Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы и постановка задачи исследования 19
1.1. Место и роль линейных участков в газотранспортной системе 19
1.2. Дефекты, методы и средства контроля технического состояния линейных участков газопровода 45
1.3. Применение беспроводных сенсорных сетей в
газотранспортной отрасли 32
1.4. Постановка задачи исследования 40
1.5. Вывод по главе 42
Глава 2. Сенсорная телекоммуникационная система контроля утечек газа 44
2.1. Требования, предъявляемые к сенсорной
телекоммуникационной системе контроля утечек газа 44
2.2. Концепция построения системы автоматического контроля утечек газа и управления состоянием магистрального газопровода 48
2.3. Структура распределенной системы контроля утечек газа 67
2.4. Аналитическая оценка сенсорной телекоммуникационной системы 79
2.5. Выводы по главе 89
Глава 3. Аппаратные средства сенсорной телекоммуникационной системы 91
3.1. Требования к аппаратным средствам 91
3.2. Структура беспроводного модуля контроля утечек газа 93
3.3. Принцип размещения беспроводных модулей 105
3.4. Разработка измерительного преобразователя . 120
3.5. Приемо-передающий модуль . 128
3.6. Характеристика информационного потока сенсорной сети 143
3.7. Разработка системы электропитания беспроводного модуля. 149
3.8. Оценка качества аппаратных средств сенсорной телекоммуникационной системы 155
3.9. Выводы по главе 168
Глава 4. Программные средства сенсорной телекоммуникационной системы 170
4.1. Требования к программным средствам . 170
4.2. Автоматизированная система мониторинга и управления остояния магистральных газопроводов . 171
4.3. Программное средство «Проектирование СТС» 180
4.4. Программное средство «Оператор СТС» 196
4.5. Инженерная методика автоматизированного мониторинга магистральных газопроводов . 202
4.6. Выводы по главе 206
Заключение . 208
Список литературы . 210
Приложения: 222
- Дефекты, методы и средства контроля технического состояния линейных участков газопровода
- Аналитическая оценка сенсорной телекоммуникационной системы
- Оценка качества аппаратных средств сенсорной телекоммуникационной системы
- Программное средство «Проектирование СТС»
Введение к работе
Актуальность работы
Магистральные газопроводы (МГ) России представляют собой сложную распределенную систему. Общая протяженность линейных участков (ЛУ) по оценке Газпрома составляет порядка 160 тыс. км. Проведенный в работе анализ показал, что около 40% ЛУ выработали свой номинальный ресурс, который составляет 30 лет. То обстоятельство, что магистрали в большей части проложены в крайне неблагоприятных климатических условиях, обусловливает их интенсивный износ и старение.
Поэтому крайне актуальной остается проблема контроля и мониторинга технического состояния (ТС) магистралей и оборудования газотранспортной сети (ГТС). Этой проблеме посвящено достаточно много работ, как в нашей стране, так и за ее пределами, в частности, работы Плюснина И.И., Гумерова А.Г., Медведева Е.М., Бондаренко П.М. и др. авторов.
В отечественной и зарубежной промышленности налажено производство широкого спектра оборудования - это внутритрубные сканеры, ультразвуковые и вихретоковые дефектоскопы и другие средства неразрушающего контроля и диагностирования. Однако применение на практике этих устройств не всегда эффективно в силу локального характера их возможностей, а применение глобальных средств мониторинга на основе авиационного и космического зондирования не всегда оправдано.
В связи с этим разработка новых эффективных методов и средств контроля и мониторинга газовых магистралей, выработавших свой номинальный срок службы, а это более 60 тыс. км, является на сегодняшний день крайне актуальной научной и практической задачей. В работе предлагается решение проблемы, основанное на современных достижениях в области телекоммуникаций.
Таким образом, объектом исследования является процесс мониторинга технического состояния газотранспортной сети, а предметом - методы и средства автоматизированного контроля утечек газа из протяженных линейных участков МГ, выработавших срок службы или имеющих малый остаточный ресурс.
