CC BY
13
УДК .621.384
Б.Н. Епифаниев, B.N. Epifantsev, e-mail: пigrey.п@mail.ru *М.Я. Епифащева, M.T. Epifanlswa, e-mail: [email protected] Сибирская государственная автомобильно-дорожняя академия, г. Омск, Россия Siberian state automobile and highway academy, On.sk
* Омский государственный университет путей сообщения, г Омск, Россия *Omsk State Transport Uruversity, Omsk. Russia
О ВИДНОСТИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА ТЕПЛОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ: НЕСТАЦИОНАРНАЯ ЗАДАЧА*
UNDERGROUND PIPELINES AVAILABILITY ON THERMAE IMAGES OF UNDERGROUND SURFACE: NONSTATTC PROBLEM"
Обосновано время проведения тепловой разведки состояния подземного трубопровода, когда дешнф-рнруеиость получаемых снимков является наиболее продуктивной
Argumenled the thermal exploration time of underground pipeline stare when obtained image recognition is more productive.
S3
Ключевые слова: заглубленный трубопровод,, безопасность, сшстанционная диагностика, подстилающая поверхность, тепловые контрасты, динамика изменения контраста
Keywords: buried pipeline, security, remote diagnostics, underground surface, thermal contrasts, contrast change dynamics
*Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, соглашение N° 541/Е14Ф от 09.01.2014г. и РФФИ, договор № НК13-07-0246\14 от 13.03.2014 г.
Статистика аварий на объектах трубопроводного транспорта свидетельствует о неблагополучии в этой сфере человеческой деятельности [1, 2]. Существующие системы обнаружения утечек продукта, работающие на принципе измерения расхода и давления, фиксируют утечки интенсивностью около 1% от производительности трубопровода при их развитии за несколько секунд. Несанкционированные земляные работы в охранной зоне трубопровода являются предвестником установки боеприпаса или врезки в трубу. Какие физические принципы можно использовать для раннего обнаружения утечек и проводимых раскопок.
Замаскированный шурф для установки боеприпаса или создания врезки, а также выброс перекачиваемого продукта в грунт до выхода на его поверхность должны проявлять себя формированием градиента температур [3] Математическое исследование задачи с использованием, так называемых эквивалентных граничных условий третьего рода [4] позволило выявить главную особенность этих градиентов - нестабильность характеризующих их параметров во времени. Рис.1 иллюстрирует сделанный вывод.
Рис. 1. Изменение разности температур ДГнзд местом заглуйения предмета на 0,3 м от поверхности и в отдалении от него для различных географических зон: 1 - в окрестности г. Конго (Африка).
2 - в окрестности г. Афины (Греция). 3 - в окрестности г. Претория, скорость ветра - 5 м/с
Чувствительность распространенных тепловизоров (0 1 К) позволяет в течение значительного времени суток фиксировать появление указанных выше предвестников чрезвычайных ситу аций. Однако отдешифрировать полученные снимки при отсутствии на них изображения трубопровода затруднительно
В сташюнарном режиме «трубопроводный сигнал» определяется глубиной залегания объекта контроля, температурами перекачиваемой жидкости и грунта, скоростью ветра и рядом других параметров Этот сигнал не трудно спрогнозировать и по его уровню устанавливать время разведки. Однако вероятность его обнаружения зависит от ряда геометрических факторов [5], а также наблюдаемого отношения: сигнал1 шум и параметров корреляционной функции флуктуации теплового излучения подстилающей поверхности [б].
Математическая модель, позволяющая получать оценки среднеквадрагичесжого отклонения этих флуктуации, приведена в [7]. Вычислительный эксперимент, основанный на реализации этой модели, позволил получить необходимые данные, фрагмент которых представлен на рис. 2.
