Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики» удк 621. 385 6 № госрегистрации: 01201063825 Инв. №
Скачать 3.09 Mb.
|
| ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»
ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ Этап 1. Выбор направления исследований и разработка технического задания на создание аппаратного комплекса по теме: РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АППАРАТУРНЫХ СРЕДСТВ ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ (промежуточный) Тема № 200055 Заместитель директора по научной работе В.Н. Азаров МИЭМ НИУ ВШЭ д.т.н., профессор Руководитель темы: д.т.н., профессор С.У.Увайсов Москва 2010 СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ Научный руководитель, д.т.н., профессор ______________ Увайсов С.У. (Гл.1.2) Исполнители: Профессор, д.х.н. ______________ Пожидаев Е.Д. (Гл.1.1) Профессор, д.т.н. ______________ Кечиев Л.Н. (Гл.1.1) Профессор, д.ф.-м.н. ______________ Ельников А.В. (Гл.1.4) Доцент, к.ф.-м.н. ______________ Бушмелева К.И. (Приложение А) Доцент, к.т.н. ______________ Плюснин И.И. (Гл.1.3) Доцент, к.ф.-м.н. ______________ Мурунов Е.Ю. (Гл.1.4) Докторант, к.т.н. ______________ Увайсов Р.И. (Гл.1.1) Ст.препод. ______________ Полесский С.Н. (Гл.1.1) Аспирант ______________ Бушмелев П.Е. (Гл.1.4) Аспирант ______________ Назаров Е.В. (Гл.1.4) Аспирант ______________ Иванов И.А. (Гл.1.1) Студент ______________ Масленникова Я.Л. (Гл.1.1) Студент _______________ Хацкевич О.П. (Гл.1.1) Студент ______________ Звягина С.С. (Гл.1.1) Студент _______________ Маркин А.В. (Гл.1.1) Студент _______________ Дубоделова Д. А. (Гл.1.1) Инженер _______________ Морозовская М. Д. (Гл.1.1) Нормоконтроллер _______________ Крючков Н. М. Инженер _______________ Чегров В.Е (Гл.1.6) РЕФЕРАТ Отчет 256 с., 34 рисунка, 28 таблиц, 194 источника, 1 прил. МОНИТОРИНГ, КОНТРОЛЬ, ГАЗОТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА, ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ Выбор направления исследований и разработка технического задания на создание аппаратного комплекса. Целью настоящей научно – исследовательской работы является создание комплексной системы лазерного зондирования и геоинформационной обработки результатов мониторинга газотранспортной системы объектов МГ и ЖКХ, обладающих принципиально лучшими техническими характеристиками по сравнению с существующими. Основными критериями представленных разработок настоящей научно – исследовательской работы являются: повышение уровня эффективности и точности локализации и идентификации источников утечки углеводородного сырья из объектов ОАО «Газпром» по сравнению с существующим, более чем на 30%; повышение вероятности их обнаружения до 92%; расширение сферы применения изделий на объекты ЖКХ и другие объекты. В процессе выполнения этой работы осуществляется подготовка и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов. Разрабатываемой научно-технической продукцией является программно-аппаратный комплекс мониторинга газотранспортных объектов с использованием лазерно-информационных технологий. Первый этап научно-исследовательской работы посвящен выбору направления исследований, проведению патентных исследований и разработки технического задания на создание аппаратного комплекса. В рамках первого этапа: 1. Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, по тематике проекта. Обобщенная характеристика Единой системы газоснабжения России, показала, что газотранспортная отрасль является базовой для российской энергетики и экономики в целом. При этом отмечается, что наибольшую озабоченность вызывают магистральные газопроводы, суммарная протяженность которых составляет на сегодняшний день порядка 158,2 тыс.км. Приведена классификация дефектов, анализ причин их появления и особенности влияния, возникающих при эксплуатации газопроводов. 2. Проведен анализ существующих традиционных методов диагностирования и неразрушающего контроля и средств измерений, используемых при мониторинге технического состояния газотранспортных объектов. Дана классификация и сравнительный анализ дистанционных аэрокосмических методов оценки состояния трубопроводных систем. Проведенный анализ научных публикаций и патентов в области мониторинга газотранспортных объектов посредством лазерного зондирования позволил определить их основные недостатки и наметить пути их преодоления. 3. Проведен выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач в области разработки программно-аппаратного комплекса мониторинга газотранспортных объектов с использованием лазерно-информационных технологий. Показано, что газотранспортные объекты относятся к ответственным энергетическим сооружениям, к техническому состоянию и надежности, работы которых предъявляются повышенные требования. Это обусловлено как причинами технического, экологического характера, так и огромным материальным ущербом в случае отклонений исходных параметров технического состояния указанных объектов от нормативных, вследствие возникновения дефектов или аварии. 