Диссертация соответствует паспорту специальности 05.12.13 в части пунктов: 12 -«Разработка методов эффективного использования сетей, систем и устройств телекоммуникаций в различных отраслях народного хозяйства» и 13 - «Разработка методов совмещения телекоммуникационных, измерительных и управляющих систем».
Цель и задачи диссертационного исследования
Целью диссертационной работы является повышении эффективности эксплуатации и обслуживания линейных участков магистральных газопроводов путем создания автоматической беспроводной сенсорной телекоммуникационной системы контроля утечек в ГТС.
Для достижения цели в диссертационной работе поставлены и решены задачи:
-
Анализ проблемы, методов и средств контроля состояния ГТС.
-
Разработка концепции построения телекоммуникационной системы автоматического контроля утечек газа из магистрали, со сроком эксплуатации, превышающим нормативный.
-
Разработка метода контроля ТС МГ, основанного на применение беспроводных модулей (БМ) сенсорной телекоммуникационной системы (СТС).
-
Разработка алгоритма функционирования БМ сенсорной телекоммуникационной системы.
-
Разработка сенсорного устройства детектирования утечек метана.
-
Разработка способа и метода передачи информации, а также системы электроснабжения беспроводных модулей.
-
Разработка алгоритма влияния розы ветров, при размещении БМ телекоммуникационной системы вблизи газопровода.
-
Разработка автоматизированной системы проектирования СТС учитывающей: розу ветров; рельеф местности вдоль трассы МГ; чувствительность датчика метана; мощность приемопередатчика.
9. Апробация и внедрение результатов исследования.
Методы исследования
В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода и объектно-ориентированного программирования, теории вероятностей, методы математического и имитационного моделирования, технической диагностики и неразрушающего контроля, а также численные и натурные экспериментальные методы исследования.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту состоит в развитии теории и методов построения беспроводных телекоммуникационных самоорганизующихся сетей. При этом:
-
Предложена концепция построения телекоммуникационной системы контроля ТС МГ, выработавших номинальный срок службы, которая в отличие от известных основана на технологиях и средствах беспроводных сетей.
-
Разработана автоматическая телекоммуникационная система, которая в отличие от известных позволяет контролировать утечки метана в непрерывном режиме и при
этом учитывает розу ветров, чувствительность датчика метана, мощность приемопередатчика беспроводной сети и ограничения, накладываемые особенностями рельефа местности вдоль трассы газопровода.
-
Разработан алгоритм функционирования БМ сенсорной телекоммуникационной системы, который заложен в аппаратно-программной реализации детектора утечек метана (ДУМ) и предложено решение по организации электропитания БМ сенсорной телекоммуникационной системы, включающего в себя возобновляемые источники энергии.
-
Для оценки эффективности использования аппаратных ресурсов разработана имитационная модель распределенной беспроводной сети, учитывающая показатели надежности элементов системы и возможность моделирования взаимодействующих параллельных процессов с реализацией логики преобразований во времени.
-
На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований предложена инженерная методика .контроля утечек метана из газовых магистралей беспроводными модулями сенсорной телекоммуникационной системы.
Практическая значимость результатов работы
Значимость результатов работы состоит в том, что разработанная сенсорная телекоммуникационная система контроля утечек газа позволит объединить в едином пространстве территориально разнесенные технические, телекоммуникационные, диагностические и информационные средства, а также автоматизировать процесс сбора, обработки и визуализации информации, оценки объемов утечки метана в реальном масштабе времени, для организации эффективного централизованного управления техническим состоянием, обслуживанием и ремонтом ЛУ МГ.
Внедрение разработанной телекоммуникационной системы, методов, моделей, алгоритмов, аппаратно-программных средств и методического обеспечения направлено на решение задач эффективной и безаварийной эксплуатации ЕСГ РФ.
На защиту выносятся:
-
Автоматическая телекоммуникационная система для контроля утечек метана из ЛУ ГТС и концепция ее построения.
-
Алгоритм функционирования беспроводного модуля сенсорной телекоммуникационной системы автоматического контроля.
-
Инфологическая и имитационная модели телекоммуникационной системы мониторинга технического состояния распределенной ГТС.
