Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Auftretens einer Störstelle einer Leitung mit tels Schätzung.

Leitungen zum Transport von fluiden Medien, wie Flüssigkeiten oder Gasen werden häufig unterirdisch verlegt, beispielsweise um die Leitung vor ungünstigen äußeren Einflüssen zu schützen sowie um ein optisches Erscheinungsbild für Anrainer zu ver bessern, insbesondere bei sehr langen Leitungen, wie Pipe lines. Jedoch bringt diese Art der Verlegung auch eine Reihe von Problemen mit sich. Häufig treten bei Leitungen uner wünschte Störungen in Form von Leckagen und Überläufen von Wasser, Öl oder Gas auf, wobei es zu umfangreichen Umwelt schäden kommen kann, was teilweise nur schwer oder gar nicht behoben werden kann, aber fast immer zu sehr schwierigen und sehr teuren Sanierungsmaßnahmen führt.

Die Veröffentlichung Kishawy, Hossam A., and Hossam A. Gab- bar, "Review of pipeline integrity management practices.", International Journal of Pressure Vessels and Piping

87.7 (2010), Seite 373-380, beschreibt verschiedene derzeit eingesetzte Verfahren zur Detektion und Vermeidung von Lecka gen. Aus ihr geht hervor, dass die Vorbeugung schon mit der geeigneten Installation der Pipeline beginnt, da bereits kleine Beschädigungen der Leitung wie Beulen die Entstehung von kleinen Rissen begünstigen können. Während des Betriebs der Leitung können im Stand der Technik folgende Systeme zur Erfassung von Leitungsstörungen eingesetzt werden:

1. Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) : zur Überwachung des Durchflusses beziehungsweise des Dru ckes des Mediums in der Leitung, wobei entsprechende Sensoren in Pumpstationen der Leitung angeordnet sind. Unter SCADA versteht man allgemein das Überwachen und Steuern technischer Prozesse mittels eines Computer- Systems . 2. Messleitungen beispielsweise aus Glasfasern, welche als Sensorelement verwendet werden können, um kleinste Er schütterungen zu detektieren und Bewegungen in der Nähe der Leitung zu erfassen.

3. Einfügen von Vorrichtungen in die Leitung (sogenannte „smart pigs") und Durchströmen mit dem Medium, um bei spielsweise Korrosionsdaten der Leitung zu erhalten.

4. Abfliegen der Leitung und Bestimmen der Tiefe der Über deckung („Depth of Cover") oder von vegetativen Verän derungen über der Leitung, wie auch der Einsatz von speziell trainierten Spürhunden zur Detektion von Le ckagen .

Die ersten beiden Varianten stellen kontinuierliche Leckage- Ortungs-Systemen dar, welche eine andauernde Überwachung von Leckagen auf Leitungen erlauben. Hier kann zwischen externen und internen Systemen unterschieden werden. Interne Systeme können beispielsweise Glasfaser-Sensoren, akustische Senso ren, Sensor-Schläuche und Video-Überwachung sein. Externe Systeme können beispielsweise eine Druckpunkt-Analyse oder die Massenbilanz-Methode (Differenz zwischen Massenzufluss und Massenverlust) anwenden, oder auf statistischen Systemen, „Real-Time Transient Model" (RTTM-) oder „Extended Real-Time Transient Model" (E-RTTM) basierten Systemen beruhen.

Die Varianten 3 und 4 sind nicht-kontinuierliche Leckage- Ortungs-Systeme, welche nur bei Bedarf durchgeführt werden und keine permanent andauernde Überwachung von Leckagen zu lassen .

In der Veröffentlichung Guerriero Marco Et Al: "Bayesian data fusion for pipeline leak detection", 2016 19th International Conference on Information Fusion (FUSION), ISIF, 5. Juli 2016, Seiten 278-285, XP032935023, sowie in der

US 2017/076563 Al (Guerriero M [US] Et Al) 16. März 2017, ist ein Verfahren zur Ermittlung des Auftretens einer Störstelle einer Leitung mittels Schätzung offenbart. Es wird vorge- schlagen, einen Schatz-Algorithmus für eine Detektion und ei nen Schatz-Algorithmus eine Lokalisierung miteinander, unter Verwendung eines dynamischen Bayes-Netzwerks (DBN) , zu kombi nieren .

Dabei werden zwei heterogene Systeme miteinander kombiniert, nämlich die „fiber optic Distributed Acoustic Sensing" (DAS) und die „Internal Leak Detection (ILD)" Technologie. Die ILD- Technologie weist typischerweise eine niedrige Empfindlich keit und schlechte Lokalisierung auf. Die DAS-Technologie wiederum weist typischerweise eine relativ hohe Empfindlich keit, jedoch eine hohe Fehlalarmquote auf. Durch die Kombina tion von ILD- und DAS-Technologie soll eine hohe Empfindlich keit mit gleichzeitig niedriger hohe Fehlalarmquote erreicht werden .

