Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния промышленной безопасности опасных производственных объектов предприятий нефтепереработки 12
1.1.. Классификация технических систем опасных производственных объектов 13
1.1.1, Классификация нефтезаводского оборудования. Признаки отнесения объекта к особоопасному производству 13
1.1.2, Классификация нефтезаводского оборудования по степени опасности 15
1.1..3. Классификация потенциально опасных веществ по показателям пожаровзрьиюопаспости 19
1.2. Статистика аварий на предприятиях нефтегазовой промышленности 27
Выводы по Главе 1 33
Глава 2. Методы оценки основных опасностей технологических установок 34 2Л. Анализ существующих методических подходов к оценке реализаций аварийных ситуаций на ОПО и их последствий 34
2,2- Расчет зон опасностей опасных производственных объектов 39
2.3. Вейвлет-аяализ 43
2.3.1. Непрерывное вейвлет-лреобразование 46
2.3Н2. Кратномасштабиое представление функций 50
2.3.3. Дискретное вейвлет-преобразовапие 52
2.3.4. Расчет фильтров Добеши 55
Выводы по Главе 2 58
Глава 3. Моделирование реализации аварийной ситуации на опасных производственных объектах нефтегазовой іфомьішленности с использованием ГИС -технологий - 60
3.1, Общие требования к геоинформационной системе, проблемно-ориентированной на промышленную безопасность в нефтегазовой отрасли 60
3.2- Геоинформационная система ГИС «ИнГНО» 63
3.3. Подсистема ГИС «ИнГЕО» визуализации зон опасностей опасных производственных объектов 68
3.3.1. Методы отображения зон опасностей опасных производственных объектов 68
3.3.2. Концепция подсистемы ГИС «ИнГЕО» визуализации зон опасностей 71
Выводы по Главе 3 74
Глава 4. Оценка потенциальной опасности опасных производственных объектов нефтегазовой промышленности с применением вей влет-анализа .. 75
4.1. Метод вейвлет-анализа зон равной потенциальной опасности опасных объектов 75
4.1.Г Алгоритм кратномасштабного анализа 76
4.1.2, Критерий выбора масштаба вейвлет-анализа зон опасностей 79
4.1.3. Критерий оценки результатов вейвлет-преобразования зон опасностей 82
4.2. Подсистема ГИС «ИнГЕО» вейвлет-анализа зон опасностей опасных производственных объектов 84
4.3. Кратношсштабный вейвлет-анализ зон опасностей установок нефтеперерабатывающего завода 87
4.3.L Установка ЭЛОУ-АВТ 87
4.3.2. Установка АВТ-2 91
4.4. Оптимизация безопасного расположения оборудования установки 94
4.4.1. Постановка и решение задачи оптимизации безопасного расположения оборудования 94
44.2. Оценка зон опасностей оптимально расположенного оборудования установки 97
Выводы по Главе 4 100
Заключение 102
Литература
- Классификация технических систем опасных производственных объектов
- Расчет зон опасностей опасных производственных объектов
- Общие требования к геоинформационной системе, проблемно-ориентированной на промышленную безопасность в нефтегазовой отрасли
- Метод вейвлет-анализа зон равной потенциальной опасности опасных объектов
Введение к работе
«Увеличение количества и расширение масштабов чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, влекущих значительные материальные и людские потери, - подчеркивается в Концепции национальной безопасности РФ, - делает крайне актуальной проблему обеспечения национальной безопасности в природно-техногенной и экологической сферах» [9].
Проблемы безопасности на объектах нефтегазового комплекса имеют особое значение. Они связаны с физико-химическими свойствами углеводородных веществ, приводящими к их возгоранию или взрыву в случае аварий. Авариям на нефтеперерабатывающих предприятиях характерны большие объемы выброса взрывопожароотасных веществ, образующие облака тон-ливпо-воздушных смесей, разливы нефтепродуктов и как следствие - пожары, взрывы, разрушение соседних аппаратов и целых установок. Согласно статистике, ущерб от аварийности и травматизма достигает 5-10% от валового национального продукта промышленно развитых государств, а загрязнение окружающей природи ой среды и несовершенная техника безопасности являются причиной преждевременной смерти 20-30% мужчин я 10-20% женщин [12].
