, принятию оперативных решений, сохранению всех результатов мониторинга. Компоненты программы взаимодействуют между собой таким образом, чтобы обеспечить требуемое функционирование системы. Организационно-функциональная структура СПОР представлена на рис. 32.

Рис. 32. Организационно-функциональной структуры системы Каждая категория утечки газа характеризуется своим номером, временем обнаружения и описанием (данные АЦП, GPS), ей сопоставляется фотография, сделанная в момент ее обнаружения. После чего происходит обработка вышеперечисленных данных, а также добавляется информация о температуре воздуха, эмиссии газа, площади загрязнения, характере подстилающей поверхности.

Алгоритм принятия решений (рис. 33) о присвоении категории утечки газа из МГ заключается в том, что было выявлено ключевых вопросов и варианты ответов к ним, которые позволяют полностью оценить характер полученных данных.

Также было выявлено 4 категории утечки газа из МГ, которые характеризуются той или иной степенью опасности.

Рис. 33. Алгоритм принятия решения о присвоении категории утечки - 35 - В блоке принятия решения происходит сопоставление результатов опроса и категорий утечек, после чего на основе методики анализа полученных данных вычисляется процент вероятности каждой категории утечки. Для формализации экспертных знаний была разработана модель распознавания утечек газа из МГ от фоновой концентрации реализованная на основе использования аппарата нечетких множеств. По результатам анализа формируются предложения о проведении дополнительных работ по локальному диагностированию зарегистрированных утечек газа из МГ, которые передаются в центр управления и принятия решения в режиме реального времени ТСС, для повышения достоверности полученной информации и вероятности обнаружения утечки.

С целью повышения достоверности и заданной точности измерительной информации получаемой ПАК «ЛУГ» при дистанционном зондировании объектов ГТС был использован разработанный программный комплекс (ПК) «Калибровка ЛУГ», позволяющий: исключить постоянные систематические погрешности измерений, связанные с неправильным выбором вида калибровочной функции измерительной системы лазерного локатора и ошибками при ее расчете; снизить временные затраты на выполнение калибровки за счет автоматизации процесса расчетов; унифицировать процесс калибровки за счет использования стандартных алгоритмов построения калибровочных функций на основе регрессионных моделей.

ПК позволяет производить анализ адекватности полученных моделей согласно критерию Фишера, что, прежде всего, дает возможность устранить систематическую погрешность, связанную с неверным предположением о виде зависимости выходного сигнала измерительного средства и значением измеряемой величины. Для анализа моделей в программе предоставлена визуализация всех сопутствующих графиков и таблиц.

Обобщенная функциональная схема ПК «Калибровка ЛУГ» представлена на рис. 34.

Рис. 34. Структура ПК «Калибровка ЛУГ» ПК имеет модульную архитектуру, при этом каждый модуль отвечает за расчеты согласно методике конкретного стандарта. Интерфейсная подсистема выполняет функции взаимодействия с пользователем и подсистемой расчетов. Посредством интерфейса пользователя производится ввод данных, и отображаются результаты расчетов калибровочных функций, в виде таблицы дисперсионного анализа, калибровочного графика и др., полученные на различных этапах использования стандартных методик.

Подсистема хранения данных реализует механизм структурирования информации, используемой в процессе калибровки, а генератор запросов осуществляет формирование входного блока данных для подсистемы расчетов. Подсистема расчетов выполняет расчет параметров калибровочных функций, в зависимости от запроса. Алгоритмы расчета калибровочной функции в соответствии с различными методиками реализованы расчетными модулями ISO и РМГ. Главной задачей всех расчетных модулей ПК является расчет параметров калибровочной модели и вывод заключения о ее адекватности.

Отличительной особенностью ПК является заложенные в основу его разработки принципы выбора калибровочной модели в соответствии с особенностями измерительного - 36 - средства и объекта измерений, а также унификация процесса расчета калибровочной функции, направленные на снижение погрешностей измерений.

В пятой главе на основе разработанных принципов, методов, моделей, алгоритмов и программно-методических средств реализована единая методология (рис. 35) диагностирования ТС МГ с применением ТСС. Которая в свою очередь позволяет на основе использования разнородной информации проверить и повысить достоверность обнаружения утечек газа при оценке ТС газопровода, а в случае выявления дефектов принять соответствующие меры по их устранению и предотвращению, тем самым решая на различных стадиях жизненного цикла соответствующие задачи диагностического обеспечения объектов ГТС.

Диагностическое НИР -Технологические и строительные нормы, обеспечение правила, стандарты, инструкции, методики Математическое:

-Требования к средствам диагностирования -Методы телекоммуникационного -Требования к нестандартному оборудованию мониторинга -Требования к транкинговым сетям -Методы лазерной локации -Требования по обеспечению надежности и -Модель устройства контролепригодности дистанционного зондирования -Модель рассеяния газового облака -Нейронная сеть для определения Проектирование величины массового расхода газа -Проектные предложения, материалы -Модель распознавания утечек изысканий газа -Карты и материалы наземных обследований и -Алгоритмы принятия решений аэрокосмической съемки -Методы валидации и калибровки -Материалы по особенностям территорий данных -Материалы по диагностированию Техническое:

