Оценка влияния инженерно-геологических факторов на степень опасности возникновения аварий на подземных трубопроводах в Санкт-Петербурге с помощью искусственных нейронных сетей

Рассмотрена актуальная проблема оценки влияния инженерно-геологических факторов на возникновение аварий на подземных трубопроводах, приведен пример создания карты районирования территории мегаполисов. На основе анализа литературных источников составлен перечень инженерно-геологических факторов, оказывающих влияние на возможность возникновения аварий на подземных трубопроводах, расположенных на территории Васильевского острова г. С.-Петербурга, и предложен метод оценки влияния этих факторов на степень опасности аварий на подземных трубопроводах. Оценка проводилась с использованием искусственной нейронной сети, которая была обучена на основе зарегистрированных аварий. Непосредственный расчет весовых коэффициентов выполнялся методом Гарсона (Garson G. D.) Полученные оценки весовых коэффициентов позволили (в условиях конкретного района) подразделить факторы на три группы: тектонические нарушения, подземные воды, биогазы и остальные, а также указать их степень влияния. Оценки значимости факторов были использованы для создания карты районирования территории по степени опасности возникновения аварий на подземных трубопроводах. Представленные в статье результаты позволяют сделать вывод об их практической значимости, состоящей в возможности их применения при проектировании и эксплуатации подземных коммуникаций, и не только трубопроводов.

Гусева Н. В., Киселев В. А. Оценка влияния инженерно-геологических факторов на степень опасности возникновения аварий на подземных трубопроводах в Санкт-Петербурге с помощью искусственных нейронных сетей // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 11−1. — С. 171—186. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_111_0_171.

Гусева Н. В.¹, канд. техн. наук, с.н.с. лаборатории геодинамической безопасности Научного центра геомеханики и проблем горного производства, Guseva_NV@pers. spmi.ru, guseva-nv@mail.ru;
Киселев В. А.¹, канд. техн. наук, доцент каф. маркшейдерского дела, Kiselev_VA@ pers.spmi.ru, Kisselevva@mail.ru;
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д. 2, Россия.

1. Popov G., Bolobov V., Zhuikov I., Zlotin V. Development of the Kinetic Equation of the Groove Corrosion Process for Predicting the Residual Life of Oil-Field Pipelines // Energies. 2023, 16(20). DOI: 10.3390/en16207067.

2. Стручкова Г. П., Капитонова Т. А., Тарская Л. Е., Ефремов П. В. Использование ГИС для оценки риска безопасности трубопроводов // Фундаментальные исследования. — 2014. — No 5–5. — С. 994–999.

3. Александров О. Ю., Исупова Е. В., Агиней Р. В. Обзор результатов исследования влияния геомагнитноиндуцированных токов на подземные магистральные нефтегазопроводы // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. — 2017. — No 1. — С. 45–50.

4. Земенкова М. Ю., Чижевская Е. Л., Земенков Ю. Д. Интеллектуальный мониторинг состояний объектов трубопроводного транспорта углеводородов с применением нейросетевых технологий // Записки Горного института. 2022. Т. 258. С. 933−944. DOI: 10.31897/PMI.2022.105.

5. Лютов А. Г., Булатов А. Ф. Метод расчета местоположения утечки в магистральном трубопроводе на основе нейронных сетей // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2013. No 3. — С. 40–43.

6. Тимашев С. А., Макеева Т. В. Оценка надежности городской водопроводной сети при дефиците информации методом искусственных нейронных сетей: препринт. — Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2023.– 78 с.

7. Биденко С. И., Гаевская З. А., Храмов И. С. Пространственный ИНС-анализ и дифференциация территориальных структур в процедурах оперативного районирования на основе данных дистанционного зондирования // ИНФОРМАЦИЯ и КОСМОС. 2021. No 4, — С. 107–113.

8. Татаринов В. Н., Маневич А. И., Лосев И. В. Системный подход к геодинамическому районированию на основе искусственных нейронных сетей. Горные науки и технологии. 2018;(3):14–25. https://doi.org/10.17073/2500−0632−2018−3-14−25.

9. Ермолаев О. П., Селиванов Р. Н. Автоматизированное ландшафтно-экологическое картографирование городских территорий с использованием нейронных сетей (на примере г. Казани) // Том 152, кн. 4. Естественные науки. 2010. С. 53–67.