Jedoch ist die DAS-Technologie nicht immer verfügbar, zu auf wändig oder wirtschaftlich nicht sinnvoll nachrüstbar.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung die Zuverlässigkeit einer Detektion einer Störstelle gegenüber dem Stand der Technik mit einfachen Mitteln zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren eingangs genannter Art gelöst, indem ein erster Indikator durch ein, der Leitung zugeordnetes ers tes Erfassungsmittel unter Anwendung zumindest eines ersten Erfassungsparameters ermittelt wird, aus welchem mittels ei ner ersten Schätzfunktion ein erster Schätzwert hinsichtlich des Auftretens der Störstelle der Leitung und ein erster Er fassungsort bestimmt wird, und zumindest ein zweiter Indikator durch zumindest jeweils ein, einem zweiten Erfassungsort zugeordnetes, lokal erfas sendes zweites Erfassungsmittel unter Anwendung zumindest ei nes zweiten Erfassungsparameters ermittelt wird, aus welchem mittels zumindest einer zweiten Schätzfunktion zumindest ein zweiter Schätzwert hinsichtlich des Auftretens der Störstel le der Leitung bestimmt wird, wobei der erste Erfassungsparameter und der zumindest eine zweite Erfassungsparameter so gewählt sind, dass ein erster Betriebsmodus für das erste Erfassungsmittel und/oder das zu mindest eine zweite Erfassungsmittel konfiguriert ist, und aus dem ersten Schätzwert und dem zumindest einen zweiten Schätzwert mittels einer Gesamt-Schätzfunktion ein Gesamt- Schätzwert unter Berücksichtigung der jeweiligen Lage des ersten Erfassungsortes und des jeweiligen zweiten Erfas sungsortes bestimmt wird, aus welchem das Auftreten der Stör stelle abgeschätzt wird, und bei Überschreiten eines Schwellwerts der Schätzung für das Auftreten der Störstelle auf Basis des Gesamt-Schätzwerts ein zweiter Betriebsmodus für das erste Erfassungsmittel und/oder das zumindest eine zweite Erfassungsmittel bestimmt wird, welcher mittels des zumindest einen ersten Erfassungs parameters und des zumindest einen zweiten Erfassungsparame ters konfiguriert wird, und der Gesamt-Schätzwert auf Basis des zweiten Betriebsmodus erneut bestimmt wird und daraus das Auftreten der Störstel le erneut abgeschätzt wird.

Dadurch wird erreicht, dass eine Störung in einem inkremen teilen Verfahren ermittelt werden kann, indem zunächst eine Schätzung des Ereignisses in einem ersten Betriebsmodus er folgt, und bei Detektion eine weitere, spezifisch angepasste Schätzung in einem zweiten Betriebsmodus erfolgt. Dadurch kann die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit einer Detektion verbessert werden. Mit anderen Worten wird mittels eines zweistufigen Verfahrens die Zuverlässigkeit einer Detektion verbessert. Das zweistufige Verfahren umfasst folglich eine erste Stufe und eine zweite Stufe für die Schätzung. Dabei kann auf ein einfaches zweites Erfassungsmittel zurück gegriffen werden, da lediglich das Auftreten der Störstelle abgeschätzt wird und keine Lokalisierung während des Betriebs durchgeführt werden muss, da der Erfassungsort durch die Mon tage- bzw. Installations-Position des zweiten Erfassungsmit tels bekannt ist.

Die Erfassungsmittel weisen dabei zumindest zwei Betriebsmodi auf, beispielsweise ein „Überwachungsmodus", bei welchem durch eine statistische Überwachung und Auswertung des Sys tems eines Fehler-Ereignisses über einen längeren Zeitraum erfolgt, um kurzzeitige Störungen zu unterdrücken und das System robuster und zuverlässiger zu machen, sowie ein „Feh lermodus", in welchem mittels einen optimierten Parametrie rung eine neuerliche Schätzung durchgeführt wird, welche eine verbesserte Aussage hinsichtlich Art und Position der detek- tierten Störstelle zulässt.

Die jeweiligen Erfassungsorte sind durch die Installationsor te der Sensoren beziehungsweise deren geografische Bereiche, welche durch den jeweiligen Sensor abgedeckt werden, vorab bestimmt und bekannt.

Eine Schätzfunktion zur Bildung eines Schätzwerts, auch

Schätzstatistik oder kurz Schätzer dient in der mathemati schen Statistik dazu, aufgrund von vorhandenen empirischen Daten einer Stichprobe einen Schätzwert zu ermitteln und dadurch Informationen über unbekannte Parameter einer Grund gesamtheit zu erhalten. Schätzfunktionen sind die Basis zur Berechnung von Punktschätzungen und zur Bestimmung von Kon fidenzintervallen mittels Bereichsschätzern und werden als Teststatistiken in Hypothesentests verwendet. Sie sind spezi elle Stichprobenfunktionen und können durch Schätzverfahren, beispielsweise die Kleinste-Quadrate-Schätzung, die Maximum- Likelihood-Schätzung oder die Momentenmethode, bestimmt wer den .

Ferner ist es günstig, wenn im zweiten Betriebsmodus ein zu sätzliches drittes, also ein im ersten Betriebsmodus noch nicht verwendeten Erfassungsmittel eingesetzt wird, um die Schätzung beispielsweise hinsichtlich Genauigkeit und/oder Störanfälligkeit zu verbessern.

Somit kann die Anzahl der verwendeten Erfassungsmittel im zweiten Betriebsmodus höher sein als im ersten Betriebsmodus.

Folglich kann ein dritter Indikator durch ein, der Leitung zugeordnetes drittes Erfassungsmittel unter Anwendung zumin dest eines dritten Erfassungsparameters ermittelt werden, aus welchem mittels einer dritten Schätzfunktion ein dritter Schätzwert hinsichtlich des Auftretens der Störstelle der Leitung und ein dritter Erfassungsort bestimmt wird, und zu sätzlich zum ersten Schätzwert und dem zumindest einen zwei ten Schätzwert der dritte Schätzwert mittels der Gesamt- Schätzfunktion der Gesamt-Schätzwert unter Berücksichtigung der jeweiligen Lage des ersten, zweiten und dritten Erfas sungsortes bestimmt wird, aus welchem das Auftreten der Stör stelle abgeschätzt wird.

Die Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, umfassend zumindest ein, einem ersten Erfassungsort zugeord netes erstes Erfassungsmittel, welches dazu eingerichtet ist, mittels einer ersten Schätzfunktion einen ersten Schätzwert als zumindest einen ersten Indikator zu bestimmen, und zumindest ein, einem zweiten Erfassungsort zugeordnetes zweites Erfassungsmittel, welches dazu eingerichtet ist, mit tels zumindest einer zweiten Schätz-funktion zumindest ein zweiter Schätzwert als zumindest einen zweiten Indikator zu bestimmen, und eine Analysevorrichtung mit einem Prozessor und einem Speicher, welche dazu eingerichtet ist, Schätzwerte zu be stimmen, wobei das erste und das zweite Erfassungsmittel mit der Ana lysevorrichtung verbunden sind, und wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Gesamt-Schätzwert auf Basis des ersten Betriebsmodus und der Gesamt-Schätzwert auf Basis des zweiten Betriebsmodus miteinander korreliert werden.

