«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Модель определения класса готовности датчиков термохимических газосигнализаторов с помощью сверточной нейронной сети с разбиением входного набора на пакеты для снижения влияния дрейфа нуля

УДК: 681.5:519.86
DOI: -

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия

Ключевые слова: автоматизированные системы управления технологическими процессами, сверточные нейронные сети, термохимические датчики, дрейф нуля, качество прогнозирования класса готовности

Аннотация:

В статье изложены подход и математическая модель, способствующие улучшению качества работы сверточных нейронных сетей (СНС), применяемых для прогнозирования состояний термохимических датчиков (ТХД), задающих класс их готовности. Такие датчики широко применяются на объектах топливно-энергетического комплекса (ТЭК) для анализа среды и выявления довзрывных концентраций на первом уровне информирования автоматизированных систем управления технологическими процессами. Они являются важной частью обеспечения пожарной безопасности на объектах ТЭК. Главной проблемой в определении их готовности был и остается так называемый дрейф нуля – изменение состояния их чувствительного элемента (ЧЭ) под воздействием разных факторов среды или мероприятий технического обслуживания. Аналогичным недостатком обладают также приборы определения запахов ("электронные носы"). Классом готовности ТХД считаются такие значения его параметров, которые задают срок его эксплуатации до замены с учетом износа ЧЭ. Так как для прогнозирования реальных состояний в СНС необходимо большое число признаков для классификации, разные формы их обучения могут не всегда давать нужные результаты. Предлагаемые в статье формы моделей СНС призваны улучшить качество прогнозирования класса готовности ТХД.

Список литературы:

1. Абросимов А.А., Топольский Н.Г., Федоров А.В. Автоматизированные системы пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих производств. – М.: Академия ГПС МВД России, 2000. – 239 с.
2. Самарин И.В. Методы, модели и алгоритмы автоматизации организационного управления пожаровзрывобезопасностью объектов топливно-энергетического комплекса: дис. … д-ра техн. наук: 2.3.4; 2.3.3. – М., 2022. – 446 с. – URL: https://www.dissercat.com/content/metody-modeli-i-algoritmy-avtomatizatsii-organizatsionnogo-upravleniya-pozharovzryvobezopasn (дата обращения 01.08.2025).
3. ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. – Введ. 1991–01–01. – М.: Стандартинформ, 2006. – 99 с.
4. ГОСТ Р 52350.29.2-2010. Взрывоопасные среды. Часть 29-2. Газоанализаторы. Требования к выбору, монтажу, применению и техническому обслуживанию газоанализаторов горючих газов и кислорода. – Введ. 2012–01–01. – М.: Стандартинформ, 2011. – VI, 75 с.
5. Ведомственные нормы ВСН 64-86. Методические указания по установке сигнализаторов и газоанализаторов контроля довзрывоопасных и предельно допустимых концентраций химических веществ в воздухе производственных помещений. – Введ. 1986–07–01. – URL: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293823/4293823508.htm (дата обращения 01.08.2025).
6. Обзор газоанализаторов для метана / Г.Т. Земский, А.В. Ильичев, Н.В. Кондратюк, Д.В. Долгих // Актуальные вопросы пожарной безопасности. – 2021. – № 4(10). – С. 14–27. – DOI: 10.37657/vniipo.avpb.2021.35.86.003
7. Gas Sensor Drift Mitigation using Classifier Ensembles / A. Vergara, R. Huerta, T. Ayhan [et al.] // SensorKDD '11: Proceedings of the Fifth International Workshop on Knowledge Discovery from Sensor Data, San Diego, CA, USA, August 21, 2011. – P. 16–24. – DOI: 10.1145/2003653.2003655
8. Concept Drift Mitigation in Low-Cost Air Quality Monitoring Networks / G. D’Elia, M. Ferro, P. Sommella [et al.] // Sensors. – 2024. – Vol. 24, Issue 9. – P. 2786. – DOI: 10.3390/s24092786
9. Investigation of Electronic Nose Sensor Drift Correction Methods and Their Application to Environmental Samples / S. Vitali, C. Bax, S. Sironi, L. Capelli // Chemical Engineering Transactions. – 2018. – Vol. 68. – P. 289–294. – DOI: 10.3303/CET1868049
10. Самарин И.В., Строгонов А.Ю., Крючков А.В. Модель прогнозирования класса готовности датчиков термохимического газосигнализатора для предотвращения пожаров и взрывов // Пожаровзрывобезопасность. – 2024. – Т. 33, № 5. – С. 87–98. – DOI: 10.22227/0869-7493.2024.33.05.87-98
11. Lin Juntao, Zhan Xianghao. Sensor Drift Compensation in Electronic-Nose-Based Gas Recognition Using Knowledge Distillation. – 2025. – DOI: 10.48550/arXiv.2507.17071
12. Gas Sensor Array Drift at Different Concentrations. – 2013. – URL: https://archive.ics.uci.edu/dataset/270/gas%2Bsensor%2Barray%2Bdrift%2Bdataset%2Bat%2Bdifferent%2Bconcentrations?utm (дата обращения 04.08.2025).
13. Свидетельство 2024684137 о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа генерации синтетического набора данных для решения с помощью сверточной нейронной сети задачи классификации состояний выносных датчиков газосигнализаторов на объектах топливно-энергетического комплекса по данным газосигнализаторов СТМ-10 / А.Ю. Строгонов, А.В. Крючков; правообладатель ФГАОУ ВО "РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина". – № 2024683595; заявл. 15.10.2024; опубл. 15.10.2024, Бюл. № 10.
14. Салихов М.Р., Юрьева Р.А. Алгоритм прогнозирования состояния оборудования на основе машинного обучения // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2022. – Т. 65, № 9. – С. 648–655. – DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-9-648-655
15. Самарин И.В., Крючков А.В., Строгонов А.Ю. Расчет регламентированного количества выносных датчиков газосигнализаторов вокруг открытых установок нефтеперерабатывающих заводов прямоугольной формы // Пожаровзрывобезопасность. – 2022. – Т. 31, № 2. – С. 33–40. – DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.02.33-40
16. Самарин И.В., Крючков А.В., Строгонов А.Ю. Подход к моделированию технического обслуживания стационарных термохимических газосигнализаторов на установках НПЗ // Пожаровзрывобезопасность. – 2022. – Т. 31, № 1. – С. 40–48. – DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.01.40-48
17. Самарин И.В., Крючков А.В., Строгонов А.Ю. Модель оценки готовности термохимических газоанализаторов // Пожаровзрывобезопасность. – 2020. – Т. 29, № 6. – С. 61–74. – DOI: 10.22227/PVB.2020.29.06.61-74
18. Samarin I.V., Kruchkov A.V., Strogonov A.Yu. Creation of principles for the implementation of operating systems for high-precision fire equipment // Periodicals of Engineering and Natural Sciences. – 2021. – Vol. 9, No. 4. – P. 589–604. – DOI: 10.21533/pen.v9.i4.969