Геоинформационная система для принятия решений при планировании ремонтных работ специализированными предприятиями Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 622.691

А.М. Короленок1; И.Ю. Лисин2; В.Г. Лим3; Т.В. Хоменко4; Е.П. Карлина4, e-mail: korolynok.a@gubkin.ru

1 ФГБОУ ВО «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).

2 АО «Каспийский Трубопроводный Консорциум-Р» (Москва, Россия).

3 ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет» (Астрахань, Россия).

4 ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет» (Астрахань, Россия).

Геоинформационная система для принятия решений

при планировании ремонтных работ специализированными

предприятиями

Эффективное функционирование и оптимальная эксплуатация трубопроводов на современном уровне научно-технического развития возможны только в условиях своевременного получения, анализа и обобщения информации о состоянии участков на всех этапах их жизненного цикла. Основным инструментом получения сведений о состоянии трубопроводов является мониторинг, т. е. постоянное и регулярное наблюдение за динамикой различных эксплуатационных параметров и конструктивных характеристик. Целью мониторинга является использование результатов наблюдений для установления технического состояния как трубопровода, так и технологического оборудования, а также оценки и прогноза состояния окружающей природной среды. Полученные результаты анализируются в информационно-аналитической системе, что обеспечивает эффективную и безопасную эксплуатацию трубопроводов, а также позволяет уменьшить возможные последствия воздействия на окружающую среду.

Ключевые слова: информационно-аналитическая система, мониторинг, трубопровод, эксплуатационный параметр, конструктивная характеристика, ремонт, геоинформационная система.

A.M. Korolenok1; I.Yu. Lisin2; V.G. Lim3; T.V. Khomenko4; E.P. Karlina4, e-mail: korolynok.a@gubkin.ru

1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)" (Moscow, Russia).

2 Caspian Pipeline Consortium-R JSC (Moscow, Russia).

3 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Astrakhan State University" (Astrakhan, Russia).

4 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Astrakhan State Technical University" (Astrakhan, Russia).

Geographic Information System for Decision-Making in Planning the Repair by Specialized Enterprises

The article concludes that effective functioning and optimum operation of pipelines at the current level of scientific and technological development are possible only in conditions of timely obtaining, analyzing and summarizing information on the state of sites at all stages of their lifecycle. The main tool for obtaining information on the pipelines state is the constant and regular monitoring of the dynamics of various operational parameters and design characteristics. The monitoring is aimed at the use of the results of observations to determine the technical state of both the pipeline and the process equipment, as well as assessing and forecasting the state of the environment. The obtained results are analyzed in the information and analytical system, which ensures efficient and safe operation of pipelines, as well as reduces the possible consequences of the environmental impact.

Keywords: information and analytical system, monitoring, pipeline, operational parameter, constructive characteristics, repair, geographic information system.

AUTOMATION

Трубопроводы являются техногенными объектами, которые могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду [1]. Для достижения максимальной эффективности и обеспечения безопасности эксплуатации трубопроводов с учетом оценки последствий техногенного воздействия на окружающую среду необходимо комплексное проведение различных типов мониторинга участков трубопроводов на всех фазах жизненного цикла и по всем аспектам эксплуатации системы (технологическому, экологическому и т. д.). При этом различные виды мониторинга (технологический, природно-экологический, строительный, горно-геологический) должны быть объединены в систему, основными принципами которой должны стать универсальность и комплексность исследований, обеспечивающих количественную оценку текущих характеристик технологического оборудования и обоснование достаточной защищенности окружающей природной среды, что обусловливает использование соответствующих геоинформационных технологий [2-4].

Основными особенностями мониторинга техногенных объектов трубопроводов являются комплексность и системность подхода. Комплексный характер мониторинга заключается:

• в изучении взаимосвязей результатов наблюдений с проводимыми работами по профилактическому и капитальному ремонту;

• наблюдении за максимально возможным числом технологических объектов и их режимных параметров;

• изучении значительного числа природных и техногенных процессов и явлений.

Строительный мониторинг является одной из частей общей системы производственно-технологического мониторинга. Под строительным мониторингом мы понимаем соответствующим образом организованную систему наблюдений за состоянием соответствующих параметров элементов строительных конструкций и окружающей среды, а также регистрации этих параметров. Как правило, строительный мониторинг техногенных объектов трубопроводов начинается на этапе подготовки к строительству, что позволяет своевременно обнаружить и зафиксировать любые отклонения от проекта и применить необходимые корректирующие решения. Строительный мониторинг на базе наблюдений за процессами сооружения строительных объектов позволяет повысить до приемлемого уровня безопасность эксплуатации сложных техногенных сооружений

в любых, даже экстремальных условиях. Кроме того, строительный мониторинг предназначен для раннего предупреждения о возможности возникновения аварийных ситуаций и немедленного оповещения о предельном снижении уровня безопасности. Строительный мониторинг осуществляется на различных стадиях жизненного цикла строительных объектов, в том числе в период их эксплуатации. Одна из важнейших задач мониторинга - выявление существенных отклонений от первоначального состояния важнейших характеристик строительного объекта, таких как прочность конструкций и сооружений. Это позволяет обнаружить тенденцию к ухудшению состояния конструкции или доказать обратное, т. е. засвидетельствовать, что за время наблюдения значимых ухудшений выявлено не было.

