Implementacja projektu systemu monitorowania stanu gazociągów przesyłowych i ich otoczenia

• Autorzy: Timofiejczuk, Anna , Rzydzik, Sebastian , Holewa-Rataj, Jadwiga , Rataj, Mateusz , Kastek, Mariusz , Pawelski, Daniel , Brawata, Sebastian , Gawełda, Bartosz

Warianty tytułu

EN

Implementation of the design of the system for monitoring the condition of gas transmission pipelines and their surroundings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł prezentuje etap implementacji bezinwazyjnego systemu pozwalającego na okresowe monitorowanie szczelności gazociągów i stanu ich otoczenia. System składa się z podsystemu pomiarowego – śmigłowiec załogowy z zamontowanym spektroradiometrem podczerwieni i kamerą światła widzialnego oraz podsystemu informatycznego – serwer obliczeniowy z zainstalowanym oprogramowaniem do przetwarzania zarejestrowanych danych, w tym danych hiperspektralnych. W zakresie integracji systemu pomiarowego ze śmigłowcem zbudowano specjalne podwieszenie, które umożliwia bezpieczne użytkowanie kamery hiperspektralnej, oraz wykonano przewody pozwalające na niezakłóconą wymianę danych pomiędzy kamerą a systemem kontrolno-pomiarowym zamontowanym w kabinie helikoptera. Podwieszenie zostało przetestowane podczas prób w locie w zakresie drgań przekazywanych z układu napędowego helikoptera na układ pomiarowy spektroradiometru. Przeprowadzona analiza w dziedzinie częstotliwości oraz czasu sygnałów przyspieszeń, prędkości i przemieszczeń potwierdziła poprawność wykonanego projektu podwieszenia. W kolejnych testach postanowiono zweryfikować gotowość techniczną systemu pomiarowego. W tym celu wytyczono różne trasy przelotu, z uwzględnieniem ograniczeń toru optycznego spektroradiometru, skonfigurowano oprogramowanie, uwzględniając różne tryby rejestracji danych, a następnie wykonywano loty nad zbudowanym specjalnie dla potrzeb projektu stanowiskiem doświadczalnym, pozwalającym na symulowanie naziemnych i podziemnych wycieków metanu z infrastruktury gazowej. Wielokrotnie wykonane rejestracje danych w zakresach światła podczerwonego i widzialnego pozwoliły zgromadzić materiał badawczy niezbędny do weryfikacji gotowości technicznej systemu pomiarowego, poprawności działania stanowiska doświadczalnego oraz opracowanych algorytmów obliczeniowych. Podsystem informatyczny zbudowany jest ze zintegrowanych modułów obliczeniowych, które pozwalają na przetwarzanie danych hiperspektralnych w zakresie detekcji i kwantyfikacji emisji metanu oraz przetwarzanie obrazów w świetle widzialnym w zakresie klasyfikacji obiektów niedozwolonych, występujących w otoczeniu gazociągów. W kolejnym etapie moduły przeznaczone do przetwarzania zarejestrowanych przez kamerę hiperspektralną danych zostaną poddane testom w warunkach rzeczywistych oraz zostaną zoptymalizowane do postaci funkcjonalnego systemu informatycznego.