Dadurch kann ein resultierender Gesamt-Schätzwert des Verfah rens bestimmt werden, welcher die Zuverlässigkeit und Genau igkeit weiter verbessert.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Betriebsmodus eine Erfassung mittels des ersten In dikators und des zumindest einen zweiten Indikators vorsieht, bei welchem der zumindest eine erste Erfassungsparameter und der zumindest eine zweite Erfassungsparameter so gewählt ist, dass die Zuverlässigkeit der Erfassung optimiert ist.

Dadurch wird erreicht, dass die Zuverlässigkeit des Verfah rens verbessert wird. Die Zuverlässigkeit kann beispielsweise durch Verwendung von statistischen Größen bei der zeitlichen Betrachtung der Indikatoren beschrieben werden. Ferner kann dazu eine entsprechende Anpassung der Abtastfrequenz bei der Erfassung der Indikatoren durch die Erfassungsmittel vorteil haft genutzt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Betriebsmodus eine Erfassung mittels des ersten In dikators und des zumindest einen zweiten Indikators vorsieht, bei welchem der zumindest eine erste Erfassungsparameter und der zumindest eine zweite Erfassungsparameter so gewählt ist, dass die Stromaufnahme der Erfassung optimiert ist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Anpassung der Abtast intervalle bei der Erfassung der Indikatoren durch die Erfas- sungsmittel erreicht werden, oder auch durch eine gezielte Zuschaltung von empfindlicheren Sensoren oder elektronischen Verstärkern bei den Erfassungsmitteln.

Dadurch wird erreicht, dass die Betriebseigenschaften verbes sert beziehungsweise die Betriebskosten des Verfahrens redu ziert werden. Die Betriebskosten können beispielsweise benö tigte Ressourcen hinsichtlich Datenerfassung, Datenspeiche rung, statistischer Datenauswertung oder auch Strom- oder Leistungsaufnahme einer entsprechenden Vorrichtung sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zweite Betriebsmodus eine Erfassung mittels des ersten Indikators und des zumindest einen zweiten Indikators vor sieht, bei welchem der zumindest eine erste Erfassungsparame ter und der zumindest eine zweite Erfassungsparameter so ge wählt ist, dass die Genauigkeit der Erfassung optimiert ist.

Dadurch wird erreicht, dass die Genauigkeit des Verfahrens verbessert wird. Wie vorher ausgeführt, können Betriebseigen schaften verbessert beziehungsweise Betriebskosten des Ver fahrens reduziert werden.

Durch eine Kombination der vorher genannten ersten mit dem zweiten Betriebsmodi wird eine Verbesserung des Verfahrens erreicht, welches eine verbesserte, zuverlässige und zugleich genaue Detektion von Störungen erlaubt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Leitung eine Öl-, Gas- oder Was ser-Leitung ist, da derartige Leitungen im Stand der Technik bereits über eine Reihe von Sensoren zur Überwachung der Lei tung eingesetzt werden und daher auf einfache Weise eine Um setzung der Zusammenführung der kombinierten, zweistufigen Auswertung mehrerer Indikatoren erfolgen kann, insbesondere bei bereits bestehenden Leitungen und dazugehörigen Sensor- Systemen . In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei Überschreiten des Schwellwerts der Schätzung für das Auf treten der Störstelle eine Hypothese für die Art und/oder La ge der Störstelle bestimmt wird, welche bei der Bestimmung des zumindest einen ersten Erfassungsparameters und des zu mindest einen zweiten Erfassungsparameters herangezogen wird.

Dadurch wird erreicht, dass eine Konfiguration bei der Erfas sung der Indikatoren im zweiten Betriebsmodus die Hypothese verifiziert und dadurch auf eine effiziente Weise die Schät zung der Störstelle erfolgt.

Es ist auch vorteilhaft, wenn die Störstelle ein Leck in der Leitung ist. Dadurch können in der Anordnung besonders ein fach aufgebaute, sowie bereits bestehende Sensoren von Lei tungen genützt werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Störstelle von einem Er eignis außerhalb der Leitung beeinflusst wird, welches detek- tiert wird. Mit anderen Worten kann die detektierte Störstel le beispielsweise die Leitung umgebendes Erdreich, Monta geelemente oder Verbindungselemente wie Schrauben, welche an der Leitung befestigt sind oder die Leitung mit anderen Tei len verbinden, betreffen. Dadurch können präventiv Störungen erfasst werden, bevor ein Schaden direkt in der Leitung ent steht, beispielsweise durch Unterspülungen der Leitung durch einen temporären Wasserfluss eines schweren Unwetters oder einen Bergrutsch.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird aus dem Gesamt- Schätzwert die Position der Störstelle in oder an der Leitung abgeschätzt. Der Gesamt-Schätzwert wird aus den vorgelagert bestimmten Schätzwerten bestimmt, in welchen jeweils auch die Position der Störstelle bestimmbar ist. Erst durch eine ge meinsame Beurteilung der einzelnen Schätzwerte der ersten Stufe mit den jeweiligen Positionen der gemeinsamen Störstel le kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung der Schätzun gen der ersten Stufe insgesamt in der zweiten Stufe des zwei- stufigen Verfahrens verbessert werden. Es kann sowohl ein Schätzwert der Position der Störstelle in der Leitung, als auch in der angrenzenden Umgebung der Leitung, wie zuvor aus geführt beispielsweise die Leitung umgebendes Erdreich, be stimmt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird der erste Schätz wert mittels der ersten Schätzfunktion und/oder der zumindest eine zweite Schätzwert mittels der zumindest einen zweiten Schätzfunktion durch eine Analysevorrichtung bestimmt. Durch die Berechnung der jeweiligen Schätzwerte in der Analysevor richtung können die jeweiligen Erfassungsvorrichtungen und deren Entwicklung vereinfacht werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung liegt der erste Erfas sungsort des ersten Erfassungsmittels und der zweite Erfas sungsort des zumindest einen zweiten Erfassungsmittels be nachbart zueinander und zur Leitung, vorzugsweise innerhalb einer Distanz von 40 m, mehr bevorzugt innerhalb von 20 m und besonders bevorzugt innerhalb von 10 m. Durch eine entspre chende Positionierung der jeweiligen Erfassungsmittel kann erreicht werden, dass die Bestimmung der Position von Stör stellen genauer ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind das erste Erfas sungsmittel und/oder das zumindest eine zweite Erfassungsmit tel durch die Durchführung einer visuellen Inspektion der Leitung gebildet, vorzugsweise im zweiten Betriebsmodus.