Неизбежные процессы старения строительных материалов и строительные дефекты, проведенные за период эксплуатации объекта, ремонтные мероприятия, воздействие природной среды и различных техногенных явлений - все это приводит к тому, что важнейшие характеристики строительных объектов существенно отличаются от проектных. Поэтому строительные объекты должны периодически подвергаться мониторин-

Ссылка для цитирования (for citation):

Короленок А.М., Лисин И.Ю., Лим В.Г., Хоменко Т.В., Карлина Е.П. Геоинформационная система для принятия решений при планировании ремонтных работ специализированными предприятиями // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 11. С. 12-16.

Korolenok A.M., Lisin I.Yu., Lim V.G., Khomenko T.V., Karlina E.P. Geographic Information System for Decision-Making in Planning the Repair by Specialized Enterprises (In Russ.). Territorija "NEFTEGAS" = Oil and Gas Territory, 2017, No. 11, P. 12-16.

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 11 November 2017

13

Схема функционирования GgraphSystem The GgraphSystem functional diagram

гу и различным обследованиям,таким как дефектоскопия или измерение характеристик и определение текущего состояния изоляционных покрытий. Строительный мониторинг может быть организован по разным схемам. Но для получения надежных и достоверных результатов обычно необходимо проведение нескольких серий обследований и измерений,например в различные климатические периоды. Развитие технологий сбора, средств хранения и обработки данных и соответствующих компьютерных программ позволяет организовать систему строительного мониторинга на основании наблюдений за состоянием строительных объектов. Анализ результатов наблюдений позволяет оценить прочностные характеристики строительных конструкций и оценить их ресурс в зависимости от полученных на протяжении их жизненного цикла результатов наблюдений,

а также от проведения ремонтно-строительных работ.

Изношенность и длительные сроки эксплуатации значительной части трубопроводов ставят новые задачи в части повышения качества, полноты и оперативности технического обследования строительных объектов и сооружений. Выполнить квалифицированно эту работу можно при использовании современных технических средств, в том числе контрольно-измерительной аппаратуры, программно-технических систем диагностики неразрушающи-ми методами контроля, акустической дефектоскопии, радиометрическим, магнитометрическим, низкочастотным акустическим, тепловизионным и другими методами.

Исходя из основной цели системы строительного мониторинга, ее нужно рассматривать как инструмент управления реализацией технологических

процессов. Конечной целью мониторинга является обеспечение стабильности и надежности функционирования трубопроводов. Достигается эта цель путем анализа результатов наблюдений и принятия обоснованных технических решений.

Разработка унифицированной системы наблюдений за трубопроводами требует использования современных информационных технологий, таких как автоматизированные банки данных, геоинформационные системы, системы приятия решений, библиотеки расчетных модулей.

Система мониторинга состоит из подсистемы сбора исходной информации, банка данных результатов наблюдений и подсистемы управления техногенными процессами.

Информационно-аналитическая система мониторинга выполняет функции сбора, накопления, обработки технологической

AUTOMATION

информации и обеспечения доступа к ней, ведения геоинформационной базы данных, оценки и прогноза технического состояния и экологической ситуации. Получаемая в результате функционирования системы информация необходима для осуществления контроля и анализа эффективности производственной деятельности, осуществляемой в процессе строительства, эксплуатации и ремонта трубопроводов, а также принятия решений о проведении мероприятий, направленных на снижение затрат [5]. Обработка результатов мониторинга производится на основе комплекса методик, позволяющих:

• систематизировать основные факторы техногенного риска эксплуатации трубопроводов;

• произвести экспертную оценку влияния этих факторов на возможность возникновения производственного отказа;

• ранжировать исследуемые трубопроводы по относительной величине техногенного риска их эксплуатации;

• определить наиболее предпочтительную очередность проведения работ по капитальному ремонту трубопроводов;

• произвести выбор необходимых в каждом конкретном случае методов ремонта [6].

