RU2553843C2 - Method for remote diagnostics of state of linear part of underground main pipelines - Google Patents
Method for remote diagnostics of state of linear part of underground main pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553843C2 RU2553843C2 RU2013136432/06A RU2013136432A RU2553843C2 RU 2553843 C2 RU2553843 C2 RU 2553843C2 RU 2013136432/06 A RU2013136432/06 A RU 2013136432/06A RU 2013136432 A RU2013136432 A RU 2013136432A RU 2553843 C2 RU2553843 C2 RU 2553843C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- images
- decisions
- precursors
- simulators
- emergency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Alarm Systems (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к диагностике состояния действующих подземных магистральных трубопроводов и может быть использовано для ведения разведки замаскированных малоразмерных целей на подстилающей поверхности в оптическом диапазоне волн.The invention relates to the diagnosis of the state of existing underground trunk pipelines and can be used for reconnaissance of masked small targets on the underlying surface in the optical wavelength range.
Известен способ дистанционного обнаружения утечек нефти из магистрального трубопровода [Пат. 2073816 РФ, МПК F17D 5/02. Способ дистанционного обнаружения утечек нефти из магистрального трубопровода [Текст] / Алеев P.M., Алешко Е.Н., Чепурский В.Н.]. Согласно способу проводят аэросъемку теплового поля трассы трубопровода, определяют локальные участки с аномальной температурой, дополнительно проводят лазерное зондирование подстилающей поверхности трассы трубопровода на длинах волн поглощения излучения компонентами газовой фракции нефти и место утечки определяют по местоположению участка с аномальной температурой и повышенному поглощению отраженного лазерного излучения газовыми фракциями.A known method for the remote detection of oil leaks from the main pipeline [US Pat. 2073816 RF, IPC F17D 5/02. A method for remote detection of oil leaks from the main pipeline [Text] / Aleev P.M., Aleshko EN, Chepursky VN]. According to the method, an aerial survey of the thermal field of the pipeline route is carried out, local sections with an abnormal temperature are determined, laser probing of the underlying surface of the pipeline route at wavelengths of radiation absorption by the oil gas fraction components is carried out, and the leak location is determined by the location of the section with the anomalous temperature and increased absorption of the reflected laser radiation by gas fractions.
Недостатком этого способа является ограниченный набор обнаруживаемых предвестников чрезвычайных ситуаций (ЧС). Кроме того, характер флуктуации теплового поля трассы трубопровода непрерывно изменяется во времени и появление конкретной аномалии на тепловом изображении в момент проведения диагностики состояния исследуемого объекта обусловлено многочисленными причинами, одной из которых может быть утечка нефти. Поэтому надежность обнаружения данного вида ЧС не может быть высокой.The disadvantage of this method is the limited number of detectable harbingers of emergency situations. In addition, the nature of the fluctuation of the thermal field of the pipeline route continuously changes over time and the appearance of a specific anomaly in the thermal image at the time of diagnosing the state of the investigated object is due to numerous reasons, one of which may be an oil leak. Therefore, the reliability of detection of this type of emergency cannot be high.
Известен способ обнаружения несанкционированных врезок в магистральные трубопроводы [Широбоков A.M. и др. Использование многоспектрального тепловизора «Терма-2» для контроля магистральных нефтепроводов // Изв. вузов. Приборостроение, 2002, т.45, №2, С.12-21]. Предложено использовать два диапазона оптического спектра излучений: 8-13,5 мкм для обнаружения замаскированных отводов («раскопов») похищаемого продукта и 1-1,2 мкм для выявления разливов нефти и почв, пропитанных нефтью. В связи с соизмеримостью сигналов от объектов обнаружения со среднеквадратичным отклонением флуктуации интенсивности излучения фонов и случайным изменением отношения сигнал/помеха во времени обеспечить приемлемый риск принятия решений в указанном способе не представляется возможным.There is a method of detecting unauthorized taps in trunk pipelines [Shirobokov A.M. et al. Use of the Terma-2 multispectral thermal imager for monitoring oil trunk pipelines // Izv. universities. Instrumentation, 2002, t.45, No. 2, S.12-21]. It is proposed to use two ranges of the optical emission spectrum: 8–13.5 μm for detecting masked taps (“excavations”) of the stolen product and 1–1.2 μm for detecting oil spills and soils saturated with oil. Due to the commensurability of the signals from the detection objects with the standard deviation of the fluctuation of the background radiation intensity and a random change in the signal / noise ratio over time, it is not possible to provide an acceptable risk of decision-making in this method.
Известен способ поиска объекта в видимом диапазоне излучений, основанный на запоминании данных о разведываемой области земной поверхности и сравнении этих данных с регистрируемыми при последующем полете беспилотного летательного аппарата [Заявка на пат. 2002114606 РФ. Телевизионный способ и система поиска и видеонаблюдения [Текст] / Прокофьев Е.В.]. Недостатком способа является нестабильность полученных результатов из-за изменения маскирующих характеристик подстилающей поверхности во времени, обусловленных погодными условиями и временем суток.There is a method of searching for an object in the visible range of emissions, based on storing data on the reconnaissance area of the earth's surface and comparing these data with those recorded during the subsequent flight of an unmanned aerial vehicle [Application for US Pat. 2002114606 RF. Television method and search and video surveillance system [Text] / Prokofiev EV]. The disadvantage of this method is the instability of the results due to changes in the masking characteristics of the underlying surface in time, due to weather conditions and time of day.
