اشتراک گذاری با دوستان
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp

وضعیت: باز

  شماره سند:

  تاریخ انتشار: ۱۴۰۰/۰۵/۲۳

  مهلت ارسال پیشنهاد: ۱۴۰۰/۰۶/۱۲

  فرصت‌ها: براساس پیشنهاد‌ها قابل‌ مذاکره خواهد بود.

 تماس : ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۶۳ – ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۴۳

  ارسال پروپوزال‌ها: https://ghazal.inif.ir/grant

ضرورت مسئله

شرکت‌های نفت و گاز و کاربران دریایی، تمهیداتی در زمینه بالابردن بهره‌وری و افزایش طول عمر مفید سازه‌های دریایی در نظر گرفته‌اند که مهم‌ترین آن‌ها تعمیرات و نگه‌داری پیوسته در زمان بهره‌برداری می‌باشد. به منظور تعمیرات و نگه‌داری، باید تیم‌های عملیاتی به‌وسیله شناورهای مخصوص در میادین تردد نمایند و عملیات تعمیرات و نگه‌داری را روی عرشه و حتی زیر آب انجام دهند که این امر شدیداً وابسته به شرایط آب و هوایی منطقه ازجمله ارتفاع موج، پریود موج، سرعت و جهت وزش باد می‌باشد.

در حال حاضر گزارش‌های هواشناسی 5 الی 10 روزه به‌صورت مداوم توسط شرکت متقاضی تحقیق به سکوهای نفت و گاز ارسال می‌گردد. این گزارش‌ها عمدتاً جهت انجام عملیات تعمیرات روزمره مناسب هستند، اما برای برنامه‌ریزی بلندمدت جهت تعمیرات و نگه‌داری، به صورت جدی نیاز به یک بررسی جامع از تاریخچه و احتمالات وقوع در داده‌های هواشناسی برای بهینه‌سازی برنامه‌های تعمیرات سکوهای نفتی احساس می‌شود. بنابراین این نیازمندی وجود دارد که یک مدل پیشگویانه به‌منظور تعیین پنجره‌های آب و هوایی امن جهت انجام عملیات تعمیرات و نگه‌داری سکوی نفتی طراحی شود. در این پروژه تحقیقاتی با کمک گرفتن از تجربیات موجود در زمینه پیش‌بینی و پیش‌یابی باد و موج در دریاها، نیاز است تا در زمینه مدل‌سازی پارامترهای جوی و اقیانوسی بررسی جامعی در آب‌های کشور صورت پذیرد و ضمن ارائه پنجره‌های مناسب آب و هوایی، یک راهکار هوشمند برای برنامه‌ریزی عملیاتی مناسب جهت بهینه‌سازی برنامه تعمیرات و نگه‌داری سکوهای نفتی ارائه گردد.

مشروح مسئله تحقیقاتی

مهم‌ترین مشخصات آب و هوایی در عملیات تعمیر و نگهداری، مشخصات باد و موج در منطقه موردنظر می‌باشد. سرعت باد و جهت آن به‏طور مستقیم در عملیات بالگردی و عملیات نصب با جرثقیل و به‏صورت غیرمستقیم در ایجاد موج در دریا و ناایمن کردن شرایط دریا برای رفت‌وآمد شناورها تأثیرگذار است. به‌منظور بهینه‏سازی عملیات تعمیر و نگه‌داری، بایستی یک رصد هواشناسی به‌صورت تاریخچه‏ای صورت پذیرد و به کمک آن، یک پیش‏بینی آماری جامع به شکل بازه‏های زمانیِ آرامش، جهت برنامه تعمیرات و نگه‌داری مانند شکل 1 ارائه گردد. در تعیین پنجره‌های آب و هوایی امن نیاز است آستانه‌های خطر سرعت باد و طول‌موج در نظر گرفته شود. این آستانه‌های خطر در عملیات مختلف متفاوت است، به‌طور مثال در شکل 1، آستانه خطر سرعت باد بیشتر از 10 نات و طول‌موج بیشتر از 5/1 متر است.

 

شکل 1: نمونه ارائه گزارش‌های پنجره‌های آب و هوایی امن به‌منظور انجام تعمیرات. رنگ سبز نشان‌دهنده پنجره‌های امن جهت انجام تعمیرات است.

در طرح پژوهشی حاضر جهت ارتقا دقت پیش‌بینی بلندمدت در تعیین پنجره آب و هوایی، نیاز است روش‌های نوین محاسباتی مورد ارزیابی قرار گیرند.