Dadurch wird erreicht, dass beispielsweise die Art und Quali tät der Vegetation über einer vergrabenen Leitung auf einfa che Weise analysierbar ist, insbesondere wenn die visuelle Inspektion luftgestützt beispielsweise mit einer Drohne oder einem Hubschrauber erfolgt. Dabei erfolgt die visuelle In spektion bevorzugt mit Hilfe eines bildgebenden Sensors im optischen und/oder im Infrarot-Bereich bei gleichzeitiger Po sitionsbestimmung der Inspektionsorts.

Es ist günstig, wenn im zweiten Betriebsmodus eine detailrei chere visuelle Inspektion durchgeführt wird, beispielsweise durch eine erneute Erfassung mittels einem luftgestützten Er fassungsmittel. Dabei kann die Schätzung aus dem ersten Be triebsmodus als Basis herangezogen werden, um beispielsweise den Ort für die Durchführung der Erfassung im zweiten Be triebsmodus einzugrenzen und bei einer niedrigeren Flughöhe durchzuführen, um genauere und detailreichere Daten zu erfas sen, welche anschließen weiter verarbeitet werden. Somit kön nen Parameter für den zweiten Betriebsmodus beispielsweise auch die Flughöhe, den Aufnahmepfad oder die spektrale Emp findlichkeit (wie UV, IR oder optisches Spektrum) des Sensors des luftgestützten Erfassungsmittels umfassen.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind das erste Erfas sungsmittel und/oder das zumindest eine zweite Erfassungsmit tel durch die Durchführung einer Bodenanalyse der Umgebung der Leitung gebildet. Dadurch wird erreicht, dass beispiels weise die Kontamination des Bodens durch das Medium, welches in der Leitung geführt wird, über, neben oder unter einer vergrabenen Leitung auf einfache Weise analysierbar ist, ins besondere durch einen Feuchtigkeitssensor.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erste Erfas sungsmittel durch eine Analysevorrichtung von Wetterdaten ge bildet. Wetterdaten können Prognose-Daten, aktuelle bezie hungsweise bereits erfolgte Wettereinflüsse sein. Diese Daten können entweder manuell bestimmt sein, oder durch Wetter- Simulationen eines computergestützten Wetterdienstes ermit telt sein. Dabei werden lokale Wetterdaten an einem bestimm ten Ort ermittelt, wie beispielsweise Hagel, Fluten, Sturm oder Hitzepunkte.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erste Erfas sungsmittel durch eine Analysevorrichtung von Umweltdaten ge bildet. Die Umweltdaten können Analysedaten sein, die aus sa tellitengestützten bildgebenden Sensoren stammen oder davon abgeleitet sind, beispielsweise Karten von Gewässern, abge brannten Gebieten, Überschwemmungen oder Bodensenkungen. Umweltdaten können Daten von satellitengestützten Datendiens ten wie Copernicus (http : //www . copernicus . eu/main/Services ) sein, und beispielsweise Daten zur Atmosphäre, zum Klimawan del, zur Meeresumwelt oder Landdaten enthalten.

In einer Weiterbildung der Erfindung repräsentiert der erste Indikator und der zumindest eine zweite Indikator voneinander unabhängige physikalische Messgrößen, vorzugsweise Druck, Be wegung und Temperatur. Eine Erfassung einer Bewegung kann beispielsweise durch Bewegungssensoren oder Beschleunigungs sensoren erfolgen.

In einer Weiterbildung der Erfindung repräsentiert der erste Indikator und der zumindest eine zweite Indikator eine Ände rung von physikalischen Eigenschaften der Leitung, vorzugs weise Materialeigenschaften oder Eigenschaften über die Alte rung von Material. Die entsprechenden Eigenschaften bezie hungsweise deren Änderungen können in einem Modell oder einer Datenbank hinterlegt sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Gesamt- Schätzfunktion eine Bayes-Schätzfunktion . Dadurch kann auf eine einfache Weise eine verbesserte zwei-stufige Schätzung realisiert werden, sowie durch Anwendung eines Bayes- Netzwerks kann die Leitung und deren Indikatoren besonders übersichtlich modelliert werden.

Ein Bayes-Schätzer ist in der mathematischen Statistik eine Schätzfunktion, die zusätzlich zu den beobachteten Daten eventuell vorhandenes Vorwissen über einen zu schätzenden Pa rameter berücksichtigt. Gemäß der Vorgehensweise der bayess- chen Statistik wird dieses Vorwissen durch eine Verteilung für den Parameter modelliert, die A-priori-Verteilung . Mit dem Satz von Bayes ergibt sich die bedingte Verteilung des Parameters unter den Beobachtungsdaten, die A-posteriori- Verteilung. Um daraus einen eindeutigen Schätzwert zu erhal ten, werden Lagemaße der A-posteriori-Verteilung, wie Erwar tungswert, Modus oder Median, als sogenannte Bayes-Schätzer verwendet. Da der A-posteriori-Erwartungswert der wichtigste und in der Praxis am häufigsten angewendete Schätzer ist, be zeichnen auch einige Autoren diesen als den Bayes-Schätzer .