Известен способ контроля состояния магистральных трубопроводов нефти и газа, основанный на получении видимых и тепловых снимков разведываемой трассы, их обработке для построения модели плотности потока теплового излучения и модели блоково-разломных структур, последующей интерпретации расчетных данных и составлении карт [Пат. 2428722 РФ, МПК G01V 8/00. Способ дистанционной диагностики магистральных трубопроводов [Текст] / Каримов К.М. и др.]. Способ ориентирован на выявление крупномасштабных изменений в зоне прокладки трубопроводов и не является эффективным для обнаружения малоразмерных целей в его охранной зоне.A known method of monitoring the state of oil and gas pipelines, based on obtaining visible and thermal images of the prospected route, processing them to build a model of the flux density of thermal radiation and a model of block-fault structures, subsequent interpretation of the calculated data and mapping [Pat. 2428722 RF, IPC
Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является способ диагностики состояния продуктопроводов [Заявка на пат. 2005110234/28 РФ. МПК G01V 8/00. Способ диагностики состояния продуктопроводов [Текст] / Байков Ю.П. и др.].Of the known technical solutions, the closest in combination of essential features to the claimed is a method for diagnosing the condition of product pipelines [Application for US Pat. 2005110234/28 of the Russian Federation. IPC
Согласно способу проводят съемку охранной зоны трубопровода в видимом и тепловом диапазонах излучения с летательного аппарата, осуществляют позиционирование летательного аппарата пилотажно-навигационными средствами и проводят интерпретацию полученных изображений. Недостатком способа является неучет при проведении операции интерпретации снимков фактора динамичности параметров подстилающей поверхности и отношения сигнал/помеха, обусловленного погодными условиями и временем съемки. В результате надежность обнаружения малоразмерных целей в известном способе оказывается невысокой.According to the method, the protection zone of the pipeline is surveyed in the visible and thermal ranges of radiation from the aircraft, the aircraft is positioned by flight and navigation tools, and the images obtained are interpreted. The disadvantage of this method is the neglect of the dynamic factor of the underlying surface parameters and the signal-to-noise ratio due to weather conditions and the time of shooting during the image interpretation operation. As a result, the reliability of detection of small targets in the known method is low.
Целью изобретения является повышение надежности принимаемых решений при интерпретации тепловых и видимых изображений охранной зоны трубопровода на наличие замаскированных врезок, подкопов, утечек перекачиваемого продукта в любое время суток и при любых погодных условиях.The aim of the invention is to increase the reliability of decisions when interpreting thermal and visible images of the pipeline security zone for the presence of masked taps, undermines, leaks of the pumped product at any time and in any weather conditions.
Указанная цель достигается тем, что по трассе пролегания трубопровода до проведения работ по получению изображений формируют имитаторы предвестников чрезвычайных ситуаций, координаты которых заносят в пилотажно-навигационные средства, полученные изображения трансформируют в пространство решений путем проведения согласованной с изображениями имитаторов фильтрации и использования в качестве порогов принятия решений выходных сигналов фильтров от изображений соответствующих имитаторов, одновременно определяют корреляционные функции полученных изображений с последующим вычислением по их параметрам и указанным выше порогам принятия решений потенциального числа ложных решений, наносят на полученные изображения отметки о принятых решениях и потенциальном числе ложных решений, передают по радиоканалу на диспетчерский пункт те из этих изображений, на которых были приняты решения о наличии на них проявлений предвестников чрезвычайных ситуаций и которые предоставляются для интерпретации человеку или автомату. Кроме того, при превышении на очередном фрагменте изображения трассы числа принятых решений о наличии предвестников чрезвычайных ситуаций допустимых границ на диспетчерский пункт передают только координаты этих фрагментов и число принятых на них решений, причем при превышении верхней границы результат интерпретации переданных данных сводится к решению о повторной диагностике данного участка трассы, нижней границы - о необходимости устранения обнаруженных предвестников чрезвычайных ситуаций.This goal is achieved by the fact that simulators of emergency emergencies are formed on the route of the pipeline before carrying out the image acquisition, the coordinates of which are entered into flight and navigation tools, the obtained images are transformed into a decision space by means of filtering coordinated with the images and used as acceptance thresholds solutions of the output signals of the filters from the images of the corresponding simulators, at the same time determine the correlation functions and received images, followed by calculation by their parameters and the above decision thresholds of the potential number of false decisions, put marks on the decisions taken and the potential number of false decisions on the received images, transmit those decisions that were made on the radio station to the control center about the presence on them of manifestations of harbingers of emergency situations and which are provided for interpretation to a person or machine. In addition, if the next fragment of the image of the route exceeds the number of decisions made about the availability of emergency precursors of acceptable limits, only the coordinates of these fragments and the number of decisions made on them are transmitted to the control room, and if the upper limit is exceeded, the result of the interpretation of the transmitted data is reduced to the decision to re-diagnose of this section of the route, the lower border - about the need to eliminate detected harbingers of emergency situations.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами. На фиг.1 приведен график изменения разности температур над местом отвода продукта и в отдалении от него на расстоянии 1 м, на фиг.2 показана кривая изменения во времени среднеквадратического отклонения флуктуации излучения подстилающей поверхности в диапазоне 8-14 мкм в солнечный день, на фиг.3, 4 проиллюстрировано изменение корреляционной функции тепловых изображений травяных покровов в течение полутора часов, на фиг.5 представлено изображение участка подстилающей поверхности, на фиг.6 - результат его преобразования апертурой типа «стенка, параллельная оси абсцисс». Фиг.7 отражает вид обнаруживаемых объектов, фиг.8 - распределения ложных выбросов для преобразованного поля с корреляционной функцией
