Введение к работе
Актуальность работы
Обеспечение целостности газотранспортных систем имеет важнейшее значение, так как выход из строя магистрального газопровода влечет за собой значительный экономический ущерб, а также возможные человеческие жертвы. Основной причиной разрывов газопроводов является наличие дефектов в стенке трубы. Среди методов неразрушающего контроля наиболее востребован и распространен метод рассеяния магнитного потока - MFL (Magnetic Flux Leakage). Диагностической информацией для анализа является двумерный магнитный сигнал, характеризующий топографию тангенциальной компоненты поля рассеяния на внутренней поверхности трубопровода. Анализ данных MFL включает в себя оценку геометрии обследованных объектов на основе измеренных магнитных полей. Традиционный метод визуального анализа специально обученными экспертами огромного объема данных (20-50 Гб на 100 км) занимает очень много времени и сил, а качество интерпретации зависит от уровня квалификации аналитика. Поэтому разработка методов автоматической идентификации диагностических сигналов в магнитной дефектоскопии газопроводов является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка методов автоматического обнаружения кольцевых сварных швов и дефектов газопроводов по диагностическим данным трубных магнитных дефектоскопов.
Основными задачами исследования, определяемыми поставленной целью, являются:
анализ актуального состояния автоматизации обнаружения дефектов и кольцевых сварных швов по данным диагностики трубными магнитными дефектоскопами;
разработка математической модели свойств диагностических данных и выявление полезной информации и шумов;
разработка методов распознавания для заданного множества классов объектов;
- оценка качества разработанного метода распознавания;
- разработка программного обеспечения для автоматической
интерпретации диагностических данных.
Методы исследования
В диссертационной работе использован аппарат математической статистики, теории цифровой обработки сигналов, кластерного анализа; численные методы.
Научная новизна
- разработан подход, обеспечивающий минимальное отличие
результатов автоматического и визуального экспертного анализа
магнитограмм, заключающийся в численном моделировании
качественных классификационных признаков MFL-образов;
определены инвариантные к преобразованиям переноса, масштабирования и поворота информативные признаки MFL-образов для заданных классов объектов, основанные на Фурье-преобразовании и частотной фильтрации сигнальных контуров;
- предложен алгоритм сокращения длины описания MFL-образов
путем разложения их на контуры, Фурье-анализа контуров и
преобразования Фурье-коэффициентов;
предложена параметрическая модель MFL-образа объекта с минимальной длиной описания;
разработан алгоритм идентификации кольцевых сварных швов, превосходящий известные аналоги по качеству распознавания;
разработан комплекс высокопроизводительных, высокоточных алгоритмов поиска и идентификации объектов на газопроводе на основе контурного анализа их MFL-образов, инвариантных к преобразованиям переноса, масштабирования и поворота;
построен алгоритм предварительной обработки MFL-образов на основе методов математической морфологии и математической статистики.
Основные положения, выносимые на защиту
- алгоритм классификации объектов по их MFL-образам при
визуальном экспертном анализе магнитограмм;
алгоритм идентификации кольцевых сварных швов, инвариантный к природе сигнала;
- модель MFL-образов объектов с минимальной длиной описания,
сохраняющая классификационные признаки образов;
- классификационные признаки MFL-образов для 4 заданных
классов объектов.
Практическая цеішость результатов работы
Разработанные методы позволили решить прикладную задачу автоматической реконструкции структуры газопроводов и дефектов на них по результатам внутритрубных инспекций методом MFL. Результаты диссертационной работы в виде комплекса программных продуктов находятся в промышленной эксплуатации и используются для обработки результатов инспекций магистральных газопроводов в компании «НПО «Спецнефтегаз». С помощью данного программного комплекса на сегодняшний день реализуется свыше 50% объема обследований российской газотранспортной системы, что составляет порядка 15000 километров газопроводов в год. Внедрение данной экспертной системы позволило полностью автоматизировать процедуру поиска дефектов и обобщенной оценки их размеров для анализа состояния газопроводов по результатам их инспекций, а также сократить время проведения экспресс-анализа в 20-100 раз. Вероятность обнаружения дефектов составляет 97-99%, что удовлетворяет требованиям к качеству. Разработанные методы могут быть использованы для решения задачи идентификации объектов по двумерным сигналам произвольной природы в любой области деятельности, связанной с физическими измерениями, в том числе с высоким уровнем шума и сложной структурой, а также для распознавания произвольных образов.
Достоверность научных и практических результатов
обеспечивается корректностью постановки задачи, отсутствием противоречий с выводами других авторов, использованием в работе хорошо проверенных современных аналитических и численных методов и строгой обоснованностью принятых приближений и допущений.
Личный вклад автора
Автором самостоятельно решена задача автоматической идентификации магнитных сигналов, получаемых при дефектоскопии газопроводов: исследовано состояние предметной области, обнаружены классификационные признаки распознаваемых магнитных образов, построено решающее правило, разработан и внедрен в эксплуатацию комплекс алгоритмов, реализующих сформулированные задачи. Основные результаты работы самостоятельно и в соавторстве опубликованы автором в ведущих рецензируемых научных журналах и апробированы на конференциях.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в 14 публикациях, из них 7 опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК; а также докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
1. XVII Российская научно-техническая конференция
«Неразрушающий контроль и диагностика», 2005, Екатеринбург;
2. XI Межрегиональная научно-практическая конференция
молодых ученых и специалистов, 2005, Екатеринбург;
-
Всероссийская заочная электронная конференция «Современные проблемы науки и образования», 2004, Москва;
-
VII Общероссийская научная конференция с международным участием «Успехи современного естествознания», 2005, Сочи.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 133 наименования, 2 приложений. Основная часть работы изложена на 200 страницах. Работа содержит 98 рисунков, 25 таблиц.