-
Инженерная методика обследования ЛУ ГТС с применением беспроводной сенсорной телекоммуникационной системы.
Реализация и внедрение результатов работы
Разработанные в диссертационной работе методы, алгоритмы, программно-аппаратное и методическое обеспечение использованы при выполнении НИОКР в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, по теме: «Разработка методов и аппаратурных средств лазерно-информационной технологии мониторинга газотранспортных объектов», шифр заявки «2010-1.1-122-084-032», в рамках Государственного задания Правительства ХМАО-Югры, утвержденное 01.07.2010г. №116, на НИР СурГУ «Организация и проведение научных исследований, научно-технических и опытно-экспериментальных рабо на период 2012-15гг.» по теме «Мониторинг парниковых газов в Югре с помощью лазерно-информационных технологий», а также в рамках хоздоговоров №177-08-10/ВОУ/В22-252310 от 31.08.2010г. по теме «Оказание услуг по проведению экспертизы эмиссии метана из крановых узлов на соответствие требованиям СТО Газпром 031-2007».
Основные результаты диссертационной работы внедрены в ООО «ЛИТТ» при Томском государственном университете, в центре лазерных технологий СурГУ, а также в учебный процесс государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры» на кафедре «Автоматизированные системы обработки информации и управления» и федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». Внедрение результатов диссертационной работы в газотранспортную отрасль и учебный процесс вузов подтверждено соответствующими актами внедрения.
Апробация результатов работы. Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на 17 международных и 2 российских научных конференциях с 2007 по 2013 годы: Всероссийская НПК студентов, аспирантов и молодых ученых «Инноватика», 2007 г., 2010 г. (г. Томск, Россия); Russian-Chinese Symposium on Laser Technologies, 2008 г. (г. Томск, Россия); международный симпозиум «Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&MQ)», 2008 г., 2009 г., (Турция); международная студенческая конференция школа - семинар «Новые информационные технологии», 2010 г. (г. Судак, Украина); международная НПК «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», 2010 г. (г. Санкт-Петербург, Россия); международная НПК «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий «ИНФО», 2008 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г., 2013 г. (г. Сочи, Россия);
-б-
международный симпозиум «Надежность и качество», 2008 г., 2009 г., 2011 г., 2012 г., 2013 г. (г. Пенза, Россия); международная НТК «Инновационные информационные технологии «І2!», 2012 г., 2013 г. (г. Прага, Чехия).
Публикации. По теме работы опубликовано 27 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для публикаций результатов диссертаций и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, а также 6 отчетов по НИР.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованных источников из 114 наименований и приложений, включающих в себя акты внедрения. Объем основной части диссертации - 213 страниц, объем приложений - 3 страницы.
Дефекты, методы и средства контроля технического состояния линейных участков газопровода
По результатам проведенных исследований в данной главе были сформулированы основные требования, предъявляемые к сенсорной телекоммуникационной системе контроля утечек газа, представлена концепция построения системы автоматического контроля утечек газа и управления техническим состоянием линейного участка магистрального газопровода. Реализована инфологическая модель предметной области посредством CASE-средства, которое представляет собой среду моделирования и проектирования, предназначенную для управления данными газотранспортного предприятия по мониторингу объектов газотранспортной сети на наличие утечек газа беспроводными модулями.
Приведена и описана структура, а также функциональная модель распределенной системы контроля утечек газа из магистрали. Аналитическая оценка разрабатываемой сенсорной телекоммуникационной системы проводилась на основе понятий моделирования систем массового обслуживания.
Эффективное решение вопроса применения сенсорной телекоммуникационной системы (СТС) при контроле утечек газа (КУГ) из ЛЧ МГ на базе беспроводного модуля (БМ) можно найти путем выявления основных требований и характеристик аппаратно-программных средств (АПС) используемых в системе и определения важности их применения в конкретной реализации. Совокупность ниже приведенных требований позволит не только исследовать и моделировать СТС для КУГ из объектов ГТС, но и определить взаимодействия между видами сетей, характером их применений, а также аппаратно-программными средствами.
