Разработка математической модели компенсации влияния суточных температурных шумов и программная реализация температурно-независимой системы обнаружения утечек на напорном нефтепроводе (ННП)

Разработка математической модели компенсации влияния суточных температурных шумов и программная реализация температурно-независимой системы обнаружения утечек на напорном нефтепроводе (ННП). Задачи автоматизации обнаружения нештатных ситуаций крайне актуальны в различных областях, как сфере безопасности так и на производстве. Задача обнаружения утечек по длине трубопровода относится именно к задачам такого рода. Проблематика состоит в том что не автоматизированный поиск утечек подобного рода занимает относительно долгое время и трудоемок. Принцип на котором основано решение данной проблемы - один из частных случаев решения задач класса определения отклонений (anomaly detection) - разработка математической модели процесса которая воспроизводит наблюдаемые данные. При наличии такой разработанной математической модели, успешно описывающей данные детекция отклонения фактически сводится к определению выхода наблюдаемых данных за рамки модели. Использование готовой инфраструктуры оснащения трубопровода позволяет в качестве исходных данных рассматривать набор характеристик оптоволокна проложенного вдоль трассы трубопровода. Первый анализ факторов позволил выделить в качестве основного шумового фактора температурные изменения наблюдаемые в течение суток. Таким образом итоговое решение водится к сочетанию двух алгоритмов принятия решения, которые дополняют друг друга с целью получения характеристик обнаружения в приемлемом для эксплуатации диапазоне: модель температурных суточных колебаний с учетом ее влияния на получаемый синал и численная модель аппроксимирующая поведение данных в течение суток. Численная модель может быть основана на статистической оценке временного ряда и его аппроксимации, а также представлять собой одну из моделей машинного или глубокого обучения (ML/DL), например рекуррентная нейросетевая архитектура LSTM (Long-Short Term Memory). Реализация данного решения в виде программного решения предполагает часть касающуюся визуализации принятых решений и участие оператора системы в подтверждении или опровержения наличия внештатной ситуации. Таким образом необходимы настройки уровней реагирования условно красной и желтой зоны, зон соответственно безусловной и подтверждаемой оператором наличия внештатной ситуации (утечки). Интерфейс программного решения должен предоставлять оператору (пользователю) системы максимальную информацию в виде удобном для принятия решения: место потенциальной утечки, длительность детекции, условную уверенность алгоритма в наличии утечки в нормированном виде (в процентах) и визуальное представление данных в виде пространственно-временной развертки сигнала в районе обнаружения возможной аномалии данных.