Allgemein definiert man einen Bayes-Schätzer als denjenigen Wert, der den Erwartungswert einer Verlustfunktion unter der A-posteriori-Verteilung minimiert. Für eine quadratische Ver lustfunktion ergibt sich dann gerade der A-posteriori- Erwartungswert als Schätzer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den beige schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Schätzung des Auftretens einer Störstelle auf einer Leitung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Bayes-Netzwerks zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anord nung mit einer Leitung 10, welche zum Ferntransport von Öl vorgesehen ist. Die Figur zeigt die Anordnung zur erfindungs gemäßen Schätzung des Auftretens einer Störstelle 11, bei spielsweise einer Leckage durch einen Riss in der Leitung 10, wobei die Leitung 10 im Boden 12 eingebracht und mit Erdreich überdeckt ist und ferner eine Vegetation 13, beispielsweise eine Wiese, den Boden 12 bedeckt.

Die Vorrichtung umfasst ein erstes Erfassungsmittel 20 in Form eines Leitungssensors mit einer Messleitung 25, welche benachbart zur Leitung 10 verläuft. Mittels der Messlei tung 25 kann eine Störstelle 11 beispielsweise durch eine Er fassung einer Änderung des Widerstandes der Messleitung 25 im Erdreich ermittelt werden, sowie der Ort der Widerstandsände rung als ein erster Erfassungsort 30.

Die Erfassung der Widerstandsänderung kann als erster Indika tor 40 durch das erste Erfassungsmittel 20 beispielsweise durch eine Messung von Reflexionen eines in die Messlei tung 25 eingespeisten Hochfrequenzsignals, welche durch die Einwirkung der Leckage an der Störstelle 11 der Leitung 10 auf den ersten Erfassungsort 30 entstehen, erfolgen.

Das erste Erfassungsmittel 20 ist zur Übertragung des ersten Indikators 40 und des ersten Erfassungsorts 30 mit einer Ana lysevorrichtung 50 drahtgebunden oder drahtlos verbunden.

Die Analysevorrichtung 50 ist dazu eingerichtet, aus dem ers ten Indikator 40 mittels einer ersten Schätzfunktion einen ersten Schätzwert zu bestimmen. Alternativ kann der erste Schätzwert auch von dem ersten Erfassungsmittel 20 bestimmt werden und der erste Schätzwert an die Analysevorrichtung 50 zur weiteren Verwendung übertragen werden.

Ferner umfasst die Vorrichtung ein zweites Erfassungsmit tel 21 in Form einer Kamera, welche dazu eingerichtet ist, eine visuelle Inspektion der Leitung 10 durchzuführen. Die Kamera ist ein bildgebender Sensor, welcher beispielsweise im optischen und im Infrarot-Bereich sensitiv ist. Die Kamera kann beispielsweise mit einer Drohne oder einem Hubschrauber entlang der Leitung 10 bewegt werden und die Vegetation 13 beziehungsweise die Umgebung unmittelbar über der Leitung 10 erfassen. Änderungen der Vegetation 14 an einem zweiten Er fassungsort 31 können in Form von Kameraaufnahmen mit Positi onsdaten aus einem GPS-System kombiniert, als zweiter Indika tor 41 erfasst und an die Analysevorrichtung 50 übertragen werden .

Die Analysevorrichtung 50 ist dazu eingerichtet, aus dem zweiten Indikator 41 mittels einer zweiten Schätzfunktion ei nen zweiten Schätzwert zu bestimmen.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung außer dem ein drittes Erfassungsmittel 22 mit einem Bodenfeuchte sensor 27, welcher dazu eingerichtet ist, die relative Feuch tigkeit des Bodens an einem dritten Erfassungsort 32 als dritten Indikator 42 zu erfassen. Mit anderen Worten kann ei- ne Bodenanalyse der Umgebung der Leitung 10 durch den Feuch- tigkeitssensor 27 erfolgen.

Das dritte Erfassungsmittel 22 ist zur Übertragung des drit ten Indikators 42 und des dritten Erfassungsorts 32 mit einer Analysevorrichtung 50 drahtgebunden oder drahtlos verbunden.

Die Analysevorrichtung 50 ist dazu eingerichtet, aus dem dritten Indikator 42 mittels einer Gesamt-Schätzfunktion ei nen Gesamt-Schätzwert zu bestimmen.

Die Vorrichtung umfasst auch ein viertes Erfassungsmittel 23 in Form eines computergestützten Wetterdienstes, welcher dazu eingerichtet ist, lokale Wetterdaten an einem vierten Erfas sungsort 33 zu prognostizieren oder aktuelle beziehungsweise bereits erfolgte Wettereinflüsse zu bestimmen und als vierten Indikator 43 an die Analysevorrichtung 50 zu übertragen. Die lokalen Wettereinflüsse können beispielsweise Hagel, Fluten, Sturm oder Hitzepunkte sein.

Die Analysevorrichtung 50 ist dazu eingerichtet, aus dem vierten Indikator 43 mittels einer vierten Schätzfunktion ei nen vierten Schätzwert zu bestimmen.

Die Vorrichtung umfasst in diesem Beispiel ein fünftes Erfas sungsmittel 24 in Form einer Datenbank, in welcher Eigen schaften über die Alterung von physikalischen Material- Eigenschaften von Abschnitten der Leitung 10 einen fünften Indikator bilden. In der Datenbank ist zusätzlich ein fünfter Erfassungsort für die Position des entsprechenden Abschnitts der Leitung 10 zugeordnet und hinterlegt.

Die Analysevorrichtung 50 bildet ein SCADA-System und ist da zu eingerichtet, aus dem fünften Indikator mittels einer fünften Schätzfunktion einen fünften Schätzwert zu bestimmen.

Es ist klar, dass die Erfassungsorte 30-33 der jeweiligen Er fassungsmittel 20-24 vorbekannt sind und statisch sein kön nen. Für diese Fälle können die Positionen der jeweiligen Er- fassungsorte 30-33 in der Analysevorrichtung 50 in einem Speicher hinterlegt sein und den jeweiligen Erfassungsmitteln 20-24 zur weiteren Verwendung zugeordnet werden, wobei die Erfassungsmittel dann nur die jeweiligen Indikatoren 40-43 an die Analysevorrichtung 50 übermitteln.