Практика показывает, что полностью исключить аварии и уменьшить до нуля опасность, несущую опасными производственными объектами, невозможно. Поэтом}' техногенные аварии необходимо предупреждать или ослаблять их вредное воздействие.
Существует множество методик, позволяющих оценивать степень безопасности опасного производственного объекта. Однако в применении эти методики оказываются достаточно сложны, так как они рассматривают непривязанные к местным условиям опасные производственные объекты. Кроме того, в них рассматривается степень опасности только отдельных обьектов -аппаратов, оборудования технологических установок.
Для существенного сокращения или устранения негативных последствии аварий необходимы исследования, позволяющие сравнительно легко прогнозировать и оценивать последствия реализации аварийной ситуации опасных производственных объектов.
Однако специфичность технологических процессов по хранению и переработке нефтепродуктов предполагает огромное количество данных, которые необходимо обрабатывать. Анализ этих данных и принятие решения на его основе становится все более затруднительным. Но в начале восьмидесятых годов прошлого столетня появилось новое направление в области обработки данных - вейвлет-анализ. Результаты, полученные с помощью вейвлет-апалнза, обладают большой информативностью и позволяют проводить оценку исходных данных с наименьшими трудозатратами.
Вейвлеты широко применяются для фильтрации и предварительной обработки данных, анализа состояния и прогнозирования ситуации, распознавания образов, при обработке и синтезе различных сигналов, например речевых, медицинских, для решения задач сжатия и обработки изображений, при обучении нейросетей и во многих других случаях.
Сравнение возможностей, которые предоставляют прежние методы анализа данных и новый подход, широко освещено в литературе. Прежде всего, следует выделить работы И. Добеши [27, 33, 84], К. Чуй [80, 82], В. Свелден-са [108, 109], С. Маллат [100], А. Луиса и соавторов [99], где наиболее объемно охвачены вопросы, связанные с вейвлст-анализом* Кроме того, теме вейвлет-анализа данных посвящены работы Грнбунина В,Г. и Воробьева В.И.[15], Переберина АА [64], Дремина ИМ. и соавторов [28], Новикова И.Я., Стечкина СБ., Закирничной ММ. и других.
Вопросы оценки потенциальной опасности опасных объектов в работе рассматриваются на примерах установок ЭЛОУ-АВТ в связи с тем, что они являются основными установками 90% нефтеперерабатывающих предприятий (в целях упрощения рассматриваются только зоны равной потенциальной опасности).
Целью работы является создание научно-методических основ оценки
зон потенциальной опасности опасных производственных объектов нефтепс-
^ рерабатывающей промышленности с использованием геоинформационных
систем (ГИС) и вейвлет-анализа. Задачи исследования.
Сбор и анализ статистической информации по техногенным авариям в нефтегазовой отрасли и существующих методов оценки основных опасностей технологических установок предприятий нефтепереработки.
Разработка метода и алгоритма оценки зон потенциальной опасности опасных объектов с использованием ГИС-технологий и вейвлет-анализа.
Определение критериев країно масштаб но го вейвлет-анализа зон потенциальной опасности опасных объектов к разработка алгоритма оптимально безопасного расположения оборудования установок ОПО.
Научная новизна»
Разработан алгоритм оценки зон равной потенциальной опасности опас-
ных объектов с использованием геоинформационной системы и метода крат-
номасштабпого вейвлет-анализа, позволяющий па цифровой карте местности локализовать наиболее опасные области территории установки нефтеперерабатывающего предприятия.
Определены критерии кратномаештабного вей влет-анализа зон потенциальной опасности опасных производственных объектов:
критерий выбора масштаба вейвлет-анализа - количество незначащих опасных областей; выявлен оптимальный масштаб анализа - 15-й;
критерий оценки результатов вейвлет-анализа - количество наложений зон опасности, определяющее на вейвлет-преобразованном изображении область опасности определенного цвета.
Разработан новый алгоритм оптимально безопасного расположения оборудования установки, позволяющий свести к минимуму воздействие поражающих факторов критической величины на соседнее оборудование, а также минимизировать длину технологических трубопроводов установки.