 ارائه پنجره‏های پیش‏بینی بر پایه روش‏های ریاضی و نیز احتمالاتی Statistic Down Scaling در کنار شبیه‌سازی‌های آب و هوایی به همراه Dynamic Down Scaling امکان‌پذیر خواهد بود. در روش احتمالاتی یا آماری نیاز به بررسی تاریخچه آب و هوایی منطقه موردمطالعه طی چندین دهه است. مهمترین گام در این راه، تهیه داده‌های پیش‏یابی و تحلیل اطلاعاتی آن‌ها با روش احتمالاتی و به کمک تحلیل تاریخچه زمانی می‏باشد. در مسئله Dynamic Down Scaling می‌بایست با استفاده از یک مدل هواشناسیِ میان‌مقیاس برای تأمین داده‌های هواشناسی و ازجمله آن‌ها، داده‌های میدان باد سطحی به انجام برسد. سپس با استفاده از داده‌های میدان باد سطحی و سایر واداشت‌های هواشناسی حاصل از مدل هواشناسی، یک مدل موج مناسب برای منطقه موردنظر اجرا شود و داده‌های موج نیز با تفکیک زمانی و مکانی مدنظر به دست آید. همچنین برای تأمین شرایط اولیه و شرایط مرزی موردنیاز مدل هواشناسی نیز از داده‌های باز تحلیل در دسترس استفاده شود.

از مهم‌ترین بخش‌های عملیات داده‌کاوی و پیاده‌سازی روشهای یادگیری ماشین جهت پیش‌بینی، عملیات انتخاب ویژگی است. در این پروژه داده‌ها و سری زمانی‌های مختلفی جهت پیش‌بینی پنجره آب و هوایی به مدل وارد می‌شوند. جهت استفاده بهینه، هوشمند و هدف‌دار از این داده‌ها به‌جای استفاده مستقیم، برخی ویژگی‌های آماری و احتمالاتی و البته ابتکاری از تحلیل اولیه داده‌ها و سری‌های زمانی در ابعاد زمان، فرکانس و مکان استخراج می‌شوند و ضریب اهمیت هریک در مدل پیش‌بینی ارزیابی و در تولید دیتاست و آموزش مدل‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. شناسایی ویژگی‌های اصلی از یک‌سو سبب ساده‌تر شدن توسعه و تفسیر مدل و همچنین استفاده از آن در آینده می‌شود و از سوی دیگر از پیچیدگی مسئله ازنظر ابعاد و تأثیر منفی داده‌های کم‌اهمیت‌تر روی مدل خواهد کاست. لذا در این مطالعه می‌بایست تمام روش‌های استانداردی که در این خصوص در علم داده وجود دارد، مورد بررسی و تحقیق قرار گیرد و از بین آن‌ها بهترین انتخاب شود.

انتظار می‌رود مجری، پس از بررسی و تحقیق، پیش‏بینی‏های مربوط به پنجره‌های آب و هوایی آتی را بر اساس بررسی آماری پیش‌یابی رویدادهای گذشته با استفاده از کارآمدترین روش از بین مدل‏ها و الگوریتم‏های مربوطه با دقت حداقل 50 درصد برای سکوی امیرکبیر واقع در دریای خزر به انجام رساند. همچنین انتظار می‌رود سامانه طراحی‌شده ضمن به‌کارگیری روش‌های پیشرفته یادگیری ماشینی، امکان آموزش و ارتقای دقت را دارا باشد. در حقیقت مجری، پنجره‌های آب و هوایی مناسب (داده‌های هواشناسی متناسب با ویژگی‌های تعمیرات توسط کارفرما ارائه می‌شود) را معرفی کند و تصمیم‌گیری‌های مربوط به تعمیرات و نگه‌داری متناسب با آن توسط کارفرما اتخاذ خواهند شد. قابل ذکر است از نتایج این پژوهش بایستی بتوان جهت برنامه‌ریزی شاتل‎های مورد نیاز جهت بارگیری از سکوی امیرکبیر در دریای خزر نیز استفاده نمود.

4 جفت کردن متغیرهای سراسری و محلی به‌منظور دست‏یابی به روش‏هایی است که به‌اصطلاح downscaling نامیده می‏شوند.

