ПРЕСС-ЦЕНТР

Перспективные средства визуального контроля за транспортом газа

Нефтяное хозяйство 5/2006

Мохорт И.А., ООО "Тюментрансгаз", Семикин В.Ю., ЗАО "РТСофт"

Основной проблемой, связанной с рациональным использованием информации, накапливаемой в сложных технических системах управления транспортом газа, является проблема анализа информации, накапливаемой в базах данных реального времени. Речь идет не об отдельных показаниях датчиков или значениях отдельных параметров, а об общей картине процесса транспорта газа. Такого рода информация, как правило, попадает в распоряжения диспетчеров в виде табличных форм отчетов, которые весьма непросто анализировать и делать соответствующие выводы. Для решения обозначенной проблемы предлагается использовать графическое представление информации.

До настоящего времени управление газотранспортной системой осуществляется на основании интуиции и опыта специально подобранных и обученных диспетчеров. Подбор в группу диспетчеров строго индивидуальный. Обязателен опыт и специальные личные качества этих людей. Специально диспетчеров не готовит ни одно учебное заведение. Опыт управления газотранспортной системой появляется с годами работы в этой системе. Тот, кто работает в этой системе, прошел хорошую школу жизни, проработал на нескольких должностях в этой области, имеет, как правило, незаурядные способности к анализу информации. Согласитесь, что не каждый, даже хорошо обученный и имеющий опыт работы в подразделениях Газпрома, согласится практически самостоятельно принимать решения в сложных ситуациях, брать на себя и нести ответственность за огромное, опасное дело. Никто и никогда точно не может сказать, что может случиться и произойти в таком хозяйстве. Однако вести это хозяйство целые сутки, обеспечивать его функционирование на протяжении всего дежурства, принимать самые неожиданные решения по ликвидации штатных и нештатных ситуаций приходится именно диспетчеру.

Именно в силу того, что практика требует решительного вмешательства науки в решение проблем, связанных с поиском эффективных способов решения задач транспорта газа, появляются работы, посвященные этой проблематике. В основу научного подхода к решению задач возлагаемых на диспетчера положено понятие "логистика газа" [2].

Опираясь на основные научные положения логистики газа, предлагается подход к построению средств визуализации процессов транспорта газа. Актуальность темы определяется бурным развитием информационно-управляющих систем (ИУС) газотранспортными предприятиями, использованием совершенных баз данных и новейших систем отображения информации. Без достаточной научной разработки вопросов визуализации процессов транспорта газа нет возможности полноценно использовать дорогостоящее оборудование и программные средства, а следовательно, нельзя в полной мере автоматизировать процесс управления ГТС и работу диспетчерского корпуса в целом.

Постановка задачи

Задача управлением транспорта газа решается диспетчером на основании имеющейся у него информации.

  1. Статическое представление модели газоперекачивающей системы в образе графического представления газотранспортной системы в виде графа или таблицы, рисунка или схемы, характеризующих технологические возможности транспортировки газа, режимов и возможностей газоперекачивающих агрегатов, пропускной способности сети трубопроводов с возможностями запорной арматуры, возможности источников и потребителей газа, его расходов и многое другое.
  2. Динамические характеристики физических процессов в трубопроводе и поведения энергетических проявлений работы технологического оборудования в виде давлений и температур, расходов энергии, мощности работы агрегатов, и т.п. с подробными числовыми характеристиками, расчетными и согласованными показателями, характеризующими процесс транспорта газа.

Все обозначенное выше так или иначе умещается в базах данных ИУС и отображается с использованием табличной, мнемотехнической и текстовой информации.

Анализ основных закономерностей работы диспетчера и объемов информации в базах данных ИУС позволяет предложить представление всей необходимой информации в виде трехмерных динамических ландшафтов, комплексно отражающих процессы транспортировки газа и состояния параметров ГТС.

Изначально термин "ландшафт" использовался в таких областях знаний, как картография и обозначал форму изменения земной поверхности. В основном этот термин ассоциируется с перепадами различных точек земли по отношению к уровню моря на определенной площади.

Ранее рассматривался ландшафт архитектурных представлений информационных систем и технологий (оборудование) [1]. Здесь рассматривается часть ландшафта информационных полей.