Практическая ценность.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе разработанного алгоритма созданы подсистемы ГИС «ИнГЕО», позволяющие: отображать зонирование территории опасного производственного объекта по степени опасности: проводить вейвлет-анализ зон потенциальной опасности опасных объектов. Эти подсистемы используются:
в научно-исследовательской работе кафедры «Машины и аппараты химических производств» УГНТУ при разработке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций опасных производственных объектов с целью определения критических зон потенциальных опасностей;
в ОАО «ГАЗ-СЕРВИС» при разработке проектов строительства объектов газового хозяйства, заправочных станций сжиженным газом и нефтепродуктами, а также при составлении планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций па указанных объектах;
в ЗАО «Центр системных исследований «Интегро» как программные
модули расширения и включены в состав геоинформационной системы «Ин-
ГЕО».
# # #
Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, список использованных библиографических источников и три приложения.
В первой главе приводится классификация технических систем опасных производственных объектов согласно определенным признакам, а также классификация основных опасностей опасных производственных объектов предприятий нефтепереработки. Приведен список наиболее масштабных аварий на предприятиях нефтегазопереработки мира за 2000-2005 гг.
Вторая глава носит, в основном, обзорный характер и освещает вопросы, связанные с определением вейвлет-анализа, рассматриваются непрерывное и дискретное вейвлет-преобразовашя, методика расчета коэффициентов фильтров Добеши. Кроме того, здесь приводится анализ существующих ме-
тодик в области оценок последствий реализаций аварийной ситуации на опасных производственных объектах. Приведен метод расчета зон опасностей опасных объектов.
Третья глава посвящена моделированию последствий реализации аварийных ситуаций на опасных объектах на территории нефтеперерабатывающего предприятия на основе ГИС-технологий. При этом рассматриваются общие требования к ГИС, обосновывается выбор ГИС. «ИнПЕО» дла решения поставленной цели. Приводится также описание созданной подсистемы ГИС «ИнГЕО» визуализации зон потенциальной опасности опасных объектов.
Четвертая глава посвящена применению теории вейвлетов к анализу последствий реализации аварийной ситуации на опасных объектах. Приведены: описание алгоритма и метода анализа; описание подсистемы ГИС «ИнГБО» вейвлет-аналпза зон опасностей опасных объектов; постановка и решение за-дачи безопасного расположения опасных объектов с оптимизацией длины трубопроводов. Показано практическое применение подсистемы ГИС «Ия-ГЕО» вейилет-анализа для анализа последствий реализации аварийной ситуации па установках ЭЛОУ-АВТ,
В заключении кратко повторно перечислены основные результаты и выводы, полученные в ходе исследования*
Приложение 1 содержит список значений коэффициентов фильтров До-беши до длины 30.
В Приложении 2 приведены диаграммы прецедентов и анализа подсистемы вейвлст-анализа зон опасностей опасных объектов, которые были разработаны в ходе реализации подсистемы.
В Приложении 3 приведены результаты обработки вейвлет-анализом исходных данных зон опасностей.
* * *
Автор выражает благодарность заведующему кафедрой МАХП, профессору Кузееву И.Р. за оказанную помощь и ценные замечания при выполнении диссертационной работы, к.т.н. Тляшевой P.P. и к.т.н. Вахаповой Г.М. за по-
мощь при составлении методик визуализации зон опасностей и веивлет-анализа зон опасностей, а также всем тем. кто так или иначе принимал непосредственное участие в процессе исследования. Отдельная благодарность директору ЗАО «ЦСИ «Интегро» Горбачеву ВТ,, инженеру-программисту Ту-каеву P.P. и системному аналитику Кондрову Д.М. за методическую, техническую и моральную поддержки при воплощений проекта в реальность.