-Разработка приборного, информационного и -Транкиноговые средства связи методического обеспечения телекоммуникационных систем -Модернизация телекоммуникационного -Глобальные методы и средства сегмента отрасли -Локальные методы и средства Информационное:

-Нормативно-техническая документация Строительство -Сбор и обработка -Технологические особенности сооружений диагностической информации -Физико-механические характеристики -Диагностическая БД материалов, изделий, сооружений -Автоматизированные системы -Контроль качества объектов мониторинга и диагностирования -Тестовое диагностирование -Транкинговая сеть -Приемо-сдаточные испытания Методическое: -Обеспечение контролепригодности -Методики комплексного диагностирования -Методики оценки ТС -Определение остаточного ресурса Эксплуатация -Использование по назначению Организационное:

-Организация диагностических -Обслуживание работ -Мониторинг путем локального и глобального -Проведение натурных диагностического обследования экспериментов -Оценка технического состояния -Организация ремонтно- -Ремонт и восстановление -Модернизация восстановительных работ Рис. 35. Структура методологии диагностирования ТС МГ Диагностируемость МГ обеспечивается с учетом возможностей имеющихся или доступных локальных и глобальных средств диагностирования, а также с учетом тех требований, которым должны удовлетворять специально разрабатываемые встроенные или Телекоммуникационная система мониторинга состояния объектов ГТС - 37 - внешние программно-аппаратные средства, и с учетом интеграционных возможностей ТСС.

Для этого производится обоснованный выбор перечня параметров МГ, относительно которых будет в дальнейшем оцениваться его техническое состояние.

Методология диагностического обеспечения объектов ГТС на различных этапах жизненного цикла представляют собой систему пяти взаимосвязанных компонентов:

математическая часть, состоящая из различных методов, моделей и алгоритмов позволяющих реализовывать диагностирование МГ, в том числе УДЗ: методы телекоммуникационного мониторинга; методы лазерной локации; модель УДЗ; модель рассеяния газового облака; нейронная сеть для определения величины массового расхода газа; модель распознавания утечек газа; алгоритмы принятия оперативных экспертных решений; методы валидации и калибровки данных и др.;

техническая часть, состоящая из совокупности различных методов и средств, применяемых для контроля и диагностирования ТС МГ, а также средств передачи телекоммуникационной информации;

информационная часть, состоящая из информационного обеспечения представляющего собой нормативно-техническую документацию, аппаратные и программные средства, а также автоматизированные системы мониторинга и диагностирования осуществляющие сбор и анализ диагностической информации, диагностической базы данных, транкинговой сети используемой для передачи диагностической информации по радиоканалу;

методическая часть, состоящая из нормативного и методического обеспечения комплексного диагностирования, оценки технического состояния и остаточного ресурса МГ;

организационная часть, состоящая из планирования, организации и исполнения диагностирования МГ, проведения натурных экспериментов и организации ремонтновосстановительных работ.

Разработанная методология дает возможность не только обеспечить диагностируемость объектов ГТС, но и, диагностируя ТС газопроводов определять действительные значения его структурных элементов.

В рамках общей методологии объединенной телекоммуникационной системой мониторинга ТС и с учетом сформулированных требований предлагается метод ДЗ подстилающей поверхности Земли с борта ЛА (рис. 36), основанный на дифференциальном поглощении лазерного излучения газами, стравливаемыми из объектов ГТС.

Отличительной особенностью, метода является использование гелий-неонового лазерного локатора работающего на двух длинах волн с сильным и слабым поглощением в метане и способа передачи информации наземным службам принятия решений посредством использования мобильных транкинговых средств связи.

Разработанный метод диагностирования ТС объектов ГТС основан на: математической модели УДЗ в виде системы автоматического управления с астатизмом первого порядка по каждому из двух каналов учитывающей влияние КО от подстилающей поверхности;

проведении экспериментальных исследований для определения характеристик газового облака, стравливаемого с места утечки из МГ; математическом моделировании профилей концентрации стравливаемого газа, учитывающем климатические условия зондирования, интенсивность сепарации частиц и высоту подъема газового облака над местом дефекта;

двухслойной нейронной сети с прямой передачей данных для определения величины массового расхода метана; расчете выражений для вероятностей пропуска дефекта и ложной тревоги, при различных значениях мощности лазерного излучения; высокой точности определения координат местоположения предполагаемых утечек газа; использование цифровых стандартов для обеспечения оперативности и надежности передачи информации.

Анализ информации об обстановке на объектах ГТС производится персоналом посредством использования автоматизированных систем, призванных объединить всю полученную информацию для удобного хранения в базе данных и последующего её использования при прогнозировании событий.

МЕТОД ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ Модель УДЗ Блок предварительной обработки:

ГТС - Спектральный анализ Натурный эксперимент - Цифровая обработка Лазерный локатор Модель профилей концентрации - Амплитудный анализ стравливаемого газа ПАК «ЛУГ» Р/станция Нейронная модель массового Фотоаппарат GPS расхода метана АЦП База данных (GPS, АЦП, фото, электронные карты) Ok Mk Цифровая Фото- GPS–трек Блок принятия решений:

осциллограмма информация вертолета - Соответствие вопроса Расчет категории утечки P(,R) P0K1 A(R)T(,R) R2, - Сопоставление категории утечки выбранному ответу Z = max (Xj).