Авторами статьи разработан проект компьютерной системы, предназначенной для автоматизированного хранения, обработки и наглядного представления результатов технологического и строительного мониторинга трубопроводов. Результаты наблюдений поступают в систему с заданной периодичностью с выхода имеющихся на контролируемых объектах систем телеметрического контроля. Полученная информация помещается в базу данных системы и может быть в дальнейшем использована как для визуального контроля, так и для решения различных технологических задач и статистического анализа, а также для составления прогнозов. Наиболее важными задачами в составе комплекса являются:

• выявление процессов, способных привести к возникновению аварийных ситуаций и к отказам технологического оборудования трубопроводов;

• контроль промышленных выбросов в атмосферу;

• мониторинг экологической ситуации при строительстве и эксплуатации трубопроводов;

• оценка величины техногенного риска эксплуатации трубопроводов;

• контроль фактических значений ре-жимно-технологических параметров, таких как давление и температура газа, температура и влажность грунта, режимные схемы работы технологических объектов и т. д.;

• ведение базы данных технологических схем работы объектов управления;

• создание и ведение каталога электронных карт местности и привязка к ним контролируемых техногенных объектов.

Системы трубопроводов являются территориально распределенными, участки трубопроводов расположены на территориях большой протяженности, имеющих самый разнообразный рельеф местности, различную температуру грунта, метеоусловия в различных точках системы и т. д. Связать в единое целое карты и схемы местности, объекты территориально распределенных систем и соответствующую им технологическую информацию позволяет разработанная географическая информационная система в виде пакета прикладных программ GgraphSystem - комплекс, осуществляющий хранение, отображение и обработку информации о пространственно распределенных объектах на основе электронных карт, связанных с ними баз данных и сопутствующих материалов [7]. Геоинформационная система обеспечивает ввод, хранение, обработку и отображение пространственно-координатных данных для решения задач идентификации технологических параметров и моделирования [8-9]. Она предоставляет пользователям разнообразную технологическую и экологическую информацию и обеспечивает средствами для ее преобразования, поиска и визуализации в табличном и графическом виде. На рисунке приведена обобщенная функциональная схема GgraphSystem.

Использование информационных технологий предоставляет принципиально новые возможности для решения задач контроля технического состояния объ-

ектов нефтегазовой отрасли, а также задач экологического мониторинга при строительстве и эксплуатации систем трубопроводов [10-11]. Использование интуитивно понятногоweb-интер-фейса существенно облегчает доступ к результатам решения задач сбора и обработки данных специалистам -технологам и экологам. Кроме того, визуальное представление информации на фоне карт и схем пространственно распределенных объектов облегчает ее восприятие и анализ, позволяет существенно сократить сроки и повысить качество принятия решений производственным персоналом предприятий отрасли.

Для публикации результатов работы GgraphSystem на web-сервере должен использоваться специально разработанный программный интерфейс, позволяющий:

• публиковать карты местности и схемы объектов управления в формате GIF;

• наносить на карты пространственно распределенные данные в виде условных обозначений, схем и пиктограмм;

• формировать активные части изображений и гиперссылки для привязки технологических объектов к картам и схемам в целях получения атрибутивной и текстовой информации о состоянии выбранных объектов.

В процессе просмотра информации пользователю системы предоставляются следующие возможности:

• вывод карты или схемы на экран;

• увеличение и уменьшение масштаба участков изображения;

• выбор конкретных объектов и получение дополнительной текстовой или графической информации о выбранном объекте;

• выделение объектов определенного типа.

В системе предусмотрено хранение информации об объектах различных типов, каждому типу объекта соответствует определенная пиктограмма. Кроме того, каждому из объектов может соответствовать дополнительная карта или схема, на которой могут быть выделены объекты другого типа. Например, на карте может быть выделен объект «трубопровод», а на схеме объекта «трубопровод» может быть выделен

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 11 November 2017

15

объект «газораспределительная станция» и т. д.

Каждому объекту соответствует и атрибутивная информация, полученная в ходе выполнения мониторинга или в результате решения технологических задач. Также в качестве атрибутивной информации мы рассматриваем паспортные данные объектов, например диаметры трубопроводов и их протяженность. Атрибутивная информация хранится в системе в виде файлов формата DBF.

Создание автоматизированной геоинформационной системы производственно-технологического мониторинга позволяет получить определенные преимущества перед имеющимися разрозненными прикладными программами и базами данных, поскольку:

• обеспечит возможность совместного принятия решений группами специалистов, рабочие места которых могут быть территориально разделены;

• позволит оперативно получать различную справочную информацию (технологические схемы объектов, данные экологического мониторинга и т. д.);

• обеспечит возможность использования накопленной в базе данных информации для статистической обработки и прогнозирования экологической ситуации и последствий техногенной деятельности.

Завершающим этапом функционирования информационно-аналитической системы являются оценка технического состояния отдельных производственных объектов и системы в целом, а также выработка мероприятий по повыше-

нию надежности функционирования трубопроводов.