На фиг.10 показано изменение плотности ложных решений на поле с корреляционной функцией
На фиг.11 представлена структурная схема, реализующая предлагаемый способ: 1 - наблюдаемый оптико-электронным прибором участок изображения трассы, 2 - база изображений обнаруживаемых предвестников ЧС, 3 - блок согласованных фильтров, 4 - блок пороговых устройств, 5 - блок формирования передаваемой информации, 6 - антенны, 7 - пилотно-навигационные средства, 8 - формирователь порогов принятия решений, 9 - блок вычисления корреляционной функции и параметра
Охранная зона магистрального трубопровода ограничена «параллельными вертикальными плоскостями, расположенными по обе стороны от оси его линейной части на расстоянии 25 метров» [Технический регламент «О безопасности магистральных трубопроводов для транспортировки жидких и газообразных углеводородов» / Проект №408228-5, внесен Правительством РФ]. Объекты обнаружения: шурфы, врезки, утечки перекачиваемого продукта. Для установки боеприпасов или врезки формируется шурф над трубопроводом. Диаметр шурфа приблизительно равен 1 м. По окончании этой работы производится раскоп траншеи для отвода продукта за границу охранной зоны (до 500 м). Ширина траншеи - около 30-40 см. В нее укладывается металлическая или пластмассовая труба диаметром 50-60 мм. После этого места раскопов засыпаются почвой и маскируются снятым дерном. По данным [Широбоков A.M. и др. Использование многоспектрального тепловизора «Терма-2» для контроля магистральных нефтепроводов // Изв. вузов. Приборостроение, 2002, т.45, №2, с.12-21] «места несанкционированных врезок не видны глазом ни с земли, ни с патрульного вертолета и могут быть выявлены последовательным протыканием почв металлическим прутом». В тепловом диапазоне оптических излучений регистрируется сигнал при наличии замаскированных шурфа или врезки.The protection zone of the main pipeline is limited by “parallel vertical planes located on both sides of the axis of its linear part at a distance of 25 meters” [Technical regulation “On the safety of trunk pipelines for transporting liquid and gaseous hydrocarbons” / Project No. 408228-5, submitted by the Government of the Russian Federation] . Objects of detection: pits, taps, leaks of the pumped product. To install ammunition or tie-in, a pit is formed above the pipeline. The diameter of the pit is approximately 1 m. At the end of this work, a trench is excavated to divert the product abroad to the security zone (up to 500 m). The width of the trench is about 30-40 cm. A metal or plastic pipe with a diameter of 50-60 mm is laid in it. After this, the excavation sites are covered with soil and camouflaged by the removed turf. According to [Shirobokov A.M. et al. Use of the Terma-2 multispectral thermal imager for monitoring oil trunk pipelines // Izv. universities. Priborostroenie, 2002, vol. 45, No. 2, pp. 12-21] "the places of unauthorized taps are not visible to the eye either from the ground or from a patrol helicopter and can be detected by sequential piercing of soils with a metal rod. In the thermal range of optical radiation, a signal is recorded in the presence of a masked pit or insert.
Незначительные утечки перекачиваемого продукта (до 50 л/ч) не регистрируются традиционными методами контроля, основанными на измерении давления и расхода продукта в трубопроводах. Различают выбросы продукта в атмосферу, грунт, воду, снег. По отраженным излучениям регистрируются выбросы нефтепродуктов в атмосферу. Выбросы в другие среды регистрируются по тепловым аномалиям, которые отличаются от радиационной температуры фона на 0,6-6,8 К (в грунт), 0,5-2 К (под снежный покров). Изображения тепловых аномалий от утечек выглядят преимущественно в виде кругов с «рваными» краями [Алеев P.M., Овсянников В.А., Чепурский В.Н. Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепродуктопроводов. - М.: Недра, 1995. - 160 с.]. При существующей чувствительности тепловизионных систем (~0,05 К) решить проблему воздушной диагностики состояния магистральных трубопроводов на первый взгляд представляется не сложной задачей.Minor leaks of the pumped product (up to 50 l / h) are not recorded by traditional control methods based on measuring the pressure and flow rate of the product in the pipelines. There are emissions of the product into the atmosphere, soil, water, snow. The reflected emissions are recorded emissions of petroleum products into the atmosphere. Emissions to other media are recorded by thermal anomalies, which differ from the background radiation temperature by 0.6–6.8 K (in soil), 0.5–2 K (under snow cover). Images of thermal anomalies from leaks look mainly in the form of circles with “torn” edges [Aleev P.M., Ovsyannikov V.A., Chepursky V.N. Thermal imaging equipment for monitoring oil pipelines. - M .: Nedra, 1995. - 160 p.]. Given the existing sensitivity of thermal imaging systems (~ 0.05 K), solving the problem of air diagnostics of the state of trunk pipelines at first glance is not a difficult task.
Результаты анализа изменения амплитуды тепловых аномалий указанных видов во времени позволили сделать вывод о ее зависимости от погодных условий и физических параметров подстилающей поверхности [Егоров В.И. и др. Влияние локальной неоднородности грунта на температурное поле его поверхности / Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО, вып.31, 2006. - С.104-107.]. На фиг.1 приведены экспериментальные результаты измерений разности температур подстилающей поверхности над местом созданного отвода продукта и в отдалении от него, полученные нами в июне месяце. В течение значительного времени суток место отвода оказывается невидимым в тепловом диапазоне оптических излучений.The results of the analysis of the change in the amplitude of thermal anomalies of these species over time allowed us to conclude that it depends on weather conditions and physical parameters of the underlying surface [Egorov V.I. et al. Influence of local heterogeneity of soil on the temperature field of its surface / Scientific and Technical Bulletin of St. Petersburg State University ITMO, issue 31, 2006. - P.104-107.]. Figure 1 shows the experimental results of measurements of the temperature difference of the underlying surface above the place of the created product outlet and in the distance from it, obtained by us in the month of June. For a considerable time of the day, the place of removal is invisible in the thermal range of optical radiation.
