Martin Vacula
Corinex Group, a.s.
Zelinárska 6
Bratislava 821 08
Slovenská republika
Tel.: +421 7 58 69 48 05 Fax: +421 7 52 92 55 50
E-mail: martin.vacula@corinex.sk

Abstract

Kontrola a diagnostika predstavuje integrálnu súčasť údržby technologických zariadení. Úlohou kontroly a diagnostiky potrubia je zabezpečiť zber a vyhodnotenie takého množstva kvalitných údajov, ktoré umožňuje posúdiť skutočný stav potrubia. Priebeh kontroly a diagnostiky potrubia má u rôznych správcov potrubných systémov svoje špecifiká, ale spôsoby jej vykonávania sú v podstate rovnaké.

Existuje niekoľko spôsobov získavania údajov o stave potrubia. V prípade prepravného potrubia, určeného na diaľkovú prepravu média, ide predovšetkým o:

1. Vnútornú diagnostiku potrubia (“ježkovanie”)
2. Vonkajšiu diagnostiku potrubia (intenzívna kontrola katódovej ochrany (KAO))
3. Leteckú kontrolu
4. Pochôdzku

Vnútornú diagnostiku potrubia vykonávajú u správcov potrubných systémov na Slovensku zahraničné firmy (Veľká Británia, SRN). Vnútorná diagnostika potrubia prebieha prostredníctvom inteligentného “ježka” (angl. Pig) magnetickou, alebo ultrazvukovou metódou. Ježko sa vkladá (vystreluje) a vyberá z tela potrubia v “ježkovacích” komorách.. Pri “ježkovaní” je “ježko” unášaný tokom prepravovaného média, pričom sníma stav potrubia do súboru záznamov. Záznamy vznikajú v miestach, kde “ježko” identifikuje zmenu hrúbky steny potrubia (závada, zvar, prípojka, armatúra, iné technologické zariadenie). V každom zázname sa nachádza údaj o vzdialenosti “ježka” od “ježkovacej” komory (nepresnosť merania vzdialenosti 1,5 – 2,5 %), hrúbke steny potrubia, intenzite a tvare závady a ďalšie parametre potrubia. Pred “ježkovaním” sa popri potrubí ukladajú statické, alebo dynamické indukčné cievky (markre), ktoré “ježko” zaznamená. Markre sú geodeticky zamerané a slúžia na orientáciu v súboroch záznamov z “ježkovania”. Súbory záznamov sú primárne vyhodnotené vykonávateľom “ježkovania”. Pre ďalšie podrobné vyhodnotenie výsledkov vnútornej diagnostiky potrubia sa používajú špeciálne softvérové aplikácie poskytnuté spolu s údajmi.

Vonkajšia diagnostika potrubia sa vykonáva meraním elektrického potenciálu v pôde nad potrubím. Vonkajšiu diagnostiku potrubia intenzívnou kontrolou KAO vykonávajú externé domáce a zahraničné firmy. Potrubie sa za účelom ochrany pred koróziou chráni pasívne bitúmenovou izoláciou a aktívne napájaním jednosmerným elektrickým prúdom tak, aby smer toku elektrónov (materiálu) bol v smere z pôdy na potrubie. Princíp vonkajšej diagnostiky potrubia je založený na meraní intenzity toku elektrického prúdu z potrubia do pôdy, čím je možné odhaliť poškodenie izolácie a nedostatočnú intenzitu napájania elektrickým prúdom zo staníc KAO. Pri vykonávaní vonkajšej diagnostiky potrubia sa vyhotovuje súbor záznamov, v ktorom sú zaznamenané namerané hodnoty zapínacieho a vypínacieho elektrického potenciálu, hodnoty gradientu elektrického potenciálu, hĺbka uloženia potrubia a vzdialenosť vyhotovenia každého záznamu od počiatku merania. Vzdialenosť záznamov sa meria meračským pásmom, alebo meračským drôtom v teréne nad potrubím. Primárne vyhodnotenie výsledkov intenzívnej kontroly KAO vykonáva dodávateľ, detailné vyhodnotenie prebieha špecialistami jednotlivých správcov potrubných systémov v špeciálnych softvérových aplikáciách a v prostredí MS Excel.