Классификация технических систем опасных производственных объектов
Согласно Федерального закона №116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» к катетрии опасных производственных объектов относятся объекты, на которых: получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются следующие опасные вещества: воспламеняющиеся вещества - газы, которые при нормальном давлении и в смеси с воздухом становятся воспламеняющимися и температура кипения которых при нормальном давлении составляет 20С или ниже; 1 окисляющие вешества - вещества, поддерживающие горение, вызывающие воспламенение и (или) способствующие воспламенению других веществ в результате окислительно-восстановительной экзотермической реакции; горючие вещества - жидкости» газы, пыли, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления; взрывчатые вещества - вещества, которые при определенных видах внешнего воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое превращение с выделением тепла и образованием газов; токсичные вещества - вещества, способные при воздействий па лшвые организмы приводить к их гибели и имеющие следующие характеристики: средняя смертельная доза при введении в желудок от 15 мг на килограмм до 200 мг на килограмм включительно; средняя смертельная доза при нанесении на кожу от 50 мг на килограмм до 400 чг на килоірамм включительно; средняя смертельная концентрация в воздухе от 0,5 мг па литр до 2 мг на лшр включительно; высокотоксичные вещества - вещества, способные при воздействии на живые орі ан измьг приводить к их гибели и имеющие следующие характеристики: средняя смертельная доза при введении в желудок не более 15 мі на килограмм; средняя смертельная доза при нанесении на кожу не более 50 мг на килограмм; средняя смертельная концентрация в воздухе не более 0,5 міна литр; вещества, представляющие опасность для окружающей природной среды, - вещества, характеризующиеся в водной среде следующими показателями острой токсичности; средняя смертельная доза при ингаляционном воздействии на рыбу в течение 96 часов не более 10 мг на литр; средняя концентрация яда, вызывающая определенный эффект при воздействии на дафнии в течение 48 часов, не более 10 мг на литр; средняя ингибирующая концентрация при воздействии на водоросли в течение 72 часов не более 10 мг на литр; используется оборудование, работающее под давлением более 0,07 МПа или при температуре нагрева воды более 115С;
По назначению нефтеперерабатывающее оборудование подразделяется на следующие группы: реакторное - реакторы, регенераторы; массообменное (аппараты для разделения) - ректификационные колонны, адсорберы, десорбери; нагревательное (аппараты для перемещения тепла) - трубчатые печи, теплообменники; охлаждающее - холодильники, конденсаторы, аппараты воздушного охлаждения; для разделения эмульсий и суспензий - отстойники, сепараторы, центрифуги, фильтры; для хранения жидких продуктов - цистерны, емкости, резервуары; для перемещения массы - насосы, компрессоры; для отключения аппаратов и участков трубопроводов - запорная арматура (задвижки, вентили).
Таким образом, мы видим, что перерабатываемыми продуктами являются воспламеняющиеся газы, горючие жидкости в парообразном, жидком и перегретом состоянии. При разгерметизации основных технологических аппаратов происходит мгновенный переход жидких углеводородов в парообразное состояние с образованием взрывоопасного облака, которое при наличии источника вослламенения может привести к взрыву, при разливе жидкой фазы к возгоранию [30, 34, 60, 71]. Нефтепродукты являются потенциально опасными веществами - веществами, которые вследствие своих физических, химических, биологических или токсикологических свойств, предопределяют собой опасность для жизни и здоровья людей [23, 25].
Кроме технологических установок на НПЗ находятся товарные парки и склады реагентов, парки промежуточных продуктов, с необходимым для обеспечения непрерывности производства запасом сырья. В этом случае опасность объекта определяется количеством вещества и его физико-химическими особенностями, определяющими класс опасности вещества [77]. Склады и резервуарные парки легковоспламеняющихся и горючих жид-костей опасны возможностью пожаров пролива, так как при разрушении резервуара в обваловку и на прилегающую территорию выливается весь объем резервуара [8].
Повышенную опасность представляют собой склады сжиженных углеводородов вследствие высоких показателей взрывооп ясности сжиженных газов. Поэтому к эксплуатации складов сжиженных углеводородов предъявляют особые требования 18, 67].
Расчет зон опасностей опасных производственных объектов
В Российской Федерации, как и в мире в целом, накоплен большой опыт заблаїшременнсю прогнозирования последствий аварий на объектах хране ния и переработки нефти и газа, создан комплекс специальных методик. Как правило, они имеют ведомственный характер или же предназначены для ре ш шения некоторых узких задач, таких как декларирование промышленной безопасности, оценка последствий аварий для окружающей природной среды, определение степени опасности для людей, зданий и сооружений.