4. На основе проведенного анализа технического состояния и доминирующих факторов аварийности, возникающих в ходе эксплуатации газотранспортных объектов Единой системы газоснабжения России, а также методов и аппаратных средств, используемых при мониторинге магистральных газопроводов, были приведены способы решения поставленных задач. 5. Проведено сопоставление ожидаемых показателей для разработки и изготовления новой технической продукции, мобильного аппаратного комплекса лазерного зондирования, после внедрения результатов НИР с существующими показателями изделий-аналогов и с действующей нормативно-технической документацией. Было отмечено, что к основным проблемам, возникающим в данной предметной области следует отнести следующие. Существующие лазерные устройства дистанционного зондирования (на базе полупроводниковых и газовых лазерах) обособленно решают часть задач мониторинга газотранспортных объектов и объектов ЖКХ – обнаружение (с низкой достоверностью) только утечки газа. При этом эксплуатация локаторов не эффективна в заводненных условиях (реки, озера, болота, лужи и т.п.) и в населенных пунктах, имеющих покрытия (бетон, металл и т.п.) – из-за ложного срабатывания, в основном от зеркального отражения излучения. Как показывает анализ существующих лазерных устройств дистанционного зондирования, их разработка и внедрение проводилась на интуитивном уровне, с учетом возникшего спроса на дистанционные устройства обнаружения утечек газа из газопроводов и наличии лазерных источников излучения, имеющих линии поглощения газа (в основном метана). На данном этапе нет теоретических основ по созданию лазерных локаторов ближнего действия, для мониторинга окружающей среды, за исключением фундаментального издания (Мусьяков М.П. и др. Проблемы ближней лазерной локации), где рассмотрены в основном локационные вопросы (обнаружение физических объектов, определение расстояний до них и т.п.). Существующие локаторы, из-за своей уникальности: не технологичны в производстве, сложны в эксплуатации, требуют высококвалифицированное и регулярное техническое обслуживание. В локаторах отсутствует какая-либо унификация на системном уровне, они не могут эксплуатироваться в автономном режиме (без оператора). В каждом локаторе оригинальные обработка и представление информации, поэтому их сложно адаптировать под известные геоинформационные технологии, а тем более унифицировать ее. Точностные характеристики локаторов априорные и почти не поддаются проверке, а тем более сертификации. В данных устройствах практически полностью отсутствует пост обработка результатов зондирования. Разработка локаторов на базе полупроводниковых и газовых лазеров с использованием вычислительной техники полностью исключается, из-за отсутствия какой-либо теории проектирования конкретных устройств, а тем более комплексов в целом. В настоящее время только эффективное использование вычислительной техники, позволит оптимизировать и значительно ускорить процесс внедрения изделий (особенно с лазерными технологиями) в производство, а значит и в народное хозяйство, яркий тому пример – массовое создание в мире различного высокоэффективного обрабатывающего оборудования, использующего лазерные технологии. В связи с этим был сделан вывод, о том, что решить все поставленные задачи мониторинга газотранспортных объектов, а также значительно повысить достоверность и эффективность работы лазерных устройств, а также их эксплуатационные возможности, позволит «Разработка методов и аппаратурных средств лазерно-информационной технологии мониторинга газотранспортных объектов» основанной на системном подходе к проблеме. 6. Патентные исследования по НИР проведены в соответствии с ГОСТ Р15.011-96 «Система разработки и постановки продукции на производство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения». Анализ представленных в материалах поиска отечественных и зарубежных патентов свидетельствует об активной работе по созданию методов диагностирования и разработки программно-аппаратных комплексов используемых при мониторинге газотранспортных объектов на базе лазерно-информационных технологий в научных подразделениях ведущих зарубежных и отечественных фирм и исследовательских центрах, что подтверждает актуальность выбранного направления исследований НИР. 7. Проведена разработка технического задания с полным набором требований к программно-аппаратному комплексу мониторинга газотранспортных объектов с использованием лазерно-информационных технологий. В соответствии со сформулированными требованиями была разработана структура программно-аппаратного комплекса. Приведен состав и общие технические характеристики аппаратных и программных средств комплекса. Приведены требования к техническим, инструментальным и программным средствам разрабатываемого комплекса, а также требования к информационной автоматизированной системе позволяющей производить обработку информации по мониторингу газотранспортных объектов. Данный комплекс обеспечивает эффективное и оперативное управление и мониторирование технического состояния газотранспортных объектов за счет: дистанционного поиска; точной локализации места утечки метана; низкой вероятности появления информации о ложных дефектах; обнаружения и идентификации объектов газотранспортной системы, на которых образуются дефекты, а так же позволяет оценить техническое состояния газотранспортной магистрали. Основные результаты проекта внедрены в образовательный процесс с целью подготовки и закрепления в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных коллективов. По теме проекта подготовлены и защищены две диссертационные работы на соискание ученой степени кандидата технических наук: - Яценко Е.