Перечислим основные требования, предъявляемые аппаратно-программным средствам сенсорной телекоммуникационной системы контроля утечек газа из ЛУ МГ.
1. Типовая структура. Реализация АПС для СТС КУГ должна идти с учетом технологических особенностей эксплуатации ЛУ МГ по пути создания типовой структуры. Создание типовой структуры АПС позволит ускорить массовое внедрение ее в газотранспортную отрасль и максимально сосредоточить усилия по разработке и модернизации наиболее совершенных технических средств, при этом большие усилия будут направлены именно на модернизацию, на развитие функциональных возможностей АПС для СТС КУГ. В этом случае важно отметить, что устраняются многие проблемы, связанные с несовременностью технических и программных средств, используемых при разработке и реализации СТС. В нашем случае разрабатываемая структура СТС КУГ является типовой для телекоммуникационных систем, используя единые стандарты и программное обеспечение для передачи информации между техническими и аппаратными средствами.
2. Время внедрения. Один из серьезных недостатков существующих систем мониторинга объектов ГТС, сегодня, состоит в том, что они требуют значительного времени для внедрения новых технических и программных средств в газотранспортную отрасль. Составляющим здесь является: время проектирования (период от составления заявки до ее исполнения, в случае наличия получение оборудования или разработки нового оборудования, или элементов в случае их отсутствия); время, затраченное на монтажные и пуско-наладочные работы. Серьезные трудности здесь связаны с последним, это объясняется неприспособленностью многих технических средств для эксплуатации при диагностировании объектов ГТС. Поэтому АПС, обладающие малым временем внедрения, будут всегда иметь максимальный приоритет при внедрении их газотранспортную отрасль.
3. Локальность. Под локальностью понимается размещение АПС в пределах одного ЛУ МГ, от одной компрессорной станции до другой. Требование локальной сети в основном связано с трудностями организации связи и соответственно передачи информации, между техническими средствами, размещенными на разных площадках. При этом трудности носят как технический, так и конструктивный характер. В нашем случае при использовании технологий открытого стандарт беспроводной связи ZigBee для систем сбора данных и управления, позволяет создавать самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся беспроводные сети с автоматической ретрансляцией сообщений и поддержкой мобильных узлов.
4. Условия эксплуатации. Известно, что любое техническое средство обладает конечной надежностью, для обеспечения бесперебойной работы и функционирования, разрабатываемые АПС должны обладать высокой ремонтопригодностью. Конструкция должна обеспечить минимум затрат на замену и ремонт вышедшего из строя любого функционального узла, тем самым упрощается проблема подбора обслуживающего персонала.
5. Надежность. АПС обладающие, по сравнению с аналогичными большей надежностью дают более высокий эффект эксплуатационного характера. В нашем случае АПС обеспечивают бесперебойность процесса контроля и управления по определению утечек газа из ЛУ МГ, тем самым повышая степень доверия к СТС, при этом также повышаются характеристики, указанные в п. 4.
6. Универсальность. В связи с тем, что АПС СТС КУГ, будут эксплуатироваться в течение длительного периода времени (не менее 15-20 лет, за который успеют измениться эксплуатационные требования, как к самим газопроводам, так и к техническим и программным средствам). Поэтому при наличии жесткой структуры функционирования, АПС будут подвержены более быстрому моральному и функциональному старению и износу. Предлагаемая структура АПС, обеспечивает универсальность функционирования, позволяя без больших материальных затрат подстраивать и перестраивать ее под насущные и актуальные задачи.
7. Количество устройств. До определенных пор существенным фактором, сдерживающим развитие телекоммуникационных систем на основе стационарных устройств, содержащих датчики определения метана, является трудность с подключением большого количества устройств (более 500 шт.) в пределах одного ЛУ МГ (в среднем 50 км), при использовании проводных технологий связи, особенно при эксплуатации устаревшего парка газопроводов. Тенденция увеличения количества устройств КУГ, для более качественного диагностирования ТС МГ, также являлась сдерживающим фактором. Однако в данном случае реализуется использование сенсорных сетей, позволяющих на большом расстоянии между узлами сети, более тысячи метров, на открытом пространстве, производить приема - передачу сигналов, при этом за счет ретрансляции, зона покрытия сети может быть значительно увеличена. Единственным ограничением по количеству используемых датчиков по обнаружению утечек газа является их чувствительность к концентрациям газа.
