авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Методы и алгоритмы обработки измерительной информации для количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УЛАНОВА Наталия Юрьевна

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ЗАПАСА ГАЗА В

МАГИСТРАЛЬНОМ ГАЗОПРОВОДЕ

Специальность 05.11.13 Приборы и методы контроля

природной среды, веществ,

материалов и изделий

Автореферат

Диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2007

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Проскуряков Р. М.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Балюбаш В. А.

Кандидат технических наук

Пиотровский А.С.

Ведущее предприятие Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН.

Защита диссертации состоится «12» октября 2007 года в 16 ч 15 минут на заседании диссертационного совета Д212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан «12» сентября 2007 года

УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета С.Л.ИВАНОВ

д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность выбранной темы: Информация превратилась сегодня в ключевой ресурс эффективности деятельности предприятия. Осуществление оперативного контроля над производственной деятельностью, анализ текущей производственной ситуации, принятие управленческих решений - все эти функции сводятся, в конечном итоге, к работе с информацией. И от того, насколько эта информация оперативна, достоверна и верна, зависит конечный успех деятельности всего предприятия.

Системы диагностики рабочего состояния магистральных газопроводов являются необходимыми для лиц, принимающих решения, таких, например, как главный диспетчер газотранспортного предприятия или компании по продаже газа. Они облегчают управление обширными газотранспортными сетями в условиях недостаточно полной информации о них. При этом в большинстве случаев, наряду с количественной информацией, получаемой от различных датчиков, систем, присутствует также вербальная информация, что не позволяет использовать обычные диагностические системы.

Существующие экспертные системы имеют ряд недостатков, одним из которых является отсутствие интегральной обобщённой оценки состояния системы, что затрудняет их применение в принятии решений. Поэтому возникла необходимость в создании таких систем диагностики на магистральных газопроводах, которые базируются на методах, использующих вербальную информацию и позволяющих оценивать рабочее состояние системы магистрального газопровода для облегчения принятия решения.





Одной из важных задач при управлении магистральным газопроводом, которая раньше не ставилась из-за невозможности быть проанализированной обычными методами, является создание временного дополнительного «запаса» газа в трубе за счет изменения различных параметров. Лицо, принимающее решения по поставкам и продаже газа, должно знать, возможно ли создание такого дополнительного запаса газа на данном промежутке магистрального газопровода и если возможно, то примерно оценить его количество.

Цель работы: разработка методов и алгоритмов обработки измерительной информации для учёта дополнительного запаса газа на участке магистрального газопровода между компрессорными станциями, обусловленная изменениями факторного пространства участка трубопровода.

Идея работы: заключается в создании интеллектуальной информационно-диагностической системы для количественной оценки нечёткого, неструктурированного факторного пространства участка регионального газопровода, методом формализации экспертной информации и представления её в виде полинома.

Задачи исследования:

- обосновать возможность применения метода формализации экспертной информации в виде аналитического выражения для построения базы знаний интеллектуальной информационно-диагностической системы;

- разработать методику извлечения качественно новой информации в виде обобщенных показателей состояния магистрального газопровода для лиц принимающих решения высокого уровня;

- оценить погрешности информационных каналов для построения интеллектуальной информационно-диагностической системы количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе;

- построить обобщенный количественный показатель оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе;

- выбрать и обосновать критерии адекватности и провести проверку адекватности интеллектуальной информационно-диагностической системы количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе на действующем предприятии;

- создать программный продукт в виде интеллектуальной информационно-диагностической системы количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе как инструмента для имитационного моделирования количественного обобщенного показателя дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе и тренажёра для обучения;

- разработать основу и принципиальную структурную схему нечёткого логического регулятора, использующего в качестве базы знаний обобщённый показатель.

Защищаемые научные положения:

  1. Обобщённый показатель количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе в нечётком слабоструктурированном факторном пространстве представлен в виде полинома, системно характеризующего обобщённую информацию и позволяющего обоснованно создать рациональный дополнительный запас газа на заданном участке газопровода.
  2. Интеллектуальная информационно-диагностическая система для количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе построена на основе обобщённого показателя в виде полинома и позволяет получать количественные решения для создания дополнительного запаса газа, при этом учитываются изменения нечёткого слабоструктурированного факторного пространства на участках газопровода.

Методы исследования: При проведении исследований использовались методы формализации экспертной информации при логико-лингвистическом описании объекта исследований, математической статистики, динамики газовых систем, теории погрешности.

Научная новизна работы: Обоснован обобщённый информационный показатель для нечёткой слабоструктурированной системы, на базе которого в форме полиномиальной модели построена информационно-диагностическая система количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается достаточным объёмом теоретических и экспериментальных исследований, адекватностью построенных моделей изучаемым явлениям.