А. на тему «Методика градуировки измерительных приборов по набору стандартных образцов с применением специализированного программного продукта» по специальности 05.11.15 – Метрология и метрологическое обеспечение. Защита состоялась 18 мая 2010 года на заседании диссертационного совета Д 212.133.05 Московского государственного института электроники и математики. - Воловиковой Е.В. на тему «Метод диагностирования радиоэлектронных функциональных узлов по электрическим характеристикам с учетом температур комплектующих элементов» по специальности 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения. Защита состоялась 20 мая 2010 года на заседании диссертационного совета Д 212.133.06 Московского государственного института электроники и математики. Подготовлены 3 доклада студентов и аспирантов для участие в XVIII Международной студенческой конференции школе-семинаре «Новые информационные технологии», которая прошла в мае 2010г. в г. Судак. Подготовлены 3 доклада студентов для участие в XIV студенческой научной конференции имени Г.И. Назина Сургутского государственного университета ХМАО-Югры «Наука 60-й параллели», которая прошла в апреле 2010г. в г. Сургут. Подготовлены 2 доклада аспирантов для участия в VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с элементами научной школы «Инноватика – 2010», которая прошла в апреле 2010г. в г. Томск. Подготовлены 5 докладов студентов и аспирантов для участия в научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, которая прошла в феврале-марте 2010г. в г. Москва. Подготовлены 4 доклада аспирантов для участия в международном симпозиуме «Надежность и качество - 2010», который прошел в мае 2010г. в г. Пенза. Подготовлены 7 докладов студентов и аспирантов для участие в VII международной научно-практической конференции «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий (ИНФО-2010)», которая прошла в октябре 2010г. в г. Сочи. Подготовлены 5 докладов студентов и аспирантов для участие в ХI окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации ХХI», которая пройдет в ноябре 2010г. в г. Сургут. Опубликованы статьи в рецензированных журналах, рекомендованных ВАК и учебные пособия: 1. Бушмелева, К.И. Дистанционное зондирование магистральных газопроводов: учебное пособие /К.И. Бушмелева, И.И. Плюснин; Сургут. гос. ун-т ХМАО – Югры. – Сургут: ИЦ СурГУ, - 2010. – 121 с. 2. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У. Модель мобильного устройства дистанционного зондирования магистрального газопровода //Информационные технологии. – 2010. - №3. – С. 11 – 15. 3. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У. Анализ методов и средств диагностирования магистральных газопроводов //Контроль. Диагностика. – 2010. - №7. – С. 29 – 37. 4. Бушмелева К.И., Яценко Е.А. Специализированный пакет программ для калибровки измерительных приборов //Информационные технологии. – 2010. - №10. – С. 64 – 67. Подана заявка на государственную регистрацию программы для ЭВМ «Оператор ЛУГ». Автор: Бушмелева К.И. По тематике проекта в 2010 году защищены 6 дипломных работ студентами кафедр «Лазерные и микроволновые информационные системы», «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» (МИЭМ), «Автоматизированные системы обработки информации и управления», «Радиоэлектроника» (Сургутский государственный университет), проводится учебно-исследовательская работа студентов и научно-исследовательская работа магистров и аспирантов. В рамках проекта модернизирована программа по курсам: «Моделирование систем» специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления»; «Основы автоматики и системы автоматического управления», «Управление качеством РЭС», «Техническая диагностика», «Автоматизированные системы обеспечения надежности и качества аппаратуры специального назначения» специальности «Проектирование и технология РЭС». Готовятся к представлению в диссертационный совет в 2010 году: - диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Иванова И.А. на тему: «Метод обеспечения контролепригодности радиоэлектронных средств» по специальности: 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения; - диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Волокикова В.