Опыт декларирования промышленной безопасности и развитие методов оценки риска опасных производственных объектов неоднократно обсуждались и распространялись на семинарах, проводимых Ростехнадзором. Основными результатами семинаров являются рекомендации о необходимости активизации деятельности по совершенствованию нормативно-методической базы анализа риска аварий, включая разработку методик оценки риска и критериев приемлемого риска, методов сбора и анализа необходимой информации, оценки ущерба от аварий на опасных производственных объектах, создание компьютерных программ для анализа. Большинство обсуждаемых вопросов относилось к оценке последствий аварий и степени риска на объектах нефтегазового комплекса [62, 63].
Обобщению и анализу опыта декларирования промышленной безопасности в нефтегазовом комплексе посвящены работы А.С.Печеркина, В Л Сидорова. МВ.Лисанова, А.И-Гражданкина, А.АШвыряева. Основные и часто встречающиеся недостатки декларирования: методическая база анализа риска требует совершенствования и создания сертифицированных автоматизированных систем; описания технологических участков опасных производственных объектов приведены без привязки к технологическим схемам; нет планов размещения оборудования; отсутствие ситуационных планов, позволяющих получить достаточную и корректную информацию о масштабах аварий.
Но, самое главное, в методических разработках по оценке последствий аварий на опасных объектах не используются географические информационные системы (ГИС), без применения которых оценка последствий аварий производится весьма приближенно. В целом, наряду с разработкой отраслевых методик оценки риска и критериев приемлемого риска, методов сбора и анализа необходимой информации, Ростехпадзором для повышения эффективности декларирования промышленной безопасности рекомендуются; создание компьютерных программ, способных проводить анализ [62]; разработка методик, учитывающих основные стадии и эффекты ава рийного процесса, и объединенных па основе общих параметров в комплекс взаимосвязанных методик 63.
Естественно, такими программами должны быть программы, ориентированные на применение геоинформационных технологий.
Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах [63, 52] позволяют определить поля давлений и импульсов при аварийных взрывах топливно-воздушньтх смесей, установить количественные оценки взрывопожароопасности технологических блоков, определить массу участвующего во взрыве вещества и радиусы зон разрушений.
Анализ и оценка последствий аварий на объектах хранения горючих веществ рассмотрены в трудах В.А.Котяяревского и А.В,Забегаева [37, 5], АЛ.Шаталова и Х.М.Ханухова [381, В.С.Сафонова, Г.Э.Одишария и ААШвыряева [69], Н,Н.Брушлинского и А.Я.Корольченко [58] и других.
В [38] обосновывается необходимость оценки эффективности мероприятий но снижению степени риска поражения людей и возможного ущерба при аварии, в том числе рассмотрены пути обеспечения прочности резервуаров и сосудов дли хранения нефтепродуктов и сжиженных газов. Данные по конструкциям и основным характеристикам резервуаров, газгольдеров и других конструкций для хранения и транспортировки сжиженных газов и нефтепродуктов, приведенные в [5]? методы прогнозирования последствий аварий, изложенные в [5, 38J, позволяют осуществить прочностные расчеты при проектировании этих конструкций, а также мониторинг, оценку остаточного ресурса и определение возможного ущерба, связанного с авариями. Для оценки последствий аварий на объектах нефтегазового комплекса также могут быть применены результаты математического моделирования пожаров, изложенные в [58]. Аналитические зависимости полупены с учетом моделей, соответствующих современному уровню знаний о процессах горения и теплообмена при пожарах. В [58] даны как детерминированные, так и вероятностные критерии поражения людей, зданий и технологического оборудования ударной волной и тепловым излучением.
Общие требования к геоинформационной системе, проблемно-ориентированной на промышленную безопасность в нефтегазовой отрасли
На основе анализа проблем, связанных с повышением безопасности объ ектов нефтегазовой отрасли, сформулированы общие іребования к исполь зуемой ГИС [42]. Эти требования учитывают пространственно-временные факторы, разнородность методического и информационного обеспечения технологию создания и возможность развития системы.
