Необходимо отметить, что длительная эксплуатация газопроводов предъявляет повышенные требования безопасности их технического состояния. В свою очередь периодический контроль и освидетельствование состояния газопроводов дают возможность продлевать ресурс их эксплуатации сверхнормативного. Важной задачей при проведении обследований газопроводов является выбор методов исследования, комплексно решающих поставленную задачу. Немаловажное значение имеет также определение объема и периодичности обследования, обеспечивающее с необходимой степенью вероятности надежность результатов исследования.
Проблема мониторинга состояния магистральных газопроводов на сегодняшний день является очень актуальной, организации, эксплуатирующие данные объекты, ответственны как за поддержание объекта в рабочем состоянии, так и за постоянный контроль его состояния. В настоящее время существуют различные устройства и методы для обнаружения утечек газа (метана) из газопроводов [1-3], наиболее удобными и чувствительными среди них являются лазерные локаторы. Однако проблема заключается не только в том, с помощью чего провести обследование, но и как оперативно обработать полученную информацию, в данной работе представлен еще одним методом обследования и обработки информации при контроле состояния магистральных газопроводов.
В Сургутском государственном университете уже несколько лет ведутся работы по созданию оборудования, способного проводить дистанционную диагностику состояния и комплексный анализ магистральных газопроводов ОАО «Газпром». Сегодня уже создана и работает мобильная система лазерного зондирования представляющая собой программно-аппаратный диагностический комплекс, состоящий из лазерного локатора «ЛУГ» и автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора локатора утечек газа «ЛУГ» [2].
Лазерный локатор утечек газа «ЛУГ-1», предназначен для дистанционного обнаружения в реальном масштабе времени утечек газа и дефектов линейной части магистральных газопроводов при воздушном патрулировании и послеполетной обработки записанной информации [6].
Локатор «ЛУГ» состоит из: двух лазерных излучателей, позволяющих осуществлять дифференциальный прием на длинах волн 3,3912 и 3,3922 мкм; передающей оптической системы; приемного телескопа; устройства обработки сигнала; цифрового фотоаппарата и ЭВМ. Лазерное излучение обоих длин волн, при помощи передающей оптической системы направляется в сторону газопровода, в область, где по предположению, скапливается метановое облако. Излучение, проходя через газ, достигает подстилающей поверхности вблизи газопровода и отражается от нее. Часть отраженного излучения попадает в апертуру приемного телескопа локатора и преобразуется фотоприемником в электрический сигнал. Таким образом, оптическое излучение, содержащее информацию о метане, детектируется приемной системой, попадает в устройство обработки сигнала, а результат преобразуется, посредством АЦП, в цифровую форму и поступает в ЭВМ, где с помощью специализированного программного обеспечения обрабатывается, записывается в память и выводится на экран ЭВМ.
При проектировании лазерного локатора, ставилась задача не только обеспечить регистрацию присутствия газа, но и определять точные координаты места утечки газа, а также получать цифровые снимки места утечки. Для этого локатор был оборудован приемником GPS и цифровыми фотокамерами высокого разрешения.
Исходные данные, получаемые с локатора - огромный объем информации, содержащий тысячи фотоснимков, GPS-треки и данные аналого-цифровых преобразователей работающих на частоте 40-50КГц в течение нескольких часов. После сбора информации, она подвергается компьютерной обработке и, на основе уже обработанных данных составляется отчет по результатам работы локатора. Таким образом, система обработки и регистрации данных обеспечивает привязку событий локатора к конкретным координатам на земной поверхности, с фиксированием цифровым фотоаппаратом изображения мест утечки газа.
В составе программно-аппаратного диагностического комплекса работает специальное программное обеспечение, представляющее собой комплекс программ для решения задач, связанных с работой локатора. В состав комплекса входят: программы для ввода информации с оборудования локатора; программы для обработки изображений; программы для обработки данных с АЦП; программы для обработки картографической информацией и данных GPS-приемников; программы для автоматического создания отчетов; программы для преобразования данных полученных с локатора.
Описанные выше программы представляют собой комплекс разрозненных средств обработки информации различных форматов. Соответственно, каждый модуль решает свои отдельные задачи, не связывая воедино полученные результаты, в связи с чем, существовала необходимость в разработке полноценного комплекса, предоставляющего обработку данных в одном приложении и с наименьшими как временными, так и материальными затратами.
Первоначально, обработка данных, полученных лазерным локатором, осуществлялась в ручном режиме. Для этого использовалось специально разработанное программное обеспечение, которое позволяло с помощью методов цифровой обработки сигналов из данных, полученных с плат АЦП выделять точки, в которых был зарегистрирован газ, далее необходимо было найти эти точки на GPS-треках, найти соответствующие этим точкам фотоснимки и проанализировать все эти данные для оценки характеристик утечки. Этот процесс занимал достаточно много времени, на подготовку отчета по результатам работы уходило от 2 до 3 недель, часто происходили ошибки, требовалось несколько специалистов для обработки данных и постоянный контроль за выполнением работ. Учтя эти недостатки, было принято решение разработать программное обеспечение - автоматизированное рабочее место оператора локатора утечек газа «ЛУГ», способное в режиме реального времени выполнять обработку полученной информации в процессе мониторинга на наличие утечек газа из магистральных газопроводов.
Совместное использование лазерного локатора «ЛУГ» и АРМ оператора «ЛУГ» выводит данный программно-аппаратный диагностический комплекс на передовой уровень обработки информации и представления результатов пользователю, делая информацию о существующих или возможных утечках газа более наглядной и удобной для анализа и статистики.
