Система видеонаблюдения за техническим состоянием магистрального газопровода и интеллектуальная контрольно-измерительная колонка для ее реализации

Система видеонаблюдения за техническим состоянием магистрального газопровода и интеллектуальная контрольно-измерительная колонка для ее реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к трубопроводному транспорту и может быть использована для дистанционного видеонаблюдения за техническим состоянием (ТС) магистрального газопровода (МГ), например, в условиях Крайнего Севера.

Известна система того же назначения содержащая видеокамеру с блоком инфракрасной подсветки, оптически согласованную с опасным участком МГ, и датчики параметров, влияющих на ТС газопровода. Система также содержит схему формирования предупредительного сигнала при появлении в зоне опасного участка МГ двигающегося предмета, например автомобиля. Сигнал по радиоканалу направляется в центральный пункт мониторинга ТС МГ / Патент РФ №2317471, Кл. F16L 17/00, 2006/.

Известна система видеонаблюдения за ТС МГ, принятая за прототип /Патент РФ №2334163, Кл. F17D 5/00, F16L 55/26, G01M 3/00, 2008/.

Прототип содержит две пары оптически согласованных видеокамер и интеллектуальную контрольно-измерительную колонку, включающую в себя набор датчиков параметров, влияющих на техническое состояние магистрального газопровода, обрабатывающую аппаратуру и радиомодем, при этом выходы датчиков подключены к соответствующим входам обрабатывающей аппаратуры интеллектуальных контрольно-измерительных колонок, соединенной с управляющим входом радиомодема.

В прототипе системы четыре видеокамеры расположены в вершинах прямоугольника. Имеется также датчик давления с распределенными параметрами, выполненный, например, в виде упругой камеры из эластичного материала, с установленным внутри нее датчиками давления, задающий границы опасного участка контролируемого МГ.

Известна интеллектуальная контрольно-измерительная колонка (ИКИК) для реализации системы видеонаблюдения (аналога), содержащая радиомодем, датчики параметров, влияющих на ТС МГ, подключенных через обрабатывающую аппаратуру к управляемому входу радиомодема /Патент РФ №2317471, Кл. F16L 17/00, 2008/.

Известна ИКИК для реализации системы видеонаблюдения (прототипа), содержащая радиомодем, датчик статического давления транспортируемого газа, установленный в магистральном газопроводе, микрофон, установленный рядом с магистральным газопроводом, и обрабатывающую аппаратуру, включающую мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, при этом выходы датчиков подключены к входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь с входом микропроцессора, выходы которого подключены к управляющему входу мультиплексора /Патент РФ №2334163, Кл. F17D 5/00, F16L 55/26, G01M 3/00, 2008/.

Недостатками аналогов и прототипов системы видеонаблюдения и ИКИК для их реализации является невозможность видеонаблюдения с их помощью за ТС большого участка МГ.

Техническим результатом, получаемым от внедрения группы изобретений, является получение возможности видеонаблюдения за ТС большого участка МГ.

Поставленный технический результат в части системы видеонаблюдения достигают за счет того, что в известной системе видеонаблюдения за ТС МГ, содержащей две пары оптически согласованных видеокамер и ИКИК, включающую в себя набор датчиков параметров, влияющих на техническое состояние магистрального газопровода, обрабатывающую аппаратуру и радиомодем, при этом выходы датчиков подключены к соответствующим входам обрабатывающей аппаратуры ИКИК, соединенной с управляющим входом радиомодема, дополнительно содержит (n-1) аналогичных ИКИК, расположенных с заданным пространственным шагом над МГ, и (n-2) пар видеокамер, при этом видеокамеры установлены вдоль линии, параллельной МГ с противоположных сторон корпусов колонок, причем видеокамеры соседних колонок оптически согласованы друг с другом, а выходы (n-1) наборов датчиков подключены к соответствующим входам обрабатывающей аппаратуры соответствующих колонок, где n=2, 3…

Радиомодем ИКИК выполнен в виде GSM модема.

Система дополнительно содержит навигационную аппаратуру потребителей сигналов космической навигационной системы GPS или Глонасс.