10. Дубровская С. А., Ряхов Р. В. Картографическое моделирование урболандшафтов степной зоны России с использованием нейронных сетей // Теорeтическая и прикладная экология. Методология и методы исследований. Модели и прогнозы. 2021. No 1. С. 53–57. DOI: 10.25750/1995−4301−2021−1-053−057.

11. Пампел Ф., Груздев А. В., Цвиркун Д. Логистическая регрессия. — М. — ДМК Пресс, 2023, 218 с.

12. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс, 2-е издание.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. — 1104 с.

13. Julian D. O., Donald A. J. Illuminating the ‘‘black box’’: a randomization approach for understanding variable contributions in artificial neural networks // Ecological Modelling. Vol. 154, Iss. 1, p. 135–150. DOI: 10.1016/S0304−3800(02)00064−9.

14. Ревазов А. М., Лежнев М. А. Влияние аварий на объектах трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов на окружающую среду // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2021. No 6 (303). С. 12–17. DOI: 10.33285/2411−7013−2021−6(303)-12−17.

15. Мастобаев Б. Н., Аскаров Р. М., Китаев С. В., Рафиков С. К., Усманов Р. Р., Чучкалов М. В., Исламов И. М. Выявление потенциально опасных участков магистральных газопроводов на пересечениях с геодинамическими зонами // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2017. No 3 (61). С.38−43.

16. Аскаров Р. М., Валеев А. Р., Исламов И. М., Тагиров М. Б. Оценка влияния геодинамических зон, пересекающих магистральные газопроводы, на их напряженно-деформированное состояние // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. No 11. С. 145−154. DOI: 10.18799/24131830/2019/11/2358.

17. Васильев Г. Г., Джалябов А. А., Леонович И. А. Анализ причин возникновения деформаций инженерных сооружений объектов газового комплекса в криолитозоне // Записки Горного института. 2021. Т.249. С.377–385.DOI:10.31897/PMI.2021.3.6.

18. Дашко Р. Э., Лохматиков Г. А. Верхнекотлинские глины Санкт-Петербургского региона как основание и среда уникальных сооружений: инженерно-геологический и геотехнический анализ // Записки Горного института. 2022.Т.254.С.180–190. DOI:10.31897/PMI.2022.13.

19. Буданов Л. М. Особенности пространственного распределения древних погребённых долин Невской губы / Комплексные исследования Мирового океана. Материалы V Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Калининград, 18–22 мая 2020 г. С. 308−309.[Электронный ресурс]. — Калининград: АО ИО РАН. — Режим доступа: http://atlanticnew.ocean.ru/index.php/raznoe/item/425-v-vserossijskayanauchnaya-konferentsiya-molodykhuchenykh-kompleksnye-issledovaniya-mirovogookeana.

20. Буданов Л. М., Сенчина Н. П., Шнюкова О. М., Горелик Г. Д. Исследование палеовреза с помощью гравиметрических наблюдений // Геосистемы переходных зон. 2020, No 4(3) С. 288–296.

21. Дашко Р. Э, Александрова О. Ю., Котюков П. В., Шидловская А. В. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Развитие городов и геотехническое строительство, выпуск No 1/2011. С. 1–34.

22. Komolov V., Belikov A., Kankhva V., Mezina N., editors. Assessment of the impact of the construction of semi-buried structures on the surrounding buildings and the road system. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; 2020: IOP Publishing. DOI: 10.1088/1757−899X/918/1/012027.

23. Конищев К. Б., Семёнов А. М., Чабан А. С., Лобанова Н. А., Кашковский Р. В. Особенности механизма коррозионного растрескивания под напряжением металла труб в средах, содержащих сероводород и диоксид углерода// Вести газовой науки. 2019. No 3 (40). С. 60–66.

24. Protosenya A. G., Karasev M. A., Verbilo P. E. The prediction of elastic-plastic state of the soil mass near the tunnel with taking into account its strength anisotropy // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2017. Vol. 8. Iss.11. P. 682–694.

25. Volokhov E. M., Kireeva V. I. Analysis of the results of field studies of geomechanical processes in construction of large transport tunnels with the use of a mechanized tunnelboring complex with work face earth pressure balance in the special conditions of voids compensation in the rock massif // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017. Vol. 12. Iss. 20. P. 5811–5821.

26. Агиней Р. В., Исупова Е. В., Гуськов С. С., Мусонов В. В. Теоретическая оценка скорости коррозии магистральных трубопроводов, вызванной влиянием геомагнитноиндуцированного источника блуждающего тока // Наука и техника в газовой промышленности. 2020. No 4. С. 62–73.