Die Analysevorrichtung 50 ist ferner dazu eingerichtet, aus dem ersten Schätzwert, dem zweiten Schätzwert, dem Gesamt- Schätzwert, dem vierten Schätzwert und dem fünften Schätzwert mittels einer Gesamt-Schätzfunktion, beispielsweise mit Hilfe eines Bayes-Schätzers , einen Gesamt-Schätzwert unter Berück sichtigung der jeweiligen Lage des ersten Erfassungsortes 30, des zweiten Erfassungsortes 31, des dritten Erfassungsortes 32, des vierten Erfassungsortes 33 und des fünften Erfas sungsortes zu bestimmen, aus welchem Gesamt-Schätzwert das Auftreten der Störstelle 11 beziehungsweise deren Position abschätzbar ist.

In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird ein erster Indikator 40 durch ein, der Leitung zugeordnetes erstes Er fassungsmittel 20 unter Anwendung zumindest eines ersten Er fassungsparameters ermittelt wird, aus welchem mittels einer ersten Schätzfunktion ein erster Schätzwert hinsichtlich des Auftretens der Störstelle 11 der Leitung 10 und ein erster Erfassungsort 30 bestimmt.

Ferner wird zumindest ein zweiter Indikator 41-43 durch zu mindest jeweils ein, einem zweiten Erfassungsort 31-33 zuge ordnetes, lokal erfassendes zweites Erfassungsmittel 21-23 unter Anwendung zumindest eines zweiten Erfassungsparameters ermittelt wird, aus welchem mittels zumindest einer zweiten Schätzfunktion zumindest ein zweiter Schätzwert hinsichtlich des Auftretens der Störstelle 11 der Leitung 10 bestimmt.

Dabei sind der erste Erfassungsparameter und der zumindest eine zweite Erfassungsparameter so gewählt, dass ein erster Betriebsmodus für das erste Erfassungsmittel 20 und/oder das zumindest eine zweite Erfassungsmittel 21-23 konfiguriert ist .

Ferner wird aus dem ersten Schätzwert und dem zumindest einen zweiten Schätzwert mittels einer Gesamt-Schätzfunktion ein Gesamt-Schätzwert unter Berücksichtigung der jeweiligen Lage des ersten Erfassungsortes 30 und des jeweiligen zweiten Er fassungsortes 31-33 bestimmt, aus welchem das Auftreten der Störstelle 11 abgeschätzt wird.

Auf Basis des Gesamt-Schätzwerts wird ein zweiter Betriebsmo dus für das erste Erfassungsmittel 20 und/oder das zumindest eine zweite Erfassungsmittel 21-23 bestimmt, welcher mittels des zumindest einen ersten Erfassungsparameters und des zu mindest einen zweiten Erfassungsparameters konfiguriert wird.

Der Gesamt-Schätzwert wird auf Basis des zweiten Betriebsmo dus erneut bestimmt und daraus das Auftreten der Störstel le 11 erneut abgeschätzt.

Durch die erfindungsgemäße zweistufige Schätzung gelingt es, voneinander unabhängige Indikatoren miteinander zu kombinie ren und eine präzise Schätzung von Störstellen zu ermögli chen, wobei die Indikatoren unabhängige physikalische Mess größen sein können, wie beispielsweise Druck, Bewegung und Temperatur. Folglich können die Erfassungsmittel 20-23 ein Drucksensor, ein Beschleunigungssensor, ein Temperatursensor oder ähnliches sein, wobei klar ist, dass zusätzlich eine entsprechende Sensorauswertungselektronik vorgesehen sein muss, um die Sensorwerte als entsprechende Indikatoren zu er fassen .

Der erste Betriebsmodus sieht eine Erfassung mittels des ers ten Indikators 40 und des zumindest einen zweiten Indika tors 41-43 vor, bei welchem der zumindest eine erste Erfas sungsparameter und der zumindest eine zweite Erfassungspara meter so gewählt ist, dass beispielsweise die Zuverlässigkeit oder die Stromaufnahme der Erfassung optimiert ist. Der zweite Betriebsmodus sieht eine Erfassung mittels des ersten Indikators 40 und des zumindest einen zweiten Indika tors 41-43 vor, bei welchem der zumindest eine erste Erfas sungsparameter und der zumindest eine zweite Erfassungspara meter so gewählt ist, dass beispielsweise die Genauigkeit der Erfassung optimiert ist.

Der Gesamt-Schätzwert auf Basis des ersten Betriebsmodus und der Gesamt-Schätzwert auf Basis des zweiten Betriebsmodus können miteinander korreliert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann genauer sein, wenn die Erfassungsorte 30-33 der jeweiligen Erfassungsmittel 20-24 benachbart zueinander und zur Leitung 10 gelegen sind, vor zugsweise innerhalb einer Distanz 16 von 40 m, mehr bevorzugt innerhalb von 20 m und besonders bevorzugt innerhalb von 10 m.

Die Distanz 16 ist bevorzugt der Durchmesser eines gedachten Kreises, in welchem sowohl die Position der Leckage, als auch der Erfassungsorte 30-33 der jeweiligen Erfassungsmittel 20- 24 liegen.

Ein Überdeckungsgrad 17 ist durch die Tiefe der Leitung unter der bedeckenden Erdoberfläche, das heißt die vertikale Dis tanz von der Oberseite der Pipeline bis zur Oberfläche des Erdbodens .

Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren, um Stör stellen 11 zu detektieren, welche von einem Ereignis außer halb der Leitung (10) beeinflusst werden, wie beispielsweise Unterspülungen der Leitung 10 durch ein fließendes Gewässer.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Beschreibung einer Modellierung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Bayes-Netzwerks .

Das Konzept der Erfindung sieht vor, an sich heterogene In formationen durch ein einheitliches Modell zu verbinden. Dies kann dazu genutzt werden, einen Betreiber einer Öl-Pipeline in seinen Schlussfolgerungen und Entscheidungen zu unterstüt zen .