گام‌های تحقیق

  • جمع‌آوری اطلاعات مربوط به محدودیت‏های آب‏وهوایی و آستانه تحمل‌های مربوط به هر عملیات دریایی (جابه‌جایی نفرات و تجهیزات، تعمیرات خطوط لوله و اجزای سکو، نگه‌داری شامل رنگ‌آمیزی، رفع خوردگی و …)، شامل پارامترهای باد، امواج و داده‌های مشاهداتی اندازه‌گیری شده در منطقه عملیاتی کارفرما (این اطلاعات توسط شرکت متقاضی به مجری ارائه خواهد شد)
  • انجام یک بررسی عمومی بر روی پیش‌بینی وضعیت آب و هوایی و به‌خصوص باد در آینده و تأثیر گرمایش زمین بر روی آن
  • تعیین دقیق بازه تغییرات قابل‌تحمل پارامترهای هواشناسی برای عملیات دریایی بر مبنای محدودیت‏های موجود
  • بررسی کفایت داده‌ها و برنامه‏ریزی انجام شبیه‌سازی‌های پیش‌یابی باد و موج برای رفع کاستی‌های داده موجود
  • ارائه و تعیین روش بهینه انجام کار برای ارائه پنجره آب‌وهوای امن
  • استخراج داده‌های ورودی مدل از منابع جهانی شامل داده‌های ماهواره QuickSCAT و ASCAT جهت صحت‌سنجی (این منابع به‌صورت رایگان در دسترس هستند)
  • نمایش داده پیش‌یابی باد و امواج دریایی به‌صورت جدول داده و گراف
  • به‌کارگیری روش Dynamic Down Scaling در طی فرآیند ارائه پیش‌یابی باد و موج در صورت نیاز
  • ارائه نتایج حاصل از استخراج و پردازش احتمالاتی خروجی پیش‌یابی باد و موج
  • برپایی سامانه هوشمند مبتنی بر یادگیری ماشینی
  • تخمین پنجره‌های آب و هوایی مناسب
  • نمایش پنجره‌های مناسب آب و هوایی، تحلیل اطلاعاتی داده‌های پیش‌یابی با روش احتمالاتی و به کمک یادگیری ماشینی
  • نمایش نتایج حاصل از برپا سازی سامانه هوشمند تخمین پنجره‌های مناسب آب و هوایی جهت برنامه‌ریزی تعمیرات و نگهداری زیرساخت‌های ساحلی و فراساحلی
  • آزمایش سامانه موردنظر در منطقه عملیاتی واقعی

خروجی‌های مورد انتظار تحقیق

  • توسعه سامانه تعیین پنجره‌های مناسب آب و هوایی جهت برنامه‌ریزی تعمیرات و نگه‌داری زیرساخت‌های ساحلی و فراساحلی

الزامات تحقیق

   سامانه موردنظر باید دارای مشخصات زیر باشد:

  • الزام تهیه پیش‏یابی برگرفته از شبیه‌سازی جوی و اقیانوسی و تحلیل اطلاعاتی داده‌های پیش‌یابی با روش احتمالاتی و یادگیری ماشینی
  • الزام بررسی مدل‏های Hidden Markov Models (HMM)، Autoregressive، Markov-Switching (MS-AR) و الگوریتم‏های Gamma distribution، Gaussian innovations، Expectation-Maximization (EM) و quasi-Newton
  • الزام به‌کارگیری یادگیری ماشینی و فرآیند Feature Detection
  • تخمین پنجره‌های مناسب با دقت حداقل 50% در پیش‌بینی سه‌ماهه
  • نمایش پنجرههای مناسب آب و هوایی و ارتقاء دقت در گزارشهای کوتاه‌مدت موجود (5 الی 10 روزه) تا حداقل 80 درصد

معیارهای ارزیابی و انتخاب مجری

  • تحصیلات و سوابق تیم تحقیقاتی و تناسب آن با مسئله
  • رویکرد فنی تیم تحقیقاتی به مسئله
  • دسترسی به تجهیزات آزمایشگاهی و مواد اولیه و سایر الزامات اجرای تحقیق
  • زمان و هزینه اجرای تحقیق

تسهیم مالکیت فکری

  • مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
  • مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب‌وکار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری تماماً متعلق به شرکت متقاضی بوده و مجری صرفاً حق‌الزحمه اجرای پروژه تحقیقاتی را دریافت خواهد کرد.

روش ارسال پیشنهاد

پروپوزال‌ها صرفاً باید در چارچوب موردنظر صندوق نوآوری و شکوفایی، تدوین و حداکثر تا تاریخ 1400/06/12 در سامانه غزال به آدرس https://ghazal.inif.ir/grant ارسال شوند. پروپوزال‌هایی که در چارچوبی غیرازآن، یا به روش‌های دیگر به دست صندوق برسند، وارد فرایند ارزیابی نخواهند شد.