ТШ,К
314 310 306 302 298 294 290
. Чр
/
(
• ■•'г. X
# V л I * ь 1
"" М | ■ ■ ■ - ж »
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 ГД
я)
■700 600 500 400 300 ^00 ■100
О ъ К
0.2
0,1
о
/
А/ Л/ --"1 чч \ч \ - у*
ч с От
т <?Та и- - — ■ — V: % йш /
Г* \ •м Т л "а —^
4
6 3 10 12 14 1<5 18 20 22 24
й)
Рис. 1. Расчетные кривые средней температуры подстилаю щей поверхности Тф н оставляющих среднеквлдратнческЕХ отклонений (б) при изменениях д (/) н ТЛ/)
в соответствии с (я) при <7а = и\. = = 3.3 10 "; Ув = 5 м/с; О = 0.92 , £ = 0.97 :
В = 0.035 м3 К Вт1
т., К
314 310 306
302
298 -294
Индексом qp обозначена плотность потока падающей на подстилающую поверхность радиации, r„_(i) отражает изменение температуры воздуха в течение сучок; а„, а а - средне-кьадратические отклонения флуктуации коэффициента поглощения а, коэффициента излучения г и тепловой инерции В; ata, örE ? отв - составляющие среднеоадратические отклонения температуры подстилающей поверхности от , обусловленные изменениями а, £, Б. Кривые получены при скорости ветра ц, 5 м/с.
Обращает на себя внимание, что основным фактором, вызывающим флуктуации температуры исследуемой поверхности во времени и пространстве, является неоднородность тепловой инерции почво-грунтов. Во многих литературных источниках считается, что основной шумовой фактор температурных полей обусловлен эпсилон-флуктуациямн (е-фактор).
Другой вывод: среднеквадратическое отклонение aj (рис. 2) соизмеримо с полезными сигналами (рис. 2).
Если в стационарном режиме вероятность обнаружения искомого объекта оценивается единицей, то в соответствии с индексом Дж. Ллойда [8] при отношении сигнал/шум, равном 3; она снизится почти вдвое.
Рис. 2 демонстрирует интересную особенность температурного поля земной поверхности. При снижении плотности потока qp(f) к нулевому уровню наблюдается минимум дисперсии температурных флуктуации. Наличие математической модели формирования теплового поля земной поверхности в зависимости от метеорологических факторов позволяет прогнозировать момент минимума дисперсии - интервал времени, когда видностъ объекта мониторинга будет наилучшей.
Библиографический список
1 Блоков, И. П. Краткий обзор о прорывах нефтепроводов и объемах разливов нефти в России / И. П. Блоков. Гринпис России П URL: http://www.greenpeacе .org'russia.'globa 1/ rus-sia/report.arctic ml/oilspillspdf -2011- 12c.
2. Епифанцев. Б. H Концепция обеспечения безопасной работы магистральных трубопроводов в условиях внешних воздействий / Б. Н Епифанцев. А. А. Пятков, А. А. Федотов // Безопасность труда в промышленности. - 2013.-№12.-С. +249.
3. Епифанцев, Б.Н. Обнаружение локальных изменений на трассе магистрального трубопровода в тепловом диапазоне оптических излучений Ч. 1. Сигналы, помехи Н Нефтегазовое дело. - 2011. - № 2. - С. 35-37.
4. Епифанцев, Б. Н О ранжировании факторов, вызывающих пространственные флуктуации теплового поля беюнных покрытий / Б. Н. Епифанцев // Дефектоскопия. - 1985. -№10. - С. 83-85.
5. Травникова, Н. П. Эффективность визуального поиска / Н П. Травникова - М.: Машиностроение, 1986 - 128 с.
6. Епифанцев, Б. Н. Повышение эффективности алгоритмов обнаружения объектов на изменяющемся фоне. Ч П / Б. Н. Епифанцев, В С. Ляховский // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2014. - № 1. - С. 10-14.
7. Епифанцев, Б. Н. О расчетной оценке дисперсии пространственных флукгуапий теплового излучения земной поверхности / Б.Н. Епифанцев И Исследование Земли из космоса. -1985,-№6.-С. 4045.
8 Алойд, Дж. Системы тепловидения / Дж. Алойд. — М_: Мир, 1978.-417с.
