RU2676386C1 - Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод - Google Patents
Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676386C1 RU2676386C1 RU2018102654A RU2018102654A RU2676386C1 RU 2676386 C1 RU2676386 C1 RU 2676386C1 RU 2018102654 A RU2018102654 A RU 2018102654A RU 2018102654 A RU2018102654 A RU 2018102654A RU 2676386 C1 RU2676386 C1 RU 2676386C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- unauthorized
- signals
- spectrum
- accumulated
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают трубопровод зондирующими периодическими виброимпульсами, формируют образцовые уровни сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принимают решение по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных точек по разные стороны от места зондирования трубопровода, при этом разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые эталонные уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой к определенному виду несанкционированного воздействия, и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию спектра разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал. Технический результат: обеспечение возможности обнаружить и идентифицировать с большой достоверностью вид несанкционированного воздействия. 4 ил.
Description
Изобретение относится к контролю безопасности эксплуатируемых магистральных трубопроводов для обнаружения несанкционированных воздействий, например: создания шурфов, монтажа врезок в трубу, утечек перекачиваемого продукта, закладок взрывчатых веществ.
Известен способ мониторинга виброакустических характеристик протяженного объекта [Пат 2271446, Российская Федерация, МПК Е21В 47/00, G01H 9/00. «Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта» [текст] / Горшков Б. Г., Зазирный М.В., Кулаков А.Т.].
Данный способ мониторинга виброакустических характеристик заключается в том, что вдоль трубопровода прокладывают волоконно-оптический кабель, на одном конце которого в него вводят импульсное излучение, регистрируемое на его другом конце. При изменении виброакустических характеристик объекта (прорыв трубы, ее просадка и др.) регистрируемый сигнал изменяется (из-за деформации оптоволокна) и по этому изменению судят о локальных или протяженных изменениях виброакустических характеристик системы «жидкость - оболочка трубы - изоляция - окружающая среда». Недостатком способа является малая помехоустойчивость, обусловленная присутствием источников сопутствующих сейсмических сигналов на трассе пролегания трубопровода (корни деревьев при наличии ветра, движение техники в прилегающей местности и др.).
Известен «Способ обнаружения изменений параметров среды в окружении заглубленного магистрального трубопровода» [Пат. 2463590, Российская Федерация: МПК G01N 29/04 (2006.01), 10.10.2012 / Б.Н. Епифанцев, А.А. Федотов]. Он основан на возбуждении периодической последовательности прозванивающих импульсов на одном конце трубопровода, регистрации их на другом конце и принятии решения по результатам анализа регистрируемых импульсов, при этом прозванивающие импульсы возбуждают в оболочке контролируемого трубопровода, а каждый из принимаемых импульсов совмещают с предыдущим, полученный таким образом текущий суммарный импульс после регистрации очередного импульса коррелируется с эталонными, полученными ранее аналогичным способом на этом же участке трубопровода с имитированными состояниями, признанными опасными, и при превышении максимальным коэффициентом корреляции из числа полученных установленного уровня принимают решение о наличии интересующего изменения параметров на трассе пролегания трубопровода и вида этого изменения, после чего процесс, мониторинга объекта контроля продолжают, а принятое решение по существующим каналам связи передают в службу безопасности. Однако изменения параметров окружающей среды (температуры, атмосферных явлений, ветровых воздействий и т.д.) приводят к изменениям упругих параметров трубопровода и, следовательно, неконтролируемым изменениям принимаемых сигналов.
Наиболее близким техническим решением является «Способ обнаружения предвестников чрезвычайных ситуаций на линейной части подземного магистрального трубопровода» (Патент РФ №2523043 от 05.04.2013 г., автор Епифанцев Б.Н.), принятый в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают трубу в заданном сечении периодической последовательностью виброакустических импульсов, которые регистрируют их в двух сечениях трубы, удаленных на одинаковые расстояния по обе стороны от сечения возбуждения, накапливают суммы отсчетов интегралов от разностей регистрируемых сигналов, в качестве эталонов используют уровни, исходя из числа накоплений для искомого предвестника чрезвычайной ситуации в совокупности с расчетной оценкой значения ожидаемого сигнала в точках регистрации, и решение о появлении этого предвестника принимают при превышении накопленного за цикл результата установленных для него эталонных уровней, при этом число накоплений в цикле определяют по задаваемой вероятности ложных решений для каждого предвестника. Способ позволяет сохранять надежность обнаружения предвестников чрезвычайной ситуации (несанкционированных воздействий) на необходимом уровне в любое время года. Здесь в качестве «рабочего» информативного сигнала принят его уровень (амплитуда) в виде среднеквадратических отсчетов, но без частотных его проявлений, что ограничивает надежность обнаружения несанкционированных воздействий и возможности идентификации видов несанкционированных воздействий.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности обнаружения и обеспечения возможности идентификации несанкционированных воздействий на трубопровод.
