Автореферат (Беспроводная сенсорная телекоммуникационная система контроля утечек метана из магистралей газотранспортной сети)

На правах рукописиБушмелев Петр ЕвгеньевичБЕСПРОВОДНАЯ СЕНСОРНАЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯСИСТЕМА КОНТРОЛЯ УТЕЧЕК МЕТАНА ИЗ МАГИСТРАЛЕЙГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СЕТИСпециальность 05.12.13 –Системы, сети и устройства телекоммуникацийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2014Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшегопрофессионального образования «Сургутский государственный университет ХантыМансийского автономного округа - Югры» и в федеральном государственном автономномобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальныйисследовательский университет «Высшая школа экономики»Научный руководитель:Увайсов Сайгид Увайсович,доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:КрасновАндрейЕвгеньевич,докторфизикоматематическихнаук,профессор,ФГБОУВПО«Московский государственный университет технологий иуправления имени К.Г.

Разумовского», профессор кафедры«Информационных технологий»Проферансов Дмитрий Юрьевич, кандидат техническихнаук, компания ОАО «Т-Платформы», г. Москва,заместитель генерального директораВедущая организация:ФГУП«Центральныйнаучно-исследовательскийрадиотехнический институт им. Академика А.И. Берга»,г. МоскваЗащита состоится 19 июня 2014 г. в 16-00 на заседании диссертационного советаД212.048.13, созданного на базе федерального государственного автономного учреждениявысшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет«Высшая школа экономики», по адресу: 109028, Москва, Б.

Трехсвятительский пер., д.3, залзаседаний ученого совета (к.217).С диссертацией можно ознакомиться на сайте http://www.hse.ru/sci/diss/ и в библиотекеНационального исследовательского университета «Высшая школа экономики» по адресу:101000, Москва, ул. Мясницкая, д.20Автореферат разослан ______________ 2014 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,к.т.н., профессорГрачевНиколай Николаевич-2-ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыМагистральныегазопроводы(МГ)Россиипредставляютсобойсложнуюраспределенную систему. Общая протяженность линейных участков (ЛУ) по оценкеГазпрома составляет порядка 160 тыс.

км. Проведенный в работе анализ показал, что около40% ЛУ выработали свой номинальный ресурс, который составляет 30 лет. Тообстоятельство, что магистрали в большей части проложены в крайне неблагоприятныхклиматических условиях, обусловливает их интенсивный износ и старение.Поэтому крайне актуальной остается проблема контроля и мониторинга техническогосостояния (ТС) магистралей и оборудования газотранспортной сети (ГТС). Этой проблемепосвящено достаточно много работ, как в нашей стране, так и за ее пределами, в частности,работы Плюснина И.И., Гумерова А.Г., Медведева Е.М., Бондаренко П.М.

и др. авторов.В отечественной и зарубежной промышленности налажено производство широкогоспектра оборудования - это внутритрубные сканеры, ультразвуковые и вихретоковыедефектоскопы и другие средства неразрушающего контроля и диагностирования. Однакоприменение на практике этих устройств не всегда эффективно в силу локального характераих возможностей, а применение глобальных средств мониторинга на основе авиационного икосмического зондирования не всегда оправдано.В связи с этим разработка новых эффективных методов и средств контроля имониторинга газовых магистралей, выработавших свой номинальный срок службы, а этоболее 60 тыс. км, является на сегодняшний день крайне актуальной научной ипрактической задачей. В работе предлагается решение проблемы, основанное насовременных достижениях в области телекоммуникаций.Таким образом, объектом исследования является процесс мониторинга техническогосостояния газотранспортной сети, а предметом - методы и средства автоматизированногоконтроля утечек газа из протяженных линейных участков МГ, выработавших срок службыили имеющих малый остаточный ресурс.Диссертация соответствует паспорту специальности 05.12.13 в части пунктов: 12 «Разработкаметодовэффективногоиспользованиясетей,системиустройствтелекоммуникаций в различных отраслях народного хозяйства» и 13 - «Разработка методовсовмещения телекоммуникационных, измерительных и управляющих систем».-3-Цель и задачи диссертационного исследованияЦелью диссертационной работы является повышении эффективности эксплуатации иобслуживаниялинейныхучастковмагистральныхгазопроводовпутемсозданияавтоматической беспроводной сенсорной телекоммуникационной системы контроля утечек вГТС.Для достижения цели в диссертационной работе поставлены и решены задачи:1.Анализ проблемы, методов и средств контроля состояния ГТС.2.Разработкаконцепциипостроениятелекоммуникационнойсистемыавтоматического контроля утечек газа из магистрали, со сроком эксплуатации,превышающим нормативный.3.Разработка метода контроля ТС МГ, основанного на применение беспроводныхмодулей (БМ) сенсорной телекоммуникационной системы (СТС).4.РазработкаалгоритмафункционированияБМсенсорнойтелекоммуникационной системы.5.Разработка сенсорного устройства детектирования утечек метана.6.Разработка способа и метода передачи информации, а также системыэлектроснабжения беспроводных модулей.7.Разработка алгоритма влияния розы ветров, при размещении БМтелекоммуникационной системы вблизи газопровода.8.Разработка автоматизированной системы проектирования СТС учитывающей:розу ветров; рельеф местности вдоль трассы МГ; чувствительность датчика метана;мощность приемопередатчика.9.Апробация и внедрение результатов исследования.Методы исследованияВ процессе решения поставленных задач использованы принципы системногоподхода и объектно-ориентированного программирования, теории вероятностей, методыматематическогоиимитационногомоделирования,техническойдиагностикиинеразрушающего контроля, а также численные и натурные экспериментальные методыисследования.Научная новизна результатов, выносимых на защиту состоит в развитии теории иметодов построения беспроводных телекоммуникационных самоорганизующихся сетей.