Úlohou leteckej kontroly je vizuálne skontrolovať stav ochranného pásma potrubia za účelom odhalenia úniku prepravovaného média do pôdy, vykonávania nepovolenej činnosti v ochrannom pásme a posúdenia celkového stavu ochranného pásma. Leteckú kontrolu vykonáva externá domáca firma prostredníctvom leteckej videokamery, ktorou je snímaný stav ochranného pásma. Pri snímaní videozáznamu sa zaznamenáva kamerou aj aktuálny čas, ktorý je zároveň zaznamenaný GPS zariadením pri meraní aktuálnej polohy videokamery. Letecké video záznamy sú po ukončení leteckej kontroly prevedené z analógového do digitálneho tvaru.

Pochôdzka je vykonávaná pracovníkmi správcu potrubného systému. Pri vykonávaní pôchôdzky je do jednoduchých formulárov zaznamenaný stav ochranného pásma a technologických zariadení vizuálne kontrolovateľných n teréne (armatúrne šachty, stanice a kontrolné vývody KAO, …).

Požiadavky zákazníka

Po niekoľkoročných skúsenostiach s uvedenými spôsobmi kontroly a diagnostiky potrubia dospeli špecialisti kontroly a diagnostiky potrubia jednotlivých správcov potrubných systémov k nasledujúcim záverom:

• Efektívnosť vyhodnotenia výsledkov kontroly a diagnostiky potrubia je vzhľadom na nekompaktibilitu jednotlivých SW aplikácií nedostačujúca
• Súčasný spôsob vyhodnotenia výsledkov kontroly a diagnostiky neumožňuje posúdiť stav potrubia v širších geografickývh súvislostiach
• Závady nie je možné v prostredí súčasných aplikácií lokalizovať v požadovaných súradných systémoch (S-JTSK a WGS 84)
• Súčasný spôsob lokalizácie a vytyčovania závad v teréne je neuspokojujúci
• Súčasná presnosť lokalizácie a vytyčovania závad v teréne je nedostatočná a predstavuje vysoké náklady na výkopové práce
• Súčasné aplikačné prostredie neumožňuje kontrolu prevzatých výsledkov diagnostiky potrubia

Uvedené závery, ku ktorým dospeli špecialisti na diagnostiku potrubia, predstavujú požiadavky pre zavedenie informačného systému, ktorý ich umožní uspokojujúco pokryť

Návrh riešenia

Spoločným znakom údajov všetkých typov kontroly a diagnostiky potrubia a ochranného pásma je priestorový aspekt. Vo svete informačných systémov poskytuje práve geografický informačný systém najlepšie prostriedky pre implementáciu uvedených požiadaviek zákazníka do praxe.

Keďže proces vzniku údajov pri rôznych typoch kontroly a diagnostiky potrubia je odlišný a skrýva rôzne úskalia, priama implementácia do prostredia GIS nemusí znamenať ani optimálne ani najrýchlejšie riešenie vedúce k spokojnosti zákazníka. Spôsob vykonávania kontroly a diagnostiky potrubia je do určitej miery špecifický od zákazníka k zákazníkovi. Kontrola a diagnostika potrubia predstavuje integrálnu súčasť ostatných podnikových procesov, preto si jej riešenie v prostredí GIS vyžaduje systémový prístup v kontexte celopodnikového riešenia, čo znamená využitie štandardných vývojových nástrojov a metodík a venovanie času všetkým štandardným fázam životného cyklu informačného systému (IS):

• Počiatok (definícia cieľov, základných požiadaviek, koncepcia riešenia)
• Elaborácia (analýza, identifikácia zákazníckych požiadaviek, návrh riešenia a dizajn)
• Konštrukcia (vývoj aplikácií a testovanie)
• Zavedenie (implementácia IS do podnikového procesu)
• Podpora (školenia a poimplementačná podpora)

Vstupom do riešenia problému musí byť odpoveď na otázku: “Čo a v akom rozsahu chceme riešiť?”. Správne zadefinovaný cieľ a základné požiadavky znamenajú osnovu pre analýzu funkčnosti IS a definícia základných podnikových procesov stanovuje rozsah organizačných jednotiek a oblasť podnikových procesov dotknutých riešením IS.