Наряду с амплитудой сигнала существенно изменяются во времени и маскировочные характеристики подстилающей поверхности (структура корреляционной функции флуктуации излучения). В рамках проведенных авторами исследований замечено, что в полуденные часы радиус корреляции rk(t) этих флуктуации минимален, а среднеквадратичное отклонение σq максимально. С течением времени rk(t) растет, σq уменьшается (тепловые контрасты «расплываются»). Регрессионная зависимость обозначенных факторов для травяных покровов по результатам проведенных экспериментов имеет видAlong with the signal amplitude, the camouflage characteristics of the underlying surface (the structure of the correlation function of radiation fluctuations) also change significantly in time. In the framework of the studies conducted by the authors, it was noted that at noon the correlation radius r k (t) of these fluctuations is minimal, and the standard deviation σ q is maximum. Over time, r k (t) grows, σ q decreases (thermal contrasts “blur”). The regression dependence of the indicated factors for grass cover according to the results of the experiments has the form
rk(σq)=rk[σq(t0)]-0,11σq+0,1,r k (σ q ) = r k [σ q (t 0 )] - 0.11σ q +0.1,
где 0,11 - нормирующий множитель размерности, м3/Вт, t0 - время наступления режима изотермии, определенное в [Епифанцев Б.Н. О расчетной оценке дисперсии пространственных флуктуации теплового излучения земной поверхности // Исследование Земли из космоса, 1985, №3, с.40-45]. О характере изменения дисперсии
В условиях, когда амплитуда сигнала и маскирующие характеристики фона изменяются по неизвестному закону во времени, формализованная постановка задачи обнаружения предвестников ЧС, обозначенного выше вида, не представляется возможной. Задачи такого сорта поручается решать человеку, вероятность обнаружения цели на фоне помех которого (эмпирический результат) описывается формулой [Гущин А.Б., Епифанцев Б.Н. Алгоритм обнаружения врезок в подземные трубопроводы на видеоизображениях // Вестник СибАДИ, вып.2 (20), 2011, с.35-39]:Under conditions when the signal amplitude and masking characteristics of the background change in time according to an unknown law, a formalized statement of the problem of detecting emergency precursors, indicated above, is not possible. Tasks of this sort are entrusted to be solved by a person whose probability of detecting a target against the background of whose interference (empirical result) is described by the formula [Gushchin AB, Epifantsev B.N. An algorithm for detecting taps in underground pipelines on video images // Vestnik SibADI, issue 2 (20), 2011, p. 35-39]:
{1-exp[-0,15(ОСП-1)2]}·РМ {1-exp [-0.15 (OSP-1) 2 ]} · P M
где РТ - вероятность обнаружения одиночного объекта на идеальном фоне (без помех), РΛ - вероятность обнаружения объектов значительных размеров в зависимости от отношения сигнал/помехи (ОСП), РМ - составляющая вероятности обнаружения объектов в зависимости от маскирующих особенностей подстилающей поверхности (вида корреляционной функции фона), характеризующих формы «пятнистости» выбросов помех, Сб=16 град2·(кд/м2)-0,3·(угл. мин.)-3·с-1, К=ΔВ/Вф - яркостный контраст объекта на фоне яркостью Вф, γ - угловой размер объекта, τц=(LЭ/υP) - время поиска объекта, LЭ - размер наблюдаемого на экране монитора изображения местности в направлении полета, υP - скорость разведки, 2β - угловой диаметр поля обзора. Связь составляющей РM с характеристиками флуктуации фона, насколько нам известно, не установлена. Не известен и принцип формирования порога принятия решений субъектом при решении задач обозначенного вида.where P T is the probability of detecting a single object on an ideal background (without interference), P Λ is the probability of detecting objects of significant size depending on the signal-to-noise ratio (SIR), P M is the probability component of detecting objects depending on the masking features of the underlying surface ( type of correlation function of the background), characterizing the forms of “spotting” of interference emissions, C b = 16 deg 2 · (cd / m 2 ) -0.3 · (ang. min.) -3 · s -1 , K = ΔV / V f - a luminance contrast of the object on the background brightness B ^, γ - the angular size of the object, τ i = (L E / υ P) - time OISCA object, L E - size observed on a monitor image area in the direction of flight of the screen, υ P - exploration speed, 2β - the angular diameter of the field of view. The connection of the component P M with the characteristics of the background fluctuation, as far as we know, has not been established. The principle of the formation of the decision-making threshold by the subject in solving problems of the indicated type is also not known.
Однако использование человека в качестве решающего звена в системе «Система получения изображений, установленная на летательном аппарате - канал передачи изображений в пункт управления - оператор (дешифровщик)» ограничено. Прежде всего, допустимая скорость движения дешифрируемого изображения, представляемого оператору для обнаружения малоразмерных целей, не приемлема. Действительно, примем диаметр разрешаемого над подстилающей поверхностью пикселя равным 0,1 м (при худшем разрешении отличить неподвижного человека от булыжника становится проблематичным). Тогда при разложении изображения на 600 строк, представляемого на экране монитора, получим LЭ=60 м. Принимая ОСШ=5, Вф=50 кд/м2, размер экрана 0,3×0,3 м, Pоб=0,99, расстояние «глаз-экран» - 1 м, получим следующие оценки. Если К=0,05, то υP=30 км/ч, при К=0,1, υP<100 км/ч/. Это неприемлемые ограничения по скорости полета, и использование системы «преобразователь излучения - монитор - оператор» продуктивно при введении запоминающего устройства получаемых изображений и воспроизведении их со скоростью, регулируемой оператором.However, the use of man as a decisive link in the system "Image acquisition system installed on the aircraft - the image transmission channel to the control center - operator (decoder)" is limited. First of all, the permissible speed of the decrypted image presented to the operator for the detection of small targets is not acceptable. Indeed, let us take the diameter of the pixel resolved above the underlying surface equal to 0.1 m (with a worse resolution, distinguishing a stationary person from a cobblestone becomes problematic). Then, when the expansion image by 600 lines represented on the monitor screen, we obtain E L = 60 m. Taking SNR = 5, p = 50 cd / m 2, the screen size of 0.3 × 0.3 m, P v = 0, 99, the distance "eye-screen" - 1 m, we obtain the following estimates. If K = 0.05, then υ P = 30 km / h, with K = 0.1, υ P <100 km / h /. These are unacceptable restrictions on flight speed, and the use of the "radiation converter - monitor - operator" system is productive when introducing a storage device for the received images and playing them at a speed controlled by the operator.