EN

The paper presents implementation of the design of a non-invasive system that allows periodic monitoring of the tightness of gas pipelines and the condition of their surroundings. The system consists of a measurement subsystem – a manned helicopter with an infrared spectroradiometer and a visible light camera, and an IT subsystem – a computing server with software for processing recorded data, including hyperspectral data. In terms of integrating the measurement system with the helicopter, a special suspension was built to enable safe use of the hyperspectral camera, and cables were made to enable uninterrupted data exchange between the camera and the control and measurement system installed in the helicopter cabin. The suspension was tested during flight tests in terms of vibrations transmitted from the helicopter's propulsion system to the spectroradiometer measurement system. The analysis carried out in the frequency and time domain of acceleration, velocity and displacement signals confirmed the correctness of the suspension design. In further tests, it was decided to verify the technical readiness of the measurement system. For this purpose, various flight routes were marked, taking into account the limitations of the optical path of the spectroradiometer, software was configured taking into account various data recording modes, and then flights were made over an experimental station built especially for the project, allowing the simulation of above-ground and underground methane leaks from the gas infrastructure. Multiple data recordings in the infrared and visible light ranges allowed collecting research material necessary to verify the technical readiness of the measurement system, the correct operation of the experimental station and the developed computational algorithms. The IT subsystem consisting of integrated calculation modules is currently being developed. It makes it possible to process hyperspectral data in the field of methane detection and quantification, and process visible light images in the field of classification of prohibited objects in the vicinity of gas pipelines. In the next stage, the modules intended to process the data recorded by the hyperspectral camera will be integrated into a functional IT system.

Słowa kluczowe

PL

detekcja metanu; kwantyfikacja metanu; rozpoznawanie obrazów; ortofotomapa; symulowanie nieszczelności gazociągu

EN

methane detection; methane quantification; image recognition; orthophotomaps; simulating a gas pipeline leak

• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 6
• Strony: 361--370
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Timofiejczuk, Anna

• Politechnika Śląska

autor

Rzydzik, Sebastian

• Politechnika Śląska,

autor

Holewa-Rataj, Jadwiga

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Rataj, Mateusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kastek, Mariusz

• TECHNOVIS Sp. z o.o.

autor

Pawelski, Daniel

• TECHNOVIS Sp. z o.o.

autor

Brawata, Sebastian

• VORTEX Sp. z o.o.

autor

Gawełda, Bartosz

• VORTEX Sp. z o.o.

Bibliografia

• Coleman T.F., Li Y., 1993. An Interior Trust Region Approach for Nonlinear Minimization Subject to Bounds. Cornell University, Ithaca, TR93-1342. DOI: 10.1137/0806023.
• Farley V., Chamberland M., Lagueux P., Vallières A., Villemaire A., Giroux J., 2007. Chemical agent detection and identification with a hyperspectral imaging infrared sensor. Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 7486. DOI:10.1117/12.736864.
• Gålfalk M., Olofsson G., Crill P., Bastviken D., 2015. Making methane visible. Nature Climate Change, 2877: 1–5. DOI: 10.1038/nclimate2877.
• Goodfellow I., Bengio Y., Courville A. (ed.), 2018. Deep Learning. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. DOI: 10.1007/s10710-017-9314-z.
• Kastek M., Piątkowski T., Trzaskawka P., 2011. Infrared imaging Fourier transform spectrometer as the stand-off gas detection system. Metrology and Measurement Systems, 18(4): 607–620.DOI: 10.2478/v10178-011-0058-4.
• Moritz A., Hélie J.-F., Pinti D.L., Larocque M., Barnetche D., Retailleau S., Lefebvre R., Gélinas Y., 2015. Methane Baseline Concentrations and Sources in Shallow Aquifers from the Shale Gas-Prone Region of the St. Lawrence Lowlands (Quebec, Canada). Environ Sci. Technol., 44(9): 4765–4771. DOI: 10.1021/acs.est.5b00443.
• Telops: Hyperspectral Cameras. <https://www.telops.com/products/ hyperspectral-cameras/> (dostęp: 7.07.2023).
• Timofiejczuk A., Rzydzik S., Holewa-Rataj J., Kukulska-Zając E., Kastek M., Brawata S., Gawełda B., Pawelski D., 2023. Koncepcja systemu monitorowania stanu gazociągów przesyłowych i ich otoczenia. Nafta-Gaz, 79(1): 52–60. DOI 10.18668/NG.2023.01.06.
• Trask A.W., 2019. Zrozumieć głębokie uczenie (baza danych online). Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.06.05