Поставленная цель достигается тем, что способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод, заключающийся в его возбуждении зондирующими периодическими виброимпульсами, формировании образцовых уровней сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принятии решения по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных и по обе стороны от точки зондирования трубопровода, дополнен тем, что, согласно изобретению, разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые образцовые уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой каждого из них к определенному виду несанкционированного воздействия, и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию уровня разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал.
Предлагаемый способ поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему фигурами: 1 - структурной схемой реализации способа, 2 - блок - схемой алгоритма его работы, 3 и 4 - областями непересекающихся доверительных интервалов частотного спектра сигналов на действующем трубопроводе, например, диаметром 400 мм с жидкостью при заданной доверительной вероятности Р=0,99 и выборке N=180 импульсов.
На фиг. 1 обозначено: трубопровода 1, окружающий трубопровод 1 грунт 2, микроконтроллер 3, генератор упругих колебаний 4,; вибропреобразователи 5, 6, двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7 со схемой вычитания на выходе, линия задержки 8, накопитель сигналов 9, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 10.
Генератор упругих колебаний 4, запускаемый импульсами от тактового генератора в микроконтроллере 3, возбуждает колебания в трубопроводе 1, которые воспринимаются вибропреобразователями 5 и 6, подключенными к АЦП 7. Преобразование аналогового сигнала в цифровой и вычитание амплитуд от вибропреобразователей 5 и 6 осуществляется после поступления импульса от тактового генератора в микроконтроллере 3 через линию задержки 8, компенсирующую время распространения упругих колебаний по трубопроводу. Дискретные отсчеты разностей сигналов вибропреобразователей 5 и 6 поступают на накопитель 9, реализующий когерентное накопление с усреднением заданного числа N импульсов, заданного в микроконтроллере 3. Блок БПФ 10 преобразует накопленный сигнал в накопителе 9 в амплитудно-частотный спектр, который поступает в память микроконтроллера 3 и сохраняется в его накопителе.
Схема алгоритма микроконтроллера 3 показана на фиг. 2. Приведенная выше последовательность операций повторяется (N⋅k) раз, где N - число накопленных сигналов, 10k - требуемое количество итераций. При достижении заданного значения (N⋅k), микроконтроллер 3 определяет по выборке из к полученных от БПФ 10 частотных спектров для каждой частоты n значения математического ожидания Mn, среднеквадратического отклонения σn и верхней и нижней границ доверительного интервала S1 и S2:
где t - коэффициент, определяемый по матрице таблицы Стьюдента в памяти микроконтроллера 3 по заданным N и доверительной вероятности Р.
Массив из 2n доверительных границ сохраняется в качестве эталонных в памяти микроконтроллера 3, который переходит в режим ожидания установки имитатора несанкционированного воздействия.
По результатам исследований, проведенных авторами, установлено, что достоверную информацию о виде несанкционированного воздействия можно извлечь из амплитудно-частотного спектра сигнала (фиг. 3, 4) [Федотов А.А. Активный помехоустойчивый виброакустический способ контроля состояния магистрального трубопровода: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.11.13 / Федотов Александр Анатольевич; ОмГУПС. - Омск., 2017. - 23 с].
В режиме ожидания формируется внедрение имитатора нарушения (например, шурф). После данной операции микроконтроллер 3 по внешней команде возобновляет подачу импульсов на генератор 4, и упомянутая последовательность операций (фиг. 1) запускается вновь.
При достижении необходимого количества доверительных границ в памяти микроконтроллера 3, соответствующих установленным имитаторам, микроконтроллер вычисляет зоны амплитудно-частотного спектра, не имеющие по амплитуде общих пересечений (например, восемь диапазонов на фиг. 3, 4), и переходит в режим мониторинга. Текущий накопленный образец амплитудного спектра разницы сигналов от вибропреобразователей 5 и 6 накладывается на доверительные интервалы частотных диапазонов в зонах, обозначенных как информативные, и по попаданию кривой спектра в данные частотные границы идентифицируют вид воздействия.
Информативные диапазоны спектра «привязаны» к состояниям трубопровода (например, «без нарушения» и «шурф» на фиг 3, 4). Например, из выделенных частотных диапазонов выбирают тот, в котором разница между границей, соответствующей доверительному интервалу при состоянии «без нарушения» и границей - «шурф», будет наибольшей.