Такая технология имеет существенный недостаток. Так, спутниковая система «Лэнд Сат» дает каждые 18 дней точнейшую фотографию каждого квадратного дюйма земной поверхности. Однако из-за ограничения скорости дешифрирования операторами 95% принимаемого на пункте управления материала «никто и никогда не видел, несмотря на крайнюю необходимость знать, что творится с поверхностью Земли» [Гор. Эл. Земля на чаше весов. Экология и человеческий дух. - М.: ППП, 1993. - 432 с.]. Необходимость разработки новой технологии воздушной разведки протяженных трасс, основанной на автоматизации операции обнаружения ненормативных отклонений на объекте контроля с передачей результатов расшифровки в пункт управления (диспетчерский пункт), очевидна.This technology has a significant drawback. So, the Land Sat satellite system gives every 18 days the most accurate photo of every square inch of the earth’s surface. However, due to the limitation of the rate of decryption by operators of 95% of the material received at the control point, “no one has ever seen, despite the urgent need to know what is happening to the Earth’s surface” [Hor. Email Earth on the scales. Ecology and the human spirit. - M .: PPP, 1993. - 432 p.]. The need to develop a new technology for aerial reconnaissance of long routes, based on the automation of the operation to detect abnormal deviations at the control object with the transfer of decryption results to the control point (control room), is obvious.
На сегодняшний день отсутствуют эффективные алгоритмы обнаружения на видеоизображениях трассы пролегания подземных магистральных трубопроводов замаскированных врезок и мест будущего выхода вытекающих продуктов на подстилающую поверхность.To date, there are no effective algorithms for detecting on the video paths of the underground pipelines of masked insets and places for the future output of the resulting products on the underlying surface.
Предлагается следующее решение поставленной задачи.The following solution to the problem is proposed.
По трассе трубопровода формируются имитаторы предвестников ЧС:Along the pipeline route, simulators of emergency precursors are formed:
замаскированные шурфы и отводы перекачиваемого продукта, а также имитатор утечки продукта заданной интенсивности. Формирование первых двух имитаторов не имеет особенностей, они реализуют известный подход по созданию реальных отводов. Что касается последнего варианта создания имитатора, следует использовать эффект локального охлаждения подстилающей поверхности за счет более быстрого выхода на поверхность газообразной составляющей продукта [Алеев P.M., Овсянников В.А., Чепурский В.Н. Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепродуктопроводов. - М.: Недра, 1995. - 160 с.]. В соответствии с законом Джоуля-Томсона при выходе на поверхность (включая и вытесненные из пор газовые составляющие почвогрунтов) за счет перепада давления температура ее понижается. Сымитировать этот эффект можно несколькими способами. Наиболее простой основан на создании в локальной области почвы избыточного давления за счет генерации нейтрального газа химическим или физическим способами.masked pits and outlets of the pumped product, as well as a simulator of product leakage of a given intensity. The formation of the first two simulators does not have features, they implement the well-known approach to creating real branches. As for the latter option for creating a simulator, the effect of local cooling of the underlying surface should be used due to the more rapid exit to the surface of the gaseous component of the product [Aleev P.M., Ovsyannikov VA, Chepursky V.N. Thermal imaging equipment for monitoring oil pipelines. - M .: Nedra, 1995. - 160 p.]. In accordance with the Joule-Thomson law, when it reaches the surface (including the gas components of the soil displaced from the pores), its temperature decreases due to the pressure drop. There are several ways to simulate this effect. The simplest one is based on the creation of excessive pressure in the local area of the soil by generating neutral gas by chemical or physical methods.
Со временем ввиду нарушения процесса тепломассопереноса в системе почва-растение-воздух в местах формирования шурфов и отводов продукта формируется оптический контраст в отраженном излучении [Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Энерго- и массообмен в системе растение-почва-воздух. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 360 с.]. Меняется и тепловой контраст. Например, для диапазона 8-14 мкм радиационный контраст можно представить в виде [Епифанцев Б.Н. и др. Трубопроводный транспорт: нейтрализация новых угроз безопасности. - Омск, Изд-во СибАДИ, 2006. - 295 с.]Over time, due to a violation of the heat and mass transfer process in the soil-plant-air system, in the places where pits and product outlets are formed, an optical contrast is formed in the reflected radiation [Nerpin SV, Chudnovsky AF Energy and mass transfer in the plant-soil-air system. - L .: Gidrometeoizdat, 1975. - 360 p.]. The thermal contrast also changes. For example, for the range of 8-14 microns, radiation contrast can be represented as [Epifantsev B.N. Pipeline transport: neutralization of new security threats. - Omsk, SibADI Publishing House, 2006. - 295 p.]
