NGG Russia  


 Меню

 Статистика







 Публикации

txtSQL Warning: Table "pages_clicks" doesn't exist in C:\OpenServer\domains\nggnew2\index.php on line 59

txtSQL Warning: Table pages_clicks doesn't exist in C:\OpenServer\domains\nggnew2\index.php on line 59
Версия для печати

Применение спутниковой навигации при определении местоположения дефектов линейной части магистральных газопроводов на основе геодезического позиционирования


 В.Е. Бочков ООО «Нефтегазгеодезия»
 
 Коротко
     Ежегодное увеличение объемов транспорта углеводородного сырья влечет за собой ужесточение требований к времени простоя линейной части магистральных газопроводов, связанному с проведением ремонтных работ. Способствовать реальному сокращению сроков проведения ремонтных работ может только внедрение современных технологий. Одной из таких технологий, безусловно, позволяющей добиться хороших результатов является применение системы спутниковой навигации при определении местоположения дефектов линейной части магистральных газопроводов на основе геодезического позиционирования [1].

     Технология спутниковой навигации давно и повсеместно используется в геодезии, но мы рассмотрим применение этой технологии при проведении ремонта линейной части магистральных газопроводов на основе информации о дефектах газопровода, выявленных по результатам внутритрубной инспекции.
     Осветим положение дел сложившееся в подавляющем большинстве газотранспортных обществ на сегодняшний день. После проведения внутритрубной инспекции и утверждения перечня дефектов, подлежащих ремонту, и сроков проведения работ, этот перечень передается в линейную эксплуатационную службу, сотрудники которой с помощью различных средств измерения линейных расстояний (как правило – ленточной рулетки) производят разметку мест расположения дефектных секций газопровода на трассе. Причем в зависимости от протяженности ремонтируемого участка, количества дефектов, а также состояния вдольтрассовых проездов этот предварительный этап может занимать весьма продолжительное время, а точность такой разметки может быть весьма низкой. Точность разметки в свою очередь сказывается на объемах земляных работ. При некачественной разметке велика вероятность того, что первый шурф будет лишь уточняющим и потребуется время на проведение основного шурфа захватывающего дефект.
     Таким образом, зачастую, приступая к ремонту, линейные службы не имеют возможности достоверно прогнозировать время окончания этапа земляных работ и визуального освидетельствования вскрытого дефекта. Это негативно сказывается на общем планировании и может привести к срывам сроков ремонта.
     Между тем на сегодняшний день существует и уже успешно используется технология, основанная на спутниковой навигации, которая позволяет полностью исключить этап предварительной разметки и значительно повысить точность указания местоположения дефектной секции газопровода. Более того, на практике доказано, что точность определения местоположения может быть такой, что позволит сократить протяженность шурфа до 10 метров и гарантирует попадание дефекта. Таким образом, этап земляных работ существенно сокращается и становится абсолютно предсказуемым и планируемым.

   Справка
     Система спутниковой навигации (GPS –Global Positioning System)предназначена для определения текущих координат пользователя в любой точке на поверхности Земли [2, 3] . Вкратце рассмотрим принцип действия: система спутниковой навигации состоит из 24 искусственных спутников Земли, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользовательских приемников сигналов со спутников. По радиосигналам спутников приемники пользователей устойчиво и точно определяют текущие координаты местоположения. На сегодняшний день погрешности не превышают 15 метров, а, как правило, намного ниже. Этого вполне достаточно для решения задач местоопределения и навигации подвижных объектов (самолеты, корабли, автомобили и т.д.)
     Наряду с навигационными приемниками, для обеспечения выполнения широкого класса инженерных задач требующих гораздо более высокой точности и решающих чрезвычайно важные для человечества проблемы в областях геодезии, картографии, строительства промышленных сооружений и дорог применяются специальные приемники и методы обработки сигналов. Погрешности измерений приемников геодезического класса не превышают сантиметров и даже долей сантиметра. Однако сама аппаратура существенно дороже и требует от пользователей определенных навыков, что препятствует широкому распространению за рамки применения в вышеперечисленных областях.