Поставленный технический результат в части ИКИК достигатся за счет того, что в известном ИКИК, содержащем радиомодем, датчик статического давления транспортируемого газа, установленный в МГ, микрофон, установленный рядом с МГ, и обрабатывающую аппаратуру, включающую мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, при этом выходы датчиков подключены к входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с входом микропроцессора, выходы которого подключены к управляющему входу мультиплексора, дополнительно содержит энергонезависимое оперативно-запоминающее устройство, соединенное входом с выходом микропроцессора, а выходом - двухсторонней связью с управляемым входом радиомодема.

ИКИК может дополнительно содержать вольтметр, подключенный между МГ и землей.

ИКИК может дополнительно содержать геофон, установленный в земле вблизи МГ.

ИКИК может дополнительно содержать второй геофон, установленный в земле на заданном расстоянии от первого геофона.

ИКИК может дополнительно содержать датчик скорости коррозии МГ. Датчик скорости коррозии может быть выполнен в виде образца-свидетеля, электрически соединенного с МГ перемычкой, подключенного к измерителю сопротивления.

ИКИК может дополнительно содержать датчик линейной деформации МГ, установленный на наружной стороне его стенки.

ИКИК может содержать два дополнительных датчика линейной деформации, причем все три датчика линейной деформации расположены в одном сечении МГ под углом 120° друг к другу.

ИКИК может дополнительно содержать датчик удельного сопротивления грунта.

ИКИК может дополнительно содержать датчик утечки транспортируемого газа. Датчик утечки может быть выполнен в виде датчика концентрации транспортируемого газа.

ИКИК может дополнительно содержать аккумуляторную батарею и фотомодуль, подключенный к цепи зарядки аккумуляторной батареи.

ИКИК дополнительно содержит ветроэлектрогенератор, подключенный к цепи зарядки аккумуляторной батареи.

Изобретения поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема системы видеонаблюдения за ТС МГ и ИКИК для ее реализации; на фиг.2 - электронная схема составных частей группы изобретений.

Система содержит (фиг.1) несколько пар оптически согласованных видеокамер 1₁…1_n и 2₁…2_n, установленных на ИКИК 3₁…3_n. ИКИК 3 расположены над МГ 4 вдоль газопровода с заданным пространственным шагом в пределах прямой видимости.

Видеокамеры 1 и 2 расположены на противоположных сторонах ИКИК 3 и попарно оптически согласованы с видеокамерами соседних колонок.

С каждой из n колонок соотносятся датчик 5 статического давления транспортируемой среды, установленный в газопроводе 4 около соответствующей ИКИК 3, датчик 6 акустической эмиссии, датчик 7 звука (или шума) и геофоны 8, 9, расположенные на известном расстоянии друг от друга вдоль МГ.

Каждая колонка также включает вольтметр 10, подключенный между электродом 11 МГ 4 и землей, и омметр 12, подключенный между электродом 13 газопровода 4 и землей.

Имеется также датчик 14 утечки транспортируемого газа.

К датчикам 14, 5, 6, 7, 8, 9 подключена соответственно вторичная аппаратура 15, 16, 17, 18, 19, расположенная в соответствующем ИКИК системы. (На фиг.1 данные блоки представлены в первой колонке).

Кроме того, каждая колонка системы включает в себя датчик 20 скорости коррозии (ДСК 20), подключенный к своей вторичной аппаратуре 21 и выполненный, например, в виде образца-свидетеля, электрически соединенного с МГ 4 перемычкой.

Каждая колонка также включает в себя один или несколько датчиков 22 линейных деформаций (ДЛД 22) МГ 4, подключенных к вторичной аппаратуре 23.

Оптимальным вариантом является выполнение ДЛД 22 в виде трех датчиков, расположенных в одном сечении МГ 4 под углом 120°.

На фиг.1 датчики 20, 22 со вторичной аппаратурой 21, 23 изображены на крайней правой колонке, а остальные датчики - на левой ИКИК.

Все n ИКИК согласно формулы изобретения выполнены аналогичным образом.