где Δε и ΔT - разности степеней черноты и температуры подстилающей поверхности в зоне объекта и в отдалении от него, 8 - используемый диапазон излучений 8-14 мкм. Для хорошо замаскированных траншей отведения продукта радиационный контраст может отсутствовать: (Δε/εф)=0. Только температурная составляющая µТ=ΔТ/(Т-230) демаскирует объект. По истечении определенного времени растет составляющая контраста (Δε/εф) и появляется оптический контраст в отраженном излучении практически во всех окнах прозрачности атмосферы.where Δε and ΔT are the differences between the degrees of blackness and the temperature of the underlying surface in the area of the object and in the distance from it, 8 is the used radiation range of 8-14 microns. For well-masked product discharge trenches, radiation contrast may be absent: (Δε / ε f ) = 0. Only the temperature component µ Т = ΔТ / (Т-230) unmasks the object. After a certain time, the contrast component (Δε / ε f ) increases and optical contrast appears in the reflected radiation in almost all the transparency windows of the atmosphere.
Разведка трассы проводится с использованием летательного аппарата.Exploration of the route is carried out using an aircraft.
В соответствии с [ФЗ Технический регламент «О безопасности магистральных трубопроводов для транспортировки жидких и газообразных углеводородов» / Проект №408228-5, внесен Правительством РФ] трассы магистральных трубопроводов на местности должны быть обозначены столбиками, установленными с интервалами 1000 м и привязанными к трассе (координаты).In accordance with [Federal Law Technical Regulation “On the Safety of Trunk Pipelines for the Transport of Liquid and Gaseous Hydrocarbons” / Project No. 408228-5, introduced by the Government of the Russian Federation], the routes of trunk pipelines in the area should be indicated by columns installed at intervals of 1000 m and tied to the route ( coordinates).
Можно воспользоваться этим обстоятельством и формировать имитаторы, привязав их установку к координатам столбиков. Тогда при пролете имитаторов пилотно-навигационные средства формируют сигнал, по которому устанавливаются уровни принятия решений для обозначенных выше предвестников ЧС по амплитуде откликов от сформированных изображений имитаторов. По предварительной оценке количество мест на контролируемой трассе протяженностью в 250 км, где требуется установка имитаторов, не превышает 2-х.You can take advantage of this circumstance and create simulators by tying their installation to the coordinates of the columns. Then, during the flight of the simulators, the pilot-navigational aids generate a signal, according to which decision-making levels are established for the forerunners of emergency situations indicated by the amplitude of the responses from the generated images of the simulators. According to preliminary estimates, the number of seats on a controlled route with a length of 250 km, where the installation of simulators is required, does not exceed 2.
Установка имитаторов позволяет получить информацию об уровнях сигналов от интересующих предвестниках ЧС в текущий момент времени. При невысоком темпе их изменения эти уровни будут соответствовать действительным в течение цикла ведения разведки (~1 ч). Информация подобного рода - основа избежать пропуска цели (ошибки 1 рода). Однако остается неясным вопрос о ложных тревогах. При незнании плотности ложных решений знание только пороговых уровней полезных сигналов не позволяет считать разведывательную систему описанного назначения эффективной.The installation of simulators allows you to obtain information about signal levels from interesting precursors of emergency situations at the current time. At a low rate of change, these levels will correspond to the actual levels during the reconnaissance cycle (~ 1 h). Information of this kind is the basis to avoid missing a target (errors of the first kind). However, the issue of false alarms remains unclear. If you don’t know the density of false decisions, knowing only the threshold levels of useful signals does not allow us to consider the reconnaissance system of the described purpose effective.
Действительно, сравнение экспериментальной кривой среднеквадратичного отклонения флуктуации излучения подстилающей поверхности в диапазоне 8-14 мкм (фиг.2) с изменениями полезного сигнала (фиг.1) приводит к выводу о необходимости поиска способов борьбы с помехами в этом фрагменте приложения теории обнаружения сигналов.Indeed, a comparison of the experimental curve of the standard deviation of the fluctuation of the radiation of the underlying surface in the range of 8-14 μm (Fig. 2) with changes in the useful signal (Fig. 1) leads to the conclusion that it is necessary to find ways to combat interference in this fragment of the application of signal detection theory.
Теория нацеливает на использование согласованных с формой и геометрическими характеристиками объекта пространственных фильтров, призванных обеспечить повышение отношения сигнал/помеха и тем самым снизить вероятность ложной тревоги [Левшин В.Л. Пространственная фильтрация в оптических системах пеленгации. - М.: Советское радио, 1971. 200 с.]. Однако практика выдвигает столь высокие требования к частоте ложных решений (нормальным считается одно ложное срабатывание в течение 350 часов работы охранной системы) [Звежинский С.С. Проблема выбора периметровых средств обнаружения // М.: Специальная Техника. - 2002. - №4. - С.36-41], что применение такого преобразования оказывается недостаточным для их обеспечения.The theory aims to use spatial filters consistent with the shape and geometric characteristics of the object, designed to increase the signal-to-noise ratio and thereby reduce the likelihood of false alarm [V. Levshin Spatial filtering in optical direction finding systems. - M.: Soviet Radio, 1971. 200 p.]. However, practice puts forward such high demands on the frequency of false decisions (one false alarm is considered normal for 350 hours of operation of the security system) [S. Zvezhinsky The problem of selecting perimeter detection tools // M .: Special Technique. - 2002. - No. 4. - S.36-41] that the use of such a conversion is insufficient to ensure them.