- Вычисление вероятности категории утечки газа Диагноз и устранение R = Xj*P, P = 100%/k последствий ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ Рис. 36. Метод диагностирования ТС объектов ГТС - 39 - По результатам анализа данных собранных при диагностировании ТС объектов ГТС устройством дистанционного зондирования формируются предложения о проведении дополнительных работ по локальному диагностированию зарегистрированных утечек газа, которые передаются в центр управления и принятия решений в режиме реального времени посредством использования ТСС.

На основе метода ДЗ комплексом «ЛУГ» разработана инженерная методика мониторинга ТС МГ с борта летательного аппарата в рамках CALS-технологий, общий вид которой представлен на рис. 37.

Рис. 37. Диаграмма укрупненной инженерной методики мониторинга МГ Весь процесс мониторинга МГ разбит на три основных этапа, в свою очередь, каждый этап разбивается на составляющие компоненты.

Этап подготовки к вертолетному обследованию и настройки технических и программных средств комплекса для проведения мониторинга участков МГ. На данной стадии происходит анализ входной информации по состоянию МГ, согласование состава технических средств (оборудования), а также комплектация экипажа принимающего непосредственное участие в процессе мониторинга. Важным участником процесса диагностирования МГ является оператор ПАК «ЛУГ», который проводит подключение и предварительное тестирование оборудования на земле, осуществляет проверку работоспособности, подстройку и калибровку устройств ПАК в полете, контролирует процесс ДЗ подстилающей поверхности в местах прокладки трасс МГ посредством АРМ «Оператор ЛУГ», а также делает предварительные выводы о состоянии трассы в местах проведения вертолетного обследования.

Этап проведения вертолетного обследования, заключается непосредственно в мониторинге ТС МГ (рис. 38) и включает в себя настройку и проверку работоспособности оборудования ПАК непосредственно в процессе полета, сбор и запись информации по ДЗ МГ, а также первичный (предварительный) анализ полученной информации. Вертолет летит на небольшой высоте вдоль трассы МГ, при этом ПАК измеряет концентрацию газа над поверхностью земли. Обследование проводится с учетом скорости и направления ветра.

Положение вертолета относительно газопровода и высота полета корректируются по результатам наблюдения на экране монитора ЭВМ. Автоматизированная обработка и регистрация информации по утечкам газа из МГ производится в АРМ «Оператор ЛУГ».

Этап анализа, включает в себя обработку данных полученных при вертолетном обследовании, заполнение базы данных, выдачи заключений и рекомендаций, а также и создание различных отчетов.

- 40 - Рис. 38. Диаграмма этапа проведения мониторинга МГ Практическая значимость полученных результатов моделирования заключается в наглядном описании инженерной методики мониторинга МГ посредством ПАК и проведении ремонтных работ, позволяющих существенно повысить показатели точности и надежности его функционирования.

Для того чтобы подтвердить эффективность и точность метода интегрированного использования данных дистанционного лазерного зондирования полученных ПАК «ЛУГ» при мониторинге ТС объектов ГТС, требуется проведение экспериментальных наземных исследований и выполнение измерений уровня концентрации метана в месте дефектов газопровода высокой точности и достоверности. Оценка валидности данных (процедуры установления достоверности информации на соответствие каким-то заранее определенным требованиям) в этом случае является эффективным методом сравнения результатов косвенных дистанционных измерений параметров газового облака образованного в месте утечки с измерительной информацией, полученной прямыми измерениями с помощью мобильных газоанализаторов непосредственно в месте модельной утечки метана из МГ.

Для определения фоновой концентрации метана и измерения объема утечки газа из МГ используются различные методы, которые в нашем случае рассматриваются в качестве основных методов валидации результатов ДЗ. В работе приведена характеристика, описан процесс и сравнительный анализ полученной информации основными методами определения фоновой концентрации метана (камерно-статический, гигантской камеры, спутниковых измерений) и измерения объема утечки газа (градиентный, прямых измерений, эталонный).

Измерения природной составляющей фоновой концентрации метана на МГ одна из сложнейших задач валидации данных ДЗ. В настоящее время в ХМАО-Югре апробирован (метод гигантской камеры, позволяющий определять фоновую концентрацию метана в приземном слое атмосферы вдоль трассы МГ, реализованный на базе автономных контейнерных станций (КоС), которые установлены в трех характерных точках Рис. 39. Динамика изменения фоновой (юг, запад и север) МГ Югры (рис. 39).

концентрации метана за период 5 месяцев в местах установок КоС на трассе МГ ХМАО-Югры - 41 - Измерения фона метана в КоС имеют высокую точность и информативность, проводятся с цикличностью 2 часа и, что важно для дистанционного зондирования. При проведении обследований МГ ООО «Газпром трансгаз Сургут», эти КоС использовались в качестве узловых точек, позволяющих по данным о фоновой концентрации, в режиме постобработки с использованием АРМ «Оператор ЛУГ», корректировались результаты ДЗ газопровода, что позволило фактически исключались участки ложного срабатывания лазерных устройств.