Таким образом, работа с частотным представлением сигнала позволяет повысить надежность обнаружения за счет исключения неинформативной составляющей и выделить (идентифицировать) с большей достоверностью вид несанкционированного воздействия.
Claims (1)
- Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод, заключающийся в его возбуждении зондирующими периодическими виброимпульсами, формировании образцовых уровней сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принятии решения по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных точек по разные стороны от места зондирования трубопровода, отличающийся тем, что разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые эталонные уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой к определенному виду несанкционированного воздействия и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию спектра разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102654A RU2676386C1 (ru) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102654A RU2676386C1 (ru) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676386C1 true RU2676386C1 (ru) | 2018-12-28 |
Family
ID=64958653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018102654A RU2676386C1 (ru) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676386C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5416724A (en) * | 1992-10-09 | 1995-05-16 | Rensselaer Polytechnic Institute | Detection of leaks in pipelines |
| RU2089896C1 (ru) * | 1994-05-24 | 1997-09-10 | Николай Николаевич Горохов | Способ исследования дефектов трубопровода и устройство для его осуществления |
| WO2002070946A2 (en) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Gas Research Institute | In-ground pipeline monitoring |
| RU2271446C1 (ru) * | 2004-07-27 | 2006-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
| RU2350833C1 (ru) * | 2008-01-15 | 2009-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет) | Способ контроля и диагностики состояния трубопровода |
| RU2523043C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" | Способ обнаружения предвестников чрезвычайных ситуаций на линейной части подземного магистрального продуктопровода |
-
2018
- 2018-01-23 RU RU2018102654A patent/RU2676386C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5416724A (en) * | 1992-10-09 | 1995-05-16 | Rensselaer Polytechnic Institute | Detection of leaks in pipelines |
| RU2089896C1 (ru) * | 1994-05-24 | 1997-09-10 | Николай Николаевич Горохов | Способ исследования дефектов трубопровода и устройство для его осуществления |
| WO2002070946A2 (en) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Gas Research Institute | In-ground pipeline monitoring |
| RU2271446C1 (ru) * | 2004-07-27 | 2006-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
| RU2350833C1 (ru) * | 2008-01-15 | 2009-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет) | Способ контроля и диагностики состояния трубопровода |
| RU2523043C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" | Способ обнаружения предвестников чрезвычайных ситуаций на линейной части подземного магистрального продуктопровода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9631972B2 (en) | Distributed fibre optic sensing | |
| RU2518978C2 (ru) | Волоконно-оптическое акустическое измерение | |
| US9599272B2 (en) | Monitoring of the position of a pipe inspection tool in a pipeline | |
| RU2593620C2 (ru) | Способ и система для определения положения источника звука | |
| US20150013465A1 (en) | Monitoring Transport Network Infrastructure | |
| EA029021B1 (ru) | Мониторинг геологической среды с использованием распределенных акустических датчиков | |
| US20130242698A1 (en) | Seismic Surveying Using Fiber Optic Technology | |
| US20130319121A1 (en) | Distributed Acoustic Sensing | |
| BR112012011225B1 (pt) | sensor de fibra óptica distribuído, e, método de detecção por fibra óptica distribuída | |
| CN103733040A (zh) | 管道的监测 | |
| US10656041B2 (en) | Detection of leaks from a pipeline using a distributed temperature sensor | |
| EP2955493A1 (en) | System for monitoring and/or surveying conduits | |
| US20180045687A1 (en) | Defect analysis device, defect analysis system, defect analysis method, and computer readable recording medium | |
| RU2676386C1 (ru) | Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод | |
| Hull et al. | Well integrity monitoring & analysis using distributed acoustic fiber optic sensors | |
| RU2463590C1 (ru) | Способ обнаружения изменений параметров среды в окружении заглубленного магистрального продуктопровода | |
| Liang et al. | Fiber optic sensor for detection of ground vibrations | |
| JP2006292415A (ja) | 空洞の探査方法 | |
| RU2523043C1 (ru) | Способ обнаружения предвестников чрезвычайных ситуаций на линейной части подземного магистрального продуктопровода | |
| Rastegaev et al. | Location of noise-like sources of acoustic emissions using the spectral similarity method | |
| Zhou et al. | Benford's law as debris flow detector in seismic signals | |
| CN106612144A (zh) | 一种通信光缆故障点地面位置快速查找测试方法 | |
| RU2543930C2 (ru) | Сейсмическая система для контроля протяженных рубежей охраны | |
| Sha et al. | Intrusion Location with Breaking-the-Pulse-Width-Limit Spatial Resolution and High Robustness based on φ-OTDR and Spatial Frequency Analysis | |
| Valente et al. | Fiber optic accelerometer for pipeline surveillance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200124 |