8. Возможность построения иерархической структуры. Организация статистической обработки хранилищ данных, с высокой скоростью, невозможно без построения иерархических структур. Только структура АПС, позволяющая выходить на высокопроизводительные средства обработки информации, имеет большую перспективу.
9. Обработка информации. Под данной характеристикой понимается обеспечение возможности автоматизированной обработки информации, поступившей от беспроводных модулей СТС КУМ, как для оперативного контроля, так для управления ТС МГ. 12. Высокая информационная скорость. Когда система работает в обычном интерактивном режиме диагностирования ТС МГ, не требуется больших скоростей передачи информации. Но если понадобится передавать информацию в случае обнаружения утечек газа, то в этом случае такая характеристика как высокая скорость передачи информации будет являться определяющей при принятии решений административным персоналом на организацию и отправку ремонтных бригад.
Аналитическая оценка сенсорной телекоммуникационной системы
Аналитическую оценку сенсорной телекоммуникационной системы контроля утечек газа проведем на основе анализа общесистемного программного обеспечения абонентских вычислительных систем массового обслуживания (СМО) [66].
Если принять, по аналогии с СМО, что в телекоммуникационной системе (укрупнено) существует два потока заявок:
t - заявки, собственно, заявки - сообщения, поступающие от сенсоров (датчиков метана, а в перспективе от фото/видеокамер, ветрогенераторов и т.п.) по беспроводной сенсорной сети;
p - заявки, текущая работа ЭВМ (обработка t - заявок, организация обмена данными с СТС, системами управления базами данных (СУБД), автоматизированными системами управления (АСУ) газотранспортного предприятия и другими клиентскими приложениями).
В качестве критерия эффективности работы такой структуры можно принять среднее время пребывания t - и p - заявок в сети СМО, при двух обслуживающих приборах: СМОА - ЭВМ или сервер, и СМОБ телекоммуникационная (приемо-передающая) система. При этом существует два возможных варианта обслуживания t - и p - заявок. Первый вариант, когда приоритет в обслуживании отдан p-заявкам и второй - приоритет в обслуживании отдан t - заявкам. В работе [66] описывается СМО наиболее характерная для традиционной структуры построения многотерминальных систем по типу вычислительных сетей (ВС). Однако, для более полного отражения специфики применения ЭВМ в сенсорной телекоммуникационной системе, необходимо учесть работу СМО и в режиме мультипрограммной смеси задач (МСЗ) - это собственно: обработка информации, ее визуализация, хранение и принятие решений.
В общем виде СМО на базе СТС КУГ имеет следующий вид рисунке 2.11, где: С1-Сn – сенсоры (для СМО это «i – пользователи») с приемо-передающими блоками. Структурная схема СМО для телекоммуникационной системы отражает обмен информацией СМОБ (прием информации от сенсоров, передача по сети и ввод информации для обслуживания (обработки) с постановкой ее на очередь в СМОА.
Модель системы массового обслуживания на базе сенсорной телекоммуникационной системы При выводе информации из СМОА в СМОБ, для дальнейшей ее передачи в СТС (i – пользователю), очередь отсутствует, так как ввод осуществляется СМОА и начинается сразу же после обслуживания очередной t - заявки. Режим обслуживания p - заявки и режим мультипрограммной смеси задач, зависит, как видно из схемы на рисунке 1, от состояния СМОА, где в зависимости от приоритета, в определенный момент времени обслуживается одна из заявок.
Наиболее общим параметром, характеризующим функционирование СМО в СТС, является среднее время реакции СМО для / - пользователя, согласно [89] имеет вид: 1р Z-і1 і (2.1) где 71м - среднее время задержки сообщения при передаче по каналу связи от /„ - пользователя к і„.і - пользователю (режим ретрансляции) и далее в СМО Б, Т2{1) - среднее время задержки в СМО Б, ТЪ{1)- среднее время ожидания в очереди на обслуживании в СМО А, Т40)- среднее время обслуживания в СМОА , Т50)-среднее время передачи информации по каналу связи из СМОА в іп -пользователь, определяется по методике, приведенной в работе [66].
