Резюме: Создание инновационной комбинированной системы мониторинга трубопроводов, основанной на применении аэрофотосъемки и волоконно-оптических датчиков, способно дать важную синергию для поддержания безопасности магистральных трубопроводов в режиме он-лайн.

Ключевые слова: мониторинг магистральных трубопроводов, беспилотные летательные аппараты, распределенные волоконно-оптические датчики.

Общепринятым является мнение о том, что идеальной системы мониторинга трубопроводов не существует (1). Иными словами, решение задачи комплексной защиты транспортных артерий нефти, нефтепродуктов и газа от опасностей криминогенного, антропогенного и технологического свойства всегда связано с достижением разумного компромисса между большим числом факторов: технических, экономических, порой даже политических (особенно в свете периодически вводимых разнообразных санкционных режимов).

Можно пытаться по старинке охранять трубопроводы силами военизированных патрулей – но это не всегда надежно, нетехнологично, да и не позволяет выявлять утечки, особенно на ранней стадии. Определенным шагом вперед стало применение средств видеонаблюдения. Но они требуют подвода на трассу трубопровода электропитания, к тому же, несмотря на их относительное удешевление, по-прежнему сами будут требовать охраны от вандалов и прочих злоумышленников.

Параметрические системы как правило точно определяют факт потери нефти или газа между двумя точками замера. Но они как правило требуют установки датчиков внутри трубы, целостность которой нарушается. Кроме того, датчики не всегда надежны, они требуют периодической поверки. Надо также учесть, что параметрические системы, равно как использование математического моделирования и анализа волн давления, не решают проблем физической защиты трубопроводов от злоумышленников.

Важным шагом вперед на пути к разумному компромиссу в сфере создания комплексной системы мониторинга трубопроводов и прочих протяженных объектов инфраструктуры стало широкое использование волоконно-оптических технологий. В частности, московское предприятие «ПетроЛайт» через созданное в 2010 году совместно с ОАО «АК «Транснефть» ЗАО «ОМЕГА» оснастило своей Системой обнаружения утечек и контроля активности (СОУиКА «ОМЕГА») более пяти с половиной тысяч километров отечественных трубопроводов (2).


Рис 1. Инженеры ЗАО «ОМЕГА» Ирина Орлова и Ксения Боброва испытывают новый логический модуль

Система основана на использовании проложенного вдоль трубопровода волоконно-оптического кабеля в качестве сенсора. Благодаря постоянно ведущему трехступенчатому анализу обратного рассеяния светового потока, генерируемого лазером, СОУиКА «ОМЕГА» улавливает малейшие изменения в температурном и виброакустическом поле в непосредственной близости охраняемого трубопровода. В результате оператор в режиме он-лайн получает информацию о начавшейся даже сверхмалой утечке, а также о потенциально активной активности в охранной зоне, чреватой обустройством нелегальной врезки или опасностью хулиганского или террористического акта.

Продолжая тему разумного компромисса при выборе системы мониторинга, следует остановиться на ряде ключевых преимуществ СОУиКА «ОМЕГА» (кстати, стопроцентно российской разработки, что в настоящее время немаловажно со стратегической точки зрения). Волоконно-оптический датчик относительно легко и недорого устанавливается – по сравнению с целыми аппаратными комплексами, и использование которых предусматривают многие конкурентные системы. Датчик невидим для злоумышленников и не требует прокладки вдоль трубопровода электрического кабеля, что важно как с экономической точки зрения, так и в аспекте безопасности самой трубы. Отдельные оптические волокна, которых в кабеле может быть несколько десятков, используются СОУиКА для контроля всего протяжения трубопровода и выявления опасных событий с пятиметровой точностью, а также для передачи информации и правления технологическими устройствами трубопровода, например, запорной арматуры. Отдельно следует отметить, что оптический датчик пассивен с электромагнитной точки зрения и способен работать в самых агрессивных средах (3).