Для повышения достоверности и эффективности работы лазерных устройств и оценки их эксплуатационных возможностей, было проведено сопоставление показателей ПАК «ЛУГ», с существующими показателями изделий-аналогов и с действующей нормативнотехнической документацией. Анализ параметров технических средств проводился по следующим четырем основным критериям: технические характеристики; информационные свойства; программное обеспечение; эксплуатационные характеристики. Чтобы сравнительная оценка была корректной, для каждого критерия сравнения устанавливаются параметры, которые в одинаковой мере характерны для всех сравниваемых устройств.

Для осуществления процесса выбора оборудования был задействован алгоритм относительной аналитической оценки качества технических средств (КТС) «Алгоритм-КТС», который базируется на оценке числовых X и функциональных Y параметров, которым в свою очередь присваиваются числовые экспертные коэффициенты – при этом большее значение соответствует лучшему техническому средству. Оценка осуществляется в реальном масштабе времени с использованием редактора электронных таблиц M.Excel, который осуществляет вычисления и формирует результаты расчета, по которым можно судить, во сколько раз качество различных технических средств отличается друг от друга.

Оперативность вычислительных операций позволяет корректировать требования к техническим средствам и тем самым добиваться лучшего конечного результата. Данный алгоритм состоит из пяти основных этапов.

Этап 1. Формирование таблицы «Технические характеристики выбранных средств мониторинга» по 4 основным группам – критериям, с использованием справочных данных.

Этап 2. Формирование таблицы «Алгоритм-КТС». Числовые параметры j каждого устройства заносятся в строку bj, где j – количество характеристик, при этом: параметр, max значение которого соответствует лучшему КТС, заносится без изменений; параметр, min значение которого соответствует лучшему КТС, рассчитывается по формуле bj=1/X;

параметр, состоящий из нескольких значений, пересчитывается в однозначный перемножением, либо сложением.

Функциональным параметрам присваиваются экспертные коэффициенты b1, b2, b3 для jmax соответствующих устройств по условию b 1. Критерии n оцениваются экспертными j j jmin коэффициентами kn по условию k 1. Параметры j оцениваются коэффициентами по n njmax условию 1.

j j jmin Этап 3. Нормирование параметров. Все параметры X и Y преобразуются в единую оценочную форму в виде коэффициентов от 0 до 1. После чего проводится усреднение экспертных коэффициентов bj. Далее необходимо произвести нормирование bj каждого jmax параметра j по формуле, при этом должно выполняться условие bjf b 1, j bH jf 6 j jmin b jf f результат отображается в виде значения.

bH j - 42 - Этап 4. Оценка технических средств. Производится относительная оценка технических средств по каждому критерию, с целью выявления качества устройства в пределах H конкретного критерия. Результат оценки, в виде нормируемого коэффициента, заносится gn в строку jn, каждого критерия. Вычисление весов производится по формуле jmax gn j bH, с учетом веса параметра j и нормированного значения bH для всех f - j jf f 1 j jmin устройств. Далее необходимо осуществить нормирование gn по каждому критерию, в H результате чего находим, при этом должно выполняться условие.

gnf bH jf H gn f H b jf f Результаты заносятся в ячейках столбцов и строк jn, каждого критерия.

bH j Этап 5. Оценка КТС. Завершающим этапом оценки КТС является получение ряда относительных коэффициентов bH для всех f при условии, когда max значение j Gnf H Gn G nf f 6 H коэффициента характеризует лучшее КТС. Для этого вычисляется вес Gn k gnf с n f 1nучетом веса критерия kn и нормированного значения {5} для всех f. Далее производится нормирование Gn. по каждому критерию, после чего находят Gnf, в результате H Gn G nf f H должно выполняться условие G 1.

nf f Результаты оценки 6-ти технических средств (рис. 40) подтверждают, что разрабатываемый ПАК «ЛУГ» имеет высокое качество (Gnn=0,31), что в 1,5 раза лучше, по сравнению с ближайшим устройством «ДЛС-Пергам», относительный коэффициент качества которого равен 0,2. Что в свою очередь говорит о высоком уровне новизны ПАК, в т.ч. и научной, а также показывает хорошую перспективу внедрения его в народное хозяйство.

Результат оценки качества технических средств (GnH) 0,30,30,20,20,10,10,00,0Устройство Рис. 40. Обобщенные результаты оценки КТС различных устройств GnH ДЛС-Пергам МСР «Бета» аппаратный ПрограммноРадиолокатор Вертолетный комплекс "ЛУГ" "Аэропоиск-3" «КОМПАКТ-100» лазерный локатор лазерный локатор утечек газа (ЭЛУГ) Экспериментальный - 43 - В шестой главе сформулирована постановка задачи и предложена программа экспериментальных исследований в режиме реального времени объектов ГТС посредством разработанных методов и средств дистанционного зондирования. Приведены результаты летно-полигонных испытаний при использовании ПАК «ЛУГ» на объектах МГ ОАО «Газпром». Имитация утечки газа рассмотрена на примере Щелковского ПХГ МУПХГ и на объектах МГ «Яхрома- Ногинск».

Необходимо отметить, что в настоящее время ПАК «ЛУГ» весьма эффективно используется для оценки и прогнозирования ТС объектов газотранспортных предприятий ОАО «Газпром». Результаты диссертационных исследований и разработанный ПАК прошли апробацию во время вертолетных обследований протяженных участков МГ, обслуживаемых 8 дочерними предприятиями ОАО «Газпром», общая длина диагностируемых участков составила более 10тыс.км.