Sledovaním definície projektu môže začať proces zberu požiadaviek zákazníka cez analýzu súčasných podnikových procesov, údajovej základne, aplikačnej a technickej architektúry. Kompletnosť a správne pochopenie požiadaviek zákazníka predstavuje nutnú podmienku úspešného vývoja a implementácie IS.

Na základe požiadaviek, výsledkov analýzy súčasného stavu a poznania možností súčasných GIS platforiem sa pristupuje k návrhu riešenia. Postup pri návrhu riešenia je rôzny od projektu k projektu. Pre vzájomnú komunikáciu medzi členmi riešiteľského tímu a medzi riešiteľským tímom a zákazníkom je vhodné použiť štandardné modelovacie postupy a techniky. Objektový prístup predstavuje jeden z možných spôsobov návrhu riešenia IS, ktorý ponúka niekoľko výhod:

• Prirodzenejšie popísanie reality narábaním s pojmami
• Jednotnosť údajovej a funkčnej špecifikácie
• Podpora abstrakcie od objektu, cez triedu až k systému
• Existencia štandardných objektovo orientovaných modelovacích techník a postupov
• Existencia modelovacích objektovo orientovaných CASE (Computer Aided Software Engineering) nástrojov

Využitím objektovo orientovanej analýzy môže byť GIS riešenie podpory systému Kontrola a diagnostika navrhnuté nasledovne:

Kontrola a diagnostika potrubia predstavuje samostatný funkčný systém v rámci podniku prezentovaný hierarchicky najvyšším Use Case (Use Case - používateľská procedúra, súhrn činností, funkcií) s názvom Kontrola a diagnostika.

Každý zo štyroch procesov kontroly a diagnostiky potrubia predstavuje jeden funkčný subsystém prezentovaný jedným Use Case s názvom podnikového procesu. Všetky 4 Use Case vzniknú pri modelovaní systému kontrola a diagnostika dekompozíciou Use Case Kontrola a diagnostika.

• Use Case Ježkovanie: Pokrýva funkcie potrebné na spracovanie a vyhodnotenie údajov z vnútornej diagnostiky potrubia.
• Use Case Intenzívna KAO: Obsahuje procedúry nutné k spracovaniu a vyhodnoteniu údajov z vonkajšej diagnostiky potrubia.
• Use Case Letecká kontrola: Realizuje požiadavky na vyhodnotenie údajov leteckej kontroly ochranného pásma.
• Use Case Pochôdzka: Umožňuje vkladať a spravovať hodnoty sledovaných atribútov technologických zariadení.

Každý Use Case podnikového procesu sa dekomponuje na dynamický objektový model (kolaboračný, alebo sekvenčný diagram). V dynamickom objektovom modeli sú funkcie Use Case prisúdené objektom, ktoré ich realizujú. Triedy z dynamické objektového modelu sa zavedú do statického objektového modelu (diagram tried), kde sa objektom prisúdia metódy, ktoré realizujú v dynamickom objektovom modeli, zadefinujú sa ich atribúty a namodelujú sa ich vzájomné vzťahy.

Pre zachovanie integrity údajov a funkčnosti všetkých subsystémov systému kontrola a diagnostika potrubia je vhodné realizovať funkčnosť prostredníctvom metód jedného objektu (úsek potrubia). Metódy ostatných objektov sa realizujú komunikáciou aktora systému s týmto objektom.

Používateľ pri uvedenom spôsobe riešenia pristupuje na objekt úsek potrubia, aby sa dozvedel špecifické, alebo integrované informácie o jeho stave. Objekt úsek potrubia dokáže používateľovi sprostredkovať všetky požadované informácie jednoduchou voľbou jeho metód, ktorými poskytuje a zároveň integruje rôzne typy údajov.