Bayes-Netzwerke sehen eine formale Grundlage für die Integra tion von Informationen und Inferenzen von Ereignissen vor.

Ein Bayes-Netzwerk ist ein grafisches Modell, welches als ge richteter azyklischer Graph beschrieben werden kann, wobei Knoten diskrete Zufallsvariablen und gerichtete Pfeile Abhän gigkeiten zwischen Variablen im Sinn von bedingten Wahr scheinlichkeiten repräsentieren.

Durch ein Bayes-Netzwerk kann es auf einfache Weise ermög licht werden, Expertenwissen und empirische Daten in Modellen mit Bayes-Netzwerken zu verteilen. Bayes-Netzwerke sind au ßerdem robust gegen fehlerbehaftete, fehlende und gestreute Daten. Ferner erlauben Bayes-Netzwerke eine semantische In terpretation aus den eigenen Daten heraus, wodurch eine ver trauenswürdige und sichere Beziehung zu den verwendeten Daten abgeleitet werden kann.

Das Modell der Fig. 2 kann Anfragen hinsichtlich der „Gesund heit" beziehungsweise des Dichtheitszustandes eines Ab schnitts einer Pipeline beantworten, welcher durch den Knoten HEALTH 100 beschrieben werden kann.

Ein Abschnitt kann sehr flexibel festgelegt werden, bei spielsweise als der Abstand zwischen zwei Pumpstationen, um eine hinreichende Eingrenzung von Informationen und Alarmen zu erreichen. Allgemein kann der Dichtheitszustand eines Ab schnitts einer Pipeline ein Ergebnis einer Analyse von SCADA- Ereignissen, Erdbeobachtungsdaten und Ereignissen, welche durch externe Tätigkeiten ausgelöst werden, beispielsweise eine nahegelegene Baustelle, sein.

Im Zusammenhang mit Öl, Gas und Wasser kann ein SCADA- System mit einem Status-Knoten 110 Durchfluss- und Druckwerte einer Leitung überwachen und entsprechende Alarme bei Über schreitung eines festgelegten Grenzwerts auslösen. Das SCADA- System kann in ähnlicher Form die Analysevorrichtung 50 sein und die Erfassungsmittel 20-24 der Fig. 1 umfassen.

Leck-Ortungs-Systeme auf statistischer Basis unterziehen vor her bestimmten Werten für die Indikatoren 40-43 jeweils einem statistischen Test. Dabei können allgemeine statistische Va riablen aus einer Druckänderung über die Zeit oder nach der Massenbilanz-Methode gebildet werden. Der sogenannte Hypothe- sen-Test ist dabei ein häufig verwendetes Verfahren.

Falls Leck-Ortungs-Systeme auf statistischer Basis, welche eine Auswertung eines SCADA-Systems durchführen, ein Leck mit hoher Sicherheitswahrscheinlichkeit bestimmen, ist die Wahr scheinlichkeit eines nachlassenden Dichtheitszustands eines Pipeline-Abschnitts oft sehr hoch, insbesondere für schlei chende oder sich erst entwickelnde Leckagen. Somit hat der SCADA-Knoten 110 im Modell der Fig. 2 einen direkten Bezug zum HEALTH-Knoten 100.

Durch Erdbeobachtungsdaten kann der Vegetationszustand des die Pipeline überdeckenden Bodens erfasst werden. Dabei kann der sogenannte „Normalized Difference Vegetation In

dex" (NDVI) angewandt werden, welcher beispielsweise durch luftgestützte visuelle Beobachtung mittels einer Kamera er fasset werden kann. Dabei können einzelnen Kamerabilder je weilig aktuelle Positionsdaten der Kamera aus einem GPS- System zugeordnet werden, um nachfolgend eine automatisierte Auswertung zu ermöglichen und eine georeferenzierte elektro nische Karte des NDVI zu erstellen. Der NDVI ist ein einfa cher und verbreitet angewandter Vegetations-Gesundheits indikator. Ein geografisch eingegrenzter Bereich mit einem NVDI-Raster kann mittels einer Kombination aus Luftbildern von optischen und nahen Infrarot-Bändern (NIR) berechnet wer den. Auf der Basis zweier überdeckender Lagen von NDVI- Karten, welche aus unterschiedlichen Beobachtungen stammen, kann beispielsweise Pixel-weise eine Karte mit NDVI- Änderungen berechnet werden, welche in Polygone hinsichtlich Bereiche minimaler und maximaler Änderung unterteilt werden kann. Diesen Polygonen können zahlreiche Attribute zugewiesen werden, wie beispielsweise die Fläche in Quadratmetern, wel che wiederum zur Filterung genutzt werden können.

Während ein NDVI-Wert beziehungsweise eine Änderung des NDVI im Bayes-Modell der Fig. 2 ein Absterben der Vegetation er fassen kann, welche möglicherweise durch eine Leckage der Leitung verursacht ist, könnte ein einzelner NDVI-Wert bezie hungsweise eine Änderung des NVDI zu unerwünschten Fehlalar men („false positives") führen, wodurch der alleinige NDVI- Wert für eine Leck-Ortung eher ungeeignet ist. Daher ist in Fig. 2 ein NDVI-Knoten 120 mit dem SCADA-Knoten 110 verbun den, sowie mit einem ASSET-Knoten 150.

Ein SCADA-Alarm würde ein Problem, welches durch eine NDVI- Änderung detektiert wurde, verstärken und weitere Informatio nen zum detektierten Leck liefern. Ferner würde der ASSET- Knoten 150 ebenfalls das Problem verstärken, indem Informati onen hinsichtlich des Korrosionszustandes der Beschichtung der Pipeline ergänzt werden, wie nachfolgend weiter ausge führt .

