Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.12.13 – Системы, сети и устройства
телекоммуникаций. — Московский государственный институт электроники
и математики (технический университет). — Москва, 2011. — 49 с.
Научный консультант - доктор технических наук, профессор Увайсов
С.У.
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.
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:
На основе системного анализа предложена классификация современных методов и средств НК и ТД, отличающаяся от известных критериями сравнения, соответствующими особенностям объектов ГТС.
Разработана концепция системы управления ТС ГТС, отличающаяся комплексированием эффективных инструментов обнаружения дефектов на основе интеграционных возможностей транкинговых средств связи.
Разработана методология диагностического обеспечения объектов сети, которая отличается предложенной в работе технологией непрерывной информационной поддержки на протяжении всего жизненного цикла.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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 местедефекта на МГ, и транкинговые средства связи, для оперативной передачи информации в центр сбора и обработки.
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.
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.
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.
Разработана методика калибровки и соответствующие средства автоматизированной обработки и интеллектуализации измерительной информации для снижения систематической погрешности и повышения достоверности получаемых УДЗ данных.
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, аппаратно-программных средств и методического обеспечения направленно на решение задач эффективной и безаварийной эксплуатации ЕСГ РФ.
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:
На основе системного анализа предложена классификация современных методов и средств НК и ТД, отличающаяся от известных критериями сравнения, соответствующими особенностям объектов ГТС.
Разработана концепция системы управления ТС ГТС, отличающаяся комплексированием эффективных инструментов обнаружения дефектов на основе интеграционных возможностей транкинговых средств связи.
Разработана методология диагностического обеспечения объектов сети, которая отличается предложенной в работе технологией непрерывной информационной поддержки на протяжении всего жизненного цикла.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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 местедефекта на МГ, и транкинговые средства связи, для оперативной передачи информации в центр сбора и обработки.
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.
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.
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.
Разработана методика калибровки и соответствующие средства автоматизированной обработки и интеллектуализации измерительной информации для снижения систематической погрешности и повышения достоверности получаемых УДЗ данных.
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, аппаратно-программных средств и методического обеспечения направленно на решение задач эффективной и безаварийной эксплуатации ЕСГ РФ.