EFFICIENT LOCALIZATION ALGORITHMS FOR WIRELESS GAS LEAKAGE DETECTION IN OIL/GAS INDUSTRY. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Phd Thesis) thesis_final_Jan24-2016.pdf - Accepted Version Download (10MB) | Preview

Arabic Abstract

ملخص تشمل صناعة النفط والغاز عمليات التنقيب والإستخراج والتكرير والنقل وتسويق المنتجات البترولية. هذه البيئة عادة ما تنطوي على نوع من المواد الخطرة بما في ذلك الغازات السامة أو القابلة للإشتعال. تسرب الغاز بسبب حوادث أو أعطال المعدات يمكن أن يسبب خطر كبير لحقول النفط وموظفيها والأحياء المحيطة بها. لذا تتطلب صناعة النفط والغاز خطة السلامة الشاملة للتعامل مع تسرب الغازات الخطرة، والخطة تشمل أجهزة الإنذار المبكر مثل أجهزة الكشف عن الغاز. علاوة على ذلك، الأنظمة الحكومية لمعالجة تسرب الغاز تتغير بإستمرار وأصبحت أكثر صرامة في كل عام. في هذا العمل، قمنا بمسح الغازات الأكثر شيوعا في الصناعة وخصائصها، وأجهزة الاستشعار للكشف عنها والتكنولوجيا المستخدمة للتعامل مع تسرب الغاز. كما قمنا بتوفير ملخص الأبحاث المتعلقة بالكشف عن الغاز والرصد ، و التي أجريت في السنوات ال 50 الماضية. ووفقا للباحثين، فإن شبكات الإستشعار اللاسلكية سوف تكون الحل الوحيد الممكن للإستشعار في صناعة النفط والغاز. وعلاوة على ذلك، قمنا بتوضيح استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية في صناعة النفط والغاز والمتطلبات وتحديات التكيف للشبكات في مثل هذه البيئة. أجهزة الاستشعار اللاسلكية لديها القدرة على مراقبة أداء المصنع والبيئة التشغيلية لمحطات النفط والغاز وإنتاج الموارد. وضع أجهزة الإستشعار وتحديد الموقع الفعلي حيث تسرب الغاز هي نقطة بحثية هامة في الكشف عن تسرب الغاز باستخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية . في هذا البحث، قمنا بتصميم برنامد محاكاة، بإستخدام لغة بايثون(Python).حيث تم تصميم هذا البرنامج خصيصا لمحاكاة الشبكة اللاسلكية وقمنا بإضافة وحدة مولد طوبولوجيا التفاعلية. برنامج المحاكة يولد الخرائط التفاعلية وجميع نتائج المحاكاة ذات الصلة لتحليل البيانات. نقوم أولا بتوليد طبولوجيات متعددة للخواص ومتباينة الخواص من مختلف الأشكال، ثم محاكاة الخوارزميات وتحليل النتائج إحصائيا وبصريا. وأخيرا، قمنا باقتراح خوارزمي جديد لتحديد الموقع، وهو يسمى: "DV-MaxHop"، يمكن بواسطته أن نصل إلى دقة مقارنة أفضل. يمكن لمقترحنا الإندماج بسهولة مع الشبكات القائمة، والتي تستخدم خوارزمية "DV-hop" القائم، مع تعديلات طفيفة. قمنا بتقييم أداء مقترحنا باستخدام برنامج المحاكاة على عدة مخططات تحت تأثير عوامل متعددة متباينة الخواص. حتى بالنسبة لشبكات متباينة الخواص، تفوق على الخوارزميات الحديثة مع عمليات حسابية وطاقة مستهلكة وتكلفة الاتصال أقل بسبب التقارب السريع.

English Abstract

The oil and gas industry includes processes for exploration, extraction, refining, transporting, and marketing petroleum products. This environment usually involves some type of hazardous substances including toxic and/or flammable gases. Gas leaks due to accidents or equipment malfunctions can cause severe danger to the plant, its employees and surrounding neighborhoods. The oil and gas industry therefore requires a comprehensive safety plan to deal with hazardous gas leakage, which includes early-warning devices such as gas detectors. Furthermore, government regulations to tackle industrial gas leakage are constantly changing and becoming stricter every year, hence the necessity for efficient and reliable gas detectors. In this work, we survey most common industrial gases, their properties, gas detection sensors and the technology employed to deal with the gas leakage. We also provide a summary of research related to gas detection and monitoring conducted in the last 50 years. According to researchers, wireless sensor networks (WSN) will be the only feasible solution for sensing in the oil and gas industry. Moreover, we explain the utilization of WSNs in the oil/gas industry and requirements/challenges of adapting WSN in such environment. Wireless sensors and devices have the ability to monitor the plant performance and the operational environment of oil, gas and resource production plants. One important research area in gas leakage detection using WSN is placement of sensors and determining the actual location of the leakage. As part of this research, we extend a simulation framework, written in Python, which is specially designed for wireless network simulation and add to it an interactive generic topology generator module. Our simulation framework also produces interactive charts, plots, and log all relevant simulation results for further analysis. We first generate multiple isotropic and anisotropic topologies of different shapes and then simulate localization algorithms and analyze the results statistically and visually. Finally, we propose a new localization scheme, called DV-maxHop, that can reach better or comparable accuracy quickly utilizing simpler, practical and a proven DV-hop algorithm. Our enhanced localization scheme can easily be integrated with existing networks, which are using DV-hop based localization, with minor modifications. We evaluate the performance of our scheme using extensive simulation on several topologies under the effect of multiple anisotropic factors. Even for isotropic networks, our scheme out-performed recent state-of-the-art algorithms with lower computational overheads and reduced energy or communication cost due to a much faster convergence.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Computer
Department:	College of Computing and Mathematics > Information and Computer Science
Committee Advisor:	Sheltami, Tarek
Committee Co-Advisor:	Mahmoud, Ashraf
Committee Members:	Cheded, Lahouari and Alshayeb, Mohammad and NIAZI, MAHMOOD
Depositing User:	FARRUKH SHAHZAD (g199305420)
Date Deposited:	01 Feb 2016 08:43
Last Modified:	01 Nov 2019 16:32
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139852