 
      В основе рассматриваемой технологии определения местоположения дефектов лежит географически точная трехмерная модель магистрального газопровода, полученная в результате проведения работ по геодезическому позиционированию.
     Геодезическое позиционирование [1] на сегодняшний день является одним из самых высокоточных методов по определению пространственного положения магистральных газопроводов. Особо важным является то, что помимо положения в плане, в процессе проведения работ по геодезическому позиционированию, определяются глубина заложения трубопровода и абсолютная высота. Следует также подчеркнуть, что помимо магистральных газопроводов, производится съемка всех прочих конструктивных элементов трубопроводной системы (перемычки, отводы и прочее) попадающих в газотранспортный коридор. Именно поэтому, конечным результатом работ является обладающая высокой точностью трехмерная географическая модель газотранспортной сети. Съемка таких конструктивных элементов как краны, камеры запуска/приема, тройники, а также маркеры позволяет решать задачу по расчету географических координат дефектов.
     Рассмотрим решение задачи получения географических координат дефектов, пригодных для последующего нахождения с помощью спутниковых навигационных приемников на основе высокоточной географической модели газопровода. Приведенный ниже алгоритм успешно реализован в пакете специализированного программного обеспечения географической информационной системы геодезического обеспечения трубопроводных систем. Помимо вычисления непосредственно координат мы также коснемся вопроса оценки точности фиксации линейной дистанции снарядом-дефектоскопом. В заключении будет рассмотрено наиболее оптимальное практическое применение полученных результатов.
     Внимательно рассмотрим общие для всех моделей эксплуатируемых снарядов-дефектоскопов принципы фиксации расстояния. Пройденное расстояние определяется с помощью колесного одометра и синхронизируется с обнаруженными магнитными аномалиями. Точность фиксации показаний одометра, в первую очередь, зависит от скорости снаряда и обратно пропорциональна ей. Именно вследствие используемого метода фиксации дистанции можно говорить о двух видах вносимых в измерения погрешностях. К первому виду следует отнести погрешности механизма одометра, например, проскальзывание колеса одометра связанное с отклонением скорости снаряда от оптимальной. Они незначительны и легко определяются, как будет показано ниже. Второй вид погрешностей характеризуется локальными скачками, связанными с такими факторами как состояние внутренней поверхности трубы и уклоны газопровода.
     Оба вида отклонений накапливаются по мере прохождения дистанции. Линейная модель газопровода, построенная по результатам геодезического позиционирования не содержит накапливающихся отклонений, так как каждая последующая координата оси газопровода получена независимо от предыдущей. Именно поэтому, при проведении расчетов, линейные расстояния вдоль оси газопровода, полученные методом геодезического позиционирования, принимаются как эталонные.
     Алгоритм расчета координат дефектов состоит из нескольких основных этапов. Мы исходим из того, что работы по геодезическому позиционированию уже проведены и построена пространственная модель трубопроводной системы, на участке которой проведена внутритрубная дефектоскопия.
     На первом этапе производится связывание конструктивных элементов газопровода и маркерных пунктов (реперов), зафиксированных дефектоскопом, с географическими координатами этих же объектов полученных в ходе геодезического позиционирования. Таким образом, каждый дефект можно однозначно спроецировать на участок магистрального газопровода, ограниченный парой реперов. Наивысшие точности при расчете достигаются, когда каждому реперу отчета ставятся в соответствие географические координаты. Отсутствие географического соответствия у части реперов отчета ВТД приведет лишь к повышению погрешности расчета за счет увеличения длины участка газопровода ограниченного связанными реперами. Расчет координат дефектов возможен вплоть до случая, когда географическое соответствие получают два репера, ограничивающие участок прогона снаряда дефектоскопа.
     Как уже было указано наиболее важным параметром, влияющим на точность расчета, является вносимая одометром снаряда-дефектоскопа погрешность. Учесть эту погрешность позволяет введение поправочного коэффициента уникального для каждого межреперного участка. Этот коэффициент дается отношением дистанции между реперами по одометру дефектоскопа и дистанцией между этими же объектами полученной по данным геодезического позиционирования (эталонной дистанцией). В дальнейшем на данном межреперном участке все расчеты с использованием дистанции зафиксированной одометром дефектоскопа производятся только с учетом полученного коэффициента.
     Возможны несколько вариантов расчета указанного коэффициента: в одном случае для каждого репера берется отношение линейной дистанции зафиксированной одометром от секущего крана камеры запуска до репера и этой же дистанции на основе данных геодезического позиционирования. Построение графика, основанного на этих значения, позволяет оценить общий уровень достоверности показаний одометра на всей дистанции, а также определить так называемую накапливаемую погрешность, связанную со стабильной ошибкой одометра.
     Однако, как показывает опыт работы с отчетами ВТД, как правило, самые высокие погрешности при определении дистанции одометром снаряда-дефектоскопа весьма локальны и относятся к нескольким конкретным участкам трассы. Скорее всего, это объясняется сбоями одометра, спровоцированными особенностями газопровода на данном участке. Локализовать критические участки позволяет разбиение всей трассы движения снаряда на межреперные участки и взятие отношения дистанции по одометру к эталонной дистанции на каждом из них. На графике (Рис. 1), построенном по полученным отношениям, критические участки характеризуются большими значениями по оси ординат. Теперь локализация таких участков сводится к анализу значений отношения дистанций, с целью определения выходящих за установленную верхнюю границу. 
 