Рис.2 Прокладка волоконно-оптического датчика СОУиКА «ОМЕГА» на МН «Пур Пе-Самотлор»

Между тем, следует отметить, что по технической идеологии СОУиКА «ОМЕГА» - это контрольно-измерительный комплекс, высокоэффективная и «умная» сигнальная система, призванная снабдить оператора информацией о надвигающейся или уже наступившей опасной ситуации. Получив такую информацию, которая в определенной ситуации может быть бесценна перед лицом надвигающегося технологического, финансового и экологического ущерба, оператор трубопровода должен оперативно принять решение, что делать дальше.

Следует признать, что при всех многолетних усилиях, направленных на сведение к разумному минимуму процента ложных срабатываний, сигнальная система все же может «обмануться»: ряд упавших на землю предметов, например, вполне может быть интерпретирован как хождение незнакомца в охранной зоне. Это неизбежное следствие уже упомянутого разумного компромисса: выбрав инновационную, скрытную и надежную систему мониторинга, оператор трубопровода вправе рассчитывать на то, что достоверность ее сигналов будет стремиться к ста процентам. Будет стремиться – но в обозримом технологическом будущем этого показателя вряд ли достигнет.

Итак, обычным действием при получении сигнала о событии на трубопроводе является посылка в указанную точку «тревожной группы», которая должна оценить положение и действовать по обстоятельствам. Но следует учесть, что российские трубопроводы отличаются протяженностью и тем обстоятельством, что проложены они в местностях с очень разнообразным, скажем так, климатом. А посему оперативное снаряжение группы быстрого реагирования и ее доставка к указанному Системой месту может быть и сложна, и весьма затратна.


Рис.3. Заместитель генерального директора ЗАО «ОМЕГА» Алексей Турбин: «PROVISTA – инновационное комплексное решение для мониторинга трубопроводов»

Ответом на этот вызов стала система комплексного мониторинга PROVISTA, концепций которой разработана компаниями «ПетроЛайт», «ОМЕГА» и швейцарской ARATOS Homeland Security AG (4). Суть разработки состоит в том, что первичный анализ возможного происшествия на трубопроводе (а также на особо охраняемом периметре, железнодорожной линии или ЛЭП) производится на основе аэрофотосъемки, оперативно выполненной беспилотным летательным аппаратом.

Итак, на автоматизированное рабочее место оператора СОУиКА «ОМЕГА» поступила информация о том, что на одном из виртуальных пятиметровых отрезков, на которые для удобства поделена трасса, зафиксирована нехарактерная для этого места физическая активность – скажем, раскопка с помощью шанцевого инструмента (на все привычные, не представляющие опасности виды активности, равно как на ранее анонсированные проводимые на трубопроводе регламентные работы Система как на опасность не реагирует). До места вероятного события может быть далеко – один логический модуль СОУиКА «ОМЕГА» обслуживает до 50 километров трассы в каждую сторону.

Автоматически запускающаяся программа управления БПЛА посредством геолокации моментально связывает точку вероятного события с картой местности и последним по времени снимком, полученным в ходе рутинного облета БПЛА. Благодаря высокому разрешению есть возможность подробно рассмотреть точку, именуемую POI (point of interest, интересующая нас точка). Вполне вероятно, что наметанный взгляд диспетчера обнаружит, например, косвенные признаки приготовлений в обустройству нелегальной врезки. В любом случае по его решению вся информация может быть мгновенно по протоколу проводной или беспроводной связи передана на модуль автопилота БПЛА. И вот уже с небольшой катапульты стартует беспилотный самолет, все время полета которого к POI при необходимости сопровождается передачей изображения высокого разрешения. Параллельно оператор системы PROVISTA видит автоматические рекомендации по действиям оперативного подразделения, если они потребуются – включая индикацию точки, где может приземлиться вертолет и маршрут следования к POI, если этот путь придется проделать по земле.