Определим все составляющие формулы (2.1). Из работы [66] известно, что где с- пропускная способность канала, связывающего /„ - пользователя с і„.і -пользователем или наоборот; \1 /л - среднее время передачи сообщения; 1 / Л- -среднее время ожидания в очереди.
В данном случае имеется ввиду Ау 0 , это выходной поток от / -пользователей к СМО Б имеющий пуассоновское распределение. Для телекоммуникационной системы беспроводной сети при п, і - пользователей, можно поток заявок искусственным путем задать стационарным в интервале времени о (цикла обмена информацией), а именно: Л = 2 , ,(7 = 1,л), (2.3) т.е. суммарный, уже стационарный поток, состоит из цепочки последовательно просуммированных в определенном интервале времени п количества t - заявок.
При этом, t0 » t2 —tx, где tx - время поступления информации от сенсоров (или aв перспективе от видео/фото камер); t2 - формирование ответа на данную задачу. Значит t2—tl—T0,T0— интервал времени, в течение которого от i пользователей будут поступать t - заявки в виде Яу., при этом условием нормировки является: А = ] A(t)dt= a(t2- ), (2.4) где а - постоянная величина во всем интервале времени t2 — tx и означает количество заявок, поступающих в единицу времени. Тогда для выполнения условия временного ограничения и обслуживания t - заявок в интервале t0 необходимо принять:
Оценка качества аппаратных средств сенсорной телекоммуникационной системы
При выборе того или иного аппаратного средства, используемого в СТС и решающих часть задач по обнаружению утечек газа из объектов ГТС возникает ряд проблем, которые снижают эффективность системы, а также скорость по обнаружению неисправностей. Решить данные проблемы контроля утечек газа из ЛУ МГ позволит разработанная экспертная система (ЭС), основной целью которой является автоматизация оценки качества аппаратных средств (КАС) сенсорной телекоммуникационной системы.
Основное назначение ЭС: автоматизация процесса оценки КАС; повышение достоверности и эффективности анализа технического состояния ЛУ МГ; повышение эффективности обработки данных в СТС контроля утечек газа и своевременное устранение неисправностей на газопроводе; представление и систематизация полученной информации в виде, удобном для отображения и дальнейшей обработки.
Для реализации поставленной цели были решены следующие функциональные задачи: разработана организационно - функциональная структуру ЭС; разработана методика оценки КАС; промоделирован процесс оценки КАС; разработана структура и интерфейс программного обеспечения (ПО) системы, с описанием функций основных модулей; разработана база данных (БД); произведена отладка и тестирование ПО. Для корректной оценки различных аппаратных средств необходимо, для каждого критерия сравнения установить параметры характерные для всех сравниваемых устройств.
Основными требованиями, которые определяет принцип контроля утечек газа беспроводными модулями из ЛЧ МГ посредством СТС, являются: многофункциональность; высокая надежность; масштабируемость; способ организации сети; способность к самоорганизации и самовосстановлению; простота установки, настройки и обслуживания оборудования; беспроводной способ передачи информации; оперативность; обеспечение высокой скорости передачи пакетов данных; контроль целостности данных; безотказность электропитания; низкое энергопотребление; высокая чувствительность сенсорных датчиков; точность локализации места утечки газа; низкая вероятность пропуска дефектов; возможность автоматизации; длительный срок автономной работы; многоуровневой системой безопасности [91]. Можно также отметить, что выпущенное различными производителями однотипное оборудование, имеет разные функциональные возможности, возможно близкие технические и эксплуатационные характеристики и отличные другие показатели. В данном случае необходимо определить критерии оценки удовлетворяющие поставленной задаче при выборе аппаратных средств [91].