В. на тему: «Методология комплексного моделирования разнородных физических процессов» по специальности: 05.13.12 – Системы автоматизированного проектирования. Полученные в работе научные и научно-технические результаты оказывают положительное влияние на подготовку студентов и аспирантов, которые принимают активное участие, как в получении научных результатов в области мониторинга и прогнозирования экологической безопасности при транспортировке углеводородного сырья, так и использовании этих результатов в докладах на симпозиумах, конференциях, межвузовской научной школе молодых специалистов и различных конкурсах. В процессе выполнения этой работы осуществляется подготовка и закрепление в сфере науки и образования научно-педагогических кадров, подготовка квалифицированных специалистов, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов, омоложение кадров, создание малых предприятий при ВУЗе и внедрение наукоемких технологий в промышленность. На дальнейших этапах работы по проекту планируется проведение значительного объема экспериментальных исследований с участием студентов, аспирантов и преподавателей, которые пишут диссертационные работы, что также способствует закреплению научных и научно-педагогических кадров в сфере науки и образования. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..13 1.1. Анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, по теме проекта 16 1.1.1. Характеристика современного состояния газотранспортной отрасли России. Анализ особенностей и технического состояния магистральных газопроводов и технологических объектов 17 1.1.2. Анализ проблемной ситуации внедрения лазерно-информационной системы при мониторинге магистральных газопроводов и технологических объектов ЖКХ 46 1.1.3. Дефекты линейной части магистральных газопроводов, причины возникновения и особенности проявления 48 1.1.4. Анализ современных методов и средств диагностирования технического состояния газотранспортных объектов 65 1.2. Выбор и обоснование направления исследований и способов решения поставленных задач 97 1.3. Сопоставление ожидаемых показателей новой продукции после внедрения результатов НИР с существующими показателями изделий-аналогов или с действующей нормативно-технической документацией 102 1.3.1. Аналитическая оценка показателей качества технических средств после внедрения результатов НИР с существующими показателями изделий-аналогов 103 1.3.2. Алгоритм расчета относительной аналитической оценки качества технических средств 105 1.3.3. Сопоставление показателей качества технических средств 116 1.4. Разработка ТЗ на создание программно-аппаратного комплекса 117 1.4.1. Техническое задание на разработку и создание аппаратного комплекса. Общие сведения 118 1.4.2. Назначение и цели создания программно-аппаратного комплекса 121 1.4.3. Характеристика объекта 122 1.4.5. Состав и содержание работ по созданию комплекса 135 1.4.6. Порядок контроля и приемки комплекса 137 1.4.7. Требования к документированию 138 1.5. Разработка технических требований и структуры комплекса технических средств (КТС) для проведения исследований по теме проекта. 140 1.5.1. Требования к структуре и функционированию комплекса 140 1.5.2. Общие требования к программно-аппаратным средствам комплекса 141 1.5.3. Требования к техническим и инструментальным средствам комплекса 146 1.5.4. Требования к программным средствам комплекса 155 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 158 Приложение А. Проведение патентных исследований 177 А.1. Аннотация 177 А.2. Термины и определения 179 А.3. Перечень сокращений 180 А.4. Введение 182 А.5. Регламент патентного поиска. 185 А.6. Предмет и цели патентного поиска. 185 А.7. Выбор временного интервала и стран поиска. 190 А.8. Выбор классификационных рубрик и источников информации 190 А.9. Методика проведения поиска 193 А.10. Результаты исследований 194 А.11. Заключение 210 Приложение АА по ГОСТ Р15.011-96. Задание на проведение патентных исследований 213 Приложение АБ по ГОСТ Р15.011-96. Регламент поиска 215 Приложение АВ по ГОСТ Р15.011-96. Отчет о поиске 219 ВВЕДЕНИЕ Такие газотранспортные объекты как магистральные газопроводы (МГ) относятся к ответственным энергетическим сооружениям, к техническому состоянию (ТС) и надежности работы которых предъявляются повышенные требования. Это обусловлено как причинами технического, экологического характера, так и огромным материальным ущербом в случае отклонений исходных параметров ТС от нормативных, вследствие возникновения дефектов или аварии. Общая протяженность линейной части (ЛЧ) газопроводов России превышает 160 тысяч километров, покрывает практически всю территорию страны, и выходит далеко за ее пределы. Большая часть ЛЧ проходит через территории с неблагоприятными климатическими и рельефно-ландшафтными условиями и подвергается жестким внешним воздействиям. Расчетный средне-нормативный срок службы ЛЧ МГ в этих условиях составляет немногим более 30-ти лет. При этом более 40 тысяч км газопроводов исчерпали ресурс, а сроки эксплуатации 60% ЛЧ составляют на сегодня от 10 до 30 лет. В связи с этим появился комплекс научно-технических проблем по обеспечению надежности ЛЧ МГ, устойчивости их работы и безопасности, оценкам остаточного ресурса и рисков. Основным направлением деятельности для решения этих проблем является совершенствование системы управления техническим состоянием ЛЧ МГ на основе развития и создания новых методов и средств неразрушающего контроля и технического диагностирования. За последние десятилетия этой проблеме посвящено значительное число работ как у нас в стране, так и за рубежом. Большой вклад в развитие теории диагностики газотранспортных систем (ГТС) внесли Баренбойм И.