Научная статья на тему 'О видности заглубленных трубопроводов на тепловых изображениях подстилающей поверхности: нестационарная задача'

О видности заглубленных трубопроводов на тепловых изображениях подстилающей поверхности: нестационарная задача Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
45
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗАГЛУБЛЕННЫЙ ТРУБОПРОВОД / BURIED PIPELINE / БЕЗОПАСНОСТЬ / SECURITY / ДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА / REMOTE DIAGNOSTICS / ПОДСТИЛАЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / UNDERGROUND SURFACE / ТЕПЛОВЫЕ КОНТРАСТЫ / THERMAL CONTRASTS / ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ КОНТРАСТА / CONTRAST CHANGE DYNAMICS

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Епифанцев Б. Н., Епифанцева М. Я.

Обосновано время проведения тепловой разведки состояния подземного трубопровода, когда дешифрируемость получаемых снимков является наиболее продуктивной.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Епифанцев Б. Н., Епифанцева М. Я.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «О видности заглубленных трубопроводов на тепловых изображениях подстилающей поверхности: нестационарная задача»

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.