Анализ параметров аппаратных средств показал, что сравнение необходимо проводить по четырем основным группам критериев, в каждой из которых выделены свои атрибуты: технические характеристики (объем обнаруживаемых утечек метана, чувствительность, мощность, количество каналов, размеры мобильной антенны, и др.); информационные свойства (режимы работы, система спутниковой ориентации, точность определения места утечки, быстродействие, и др.); программное обеспечение (наличие специализированного ПО, способ регистрации и ретрансляции информации, скорость записи и передачи информации, емкость записи одного пакета и др.); эксплуатационные характеристики (энергопотребление, устройство регистрации и отображения информации, температура, габариты, вес и др.).
При экспертном оценивании каждому эксперту выдается лист с данным набором характеристик, где он должен будет проставить верные, на его взгляд, коэффициенты по выбранному методу экспертного оценивания.
При разработке ЭС использовались такие программные продукты как среда разработки Microsoft Visual Studio 2012 и СУБД Microsoft SQL Server 2008. Для хранения всей информации, необходимой для работы системы, была разработана реляционная БД. Спроектированная БД включает в себя 6 таблиц: 1 таблица содержит общую информацию о технических средствах используемых в СТС, ее основными атрибутами являются: название, год выпуска, страна-производитель, ввод в эксплуатацию, метод контроля МГ; 2 таблица содержит информацию об имеющихся технических характеристиках, ее атрибутами являются: название, группы, важность характеристики; 3 таблица содержит информацию о значениях характеристик и экспертных оценках используемых в
ПО, ее атрибутами являются: оценки, средства, характеристики, значение; 4 таблица содержит информацию о группах характеристик и экспертной оценки важности каждой группы, ее атрибутами являются: название, важность группы; 5 таблица содержит информацию о типах подстилающих поверхностей, которые должны быть заданы перед началом оценки КАС, ее атрибутом является тип и название подстилающей поверхности; 6 таблица содержит информацию об экспертных оценках по работоспособности каждого аппаратного средства при имеющихся подстилающих поверхностях, ее атрибуты: средства, поверхности, значение. Общая схема организации ПО представлена на рисунке 3.31.
Основное назначение программных модулей ЭС и их функции:
модуль ввода, корректирования, удаления информации о характеристиках аппаратных средств, осуществляет ввод данных; сохранение введенных данных в БД; проверка корректности введенных данных; корректирование имеющихся данных; удаление имеющихся данных;
модуль расчета экспертных оценок и получения весовых коэффициентов для характеристик технических средств, осуществляет ввод экспертных оценок важности групп характеристик; ввод экспертных оценок важности характеристик в группе, которой они принадлежат; ввод экспертных оценок характеристик каждого аппаратного средства; расчёт экспертных оценок и получение весовых коэффициентов характеристик для каждого технического средства; запись в БД полученных результатов;
модуль оценки качества аппаратных средств, осуществляет Выбор из предложенного списка аппаратных средств тех, среди которых необходимо выбрать наилучшее; выбор из предложенного списков подстилающих поверхностей; вывод результата расчета в виде таблиц; выдача рекомендаций по выбору технических средств, для принятия управленческих решений;
Программное средство «Проектирование СТС»
Основное назначение автоматизированной подсистемы «Проектирование СТС» – повышение эффективности анализа ТС МГ для своевременного обнаружения утечек газа при помощи грамотного позиционирования БМ и предложение решений, которые помогут устранить неисправности на газопроводе. Целью создания ПО «Проектирование СТС» является автоматизация расчета позиционирования БМ вдоль трассы МГ при построении СТС КУГ. Реализуемые функциональные задачи: разграничение прав доступа при помощи средств идентификации, аутентификации и авторизации; ввод, накопление, хранение и редактирование метеоданных, типов подстилающих поверхностей и технических характеристик ЛУ МГ; анализ метеоданных, в том числе розы ветров, на выбранном ЛУ МГ и типов подстилающих поверхностей, влияющих на распространение газового облака и возможности установки БМ; обработка полученных данных с последующим расчетом позиционирования БМ 181 на определенном ЛУ МГ; на основе полученной информации визуализация БМ, ЛУ МГ, метеостанций на электронной карте; формирование отчетной документации по результатам работы системы в виде диаграмм, графиков.