Каждая ИКИК 3 также включает в себя радиомодем 24 с радиоантенной 25, выполненный, например, в виде GSM модема и GPS модем 26 со спутниковой антенной 27.

Кроме того, в состав каждой ИКИК может входить аккумуляторная батарея 28, фотомодуль 29 и ветроэлектрогенератор 30 (фиг.2).

Видеокамеры 1, 2, радиомодемы 24, 26, вторичная аппаратура 10, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 23, набор датчиков 5, 6, 7, 8, 9, 20, 22 подключены выходами к обрабатывающей аппаратуры, представленной на фиг.1 под позицией 31.

Обрабатывающая аппаратура 31 включает в себя (фиг.2) мультиплексор 32, АЦП 33, микропроцессор 34, энергонезависимое оперативно-запоминающее устройство 35 (ОЗУ 35).

Схема электрических соединений блоков представлена на фиг.2.

Выходы всех датчиков 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 23 параметров, влияющих на ТС МГ 4, а также выходы видеокамер 1, 2 и радиомодемов 24, 26 подключены к входам мультиплексора 32, соединенного выходом через АЦП 33 с входом микропроцессора 34. Входы микропроцессора 34 подключены к входу ОЗУ 35 и упраляемому входу мультиплексора 32. ОЗУ 35 соединено двухсторонней связью с радиомодемом 24.

Система видеонаблюдения за ТС МГ и ИКИК для ее реализации работают следующим образом.

С помощью видеокамер 1, 2, расположенных на ИКИК 3 вдоль всего контролируемого участка МГ 4, ведется постоянное видеонаблюдение за состоянием магистрали.

Несанкционированное вторжение в зону видеонаблюдения приведет к появлению на выходе соответствующих видеокамер 1, 2 видеосигнала, по которому можно определить координаты и тип вторгшегося в контролируемый участок объекта.

Многочисленные датчики, установленные внутри, на или около МГ 4 позволяют определить параметры, влияющие на ТС контролируемого участка газопровода.

Датчик 5 статического давления с вторичной аппаратурой 16 дает информацию о давлении транспортируемого газа внутри МГ 4.

Датчик 6 акустической эмиссии с вторичной аппаратурой 17 позволяет предопределить растрескивание трубопровода и утечку транспортируемого газа из МГ 4.

Датчик 7 звука (микрофон) с вторичной аппаратурой 18 позволяет получить информацию о подозрительных шумах в охраняемой зоне.

Геофоны 8, 9 с вторичной аппаратурой 19 могут определить координаты передвигающегося по земле нарушителя.

Вольтметр 10, подключенный между землей и трубопроводом позволяет измерить шаговое напряжение в районе МГ 4.

Омметр 12, подключенный между трубопроводом и землей дает возможность измерить электрическое сопротивление грунта на контролируемом участке МГ 4.

Датчик 14 утечки транспортируемого газа с вторичной аппаратурой 15 дает информацию о наличии повреждения в трубопроводе и расходе вытекающего из него газа.

ДСК 20 с вторичной аппаратурой 21 позволяет оценить степень коррозийной изношенности МГ 4 на контролируемом участке.

ДЛД 22 с вторичной аппаратурой 23 позволяет во время предотвратить опасные значения продольной деформации газопровода.

Вся информация о ТС МГ 4 через мультиплексор 32 и АЦП 33 подается на микропроцессор 34. После обработки информация со всех датчиков запоминается в ОЗУ 35.

Питание ОЗУ 35 и других электронных блоков может осуществляться от АКБ 28, подзаряжаемой от фотомодуля 29 и ветроэнергогенератора 30.

Считывание информации, содержащейся в ОЗУ 35, может осуществляться по радиоканалу по запросу центрального пункта мониторинга (на чертеже не показан). Информация может считываться одновременно со всех контролируемых ИКИК 3 при использовании, например, спутниковой системы связи. Или может последовательно передаваться от колонки к колонке по радиоканалу посредством радиомодемов 24 с радиоантенной 25.

При этом GPS обеспечивает необходимые для синхронизированной передачи информации метки времени.