Vývoj aplikácií vychádzajúci z prezentovaného návrhu riešenia môže byť rôzny od použitej GIS platformy a metodiky vývoja IS. Výsledky riešenia uvedené v nasledujúcom texte sa týkajú realizácie Use Case Ježkovanie a Intenzívna KAO riešiteľským tímom divízie GIS fy. Corinex Group, a.s. Proces vývoja riešenia v súčasnosti nie je ukončený, rozpracované sú aj ostatné Use Case. Cieľom konečného GIS riešenia je aplikovať aj ostatné Use Case a zohľadniť nové požiadavky zákazníka.

Use Case Ježkovanie a Intenzívna KAO sú v súčasnosti aplikované a boli otestované v otázke presnosti lokalizácie záznamov z “ježkovania” a z intenzívnej KAO. Pre testovanie boli použité nasledujúce vstupné údaje:

1. Use Case Ježkovanie

1.1. Lokalita Silica (Silická planina, prevýšenie 353 m)

• Primárne údaje pre zhotovenie digitálneho modelu reliéfu (DMR)

• Diskrétne výškové bodové pole (DVBP) odvodené z vrstevnicového poľa ZM 1:10 000 (DMR 10)

• DVBP odvodené z vrstevnicového poľa ZM 1:50 000 (DMR 50)

• Digitálny záznam z ježkovania (reálne údaje)
• Lomové body línie diaľkovodného potrubia v súradnom systéme S-JTSK (reálne údaje, bez výšok)
• Poloha technologických objektov zameraných v 3. triede presnosti, nachádzajúce sa v zázname z ježkovania (reálne údaje)

1.2. Lokalita Pohronský Inovec (Pohronský Inovec, prevýšenie 333,5 m)

• (rovnaké typy údajov ako pre Silickú planinu)

2. Use Case Intenzívna KAO

2.1. Lokalita Modra (predhorie malých Karpát, prevýšenie 88 m):

• Primárne údaje pre zhotovenie digitálneho modelu reliéfu (DMR)

• DVBP namerané v teréne pomocou technológie GPS (DMR GPS)
• DVBP odvodené z vrstevnicového poľa ZM 1:10 000 (DMR 10)

• DVBP odvodené z vrstevnicového poľa ZM 1:50 000 (DMR 50)

• Digitálny záznam z intenzívnej KAO (modelové údaje)
• Lomové body línie diaľkovodného potrubia v súradnom systéme S-JTSK (modelové údaje)
• Poloha technologických objektov zameraných v 3. triede presnosti, nachádzajúce sa v zázname z intenzívnej KAO (modelové údaje)

2.2. Lokalita Silica

• Primárne údaje pre zhotovenie digitálneho modelu reliéfu (DMR)

• DVBP odvodené z vrstevnicového poľa ZM 1:10 000 (DMR 10)

• DVBP odvodené z vrstevnicového poľa ZM 1:50 000 (DMR 50)

• Digitálny záznam z intenzívnej KAO (reálne údaje)
• Lomové body línie diaľkovodného potrubia v súradnom systéme S-JTSK (reálne údaje)
• Poloha technologických objektov zameraných v 3. triede presnosti, nachádzajúce sa v zázname z intenzívnej KAO (reálne údaje)

• (rovnaké typy údajov ako pre Silickú planinu)

Pri testovaní presnosti lokalizácie záznamov boli staničené záznamy o technologických zariadeniach, ktoré sú geodeticky zamerané v teréne, aby bolo možné porovnať ich polohu získanú použitím GIS a priamym meraním v teréne. V rámci testovania sa skúmal vplyv dĺžky úsekov na presnosť lokalizácie tak, že bol úsek rozdelený na menšie úseky medzi spomínanými technologickými zariadeniami. Lokalizácia v GIS prebiehala bez a s jednoduchou kalibráciou dĺžkových údajov v záznamoch percentuálnym podielom dĺžky 3D geometrie úseku potrubia v GIS a “dĺžky” celého súboru záznamov.