Рис.4. Принципиальная схема работы системы PROVISTA: от сигнала оптического датчика до аэрофотосъемки и принятия решения

Работающий на аккумуляторах самолет ARATOS Homeland Security AG имеет запас хода до 100 км, то есть способен достичь самой дальней точки, обслуживаемой логическим модулем СОУиКА. Даже в случае, если его заметят злоумышленники, ни изменить характер своих действий, ни нейтрализовать летательный аппарат они не смогут. Он же в автоматическом режиме максимум через полчаса передает оператору фото и видео с места события. Причем эта картинка, снятая с верхней точки, дает исчерпывающее представление о том, кто, каким образом и с какой целью нарушил границы охранной зоны трубопровода.

То же касается и утечек: все они, кроме сверхмалых, надежно фиксируются специальной посредством специальной техники съемки.

Следует заметить, что кроме автоматического БПЛА может также работать на POI в режиме “Half-Control” и «Circle». В первом случае специально подготовленный оператор может управлять дроном с помощью обычного джойстика, направляя его траекторию для получения лучших изображений. Во втором режиме БПЛА будет описывать круги вокруг POI, постоянно держа его в прицеле своих камер и тем самым давая возможность видеть и документировать действия нарушителей в развитии. Летательный аппарат может также преследовать автомашину, в которую погрузились предполагаемые злоумышленники, развивая скорость до 120 км в час, а также с помощью специального программного обеспечения выделить на съемке лица присутствующих на POI людей.

Система PROVISTA, который уже заинтересовались операторы трубопроводов, а также охранные ведомства ряда стран Европы и Азии, несет в себе целый ряд преимуществ, важное место в ряду которых занимают выгоды экономические. Не имея возможности с бухгалтерской точностью рассчитать эффективность внедрения системы на трубопроводе, заметим лишь, что в случае, если выезд группы оказался излишним, выгода склыдается из разницы в стоимости доставки тревожной группы и работы БПЛА на POI. А с учетом зачастую сложного рельефа, значительной удаленности и высокого расхода топлива спецтранспорта эта разница может оказаться ощутимой. Избежать же направления тревожной группы при применении системы PRPOVISTA можно, если отработанное событие не представляется опасным, если возможен последующий контроль за его развитием в ходе рутинной инспекции или если переданных фото- и видематериалов достаточно для принятия силовых или инициирования юридических действий.

Таким образом, разрабатываемое российскими и швейцарскими учеными и производственниками технически красивое и эффективное решение по мониторингу трубопроводов и других протяженных объектов, названное PROVISTA, открывает перед операторами новые возможности по охране стратегически важных объектов инфраструктуры.

ИСТОЧНИКИ:

• 1. См. по этой теме, например, N.Psel, D.Pleshkov, E.Akhmedov and A.Turbin. OMEGA-LDACS: Safer Detection with the Distributed Acoustic Sensor. 3R, Technical Journal for Piping System Integrity and Efficiency. Pipeline Special 2013. Vulkan-Verlag GmbH, Essen, Germany. pp. 43-46.
• 2. Л.И.Клинцевич, Г.А.Киселев. Инновационная система мониторинга «ОМЕГА» способна «слышать» утечки из трубопроводов и определять расстояние до места потенциально опасного события. Экологический вестник России, N5б 2014, стр.20-22. См. Также: Natalia Psel, Aleksey Turbin. Innovative Response to Technologic and Anthropogenic Challenges: Omega’s Fibre-Optic Cable-Based Monitoring System for Pipelines. Pipelines International Digest, 11/2012, pp.18-19.
• 3. О преимуществах СОУиКА «ОМЕГА» см. также «Нефтегазовая вертикаль. Технологии. Специальное приложение». N5, 2015, стр. 41-43.
• 4. См. интернет-издание UAS Vision (дата обращения 28 октября 2014 г). http://www.uasvision.com/2014/08/05/integrated-pipeline-border-monitoring-solution/#more-32676/.