Считывание информации с ИКИК 3 может осуществляться с помощью летательного аппарата, с установленным на борту вычислительным комплексом.

Летательный аппарат, например, вертолет (на чертеже не показан) осуществляет пролет вдоль трубопровода 4 и последовательный опрос всех ИКИК 3 со считыванием содержимого ОЗУ 3 всех колонок, представляющего собой отсчеты параметров всех датчиков за весь период времени, прошедший с момента предыдущего считывания.

Вычислительный комплекс летательного аппарата построен на базе IBM - совместимого компьютера в промышленном исполнении, который питается от бортовой сети вертолета.

Поскольку в каждый момент времени опрашивается только одна ИКИК 3, в состав вычислительного комплекса вертолета включена навигационная аппаратура, осуществляющая определение текущих координат летательного аппарата и определение адреса ближайших к вертолету ИКИК 3 для опроса.

В случае работы системы в областях местности с развитыми сетями сотовой связи GSM - стандарта в качестве радиомодема ИКИК может использоваться GSM-модем.

1. Система видеонаблюдения за техническим состоянием магистрального газопровода, содержащая две пары оптически согласованных видеокамер и интеллектуальную контрольно-измерительную колонку, включающую в себя набор датчиков параметров, влияющих на техническое состояние магистрального газопровода, обрабатывающую аппаратуру и радиомодем, при этом выходы датчиков подключены к соответствующим входам обрабатывающей аппаратуры интеллектуальных контрольно-измерительных колонок, соединенной с управляющим входом радиомодема, отличающаяся тем, что дополнительно содержит (n-1) аналогичных интеллектуальных контрольно-измерительных колонок, расположенных с заданным пространственным шагом над магистральным газопроводом, и (n-2) пар видеокамер, при этом видеокамеры установлены вдоль линии, параллельной магистральному газопроводу с противоположных сторон корпусов колонок, причем видеокамеры соседних колонок оптически согласованы друг с другом, а выходы (n-1) наборов датчиков подключены к соответствующим входам обрабатывающей аппаратуры соответствующих колонок, где n=2, 3… .

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что радиомодем интеллектуальной контрольно-измерительной колонки выполнен в виде GSM модема.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит навигационную аппаратуру потребителей сигналов космической навигационной системы GPS или Глонасс.

4. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка, содержащая радиомодем, датчик статического давления транспортируемого газа, установленный в магистральном газопроводе, микрофон, установленный рядом с магистральным газопроводом, и обрабатывающую аппаратуру, включающую мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, при этом выходы датчиков подключены к входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь с входом микропроцессора, выходы которого подключены к управляющему входу мультиплексора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит энергонезависимое оперативно-запоминающее устройство, соединенное входом с выходом микропроцессора, а выходом - двухсторонней связью с управляемым входом радиомодема.

5. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вольтметр, подключенный между магистральным газопроводом и землей.

6. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит геофон, установленный в земле вблизи магистрального газопровода.

7. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй геофон, установленный в земле на заданном расстоянии от первого геофона.

8. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик скорости коррозии магистрального газопровода.

9. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.8, отличающаяся тем, что датчик скорости коррозии выполнен в виде образца-свидетеля, электрически соединенного с магистральным газопроводом перемычкой, подключенного к измерителю сопротивления.

10. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик линейной деформации магистрального газопровода, установленный на наружной стороне его стенки.

11. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.10, отличающаяся тем, что содержит два дополнительных датчика линейной деформации, причем все три датчика линейной деформации расположены в одном сечении магистрального газопровода под углом 120° друг к другу.

12. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик удельного сопротивления грунта.

13. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик утечки транспортируемого газа.

14. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.13, отличающаяся тем, что датчик утечки выполнен в виде датчика концентрации транспортируемого газа.

15. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит аккумуляторную батарею и фотомодуль, подключенный к цепи зарядки аккумуляторной батареи.

16. Интеллектуальная контрольно-измерительная колонка по п.15, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ветроэлектрогенератор, подключенный к цепи зарядки аккумуляторной батареи.