Odchýlky lokalizácie záznamov v GIS od geodeticky nameraných hodnôt sú merané ako vzdialenosti bodov získaných lokalizáciou v GIS pomocou metódy úseku potrubia a bodov lokalizovaných v GIS zadaním súradníc z geodetického merania. Meranie bolo vykonané na “2D” geometrii úseku potrubia.

	Záznamy	Odchýlky staničenia (m) od geodeticky nameraných bodov
Číslo	Staničenie(m)	DMR 50	DMR 50 kal.	DMR50 kal., z-4	DMR 10 kal.	DMR10 kal., z-4	DMR10 kal., z-3-k
1	832	8.843	3.560	2.249	3.712	2.007	1.299
2	-	-	-	-	-	-	-
3	3323.399	29.920	8.486	3.183	9.759	2.891	-
4	4233	34.090	6.814	-	8.613	-	1.317
5	6000.899	43.581	4.882	-	3.863	-	1.330
Priemer.chyba	-	29.109	5.936	2.449	6.487	-	1.315
Celkovádĺžka	6944.6	6989.3		4267.1	6994.1	4271.27	3356.4 3636.8

¹2-k znamená, že bol na testovanie z pôvodného úseku vybraný úsek od 2. technologického zariadenia po koniec pôvodného úseku (podobne z-4)
²kal. mod. znamená, že bola použitá kalibrácia a modifikovaná 3D línia so zohľadnením hĺbky uloženia potrubia

Zhodnotenie presnosti lokalizácie záznamov:

1. Use Case Ježkovanie

Odchýlky dosiahnuté v lokalite Silica sú jednak výsledkom nepresnosti merania vzdialenosti inteligentným “ježkom”, ale važnejším dôvodom je, že použité technologické zariadenia majú geodeticky zameraný nadzemný vývod, ale podzemná časť (návarok na potrubí), ktorú ježko zaznamenáva, geodeticky zameraná nie je a neexistuje údaj o vzájomnej polohe nadzemnej a podzemnej časti.

Lokalizácia údajov z “ježkovania” sa realizovala aj v lokalite Pohronský Inovec V poskytnutom súbore záznamov sa však nenachádzalo jediné technologické zariadenie, ktoré by bolo možné geodeticky zamerať, takže bola vylúčená možnosť porovnania presnosti lokalizácie zariadenia v GIS s geodeticky nameranými hodnotami.

2. Use Case Intenzívna KAO

Výsledky dosiahnuté v lokalite Modra sú založené na údajoch, ktoré boli kompletne zhotovené riešiteľským tímom, na pomerne krátkom a málo členitom území, ale aj napriek tomu poskytli riešiteľskému tímu dôkaz o možnosti vysoko presnej lokalizácie záznamov s relatívnym polohovým údajom (dĺžka na profile línie).

Výsledky dosiahnuté na lokalite Silica sú dostačujúce (1,3 m odchýlka na cca 3,5 km úsekoch potrubia). Je možné predpokladať, že lokalizáciou záznamov intenzívnej KAO medzi najmenšími možnými úsekmi (1-2 km) by sa jej presnosť mohla ešte zvýšiť.

Lokalizácia údajov z intenzívnej KAO sa pre lokalitu Pohronský Inovec nerealizovala, pretože bola vo vstupných údajoch identifikovaná hrubá chyba.

Záver

Cieľom príspevku nie je ponúkať, alebo hodnotiť dosiahnuté výsledky uvedeného riešenia GIS pre podporu kontroly a diagnostiky potrubia, ale potvrdiť, že GIS nachádza svoje uplatnenie aj priemyselných odvetviach, kde v niektorých prípadoch môže jeho správna implementácia znamenať nemalý informačný, ale aj finančný zisk.

Za spoluprácu a myšlienkové prínosy sa chcem poďakovať kolegom s divízie GIS fy. Corinex Group, a.s..