В поисках более эффективного решения проведен ряд вычислительных экспериментов. Фрагменты изображений трассы были преобразованы в другие изображения путем интегрирования в границах апертур (согласованных с искомым объектом пространственных фильтров) значений изображения подстилающей поверхности в каждой его точке (в порядке стандартной телевизионной развертки). В качестве примера на фиг.5, 6 приведены изображения исходного и преобразованного полей.In search of a more effective solution, a number of computational experiments were carried out. Fragments of the path images were converted into other images by integrating the image values of the underlying surface at each point (in the order of a standard television scan) at the boundaries of the apertures (matched with the desired spatial filter object). As an example, figure 5, 6 shows the image of the source and converted fields.
На фиг.7 показаны объекты, которые необходимо было обнаружить на изображении. Приведенный показатель формы объекта В описан в [Живичин А.Н. Дешифрирование фотографических изображений. - М.: Недра, 1980. - 253 с.]Figure 7 shows the objects that needed to be detected in the image. The given indicator of the shape of object B is described in [Zhivichin A.N. Decryption of photographic images. - M .: Nedra, 1980. - 253 p.]
где Р - периметр по контуру объекта,
Введем показатель плотность ложных решенийWe introduce the density of false decisions
где Sa и SП соответственно площади апертуры и анализируемого поля, KΛB - число выбросов, превышающих уровень среднеквадратического отклонения флуктуации поля. Фрагменты вычислительного эксперимента, отражающие зависимость
Обращает на себя внимание сильная зависимость числа ложных решений от вида корреляционной функции случайного поля, ее параметров и формы обнаруживаемого объекта. Без учета этой информации снизить частоту ложных решений на выходе с использованием согласованной фильтрации даже с введением адаптивного порога принятия решений невозможно.Noteworthy is the strong dependence of the number of false decisions on the form of the correlation function of a random field, its parameters and the shape of the detected object. Without taking into account this information, it is impossible to reduce the frequency of false decisions at the output using consistent filtering even with the introduction of an adaptive decision threshold.
Основываясь на приведенных выше результатах, предлагается следующий способ решения задачи обнаружения предвестников ЧС на трассе пролегания подземных магистральных трубопроводов.Based on the above results, the following method is proposed for solving the problem of detecting emergency precursors on the route of underground trunk pipelines.
Изображение трассы 1 на фиг.2 в процессе полета преобразуется согласованными пространственными фильтрами (последовательная свертка изображений искомого объекта с фрагментом наблюдаемого поля в каждой точке в порядке телевизионной развертки). Эту функцию выполняют блоки 2 и 3 (фиг.11). При появлении в поле зрения оптико-электронного преобразователя изображений имитаторов, координаты которых заранее введены в пилотажно-навигационную систему 7, вырабатывает сигнал, по которому блок 8 запоминает текущие уровни от преобразованных изображений имитаторов (выход блока 3) и которые используются в качестве порогов принятия решений до появления другой группы изображений имитаторов предвестников ЧС.The image of the
Первое пороговое устройство 4 выдает на выход все выбросы согласованного фильтра, превышающие установленные уровни по каждому имитатору. Блок 5 присваивает им текущие координаты и передает наблюдаемый фрагмент изображения трассы с указанием (рамка, стрелка) обнаруженных мест предвестников ЧС и их координат.The
Одновременно с указанными выше операциями в блоке 9 определяется вид функции корреляции наблюдаемого поля излучения (отражения) и показатель
Приемная часть системы (антенный блок - запоминающее устройство - монитор) работает по следующему алгоритму. Поступающая информация запоминается в блоке 11 (окончание фиг.11). Оператор 13 может вывести фрагменты запомненных изображений на экран монитора 12 и принять решение, согласующееся с решением автомата (стрелка, рамки) или нет. С помощью кнопок 14 он транслирует свое решение блоку 11. В первом случае проанализированное изображение перебрасывается в архив, во втором - сообщается наземной службе безопасности о подозрительных местах на трассе и их координатах.The receiving part of the system (antenna unit - storage device - monitor) works according to the following algorithm. The incoming information is stored in block 11 (end of FIG. 11). The
В отличие от известных решений оператору для интерпретации предоставляется во много раз меньше информации о состоянии трассы для принятия решения, появляется время более детально рассмотреть подозрительный фрагмент изображения трассы, растет надежность обнаружения.In contrast to the well-known decisions, the operator is provided with interpretation many times less information about the state of the trace for making a decision, time appears to examine the suspicious fragment of the trace image in more detail, and the reliability of detection increases.
Решение принимается с учетом решений автомата, работающего с предельно возможным объемом информации о характеристиках искомых объектов и фонов в заданный момент времени с учетом динамики их параметров в прошлом. Подобный подход исключает возможность пропуска цели и информирует оператора о числе ложных решений, сопутствующих правильному решению. Если их число велико (выбросы фона сходны с выбросами от искомых объектов) и превышает принятый граничный уровень, избежать непродуктивных решений следует переносом срока проведения разведки на другое время.The decision is made taking into account the decisions of the machine, working with the maximum possible amount of information about the characteristics of the desired objects and backgrounds at a given point in time, taking into account the dynamics of their parameters in the past. This approach eliminates the possibility of missing the target and informs the operator about the number of false decisions that accompany the correct decision. If their number is large (background emissions are similar to emissions from the desired objects) and exceed the accepted boundary level, unproductive decisions should be avoided by postponing the reconnaissance period to another time.
При снижении числа ложных решений вероятность правильных решений быстро увеличивается и при достижении ее установленного уровня доверия оператор без колебаний извещает службу безопасности о необходимости устранения обнаруженного предвестника чрезвычайной ситуации.With a decrease in the number of false decisions, the probability of correct decisions quickly increases and when it reaches the established level of confidence, the operator does not hesitate to notify the security service about the need to eliminate the detected precursor of an emergency.