Основные результаты внедрения в практику метода ДЗ приведены на примере обследования ТС МГ предприятий ООО «Севергазпром» и ООО «Таттрансгаз».

По результатам обследований были сделаны следующие выводы.

1. УДЗ уверенно регистрирует утечки газа в реальном масштабе времени.

2. Послеполетная обработка на ПО ПАК «ЛУГ» позволяет с высокой точностью подтверждать и обнаруживать утечки газа, выявлять состояние МГ и ошибки пилотирования, необследованные участки МГ, а также исключать ложные утечки.

3. Состояния объектов линейной части МГ отображаются на электронных фотокадрах.

4. Электронные документы имеют формат, который адаптируется в СУБД и обрабатывается в ПО ПАК «ЛУГ».

5. В УДЗ широко используется электронная картография, как в реальном масштабе времени, так и в ПО ПАК «ЛУГ» - это проявляется в наглядности представления информации, объединении нескольких способов представления данных (изображения, структурированные и неструктурированные данные об изображениях), что в свою очередь способствует повышению качества анализируемой информации и сокращению времени ее обработки.

В заключении перечислены основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе.

В приложении диссертации приведены технические характеристики на средства диагностирования, акты внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Проведен системный анализ газотранспортной отрасли РФ, ее особенностей как объекта сложной системы контроля и управления техническим состоянием. Исследованы виды и причины дефектов и повреждений, возникающих при эксплуатации объектов ГТС.

2. В соответствии с особенностями объектов ГТС предложена классификация современных методов и средств неразрушающего контроля и технической диагностики.

3. Проведен анализ возможностей современных телекоммуникационных систем и транкинговых средств связи позволивший разработать концепцию системы мониторинга и управления техническим состоянием структурных элементов ЛЧ МГ, отличающуюся комплексированием эффективных инструментов обнаружения дефектов.

4. Разработана методология диагностического обеспечения объектов ГТС, на основе технологии непрерывной информационной поддержки на протяжении всего жизненного цикла.

5. Разработан метод дистанционного зондирования технического состояния МГ, основанный на лазерной локации утечек газа гелий-неоновой лазерной установкой, - 44 - работающей на двух длинах волн с сильным и слабым поглощением в метане соответственно.

6. Разработаны метод и программа экспериментальных исследований характеристик газового облака образованного в окрестностях ЛЧ МГ на основе измерения и оценки концентрации метана. Метод базируется на экспоненциальных зависимостях мощности излучения сигнала, возвращаемого на приемник. Особенностью метода является учет влияния коэффициента отражения подстилающей поверхности, закона квадрата расстояния и флуктуации расстояния.

7. Разработана математическая модель системы дистанционного зондирования, учитывающая влияние коэффициента отражения от подстилающей поверхности. Что позволяет исследовать чувствительность системы и осуществлять регулировку электронной части лазерной установки, производя ее настройку и юстировку непосредственно перед применением по назначению.

8. Исследована чувствительность системы дистанционного зондирования, основанная на корреляционной обработке сигналов, и получены выражения для вероятностей пропуска дефектов и ложной тревоги, рассчитываемые при различных значениях мощности зондирующего излучения. Подтверждено предположение о пуассоновском законе распределения отсчетов, регистрируемых локатором.

9. Разработана двухслойная нейронная модель для определения величины массового расхода метана из ЛЧ МГ, учитывающая различные климатические условия и характеристики подстилающей поверхности при дистанционном зондировании.

10. Разработана методика и получено расчетное выражение для компьютерного моделирования профилей концентрации стравливаемого газа, которое позволяет учитывать климатические условия, интенсивность сепарации частиц и высоту подъема газового облака над местом дефекта;

11. Разработан мобильный программно-аппаратный комплекс, который в составе бортового оборудования летательного аппарата может осуществлять оперативный мониторинг МГ. Данный комплекс позволяет фиксировать координаты места обнаружения утечек газа за счет средств фото-, видеонаблюдения и приемника глобальной спутниковой системы позиционирования, и осуществляет оперативную передачу информации в центр сбора и обработки посредством транкинговых средств связи.

12. Разработана модель распознавания утечек метана из ЛЧ МГ от фоновой концентрации газа, отличающаяся использованием аппарата нечетких множеств для формализации экспертных знаний и повышения эффективности работы автоматизированной системы регистрации и обработки данных.

13. Разработана система мониторинга и управления техническим состоянием объектов сети на основе транкинговых средств связи. Позволившая объединить в едином информационном пространстве территориально разнесенные информационноизмерительные ресурсы и средства связи для организации эффективного централизованного управления диагностическим обеспечением, обслуживанием и ремонтом ГТС РФ.

14. Разработан метод сравнения результатов косвенных дистанционных измерений параметров газового облака с измерительной информацией, полученной прямыми измерениями мобильным газоанализатором непосредственно в месте утечки для корректировки валидности данных.

15. Разработана методика калибровки и средства автоматизированной обработки измерительной информации для снижения систематической погрешности и повышения достоверности, получаемых данных устройством дистанционного зондирования.

16. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработано методическое обеспечение мониторинга МГ, позволяющее заложить на стадиях проектирования и строительства требуемую контролепригодность объектов ГТС и организовать эффективное оперативное обследование протяженных участков ЛЧ МГ.

- 45 - ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Патент - полезн. мод. №51745. РФ. G01N 21/61. Локатор утечек газа «ЛУГ» /Плюснин И.И., Глуховцев А.А., Демко А.И., Бушмелева К.И., Суханюк А.М. //Б.И. - 2006. - №6.

2. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №.

«Оператор ЛУГ» /К.И. Бушмелева. (RU). Заяв..2010. Зарег..2011.

3. Бушмелева, К.И. Методы и средства диагностирования магистральных газопроводов: Монография /К.И. Бушмелева. – Сургут: Изд-во, 2011. – 215 с.

4. Бушмелева, К.И. Дистанционное зондирование магистральных газопроводов:

Учебное пособие /К.И. Бушмелева, И.И. Плюснин; Сургут. гос. ун-т ХМАО – Югры. – Сургут: ИЦ СурГУ, - 2010. – 121 с.

5. Моделирование систем: Учебное пособие /Ю.Н. Алексеев, К.И. Бушмелева, Ю.Г. Древс, В.С. Микшина; Под ред. Ю.Г. Древса; Сургут.гос. ун-т. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2006. – 211 с.

6. Лабораторный практикум по информатике: Учебное пособие для вузов /К.И.

Бушмелева, Г.А. Еремеева, В.С. Микшина и др.; Под ред. В.А. Острейковского. – М.:

Высш. шк., 2003. – 376 с.

7. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У. Авиационная система дистанционного зондирования магистральных газопроводов //Датчики и системы. – 2011. - №5. – С. 24 - 29.

8. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Бушмелев П.Е., Увайсов С.У.

Моделирование оптимальных параметров устройства дистанционного зондирования //Измерительная техника. – 2011. - №3. – С. 39 – 42.

9. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У. Модель мобильного устройства дистанционного зондирования магистрального газопровода //Информационные технологии. – 2010. - №3. – С. 11 – 15.

10. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У. Анализ методов и средств диагностирования магистральных газопроводов //Контроль. Диагностика. – 2010. - №7.

– С. 29 – 37.

11. Бушмелева К.И., Яценко Е.А. Специализированный пакет программ для калибровки измерительных приборов //Информационные технологии. – 2010. - №10. – С. 64 – 67.

12. Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Авиационный программно-аппаратный диагностический комплекс мониторинга магистральных газопроводов //Измерительная техника. – 2009. - №2. – С. 41 – 44.

13. Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Автоматизированная геоинформационная система мониторинга технического состояния магистральных газопроводов //Информационные технологии. – 2009. - №5. – С. 68 – 72.

14. Bushmeleva K.I., Plyusnin I.I. Aviation software and hardware diagnostic unit for monitoring cross-country gas pipelines //Measurement Techniques. – 2009. – V.52, №2. – P.

172 – 176.

15. Яценко Е.А., Бушмелева К.И. Линейная калибровка с применением специализированного программного средства //Метрология. – 2009. - №11. – С. 41 – 47.

16. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Бушмелев П.Е., Автоматизированное рабочее место оператора локатора утечек газа //Современные наукоемкие технологии. – 2008. - №5. - С. 115 – 119.

17. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Сысоев С.М., Бушмелев П.Е., Ельников А.В.

Концепция автоматизации экологического мониторинга загрязнения окружающей среды на территории Ханты-Мансийского автономного округа //Современные наукоемкие технологии. - 2007. - №3. - С. 48 - 52.

- 46 - 18. Ельников А.В., Плюснин И.И., Бушмелева К.И., Черный М.С. и др. Лидарная система для зондирования аэрозоля в г. Сургуте в рамках проекта CIS-LiNet //Оптика атмосферы и океана. - 2006. - Т.19, №11. С. 982 - 985.

19. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Бушмелев П.Е. Мобильная система диагностического обслуживания и мониторинга газопроводных систем //Фундаментальные исследования. – 2006. - №1. – С. 61 – 63.

20. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Майер И.В. Система диагностирования дефектов магистральных газопроводов с использованием ГИС-технологий //Современные наукоёмкие технологии. – 2005. - №8. – С. 46 – 48.

21. Данилов В.И., Зуев Л.Б., Бушмелева К.И., Апасов А.М. Перспективы ультразвукового метода контроля состояния металла магистральных газопроводов //Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2001. - №10. – С. 27 – 30.

22. Зуев Л.Б., Семухин Б.С., Бушмелева К.И. Зависимость скорости ультразвука от действующего напряжения при пластическом течении поликристаллов //Журнал технической физики. – 1999. – Т.69, вып. 12. – С. 100 – 101.

23. Семухин Б.С., Зуев Л.Б., Бушмелева К.И. Скорость ультразвука в низкоуглеродистой стали, деформируемой на нижнем пределе текучести //Прикладная механика и техническая физика. – 2000. - Т.41, №3. – С. 197 – 201.

24. Бушмелева К.И., Шершова Л.В. Определение прочностных характеристик и неразрушающий контроль трубопровода ультразвуковым методом //Научная молодежь – XXI веку: Сб. докл. межвузовской конф. молодых ученых. – Сургут, 2001. – С. 22 – 23.

25. Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Способ импульсно – дифференциального преобразования сигналов датчиков //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Материалы науч.-техн. конференции «Датчик-2001». – Судак, 2001. – С. 36 - 37.

26. Plusnin I.I., Tabarin V.A., Bushmeleva K.I. Polarization Lidar //Proceeding of the International Conference on Lasers 2001. – Tucson, Arizona. – 2001. - STS Press 2002. – S. 474 – 476.

27. Bushmeleva K.I., Plusnin I.I., Tabarin V.A., Kuzmichev V.D. Polarized bistabillity in He-Ne laser operating =3,39 m using Zeeman effect //Proceeding of the International Conference on Lasers 2001. – Tucson, Arizona. – 2001. - STS Press 2002. - S. 493 – 495.

28. Бушмелева К.И., Табарин В.А., Плюснин И.И. Поляризационный лидар для экологического мониторинга //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Материалы XIV науч. – техн. конференции «Датчик-2002». - Судак, 2002. - С. 116 - 117.

29. Бушмелева К.И., Табарин В.А., Плюснин И.И., Лазерный излучатель //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Материалы XIV науч. – техн. конференции «Датчик-2002». - Судак, 2002. - С. 276 - 278.

30. Бушмелева К.И., Заводовский А.Г., Плюснин И.И. Лазерный детектор метана //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления:

Материалы XIV науч. – техн. конференции «Датчик-2002». - Судак, 2002. – С. 125 - 126.

31. Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Систематизация требований локальной терминальной сети //Сборник научных трудов. Вып.11. Физико-математические и технические науки. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2002. – С. 109 – 113.

32. Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Моделирование структуры локальной терминальной сети //Сборник научных трудов. Вып.11. Физико-математические и технические науки. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2002. – С. 115 – 125.

33. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Чурсин И.И. Методика оценки показателей качества комплекса технических средств //Сборник научных трудов. Вып.13. Физикоматематические и технические науки. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2003. – С. 121 – 126.

- 47 - 34. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Зеваков А.М. Информационная система хранилища данных о технологических параметрах ООО “Сургутгазпром” /Физикоматематические и технические науки //Сборник научных трудов. Вып.13. Физикоматематические и технические науки. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2003. – С. 58 – 63.

35. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Луппов Е.А. Информационная система поддержки пользователя корпоративной сети ООО «Сургутгазпром» //Сборник научных трудов. Вып.13. Физико-математические и технические науки. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2003. – С.94 – 100.

36. Bushmeleva K.I., Plusnin I.I., Tabarin V.A., Shoshin E.L., Bushmelev Р.Е. Aircraft Monitoring by a Polarization Lidar //The 7-th Russia-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technologies - Tomsk /State University. Press, Tomsk, 2004. – S. 98 – 100.

37. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Назин А.Г. Использование ГИС технологии как средства повышения эффективности работы лазерного локатора утечек газа комплексного обследования магистральных газопроводов //Успехи современного естествознания. – 2005. - № 7. – С. 85 - 88.

38. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Майер И.В., Бушмелев П.Е. Применение автоматизированной геоинформационной системы для диагностирования дефектов магистральных газопроводов //Сборник научных трудов. Вып.23. Физико-математические и технические науки. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2005. – С. 99 – 105.

39. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Черный М.С. и др. Нейронная сеть и геоинформационные технологии для определения массового расхода утечек метана //Сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Инноватика – 2007», Томск, 2007. - С. 102 – 107.

40. Бушмелева К.И, Плюснин И.И., Ельников А.В. Лидарная сеть Югры – «U-LiNet» //Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&MQ’2008): Материалы межд. симпозиума. Турция, май 2008. - ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». - М.: ЭРГИ, 2008. – С. 174 - 175.

41. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Ельников А.В., Чайковский А.П., Бушмелев П.Е.

Комплекс подспутникового мониторинга атмосферы //Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&MQ’2008): Материалы межд. симпозиума. Турция, май 2008. - ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». - М.: ЭРГИ, 2008. - С. 262 - 264.

42. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Сысоев С.М., Бушмелев П.Е. Информационнотелекоммуникационные системы СЭБ Югры //Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&MQ’2008): Материалы межд. симпозиума. Турция, май 2008. - ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». - М.: ЭРГИ, 2008. - С. 171 - 173.

43. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Арсланов И.И., Бушмелев П.Е.

Автоматизированная система мониторинга состояния магистральных газопроводов //Системный анализ и обработка информации в интеллектуальных системах: Сб. науч. тр.

каф. автоматизированных систем обработки информации и управления. Вып.5. – Сургут:

Изд-во СурГУ, 2008. С. 111 - 126.

44. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Токовенко А.В., Бушмелев П.Е.

Геоинформационная система мониторинга магистральных газопроводов //Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий: Материалы науч.-практ.

конф. «ИНФО-2008». - Сочи, 2008. – С. 204 - 206.

45. Бушмелева К.И., Бушмелев П.Е., Плюснин И.И. Исследование парникового эффекта с использованием лазерных и информационных технологий //V Всероссийский конгресс женщин-математиков: Материалы конф. – Красноярск, 2008. – С. 69 - 75.

46. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Ельников А.В., Чайковский А.П., Бушмелев П.Е.