Приэтом:1.Предложена концепция построения телекоммуникационной системы контроляТС МГ, выработавших номинальный срок службы, которая в отличие от известных основанана технологиях и средствах беспроводных сетей.2.Разработана автоматическая телекоммуникационная система, которая вотличие от известных позволяет контролировать утечки метана в непрерывном режиме и при-4-этомучитываетрозуветров,чувствительностьдатчикаметана,мощностьприемопередатчика беспроводной сети и ограничения, накладываемые особенностямирельефа местности вдоль трассы газопровода.Разработан3.алгоритмфункционированияБМсенсорнойтелекоммуникационной системы, который заложен в аппаратно–программной реализациидетектора утечек метана (ДУМ) и предложено решение по организации электропитания БМсенсорнойтелекоммуникационнойсистемы,включающеговсебявозобновляемыеисточники энергии.4.Для оценки эффективности использования аппаратных ресурсов разработанаимитационная модель распределенной беспроводной сети, учитывающая показателинадежности элементов системы и возможность моделирования взаимодействующихпараллельных процессов с реализацией логики преобразований во времени.5.На основе результатов теоретических и экспериментальных исследованийпредложена инженерная методика контроля утечек метана из газовых магистралейбеспроводными модулями сенсорной телекоммуникационной системы.Практическая значимость результатов работыЗначимость результатов работы состоит в том, что разработанная сенсорнаятелекоммуникационная система контроля утечек газа позволит объединить в единомпространстветерриториальноразнесенныетехнические,телекоммуникационные,диагностические и информационные средства, а также автоматизировать процесс сбора,обработки и визуализации информации, оценки объемов утечки метана в реальном масштабевремени, для организации эффективного централизованного управления техническимсостоянием, обслуживанием и ремонтом ЛУ МГ.Внедрение разработанной телекоммуникационной системы, методов, моделей,алгоритмов, аппаратно-программных средств и методического обеспечения направлено нарешение задач эффективной и безаварийной эксплуатации ЕСГ РФ.На защиту выносятся:1.Автоматическая телекоммуникационная система для контроля утечек метанаиз ЛУ ГТС и концепция ее построения.2.Алгоритмфункционированиябеспроводногомодулясенсорнойтелекоммуникационной системы автоматического контроля.3.Инфологическая и имитационная модели телекоммуникационной системымониторинга технического состояния распределенной ГТС.4.Инженерная методика обследования ЛУ ГТС с применением беспроводнойсенсорной телекоммуникационной системы.-5-Реализация и внедрение результатов работыРазработанные в диссертационной работе методы, алгоритмы, программно-аппаратноеи методическое обеспечение использованы при выполнении НИОКР в рамках федеральнойцелевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на2009-2013 годы, по теме: «Разработка методов и аппаратурных средств лазерноинформационной технологии мониторинга газотранспортных объектов», шифр заявки«2010-1.1-122-084-032», в рамках Государственного задания Правительства ХМАО-Югры,утвержденное 01.07.2010г.

№116, на НИР СурГУ «Организация и проведение научныхисследований, научно-технических и опытно-экспериментальных рабо на период 2012-15гг.»по теме «Мониторинг парниковых газов в Югре с помощью лазерно-информационныхтехнологий», а также в рамках хоздоговоров №177-08-10/ВОУ/В22-252310 от 31.08.2010г. потеме «Оказание услуг по проведению экспертизы эмиссии метана из крановых узлов насоответствие требованиям СТО Газпром 031-2007».Основные результаты диссертационной работы внедрены в ООО «ЛИТТ» при Томскомгосударственном университете, в центре лазерных технологий СурГУ, а также в учебныйпроцессгосударственногопрофессиональногобюджетногообразованияобразовательного«СургутскийучреждениягосударственныйвысшегоуниверситетХанты-Мансийского автономного округа - Югры» на кафедре «Автоматизированные системыобработки информации и управления» и федерального государственного автономногообразовательного учреждения высшего профессионального образования Национальныйисследовательский университет «Высшая школа экономики».