Поскольку сигналы от имитаторов, полученные по отраженным и собственным излучениям, могут отсутствовать на одном канале и быть представленными на другом, использование 2-х каналов получения информации ведет к повышению надежности обнаружения искомых объектов. Кроме того, двухканальная система позволяет решать вопрос об установлении времени появления предвестников чрезвычайных ситуаций на эксплуатируемом подземном трубопроводе.Since the signals from simulators obtained by reflected and intrinsic emissions may not be present on one channel and may be presented on another, the use of 2 channels for obtaining information leads to an increase in the reliability of detection of desired objects. In addition, the two-channel system allows us to solve the problem of establishing the time for emergence of emergency precursors on an operated underground pipeline.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136432/06A RU2553843C2 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Method for remote diagnostics of state of linear part of underground main pipelines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136432/06A RU2553843C2 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Method for remote diagnostics of state of linear part of underground main pipelines |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013136432A RU2013136432A (en) | 2015-02-10 |
RU2553843C2 true RU2553843C2 (en) | 2015-06-20 |
Family
ID=53281741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013136432/06A RU2553843C2 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Method for remote diagnostics of state of linear part of underground main pipelines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553843C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656281C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-06-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Method of applying swarm of unmanned aerial vehicles for remote determination of location of underground communications, their cross section and depth in ground |
RU2664253C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-08-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Method for remote search of underground service lines and determination of their transverse dimension and depth of ground position |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2073816C1 (en) * | 1994-09-27 | 1997-02-20 | Научно-производственная фирма "Оптоойл" | Method of remote detection of oil leakage from main pipe line |
US6766226B2 (en) * | 2002-05-16 | 2004-07-20 | Andersen Aeronautical Technologies, Ltd. | Method of monitoring utility lines with aircraft |
CA2509002A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-03 | Lasen, Inc. | Aerial leak detector |
RU2281534C1 (en) * | 2005-04-08 | 2006-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр экологического и технологического мониторинга" | Method for condition inspection of product pipelines |
RU2428722C2 (en) * | 2009-07-13 | 2011-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТРАНС-СЕРВИС" | Method for remote diagnosis of main pipelines |
-
2013
- 2013-08-02 RU RU2013136432/06A patent/RU2553843C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2073816C1 (en) * | 1994-09-27 | 1997-02-20 | Научно-производственная фирма "Оптоойл" | Method of remote detection of oil leakage from main pipe line |
US6766226B2 (en) * | 2002-05-16 | 2004-07-20 | Andersen Aeronautical Technologies, Ltd. | Method of monitoring utility lines with aircraft |
CA2509002A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-03 | Lasen, Inc. | Aerial leak detector |
RU2281534C1 (en) * | 2005-04-08 | 2006-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр экологического и технологического мониторинга" | Method for condition inspection of product pipelines |
RU2428722C2 (en) * | 2009-07-13 | 2011-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТРАНС-СЕРВИС" | Method for remote diagnosis of main pipelines |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656281C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-06-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Method of applying swarm of unmanned aerial vehicles for remote determination of location of underground communications, their cross section and depth in ground |
RU2664253C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-08-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Method for remote search of underground service lines and determination of their transverse dimension and depth of ground position |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013136432A (en) | 2015-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6974457B2 (en) | Acoustic methods and systems that provide digital data | |
Zhang et al. | CO2 capture and storage monitoring based on remote sensing techniques: A review | |
US6590519B2 (en) | Method and system for identification of subterranean objects | |
Pilger et al. | Yield estimation of the 2020 Beirut explosion using open access waveform and remote sensing data | |
Davenport | Remote sensing applications in forensic investigations | |
Bell et al. | Evaluation of next generation emission measurement technologies under repeatable test protocols | |
Liu et al. | Determination of boundary layer top on the basis of the characteristics of atmospheric particles | |
Mrak et al. | Field‐aligned GPS scintillation: Multisensor data fusion | |
US3651395A (en) | Method for exploring the surface of the earth with electromagnetic energy including comparing reradiation characteristics of gases to locate escaping hydrocarbon gases at the surface emitted by deposits of petroleum and/or natural gas at depth | |
Faisal et al. | Remote sensing techniques as a tool for environmental monitoring | |
RU2291344C1 (en) | Underground pipeline flaw predicting method | |
JP2023550091A (en) | Vertical distance prediction of vibrations using distributed fiber optic sensing | |
RU2553843C2 (en) | Method for remote diagnostics of state of linear part of underground main pipelines | |
Mahdianpari et al. | Mapping land-based oil spills using high spatial resolution unmanned aerial vehicle imagery and electromagnetic induction survey data | |
Lay et al. | Midlatitude ionospheric irregularity spectral density as determined by ground‐based GPS receiver networks | |
US8150794B2 (en) | Data fusion framework for wide-area assessment of buried unexploded ordnance | |
KR102239394B1 (en) | Slow-moving Landslide Area Investigation System and Monitoring Device Thereof | |
Li et al. | Perimeter monitoring of urban buried pipeline threated by construction activities based on distributed fiber optic sensing and real-time object detection | |
Epifansev | Remote thermal-emission diagnostics for underground pipelines | |
WO2001071377A1 (en) | Method and system for identification of subterranean objects | |
Chan et al. | Combined spatial point pattern analysis and remote sensing for assessing landmine affected areas | |
RU2054702C1 (en) | Method of search of hydrocarbon deposits | |
Sloan | A current look at geophysical detection of illicit tunnels | |
Semlali et al. | Potential Earthquake Proxies from Remote Sensing Data | |
Yamashita et al. | Improving efficiency of cavity detection under paved road from GPR data using deep learning method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150803 |