Объектом автоматизации являются процессы сбора, хранения, обработки и анализа факторов, влияющих на распространение газового облака, и позиционирование локальных БМ при мониторинге МГ. Основными факторами, влияющими на проектирование СТС контроля утечек газа и установку БМ вдоль магистрали являются: тип подстилающей поверхности на участках МГ; преобладающее направление ветра (роза ветров), полученное путем обработки данных измерений с метеостанций за достаточно большой промежуток времени; наличие ЛЭП, охраняемых территорий, таких, например, как, заповедники, военные объекты и др., на пути расстановки БМ.
На рис. 4.2 представлена организационно-функциональная структура ПО, состоящая из 5 подсистем. В качестве внешней среды выступает сеть Интернет позволяющая отображать БМ на карте с использованием Web-сервиса Googlemaps, сервера «Погода России», откуда поступают данные измерений с метеостанций, электронные карты по прокладке МГ.
Подсистема авторизации - предназначена для прохождения пользователем процедур аутентификации/авторизации и предоставления пользователю прав на выполнение определённых действий, а также для выполнения функций по созданию, редактированию, удалению учетных записей. Подсистема работы с БД - выполняет все операции, связанные с обращением к БД, обеспечивает корректное выполнение запросов на выборку, добавление, редактирование или удаление данных из БД, реализована функция проверки целостности данных, внесенных в БД. Подсистема обработки данных - выполняет функции по расчету координат БМ при тех или иных выбранных пользователем факторах, влияющих на распространение газового облака, либо без учета таковых с последующим обращением к подсистеме работы с БД для занесения координат Подсистема вывода - отображает результаты обработки данных на экране в виде графиков, таблиц, картографической информации. Подсистема справки и помощи - обеспечивает пользователя ПО справочной информацией, всплывающими подсказками, системными сообщениями, которые облегчат работу пользователя. Содержит в себе краткое руководство пользователя. Контекстная диаграмма процессов происходящих при эксплуатации ПО «Проектирование СТС», построена при помощи AllFusion Process Modeler 7 BPWin, на рисунке 4.3 приведена декомпозиция структуры. Для того чтобы произвести расчет координат расположения БМ оператору, прежде всего, нужно ввести всю необходимую информацию об ЛУ МГ. После этого оператор должен выбрать исследуемый участок, модель БМ, факторы, влияющие на их расположение (роза ветров, подстилающая поверхность), расстояние между модулями. Далее ЭВМ производит расчет координат. Результатом работы является отображение ЛУ МГ, БМ, метеостанций на электронной карте, диаграммы, отчеты.
Рисунок 4.3 - Декомпозиция ПО «Проектирование СТС» На рисунке 4.4 представлена инфологическая модель предметной области, представляющая собой описание сущностей, с набором атрибутов и связей между ними, которые выявляются в процессе исследования как входных, так и выходных данных. Для построения инфологической модели предметной области использовалось ПО ERWinv. 7.2.0.1644.
Для хранения информации о пользователях системы используется сущность «Пользователи» со следующими атрибутами: идентификационный номер; фамилия, имя, отчество; пол; дата рождения; логин; пароль; роль; серия и номер паспорта; ИНН; СНИЛС; номер телефона; адрес.
Атрибут «Роль» может принимать два значения: администратор или оператор. Атрибут «пароль» используется для хранения пароля не в чистом виде, а в виде хэша, полученного с помощью метода SHA256.
Для описания таких участков МГ предназначена сущность «Участки МГ» со следующими атрибутами: идентификационный номер; название участка (наименование начала и окончания участка); координаты начала участка (широта, долгота); координаты конца участка (широта, долгота); наличие ЛЭП; наличие охраняемых территорий.
Атрибут «Наличие ЛЭП» используется для указания факта расположения ЛЭП на том или ином участке МГ, что может стать причиной помех при передаче сигналов БМ.
За возможность расположения БМ на выбранном ЛУ МГ отвечает атрибут «Наличие охраняемых территорий». Это могут быть заповедники, военные объекты и другие территории, на которые закрыт доступ или может потребоваться соответствующее разрешение на размещение БМ.