Общие требования к ГИС целесообразно разделить на группы и обосно вать, исходя из перечня основных аварий; масштабов воздействия и тяжести последствий; характера поражающего воздействия; содержания задач обеспечения безопасности объектов и поддержки принятия решений; технологических, функциональных и экономических требований.
Основные виды аварий. С помощью ГИС в первую очередь должна проводиться оценка тех событий, которые могут привести к гибели людей или большому ущербу. Исходя из этого условия, к таким событиям следует отнести аварии на объектах: пожаровзрывоопасных; химически опасных.
Масштабы воздействия и тяжесть последствий. В соответствии с Положением о классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, утвержденным постановлением Правительства РФ от 13.09.1996 г. № 1094, но степени тяжести ЧС разделяются на локальные; местные, территориальные; региональные; федеральные; трансграничные.
Для обеспечения промышленной безопасности на предприятиях нефтепереработки достаточно рассматривать локальные аварии. В соответствии с этим в ГИС должна быть включена картографическая информация с детализацией до объектов-оборудований различных нефтехимических установок.
Характер поражающего воздействия. Исходя из различной природы источников и нолей поражающих факторов, в состав ГИС должны быть включены математические модели, позволяющие рассчитывать ударные волновые, тепловые, химические поля воздействия (модели воздействия). Блок математических моделей должен включать также процедуры, позволяющие определять зоны, характеризующие степени разрушения, поражения. Оценки показателей должны базироваться на единой научно-методической основе.
Состав задач повышения безопасности объектов и поддержки принятия решений, В состав задач можно включить аналитические компоненты информационного обеспечения: прогнозные модели, включая заблаговременные оценки масштабов аварий и ущерба, показателей последствий; оптимизационные модели - распределение ресурсов, организация эффективного управления; оперативные модели — оценка обстановки, расчет сил и средств, показателей жизнеобеспечения по факту события. Каждая модель даст воз можность решать определенные типы задач поддержки принятия решений как до события, так и по факту его возникновения.
Экономические требования- Геоинформационные системы являются важной компонентой информационных технологий, обеспечивающих в составе других мероприятий - инженерно-технических и организационных - повышение безопасности объектов, уменьшение и смягчение последствий аварий. При разработке ГИС следует учитывать стоимостные затраты на систему. При этом, в совокупности с другими мероприятиями, общие затраты, включая затраты на разработку ГИС, не должны превосходить предотвращенный ущерб.
Функциональные требования. Программные средства ГИС должны соответствовать требованиям: оперативности, информационности, многофункциональности; наглядности отображения ситуации; масштабированное картографической основы; обеспечения пространственной и временной привязок событий и информации; возможности ввода, редактирования и импорта информации; обеспечения выбора и просмотра информации произвольно или по адресным признакам; возможности включения или выключения слоев; обеспечения картоірафического представления информации, полученной с использованием расчетных моделей, документирования результатов.
Технологические требования- К технологическим требованиям можно отнести: модульность построения структуры ГИС; возможность развития системы; использование при разработке системы «классических» в теории ГНС понятий; использование совместимых форматов и пакетов программ для создания и управления базами данных; возможность использования: мониторинговой информации в автоматизированном режиме; сопрягаемость расчетных моделей с картографической и семантической базами данных; возможность использования математических и статистических моделей; ориентация на имеющиеся технические средства (по объему памяти, быстродействию, внешние устройства); ограниченные сроки решения задач. ГИС должна иметь клиент-серверную архитектуру. Обобщенную технологическую структуру ГИС можно представить в виде следующего набора компонент (Рисунок 5): клиент; сервер данных.
Метод вейвлет-анализа зон равной потенциальной опасности опасных объектов
В п.3.3 приведено описание концепции системы визуализации зон опасностей опасных производственных объектов. Анализ графической и семантической информации при помощи этой системы позволяет локализовать пространственно зоны потенциальных опасностей отдельных аппаратов ОНО. Однако, с увеличением количества аппаратов на территории, общий анализ опасных зон становится труд невыполнимым: на экране отображается слишком много перекрывающихся зон и человеческий глаз просто не в состоянии адекватно воспринимать предоставляемую системой информацию.