Рисунок 1


  
      На основании полученных коэффициентов рассчитывается оценка точности дистанции по одометру для каждого дефекта, которая еще до выхода на трассу дает возможность точно определить протяженность шурфа необходимого для вскрытия дефектной секции.
     Непосредственно задача получения географических координат дефекта сводится к решению набора стандартных геодезических задач. Расстояние от реперов до дефекта, полученное по показаниям одометра, с учетом полученных поправок проецируеся на ось газопровода, построенную на основе геодезического позиционирования. Полученная на оси точка и есть местоположение дефекта. Погрешность рассчитанной координаты прямо пропорциональна расстоянию до ближайшего репера и коэффициенту погрешности одометра на рассматриваемом участке и на местности соответствует отрезку трубопровода, центром которого является полученная точка. Если дефект имеет продольную форму то, как правило, расчет координаты ведется для точки, соответствующей началу дефекта по ходу газа.
     Процесс проведения расчета полностью автоматизирован с помощью программного обеспечения географической информационной системы геодезического обеспечения трубопроводных систем. Инженер линейной службы получает на руки стандартный отчет формата Microsoft Excel, в котором к уже имеющимся столбцам добавляются следующие: географические координаты, глубина заложения, а также оценка точности расчета. Также представляется график иллюстрирующий погрешности одометра дефектоскопа по трассе, а также продольный профиль и трехмерная модель газопровода с нанесенными дефектами.
     Рассмотрев расчетную часть решения задачи, перейдем к практическому применению полученных координат, а именно к вопросам оптимального подбора навигационной аппаратуры и уровню необходимых для работы навыков.
     Как уже упоминалось, все приемники системы спутникового позиционирования можно разделить на навигационный и геодезический классы. К геодезическому классу относятся приемники, предназначенные для профессионального использования и характеризующиеся сантиметровой точностью определения местоположения, но одновременно с этим высокой стоимостью и сложностью эксплуатации.
     Мы считаем, что для успешного нахождения дефекта по географическим координатам достаточно спутниковых приемников навигационного класса. Этот класс приемников отличает простота использования и низкая цена. Точность определения местоположения приемниками этого класса на практике составляет в зависимости от количества и расположения спутников 5-10 метров. Методика использования таких приемников практически не зависит от фирмы-производителя и требует нескольких часов для полного освоения. Предварительная разметка под шурфы должна начинаться с ввода координат дефектов в память приемника. Большинство приемников позволяет автоматизировать эту операцию с помощью компьютера и загружать каталог координат напрямую из электронного отчета ВТД. Необходимость привязываться к маркерам или кранам при проведении разметки теперь отпадает. Непосредственно на трассе инженеру достаточно выбирать из перечня загруженных координат, координаты дефекта, который необходимо шурфовать и приемник начинает показывать направление и расстояние до искомой точки, корректируя показания по мере приближения или удаления от искомой точки. Приемник обеспечивает работу в таком режиме при достаточно интенсивном движении (в автомобиле или вертолете), что позволяет производить разметку прямо «с колес». При наличии навигационных приемников в ремонтных бригадах необходимость в этапе предварительной разметки отпадает вовсе. Предварительная оценка точности позволяет регулировать протяженность шурфа, обеспечивающую вскрытие участка трубопровода, содержащего дефект.
     На сегодняшний день внедрение данной технологии проводится во всех газотранспортных обществах обеспеченных данными геодезического позиционирования. Практически установленная точность определения местоположения дефекта на основе рассчитанных географических координат составляет менее 5 метров и укладывается в паспортную погрешность приемников, которыми производились работы.
     Это говорит о высокой степени точности расчетных координат. Само полученное значение на порядок выше точности разметки проведенной с помощью рулеток, что в значительной мере способствует сокращению общего времени ремонта.
     В заключение еще раз подчеркнем, что в настоящее время службы ОАО «Газпром» и подрядчики все шире используют технологии спутниковой навигации при проведении строительных и ремонтных работ. Любое применение подобных технологий требует высокоточной пространственной модели трубопроводной системы как базиса, на основе которого возможно решение не только практических навигационных задач, но и разносторонних расчетных задач, а также высокоточного анализа и прогнозирования дальнейшего распространения коррозийных дефектов.

 
 Список литературы
     Геодезическое позиционирование объектов транспорта газа. В.В. Салюков, С.С. Синицын, С.П. Имшенецкий /Газовая промышленность. – 2003 . - № 1. – С. 62-63.
     Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования Москва. ИКФ "Каталог", 2002.
     Глушков В.В., Насретдинов К.К., Шаравин А.А. Космическая геодезия: методы и перспективы развития, Москва. Институт политического и военного анализа, 2002 
 



 Погода




 Международное    сотрудничество