Der Grad der Überdeckung, der sogenannte „Depth of Co

ver" (DOC) oder Schichtdicke, ist die vertikale Distanz von der Oberseite der Pipeline bis zur Oberfläche des Erdbodens und ist im Modell der Fig. 2 durch den Knoten 130 berücksich tigt. Pipelines müssen zum Zeitpunkt ihrer Errichtung minima le gesetzliche Vorgaben erfüllen, welche auch die notwendige Überdeckung regeln können. Jedoch kann sich diese Überdeckung beispielsweise durch Grabungsarbeiten, Erosion, Kultivierung, Bautätigkeiten, Überschwemmungen, Bodenabsenkungen oder ande re Umwelteinflüsse oder Einflüsse des Menschen im Lauf der Zeit ändern.

Durch ein Pipeline-Referenzmodell und ein Gelände-Modell, welches beispielsweise durch Luftaufnahmen ermittelt wurde, kann DOC in Metern bezüglich des Geländes-Modells bestimmt werden. Für einen bestimmten Punkt ist DOC die Differenz zwi- sehen dem Gelände-Modell und dem Pipeline-Referenzmodell an diesem Punkt, wie aus der WO 2017/174426 Al bekannt.

Ein weiterer Knoten 140 kann das Wetter (WEATHER) sein. Wet terdaten können Prognose-Daten, aktuelle beziehungsweise be reits erfolgte Wettereinflüsse sein. Diese Daten können ent weder manuell bestimmt sein, oder durch Wetter-Simulationen eines computergestützten Wetterdienstes ermittelt sein. Dabei werden lokale Wetterdaten an einem bestimmten Ort ermittelt, wie beispielsweise Hagel, Fluten, Sturm oder Hitzepunkte.

Der ASSET-Knoten 150 beinhaltet alle Informationen hinsicht lich der physischen Leitung, wie beispielsweise Informationen in Form eines georeferenzierten Pipeline-Referenzmodells, über die Materialeigenschaften der Leitung sowie potentielle Korrosionsparameter der Pipeline oder Abschnitten davon. Die Korrosionsparameter können beispielsweise mittels verschiede ner Messtechniken innerhalb der Leitung erfasst werden, sowie durch Zuverlässigkeits- und Überlebenszeit-Modelle und - Analysen .

Der Knoten 150 verbindet die Knoten 110 (SCADA) sowie Kno ten 120 (NDVI) . Somit kann ein Alarm aus dem SCADA-System durch Daten aus dem ASSET-Knoten (150) durch eine entspre chend hohe Auftretenswahrscheinlichkeit beispielsweise einer altersbedingten Korrosion an einer bestimmten Stelle zusätz lich gestützt werden.

Ein weiterer Knoten 160 kann Vorgänge (EVENTS) berücksichti gen, wie beispielsweise Grabungsarbeiten, Kultivierung, Bau tätigkeiten, Überschwemmungen oder Erdbeben. Die Vorgänge können beispielsweise durch Einsatz von Glasfaser-Sensoren erfasst und klassifiziert werden. Vorgänge haben meist einen großen Einfluss auf die „Gesundheit" der Pipeline, welche im Knoten 100 abgebildet ist, sofern der DOC-Knoten 130 ebenso als kritisch angesehen wird. Ein Betreiber muss eine Auswer tung durchführen, um festzustellen, ob Behebungsmaßnahmen un ter den gegebenen Umständen angemessen sind. Die Knoten 130 und 140 sind vorzugsweise mit dem Kno

ten 160 (EVENTS) verbunden.

Nachdem das Bayes-Modell trainiert ist und entsprechende Da ten durch ein Sensor-Netzwerk beispielsweise in Form eines Internet-of-Things (IoT), hinterlegt sind, kann eine automa tisch und andauernde Auswertung der „Gesundheit" der Pipeline erfolgen, was als Inferenz bezeichnet wird.

Beispielsweise kann der Knoten 100 (HEALTH) folgende Werte umfassen: OK, DETORIATED (verschlechtert),

SEVERE DAMAGE (schwerer Schaden) .

Eine Abfrage an das SCADA-System, beispielsweise die Analyse vorrichtung 50 der Fig. 1, könnte dann lauten: cpquery (

evidence

NDVI CHA wobei folgende Parameter gemäß Fig. 1 und 2 beispielhaft die Abfrage definieren:

„pipeline_health_bn" ist ein Bayes-Netzwerkmodell der Pipe line 10 mit dem Gesundheits-Status des HEALTH-Knotens 100.

„event" definiert für einen spezifischen Gesundheits-Status des HEALTH-Knotens 100, welcher durch die Bedingung eines „evidence"-Parameters festgelegt ist. Der evidence-Parameter kann eine Verknüpfung mehrerer Zustände verschiedener Knoten sein, wie beispielsweise des Zustands „ALARM_PRESSURE_LOSS" des SCADA-Knotens 110 und des Zustands „LARGE" des NVDI- Knotens 120.

Das Ergebnis wäre für diesen Fall, dass der Pipeline- Gesundheitszustand SEVERE_DAMAGE ist, gestützt durch eine Meldung aus dem SCADA-System, welches einen Alarm eines Drucksensors des SCADA-Systems über einen Druckverlust ausge geben hat, sowie die Vegetation im relevanten Bereich eine große Änderung des NDVI-Parameters aufweist, welcher mittels Luftaufnahmen und einer anschließenden computergestützten Auswertung ermittelt wurde.

Bezugszeichenliste :

10 Leitung

11 Störstelle, Leck

12 Boden

13, 14 Vegetation, Wiese

15 Austritt bzw. Ansammlung des Mediums

16 Distanz

17 Überdeckungsgrad

20-24 Erfassungsmittel

25 Messleitung

27 Feuchtigkeitssensor

30-33 Erfassungsort des Erfassungsmittels

40-43 Indikator

50 Auswertungsvorrichtung

100 Zustand der Leitung, HEALTH

110 SCADA-System

120 Vegetationszustand, Normalized Difference Vegetation

Index, NDVI

130 Überdeckungszustand, Depth of Cover, DOC

140 Wetter, WEATHER

150 physikalischer Zustand, Eigenschaften der Leitung,

ASSET

160 Vorgänge, EVENTS