Внедрение системы в эксплуатацию позволит постоянно осуществлять технологический и строительный мониторинг трубопроводов, что будет способствовать обеспечению требуемого уровня безопасности системы газоснабжения в целом. В дальнейшем перечень задач, решаемых в рамках геоинформационной системы производственно-технологического мониторинга, может пополняться задачами, связанными с анализом географических сетей, например с определением зон распространения выбросов вредных веществ, а также задачами моделирования и прогнозирования экологических и социальных последствий аварий.

References:

1. Chukhareva N.V., Chukharev V.A., Rudachenko A.V. The Industrial Safety of Main Pipeline Objects. Textbook. Khanty-Mansiysk, Print-Klass, 2015, 186 p. (In Russian)

2. Tsvetkov V.Ya. Geographic Information Systems and Technology. Moscow, Financy i Statistika, 1998, 290 p. (In Russian)

3. Cheremisina E.N., Nikitin A.A. Geographic Information Systems and Technology. Moscow, All-Russian Scientific and Research Institute of Geological, Geophysical and Geochemical Systems, 2011, 376 p. (In Russian)

4. Kovin R.V., Markov N.G. Geographic Information Systems and Technology. Textbook. Tomsk, Tomsk Polytechnic University, 2009, 267 p. (In Russian)

5. Fridlyand Ya.M., Korolenok A.M., Kol.otil.ov Yu.V. Repair Cost Monitoring under Main Pipeline Safe Operation Conditions. Nauka i Tekhnologii Truboprovodnogo Transporta Nefti i Nefteproduktov = Science and Technologies Oil and Oil Products Pipeline Transportation, 2016, No. 4 (24), P. 38-41. (In Russian)

6. Subbotin V.A., Kol.otil.ov Yu.V., Miklush A.S. The Modelling Systems of the Designing the Repair of Main Pipelines. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiya = Repair. Recovery. Renovation, 2016, No. 10, P. 31-36. (In Russian)

7. Fridlyand Ya.M., Korolenok A.M., Kol.otil.ov Yu.V. Information and Analytical Decision Support Systems for the Requirements Generation for the Industrial Safety of Oil Pipelines. Upravlenie Kachestvom v Neftegazovom Komplekse = Quality Management in Oil and Gas Industry, 2016, No. 2, P. 39-41. (In Russian)

8. De Mers M.N. Geographic Information Systems. The Elements. Moscow, Publishing House "Data+", 1999, 490 p. (In Russian)

9. Shaytura S.V. Geographic Information Systems and Its Creation Methods. Kaluga, Publishing House of N. Bochkareva, 1998, 282 p. (In Russian)

10. Lisin I.Yu., Efremov A.M., Kol.otil.ov Yu.V. Analysis of Parameters of Investment Projects of Main Pipelines Capital Repair. Gazovaya Promyshlennost' = Gas Industry, 2016, No. 2 (734), P. 63-66. (In Russian)

11. Subbotin V.A., Miklush A.S., Kol.otil.ov Yu.V. Monitoring of Construction Works during Main Gas Pipelines Repair. Moscow, Izvestiya, 2016, 547 p. (In Russian)

Литература:

1. Чухарева Н.В., Чухарев В.А., Рудаченко А.В. Промышленная безопасность объектов магистральных трубопроводов: Учеб. пособие. Ханты-Мансийск: Принт-Класс, 2015. 186 с.

2. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. 290 с.

3. Черемисина Е.Н., Никитин А.А. Геоинформационные системы и технологии. М.: ВНИИгеосистем, 2011. 376 с.

4. Ковин Р.В., Марков Н.Г. Геоинформационные системы и технологии: Учебник. Томск: Томский политех. ун-т, 2009. 267 с.

5. Фридлянд Я.М., Короленок А.М., Колотилов Ю.В. Контроль затрат на ремонтные работы в условиях обеспечения безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 4 (24). С. 38-41.

6. Субботин В.А., Колотилов Ю.В., Миклуш А.С. Моделирование системы проектирования ремонта магистральных трубопроводов с использованием современных информационных технологий // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2016. № 10. С. 31-36.

7. Фридлянд Я.М., Короленок А.М., Колотилов Ю.В. Информационно-аналитические системы поддержки принятия решений по формированию требований к промышленной безопасности нефтепроводов // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2016. № 2. С. 39-41.

8. Де Мерс М.Н. Географические информационные системы. Основы. М.: Дата+, 1999. 490 с.

9. Шайтура С.В. Геоинформационные системы и методы их создания. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 1998. 282 с.

10. Лисин И.Ю., Ефремов А.М., Колотилов Ю.В. Анализ показателей инвестиционных проектов капитального ремонта магистральных трубопроводов // Газовая промышленность. 2016. № 2 (734). С. 63-66.

11. Субботин В.А., Миклуш А.С., Колотилов Ю.В. Мониторинг строительно-монтажных работ при ремонте магистральных газопроводов. М.: Известия, 2016. 547 с.