Исследование эффективности применения медианной фильтрации в телеметрических сигналах повысительной насосной станции

Abstract

Показана возможность применения медианной фильтрации для предварительной очистки телеметрических сигналов давления повысительной насосной станции от импульсных помех. Исходный массив включал 21 484 измерения, полученных с минутным интервалом в течение двух недель, из которых более 5,45 % отсчетов вышли за допустимый рабочий диапазон датчика 130–250 кПа. Для подавления помех рассмотрены различные размеры медианного окна. Качество фильтрации оценивалось по доле остаточных выбросов, степени снижения шума и относительной нормированной средней абсолютной ошибки (MAPE) искажения исходного сигнала. Показано, что увеличение скользящего окна снижает число остаточных выбросов, но повышает риск сглаживания кратковременных технологических событий. По совокупности критериев для оперативного мониторинга окно в 5 значений снижает долю помех до 0,13 % и обеспечивает значительное подавление импульсных выбросов при умеренном росте ошибки. Показано, что медианные окна большей длины целесообразны для ретроспективной подготовки архивных рядов, но не как инструмент аварийной сигнализации, поскольку могут маскировать короткие отклонения и существенно отражать аварийную динамику. Для предотвращения пропуска реальных аварий предложено использовать медианную фильтрацию совместно с правилом подтверждения аварии по последовательности исходных отсчетов.

The feasibility of using median filtering for pre-cleaning telemetry pressure signals from a booster pump station from impulse noise is demonstrated. The initial dataset included 21,484 measurements obtained at one-minute intervals over a two-week period, of which more than 5.45 % fell outside the sensor's permissible operating range of 130–250 kPa. Various median window sizes were considered for noise suppression. The filtering quality was assessed based on the proportion of residual outliers, the degree of noise reduction, and the relative normalized mean absolute error (MAPE) of the original signal distortion. Increasing the sliding window is shown to reduce the number of residual outliers but increases the risk of smoothing out short-term process events. Based on a set of criteria for operational monitoring, a window of 5 values reduces the proportion of interference to 0.13 % and ensures significant suppression of impulse outliers with a moderate increase in error. It has been shown that longer median windows are useful for retrospective preparation of archived data series, but not as an alarm signaling tool, as they can mask short-term deviations and significantly reflect accident dynamics. To prevent missing real accidents, it is proposed to use median filtering in conjunction with an accident confirmation rule based on the sequence of initial readings.