Введение к работе
Актуальность темы. Доходная часть бюджета России по итогам 2011 года на 52 % состояла из доходов от экспорта нефти и газа. Поэтому обеспечение бесперебойного функционирования нефтегазового комплекса страны является стратегически важной задачей государственного уровня. Порядка 98 % объема углеводородного сырья транспортируется до потребителей по трубопроводам, по имеющимся оценкам до 5 % этого объема теряется в результате хищений посредством несанкционированных врезок в продуктопроводы. Врезки зачастую являются причинами выхода продуктопроводов из строя, разлива продуктов и экологических катастроф.
На сегодняшний день для решения задачи обнаружения действующих врезок в линейную часть магистральных трубопроводов (ЛЧМТ) предложено множество методов: внутритрубная диагностика, пассивные и активные акустические методы, измерение электронной проводимости оболочек трубопроводов и др. Однако по ряду причин, они не решают обозначенную проблему. Главными методами обнаружения врезок остаются визуальный контроль ЛЧМТ и контроль внутритрубного давления продукта. Их использование не позволяет переломить положительную динамику количества актов незаконного вмешательства (АНВ).
Существующие методы нацелены на обнаружение действующих врезок, тогда как предпочтительна стратегия предупреждения врезок. Поэтому актуальной является задача разработки системы обнаружения врезок на стадии их подготовки.
Объектом исследования является охранная зона магистрального трубопровода - элемента природной среды.
Целью работы является повышение безопасности подземных магистральных трубопроводов от внешних угроз.
Задачи исследования:
а) разработать математический инструментарий для анализа
взаимодействия технических и организационных мероприятий, определяющих
безопасность магистральных трубопроводов от внешних угроз, для оценки
требований к системам обнаружения этих угроз контролируемым объектам;
б) основываясь на разработанном инструментарии, обосновать подход
по оценке требуемых параметров системы обнаружения АНВ в охранной зоне
трубопровода;
в) разработать технологию видеоанализа охранных зон контролируемого
объекта, обеспечивающую достижение требуемых параметров
видеоаналитической системы, обоснованных на основе экономических
критериев;
г) разработать требования к сейсмоаналитической системе контроля
безопасности охранных зон магистральных трубопроводов и обосновать способ
их достижения на современном этапе развития сейсмических приемников.
Методологической основой исследования работы послужили работы В.В. Клюева, М.Д Генкина, СП. Тимошенко, Р. Шериффа, Л.Д. Ландау, А.С. Боровского.
Научную новизну работы составляют:
а) математическая модель влияния внешних факторов на процесс
контроля ЛЧМТ в рассматриваемый период и в ближайшей перспективе;
б) алгоритм краткосрочного прогнозирования изменения состояния
объекта контроля, в условиях изменения внешних факторов;
в) метод повышения надежности обнаружения субъектов на
динамических фонах с низким отношением сигнал/шум;
г) математическая модель вынужденных колебаний тонкой пластины,
закрепленной по контуру и установленной на упругом грунте, при воздействии
плоских сейсмических волн.
Практическая значимость заключается в возможности:
а) прогнозирования изменения динамики АНВ в охранной зоне в
ближайшей перспективе;
б) определения рациональных параметров систем контроля охранной
зоны ЛЧМТ, использование которых позволит минимизировать суммарные
ожидаемые расходы, связанные с внедрением и эксплуатацией средств
контроля и потерь от АНВ;
в) создания новых видов приборов сейсмического контроля на основе
эффекта усиления, описываемого предложенной моделью колебаний пластины
на упругом основании, характеризующихся повышенной дальностью и
помехоустойчивостью при обнаружении АНВ в охранной зоне объекта
контроля;
г) повышения дальности и помехоустойчивости при обнаружении
субъектов видеоаналитическими системами на динамических фонах с низким
отношением сигнал/шум.
Методы исследований. В работе применялись методы системного анализа, математической теории устойчивости биологических сообществ, теории вероятностей, статистической теории обнаружения сигналов, теории упругости, численных методов, языков программирования, моделирование и расчет упругих колебаний пластин проводились в математическом пакете Wolfram Mathematica.
Личный вклад автора. Все основные результаты получены и опубликованы автором лично. Автор разработал математическую модель влияния внешних факторов на процесс контроля ЛЧМТ, основанные на ней алгоритмы, их программную реализацию и провел ее испытание на статистических данных. Автор разработал видеоаналитический алгоритм и его программную реализацию, сформировал набор испытательных видеосигналов и провел на нем оценку надежности алгоритма. Вклад автора был определяющим среди других участников при разработке сейсмического метода контроля охранной зоны и равным с другими участниками при проведении его экспериментальных испытаний. Автор разработал модель пластины,
закрепленной на упругом основании, и ее программную реализацию, провел вычислительные эксперименты. Вклад автора в обоснование и определении структуры комплексной системы контроля охранной зоны был равным с другими участниками.
Внедрение научной работы. Результаты проведенных исследований являются составной частью научно-исследовательской работы, выполненной в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ, г. Омск) в рамках реализации программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», контракт № П215 от 22.07.09 г.
Достоверность результатов исследования обосновывается:
соответствием результатов моделирования со статистическими данными;
проведением испытаний алгоритмов с использованием реальных сигналов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
международной научно-практической конференции «SWorld» Украина, г. Одесса, 2011 г.,
десятом Всероссийском конкурсе-конференции студентов и аспирантов по информационной безопасности SIBINFO-2010 Томск, 2010 г.,
научно-практической конференции «Международный информационный конгресс МИК-2012» Омск, 2012 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 работ, в том числе 4 статьи в журналах из Перечня ВАК, 2 статьи по материалам докладов на конференциях, 1 монография (в соавторстве), 2 отчета по НИР (в соавторстве). Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
а) математическая модель взаимодействия технических и
организационных мероприятий, определяющих безопасность магистральных
трубопроводов от внешних угроз, и требования на ее основе к системам
контроля безопасности этих объектов в ближайшей перспективе;
б) алгоритм определения рациональных параметров системы
обнаружения актов незаконного вмешательства в охранную зону трубопровода
на основе модели влияния внешних факторов на процесс контроля и разбиения
пространства параметров контроля на совокупность локальных
подпространств;
в) метод повышения надежности обнаружения предвестников
чрезвычайных ситуаций в охранных зонах трубопровода при использовании
видеоаналитических систем через введение операции учета параметров
перспективной проекции видеодетектора;
г) усовершенствование метода сейсмоаналитического контроля состояния безопасности охранной зоны трубопровода для заблаговременного обнаружения угроз объекту контроля.
Полученные научные результаты соответствуют пунктам 1,4,6 области исследований паспорта специальности 05.11.13.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста, иллюстрируется 44 рисунками и 7 таблицами, состоит из введения, 4 глав, списка использованной литературы из 87 наименований и 2 приложений.