Практическая ценность работы:

  1. Разработана и апробирована экспресс-методика для оперативной количественной оценки изменения величины дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе в реальном масштабе времени;
  2. Предложен алгоритм построения информационно-диагностической двухуровневой системы, что делает данный подход универсальным и может применяться для решения других практических задач отрасли;
  3. Разработана интеллектуальная информационно-диагностическая система количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе.

Личный вклад автора:



- обоснована возможность применения метода формализации экспертной информации в виде аналитической зависимости для решения задачи количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе;

- разработаны методика и принципы построения интеллектуальной информационно-диагностической системы количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе;

- создана информационно-диагностическая система и на конкретных объектах выполнены расчёты для магистрального газопровода из четырёх участков и показаны адекватности иерархически построенных моделей и всей системы в целом;

- создан программный продукт, реализующий интеллектуальную информационно-диагностическую систему количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе;

- разработаны основы построения и структурная схема нечеткого логического регулятора на базе нечётких полиномиальных моделей.

Реализация выводов и рекомендации работы:

По результатам работы информационно-технологические и методические материалы были внедрены в ООО «Новгородрегионгаз».

Апробация работы: Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2004, 2005, 2006 гг. в СПГГИ (ТУ), на конференции «Автоматизации и диспетчеризации» в СПГГИ (ТУ), на второй международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве», ОГТУ, г.Орёл, на 9 Международной научно-технической конференции по мягким вычислениям и измерениям «SCM-2006, 27-29 june 2006» в СПбЭТУ, на 10 Международной научно-технической конференции по мягким вычислениям и измерениям «SCM-2007» в СПбЭТУ.

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах, в том числе в 5 журналах, опубликованных в списке, поименованном ВАК РФ.

Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 171 страницах. Содержит 40 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 140 наименований.

В главе 1 рассмотрено состояние вопроса моделирования оценки возможности создания дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе. Выполнен обзор методов моделирования диагностических систем и выбрана методика проведения моделирования.

В главе 2 разработана методика построения интеллектуальной информационно-диагностической системы количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе на базе обобщённого показателя.

В главе 3 разработан обобщённый показатель количественной оценки дополнительного запаса газа на отдельном участке магистрального газопровода, проведена проверка адекватности и построена модель количественной оценки дополнительного запаса газа в целом по магистральному газопроводу. Приведены результаты апробация модели в ООО «Новгородрегионгаз».

В главе 4 разработана основа для построения интеллектуальная информационно-диагностическая система количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе, которая реализована в виде программного продукта. Показана структура принятия решений на базе нечёткого логического регулятора, использующего построенные модели как базу знаний.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с поставленной целью и решёнными задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Положение 1

Обобщённый показатель количественной оценки дополнительного запаса газа в магистральном газопроводе в нечётком слабоструктурированном факторном пространстве представлен в виде полинома, системно характеризующего обобщённую информацию и позволяющего обоснованно создать рациональный дополнительный запас газа на заданном участке газопровода.

Одной из основных задач газоперекачивающих компаний является задача скорейшей поставки газа потребителю. При этом часто возникают ситуации, когда остро необходим сверхлимитный газ. В условиях конъюнктуры рынка лицом, принимающим решения, является руководящий работник высокого ранга. При этом информация, необходимая лицам, принимающим решения высокого уровня (ЛПР ВУ), кардинально отличается от имеющейся оперативной информации, необходимой, например, диспетчерам различных газоперекачивающих компаний (более низкий иерархический уровень).

ЛПР ВУ, принимая такие решения, часто использует всего лишь определенное количество обобщенных факторов, которые «вычленяет» из огромного количества информации, поступившей от различных измерительных систем. При этом в большинстве случаев, наряду с количественной информацией, присутствует вербальная (качественная) информация, что не позволяет использовать обычные диагностические системы.

Информация о транспортировке газа по своей сути нечёткая, т.е. количественные данные различной направленности несут в себе дополнительно и качественные признаки. Например, измеренные показатели в какой-либо точке неявно подразумевают распространение их на значительную длину газопровода. Кроме того, необходимо учитывать ещё одно свойство: чем выше уровень принятия решения, тем более обобщенной должна быть исходная информация. Поэтому возникает необходимость в создании таких систем диагностики, которые используют и вербальную информацию для повышения достоверности принимаемых решений высокого уровня.

Исходя из перечисленных требований, был выбран метод формализации экспертной информации в виде аналитического выражения с применением элементов теории нечётких множеств и планирования экспериментов (метод Спесивцева – Дроздова). Он позволяет представлять вербальную информацию в количественном виде, удовлетворяя при этом требованиям системности, компактности и высокой степени обобщения. Алгоритм построения обобщенного показателя по выбранному методу представлен на рис.1.