Вся картина ландшафтов, отображающих содержимое баз данных ИУС для диспетчера, представляется из двух частей: "материальной" и "полевой":

  1. Первая, материальная, плоскость представляет архитектурную модель технологический системы в виде многослойной структуры технических объектов, разнесенных в пространстве сообразно географическому расположению. В условиях территориально разнесенных объектов ГТС материальная плоскость моделируется матрицей, в каждой ячейке которой располагается техническое устройство.
  2. На каждом техническом устройстве располагается сеть датчиков, поставляющих информацию в ИУС.
  3. Над материальной плоскостью (матрицей измерительных точек) лежит пространственный куб, моделирующий "полевую", не материальную составляющую, отражающую информационную составляющую работы оборудования и процессов транспорта газа.
  4. Все технологические процессы отражаются в этом пространстве в виде графических объектов (например, график распределения температур по длине трассы).
  5. Визуализация состояния, всей или частей, технологической системы представляется в трехмерном пространстве в виде разноцветных геометрических фигур (запас газа в отдельных сегментах труб).
  6. Визуализация процесса транспорта газа отображается волнообразными изменениями в информационном пространстве и рассматривается как распределение полей и изменение их плотности над точками технологической плоскости (матрицей измерительных точек ГТС).
  7. Применяемые фильтры позволяют рассматривать созданный пространственный объект в различных срезах и ракурсах, оттенках и плотностях сечения полей.

Пример модели данных о запасах газа

Как показали исследования в этой области, ГТС может разбиваться на некоторые достаточно самостоятельно управляемые зоны транспорта газа. Учитывая относительную (организованную) замкнутость зоны, запас газа в ней можно считать и судить о его увеличении или уменьшении. По итогам анализа запаса возможно решение об общей картине перемещения газа в системе в целом.

В случае графического представления информации из базы данных реального времени общий вид ГТС может быть представлен рисунком 1.

Зоны имеют разнообразную конфигурацию, отличающуюся расцветкой в зависимости от запланированного состояния. Например, зеленым можно представить более благополучные зоны, в которых запас газа соответствует плановому запасу, более теплые оттенки - желтый, оранжевый и, наконец, красный - сигнализируют о несоответствии планового и реального запаса. Например, красный - это опасно для исполнения плана. Надо подчеркнуть гипотетичность выдвинутых здесь предположений, хотя общему здравому смыслу это не противоречит.

Между зонами установлены стрелки, отражающие возможность межсистемного перемещения запасов газа между обозначенными (цифрами) зонами.

В самой зоне возможно словесное и цифровое обозначение запаса газа, символы, характеризующие тенденцию увеличения-уменьшения запасов газа.

Такой уровень представления помогает в целом оценить общее состояние системы и запаса газа в зонах, но не дает возможности детального анализа в самой зоне. Тем не менее анализ состояния ГТС на заданном уровне обобщения по материалам существующих отчетов весьма затруднителен.


Рис. 1. Общий вид зональных запасов газа в ГТС

Принципы отображения дополнительных характеристик ГТС в зонах могут быть самыми разнообразными, однако единым для всех требованием является наличие наглядного графического представления, явно указывающего диспетчеру на состояние ГТС в анализируемой зоне. Работа над выявлением содержания информации в зоне и видов ее представления продолжаются.

Получив плоскость, визуально моделирующую содержимое базы данных реального времени на заданном уровне обобщения, можно перейти на один уровень ниже и получить возможность контроля и анализа информации из базы данных реального времени о состоянии отдельных участков ГТС.

Например, можно предложить для анализа процесс изменения запаса газа в системе за некоторый период времени в виде поверхности, на которой цветом отображены величины запаса в зонах с 1 по 13 за период 15 суток (зеленый больше, оранжевый меньше).


Рис. 2. Графическая информация о состоянии запасов газа в ГТС по информации базы данных реального времени

Выводы

  1. Основой для формирования трехмерного представления информации из базы данных реального времени служит информация от датчиков технических устройств, ИУС.
  2. Информация, представляемая для визуализации, должна быть предварительно подготовлена (статистическая обработка, нормирование, OLAP технологии SQL Server 2000, Microsoft PivotTable Service, PivotTable Service, Decision Support Objects).
  3. Для отображения результатов обработки возможно использовать стандартные средства баз данных (образца 2006 года) или модули аналитических систем.
  4. Процедура предоставления графической информации по различным срезам анализа является итерационной, требующей дополнительных инструментальных средств анализа (ведение плоскостей сечения и анализа информации на этих плоскостях).
  5. Предлагаемый подход ни в коей мере не подменяет традиционные методы анализа состояния ГТС, лишь дополняет их с целью уменьшения нагрузки на диспетчера и призван уменьшить количество итераций анализа состояния ГТС.
  6. Введение в практику средств визуализации содержимого баз данных реального времени позволит диспетчерам сосредоточиться на управлении ГТС, уйти от рутинных трудоемких операций по анализу табличных и текстовых форм представления информации.

Литература

  1. Семикин В.Ю. Трехмерное представление архитектуры оборудования для решения задач анализа состояния технологических систем (на примере газотранспортной системы). М.:Мир компьютерной автоматизации, 1, 2006.
  2. Логистика газа. Лекция в НОУ ОНУТЦ ОАО "Газпром", Калининград, Интернет-сайт., 2005.