Программный комплекс АРМ оператора локатора утечек газа «ЛУГ» призван решить следующий ряд задач:
- ввод, накопление, хранение и редактирование информации о полученных результатах обследований линейных участков магистральных газопроводов;
- экспорт данных, собранных с оборудования локатора утечек газа;
- контроль корректности полученных результатов;
- формирование промежуточных отчётов по результатам лётных испытаний для последующей их обработки;
- ведение необходимых справочников;
- поиск по базе данных результатов испытаний за определённый период;
- привязка полученных данных к соответствующей карте ГИС.
Автоматизированное рабочее место должно быть предназначено для получения оперативной информации об обстановке на магистральном газопроводе.
Цели создания АРМ оператора «ЛУГ-1»:
- обеспечение быстрого и эффективного анализа данных, собранных с оборудования локатора утечек газа для последующей их обработки;
- сокращение времени, требуемого на обработку данных оператором;
- создание дешевой альтернативы существующим в настоящее время аналогичным программам обработки информации для мониторинга линейных объектов;
- разработка системы с интуитивно понятным, удобным и универсальным пользовательским интерфейсом.
Данный программный комплекс разработан в среде визуального проектирования Borland Delphi 7 Enterprise. В качестве СУБД использовалась MS Access . Для доступа к базе данных использовалась технология ADO (ActiveX Data Objects). Программный продукт работает под управлением операционной системы Windows 98/NT/2000/XP.
Разработанное программное обеспечение системы представляет собой совокупность следующих модулей:
- About - модуль, предоставляющий информацию о разработчике;
- Help - модуль справочной системы пользователя;
- Main - модуль главной формы;
- Kartpr - модуль, позволяющий вести учёт существующих карт местности и фотоснимков, он также организует привязку фотографий мест облета к соответствующим картам местности, для определения более точного места положения возможной утечки газа;
- Utechki - модуль, позволяющий работать с результатами измерений по полученным утечкам. В этом модуле происходит выгрузка всех зафиксированных утечек;
- FlightDat - модуль, позволяющий работать с перечнем измерений полученных с оборудования локатора, включая построение GPS трека и построение графика по показаниям АЦП локатора, здесь ведёт анализ данных, поступивших непосредственно с локатора и GPS приемника, в результате которого будет получен GPS-трек, а также отчет по зафиксированным утечкам на данном маршруте
- Marsh - модуль, позволяющий работать с маршрутами облётов, данный модуль закрепляет все полученные данные в соответствии с географическими привязками к местности, над которой совершался облёт, по ранее заготовленным спискам маршрутов;
- Reports - модуль, позволяющий получать различные отчёты по выбранным критериям. Так, например, пользователю предоставлена возможность получения отчёта за конкретные календарные даты или период, можно получить информацию о последних зафиксированных утечках газа или о результатах измерений по задействованным маршрутам.
Автоматизированная система АРМ оператора «ЛУГ» обладает интуитивно понятным, удобным и универсальным интерфейсом для простого, но эффективного управления программой.
Кроме того, данная программа располагает подробной справочной системой состоящей из следующих разделов: «Справочники», «Помощь» и «О программе».
Таким образом, в результате анализа полученной информации от локатора «ЛУГ» в ходе обследования участка газопровода посредством АРМ локатора утечек газа можно получить отчёт о проведенных испытаниях с соответствующими привязками к картам местности, который содержит в себе следующую информацию:
- электронную карту местности с траекторией полета вертолета относительно трассы газопровода;
- координаты утечек газа, «привязанные» к местности и магистральному газопроводу;
- фотоинформацию: фотография синхронизирована с обнаруженной утечкой газа, центр ее указывает на точное местонахождение утечки, по увеличенной части фотоизображения можно судить о состоянии линейной части магистрального газопровода на данном участке.
- Цифровые осциллограммы характеризуют наличие и относительную мощность утечки газа. При этом значения высот в местах утечки позволяют уточнить расчет мощности эмиссии газа.
Подводя итог можно отметить, что на этапе создания автоматизированной системы мониторинга состояния объектов газотранспортной системы был разработан вариант программного интерфейса АРМ оператора «ЛУГ». Спроектирована и заполняется электронная база данных, предназначенная для структурированного хранения вводимой информации по мониторингу. На функциональном уровне разработаны программные модули, с помощью которых будут решаться задачи по организации функционирования системы и многочисленные задачи по обработке данных мониторинга.
Все это позволит сократить время обработки поступающей информации и повысить эффективность анализа состояния газопроводов, что ускорит своевременное обнаружение и предотвращение серьёзных аварий на дефектных участках магистральных газопроводов.
Следующим шагом по разработке данной системы будет реализация возможности совместной работы с ГИС-системой. Структура системы в дальнейшем будет строиться на основе ядра, обеспечивающего механизмы связи с внешними модулями и предоставление им определенных сервисов, а внешние модули в свою очередь будут также взаимодействовать с ядром посредством интерфейсов, которые будут предоставляться ядром.
Литература:
- Плюснин И.И., Заводовский А.Г., Бушмелева К.И. и др. Лазерный детектор метана //Межд. науч.-тех. конф. «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». - 2002. - С. 125-126.
- Плюснин И.И., Бушмелева К.И., Бушмелев П.Е. Мобильная система диагностического обслуживания и мониторинга газопроводных систем // Фундаментальные исследования.-2006.-№1.-С.61-63.
- Плюснин И.И., Бушмелева К.И., Майер И.В. Система диагностирования дефектов магистральных газопроводов с использованием ГИС технологий //Современные наукоемкие технологии, 2005. - №8. - С. 46-48.
Работа представлена на III научную международную конференцию «Актуальные проблемы науки и образования», ВАРАДЕРО (Куба), 19-29 марта 2008г. Поступила в редакцию 17.03.2008г.