Рис.1. Алгоритм построения прогностической модели в нечеткой среде

Выбор факторного пространства является первым и ответственным (рис.1) этапом построения обобщённого показателя.

В конкретных условиях задачи системность выбора переменных заключается в том, что факторное пространство должно включать переменные, характеризующие состояние газа в трубе, техническое состояние самой трубы и внешние действующие факторы.

Потенциально возможными переменными являются множество переменных, которые характеризуют «трубу», её характеристики, характеристики газа и внешние факторы.

Согласно методу, для решения данной задачи факторное пространство выбирает эксперт. Было выбрано 5 факторов, которые обеспечивают системный подход к получению обобщенного показателя Y, так как характеризует его с различных сторон, а именно:

      • состояние газа в трубе (X1 - количество газа в трубе на данный момент времени, % от расчётного; X2 - температура газа в трубе на выходе компрессорной станции Т, °С);
      • техническое состояние трубы (X3-техническое состояние на участке от КС до следующей КС, качественная переменная)
      • внешние действующие факторы (X4 - температура окружающей среды, °С; X5 - степень необходимости создания дополнительного давления в трубе на данный момент времени, качественная переменная).

Как показывает анализ факторного пространства, данные по X1, X2, X4 поступают к диспетчеру в количественном виде от стандартных средств измерения с соответствующими классами точности и фиксируются в отчётных документах. При этом X1 является расчётной величиной, вычисленной по стандартным методикам в системах типа «Астра».

X3 характеризует техническое состояние системы на данный момент времени. Он является функцией многих переменных и для моделей низшего уровня иерархии выступает как зависимая переменная (Y). Фактор X3 несёт ещё и дополнительную функцию – обеспечение безопасности. Величину данной переменной на основании анализа всех перечисленных показателей устанавливает диспетчер.

X5 - учитывает, нужно ли держать запас газа на данном участке, целесообразно ли это из экономических соображений, есть ли «заказ» на дополнительный газ. Он показывает потребность увеличения потребление газа в определённый период. Определяется на основании анализа производственной необходимости, природных условий, конъюнктуры рынка сбыта газа, политических и экономических факторов. Часть этих переменных является неколичественной, и их трудно учитывать в расчётах без специального исследования. Данный фактор характеризует динамику планирования работы МГ. Знаниями такого рода обычно обладает не диспетчер, а лицо, принимающее решения высокого уровня.

Ответственным моментом определения факторного пространства и решения задачи в целом является выбор независимой переменной обобщенного и системного показателя (ОСП) Y1 - количественная оценка дополнительного запаса газа в трубе в данный момент времени на n-ом участке. Понятие ОСП для ЛПР ВУ является наиболее универсальной и емкой характеристикой состояния системы в целом, особенно если придать ей количественную или хотя бы ранжированную оценку. Эта переменная показывает, насколько возможно с учётом всех мер безопасности, как указано в нормативно-технических документации по эксплуатации магистрального газопровода, увеличить количество передаваемого газа по отношению к уже имеющемуся в трубе на данный момент времени на n-ом участке газопровода.

По составленной согласно разработанной методике опросной таблице, каждая строка которой имеет импликативную форму: «ситуация» - «оценка», были получены ответы на все составленные ситуации. После обработкой данных опросной таблицы получена полиномиальная модель создания дополнительного запаса газа на заданном участке газопровода (1).

Y1=26-7.97x1+5.63x3+9.38x5-1.88x1x5-1.88x3x4-1.88x4x5- 2.34x1x2x4 (1)

Количество коэффициентов уравнения определялось следующим образом. Известен способ построения наилучшей интерполяционной формулы отбрасыванием наименьших по модулю коэффициентов до тех пор, пока величина остаточной дисперсии уменьшается. При этом учитывается общее количество оставшихся в уравнении коэффициентов в том смысле, что их избыточное количество «затушёвывает» физический смысл изучаемого явления в целом.

С другой стороны, согласно закону накопления ошибок, каждое из слагаемых полинома увеличивает суммарную ошибку определения Y1. При этом слишком большое количество членов уравнения неизбежно увеличивает до неприемлемых границ суммарную ошибку измерения. Тогда должно существовать в некотором смысле компромиссное количество слагаемых уравнения, удовлетворяющих обоим требованиям и решению поставленной задачи в целом.

Результаты вычислений по обоим способам представлены на рис.2.

 Графики зависимости ошибки от-0

Рис. 2. Графики зависимости ошибки от количества коэффициентов



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.