Концепция создания комплексной системы подспутникового мониторинга параметров атмосферных компонентов //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. – Пенза, май 2008. - Т.2. – С. 224 - 226.

- 48 - 47. Bushmeleva K.I., Plyusnin I.I., Elnikov A.V. KhMAO-YGRA U- LiNet LIDAR STATIONS //Proceedings of the 9-tn Russian – Chinese Symposium on Laser Technologies. – Tomsk, 2008. – S. 205 - 207.

48. Bushmeleva K.I., Plyusnin I.I., Sysoev S.M., Bushmelev P.E. Yugra–ses information technologies //Proceedings of the 9-tn Russian – Chinese Symposium on Laser Technologies. – Tomsk, 2008. – S. 237 – 239.

49. Bushmeleva K.I., Plyusnin I.I., Elnikov A.V., Chaikovskiy A.P., Bushmelev P.E. A system of subsatellite monitoring of the parameters of atmospheric components //Proceedings of the 9-tn Russian – Chinese Symposium on Laser Technologies. – Tomsk, 2008. – S. 219 – 226.

50. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У., Бушмелев П.Е. Классификация аэрокосмических методов диагностирования магистральных газопроводов //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. – Пенза, май 2009. - Т.1. – С. 40 - 42.

51. Бушмелева К.И., Коптева Е.А. Математическое обеспечение пакета программ для линейной калибровки измерительных систем, используемых для анализа качества продукции //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. – Пенза, май 2009. - Т.2. – С. 92 - 93.

52. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У., Бушмелев П.Е. Анализ методов диагностирования магистральных газопроводов //Матер. межд. форум «Новые инф. техн. и менеджмент качества». – М.: Фонд «Качество», март 2009. – С.225 – 228.

53. Бушмелева К.И., Коптева Е.А. Моделирование калибровочных функций с использованием пакета программ для анализа качества питьевой воды //Матер. межд. форум «Новые инф. техн. и менеджмент качества». – М.: Фонд «Качество», март 2009. – С.82 – 85.

54. Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Исследование поведения газового облака в окрестностях линейной части магистрального газопровода //Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий: Материалы науч.-практ. конф. «ИНФО2009». - Сочи, октябрь 2009. – С. 87 – 90.

55. Бушмелева К.И., Яценко Е.А. Калибровка измерительных систем, как одно из средств обеспечения качества питьевой воды //Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий: Материалы науч.-практ. конф. «ИНФО2009». - Сочи, октябрь 2009. – С. 261 - 264.

56. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У. Дистанционное зондирование магистральных газопроводов авиационным программно-аппаратным диагностическим комплексом «ЛУГ» //Аэрокосмические технологии в нефтегазовом комплексе: материалы межд. науч.-техн. конф. - Москва, октябрь 2009. – С. 71 – 72.

57. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Бушмелев П.Е. Анализ методов неразрушающего контроля и технической диагностики магистральных газопроводов //Системный анализ и обработка информации в интеллектуальных системах: сб. науч. тр. каф. автоматизированных систем обработки информации и управления. Вып. 7. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2009. С. 71 - 83.

58. Бушмелева К.И. Система управления техническим состоянием магистральных газопроводов //Сборник научных трудов. Вып. 32. Физико-математические и технические науки. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2009. – С. 6 – 16.

59. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Бушмелев П.Е., Увайсов С.У. Диагностирование технического состояния магистральных газопроводов с борта летательного аппарата //Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности:

материалы IX межд. научно-практич. конф. – Санкт-Петербург, апрель 2010. – С. 192 – 194.

60. Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Автоматическая обработка сигналов в устройстве дистанционного зондирования магистральных газопроводов //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. – Пенза, май 2010. – Т.2. – С. 9 – 12.

61. Бушмелева К.И., Яценко Е.А. Автоматизированная методика градуировки измерительных приборов по набору стандартных образцов //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. – Пенза, май 2010. – Т.1. – С. 465 - 467.

- 49 - 62. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Бушмелев П.Е. Система автоматизированного мониторинга магистральных газопроводов на основе беспроводных интеллектуальных модулей //Инноватика – 2010: сборник материалов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с элементами научной школы. – Томск, апрель 2010. – Т.1. – С.244 – 248.

63. Бушмелева К.И. Методика диагностирования магистральных газопроводов системой дистанционного зондирования //Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Материалы международной научно-практ. конф. «ИНФО2010». - Сочи, октябрь 2010. – С. 349 - 353.

64. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У., Бушмелев П.Е. Лазерноинформационные технологии мониторинга газотранспортной сети //Системный анализ и обработка информации в интеллектуальных системах: сб. науч. тр. каф. автоматизированных систем обработки информации и управления. Вып. 8. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2010. С. 93 - 108.

65. Плюснин И.И., Бушмелева К.И., Увайсов С.У., Бушмелев П.Е., Назаров Е.В.

Аналитическая оценка качества технических средств лазерно-информационной системы мониторинга объектов газотранспортной сети //Надежность и качество: Труды межд.

симпозиума. – Пенза, май 2011. – Т.1. – С. 69 - 74.

66. Куклин А.А., Бушмелева К.И. Экспертная система комплексного диагностирования технического состояния объектов газотранспортной сети //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. – Пенза, май 2011. – Т.2. – С. 46 - 49.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.