И., Бондаренко П.М., Борисов В.В., Будзуляк Б.В., Вавилов В.П., Горчаков В.А., Гумеров А.Г., Гурвич А.К., Долгов И.А., Зарицкий С.П., Земенков Ю.Д., Ионин Д.А., Канайкин В.А., Крылов Г.В., Ланчаков Г.А, Мазур И.И., Халилсев П.А. Выбор методов и средств диагностирования обуславливается также конструктивными особенностями и решениями в газотранспортной системе, сроком службы газопроводов, природно-климатическими условиями, наличием измерительных средств, возможностями транспорта и др. факторами. В зависимости от используемых физических принципов работы методы диагностирования подразделяются на десять основных групп: акустические, магнитные, внутритрубные, вихретоковые, оптические, капиллярные, радиационные, вибродиагностические, тепловые и электрические. Наибольшее распространение получили первые пять методов. Для проведения полного обследования и оценки ресурса ЛЧ МГ требуются большие затраты времени, материальных и финансовых средств. Осуществить сплошной мониторинг при помощи традиционных методов нельзя, поскольку для этого потребовалось бы вскрыть все подземные коммуникации и выполнить зачистку поверхности МГ и сварных стыков. Кроме того, традиционные методы и средства неразрушающего контроля направлены на поиск и нахождение конкретного дефекта. При этом определить размеры дефектов (глубина, протяженность), расположенных в объеме основного металла или в металле сварного соединения достаточно сложно. Главный же недостаток этих методов состоит в локальности их применения, что делает их малоэффективными, когда необходимо осуществить мониторинг на протяженных участках ЛЧ или на их труднодоступных участках, в отсутствие развитой сети коммуникаций. Поэтому проблема разработки новых методов и средств диагностирования МГ, позволяющих с приемлемой достоверностью осуществлять их мониторинг, является весьма актуальной проблемой при создании масштабных систем управления техническим состоянием газотранспортной сети. Исследование процессов взаимодействия МГ с окружающей средой и оценка состояния трубопроводных ГТС может быть произведена лишь на основе применения дистанционных, например, аэрокосмических методов, позволяющих получать принципиально новую по качеству и полноте информацию не только в контрольных точках, но, что особенно важно, по всей трассе в целом. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики»... Информационно-координационного центра по взаимодействию с оэср института статистических исследований и экономики знаний ниу вшэ,... | | Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Тюменской области «Тюменская государственная академия мировой экономики, управления и права» |
| "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" Охватывают учебный материал, который не рассматривается на аудиторных занятиях | | Программа дисциплины для направления 030600. 62 «История» Национальный исследовательский университет – Высшая школа экономики Санкт-Петербург |
| «Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Национальный исследовательский университет высшая школа экономики Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
 | «Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Разработка методов государственного регулирования процессов рождаемости, смертности, брачности и разводимости | | "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"- санкт-Петербург Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики» Факультет философии Организация деятельности школы, направленная на обеспечение доступности общего образования | | "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" «Оплата медицинской помощи в системе обязательного медицинского страхования», который состоится с 13 по 24 октября |
| Нижегородский филиал Федерального государственного автономного образовательного... Анооспо «Оренбургский колледж менеджмента, туризма и гостиничного сервиса» (техникум) | | Протокол Нижегородский филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования... |
| Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Утвердить прилагаемую Стратегию развития медицинской науки в Российской Федерации на период до 2025 года | | Протокол Нижегородский филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования... |
| «Национальный исследовательский университет» «Высшая школа экономики» Санкт-Петербургский филиал Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования | | Доклад о ходе реализации «Программы развития государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «Государственный... |