Для решения поставленной проблемы предлагается провести кратно-масштабный анализ графического изображения зон опасностей.
Идея кратномасштабного анализа описана в п.2.3.2 и вкратце может быть сформулирована следующим образом: взглянуть на сигнал сначала вплотную - под микроскопом, затем через лупу, потом отойти на пару шагов, потом посмотреть издалека.
Этот подход дает нам следующие преимущества.
Во-первых, мы можем, путем последовательного огрубления (или уточнения) сигнала, выявлять его локальные особенности (характерные детали изображения) и подразделять их по интенсивности.
Во-вторых, таким образом обнаруживается динамика изменения сигнала в зависимости от масштаба. Если резкие скачки (например, аварийное отклонение показаний датчика) во многих случаях видны «невооруженным глазом», то взаимодействия события на мелких масштабах, перерастающие в крупномасштабные явления, увидеть очень сложно. И наоборот, сосредоточившись только на мелких деталях, можно не заметить явлений, происходящих на глобальном уровне.
В нашем случае в качестве набора сигналов выступает графическое представление зон потенциальной равной опасности совокупности опасных объектов (Рисунок 8).
Мы рассматриваем это изображение как матрицу, размеры которой определены его высотой и шириной. Элементы матрицы принимают целые значения в диапазоне [0: 255] - это значение цвета в некоторой палитре цветов.
Несмотря на то, что изображение имеет двумерную структуру, мы применяем одномерное вейвлет-преобразование, что дает значительный выигрыш в скорости вычислений по сравнению с двумерными вейвлетами.
Алгоритм вейвиет-цреобразования следующий,
В качестве вейшег-фішь іюв были выбраны дискретные вей влеты До беши. Методика расчеіа коэффициентов фильтров Добеши для проведения дискретного шШшт щш&рт(тшшя приведена в IL2„3.4.
Исходную матрицу мы представляем в виде набора строк иными словами, набора векторов; каждый элемент этого набора имеет длину., вдвпадаю-шук о шириной и:юбр&жшиж? а элементы векторов принимают дедочислея-иые значения в диапазоне от 0 до 255.
На рисунке показан пример трех сигналов,, соответствующих различным областям тестового шт&рш&нмм (Рїісувоїс 9). Таким образом, мы анализируем функции 1(х) интенсивности шкееяейи аргумент х это горизонтальная
Однако, кратномасштабный анализ предполагает в итоге получение вейвлет-преобразованных данных для N масштабов: для каждого из масштабов формируется набор данных из аппроксимирующих и детализирующих коэффициентов. Возникает необходимость определения критерия применимости аппроксимирующих коэффициентов для оценки исходных данных.
Итак, в результате вейвлет-преобразования зон полных разрушений оборудования ОПО получается несколько наборов преобразованных данных (Приложение 3). С уменьшением масштаба полученные данные все меньше соответствуют исходным, так как убираются детализирующие данные.
Детализирующими данными в нашем случае выступают области опасностей, которые являются бесконечно малыми по отношению к проекциям аппаратов на земную поверхность. Это означает, что в результате вейвлет-преобр&зования исходного изображения появляется множество областей опасностей, которыми можно пренебречь, так как они создают дополнительный шум, что не способствует быстрому визуальному анализу полученных данных.
Определим, какие области будем считать незначащими. Пусть _- = minfe} - минимальная площадь, занимаемая 5гым аппаратом i-],N на территории установки (проекции аппарата на поверхность земли), N - количество аппаратов установки; D}, j = l,K - площадь у -ой тестируемой зоны, К- количество тестируемых зон. Область опасности будем считать незначащей, если выполняется соотношение Dj Smm (4.2) то есть, площадь тестируемой зоны Dj не превышает площади, занимаемым самым малогабаритным аппаратом, представляющим потенциальную опасность. Определим, далее, критерий выбора масштаба вейвлет-преобразования.
В ходе экспериментального вейвлет-исследования зон полных разрушений оборудования установки ЭЛОУ-АВТ-2 для 32 масштабов (Приложение 3) была выявлена зависимость (Рисунок 10).
