Doğal gaz dağıtım hatlarında coğrafi bilgi sistemleri destekli kaçak tarama sistemi tasarımı
Design of a geographic information system supported leak scanning system in natural gas distribution lines
Yazar: SELÇUK ÖZEN
Danışman: PROF. DR. DURSUN ZAFER ŞEKER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Bilişim Enstitüsü / Bilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı / Coğrafi Bilgi Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Coğrafya = Geography ; Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Doğal gaz boru hatları = Natural gas pipelines ; Konum tabanlı veri = Location based data ; Konumsal bilgi sistemi = Spatial information system ; Mobil konum izleme = Mobile location tracking

Özet:
Türkiye'de 1987 yılından beri ısınma ve üretim amaçlı olarak kullanılan doğal gaz, günümüzde 169 bin km'ye varan hat uzunluğu ile enerji sektörünün önemli bir bileşeni haline gelmiştir. Özellikle şehirlerde yaygınlaşan doğal gaz kullanımı hizmetinin, kesintisiz ve güvenli bir şekilde sağlanması, bir dizi aktif önlem ve sürecin işletilmesini gerektirir. Bu durum birçok insanın sahada ve ofis ortamında 7/24 esasına dayalı olarak aktif bir şekilde çalışması ile sağlanmaktadır.
Doğal gaz su, elektrik gibi altyapı hizmetlerinin sürekliliği ve güvenliği, günümüzde büyük önem arz etmektedir. Bu bağlamda, saha ekipleri ile ofis arasındaki koordinasyonun sağlanması, kesintisiz hizmet sunumunun temelini oluşturur. CBS ve mobil teknolojilerin entegrasyonu, bu koordinasyonu kolaylaştırırken, doğal gaz dağıtımında güvenli ve etkin bir işleyişin sağlanmasına önemli katkılar sunmaktadır.
Şehirlerdeki nüfus artışı ve yapılaşma alanlarının genişlemesi, doğal gaz dağıtım ağının daha geniş bir alana yayılmasına yol açmaktadır. Çok geniş bir alana yayılmış ve karmaşık bir yapı olan bu ağ, Polietilen ve Çelik yapılı boruların birçok farklı bağlantı elemanı kullanılarak birleştirilmesi sonucu oluşmaktadır. Bu karmaşık yapıda, zamanla korozyon, yer kabuğu hareketleri, imalat hataları gibi sebeplerden ötürü doğal gaz kaçakları meydana gelebilmektedir. Meydana gelen bu kaçaklar can ve mal güvenliği açısından tehdit oluşturmanın yanı sıra, çevreye ciddi zararlar vermekte ve ekonomik kayıplara yol açmaktadır. Ayrıca Enerji Piyasası Denetleme Kurumu, Doğal Gaz Piyasası Dağıtım ve Müşteri Hizmetleri Yönetmeliğine göre dağıtım şirketleri sorumlu oldukları alanları düzenli olarak kontrol ederek, olası kaçakları tespit etmekle sorumludurlar. Bu durum, doğal gaz hatlarında kaçak tarama gibi saha operasyonlarının önemini artırmaktadır. Kaçak tespiti ve güvenlik önlemleri, saha ekiplerinin aktif bir şekilde çalışmasını gerektirirken, bu sürecin etkin bir şekilde yönetilmesi ve koordine edilmesi gerekmektedir. Özellikle hizmet verilen alanların genişlemesiyle beraber klasik yöntem tarama sistemleri farklı lokasyonlarda birbirleri ile iletişim halinde olması gereken ekiplerin yönetiminde yetersiz kalmakta, iş gücü ve zaman kaybına sebep olmaktadır.
Coğrafi Bilgi Sistemleri, bu karmaşık sürecin yönetilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Özellikle geniş alana yayılmış doğal gaz dağıtım ağlarını takip etmek, yönlendirmek ve raporlamak için CBS, saha operasyonlarında vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir. Yüksek hızlı mobil internetin yaygınlaşmasıyla birlikte, gerçek zamanlı CBS uygulamaları geliştirilmesine olanak sağlanmış ve saha ekiplerinin verimliliği artırılmıştır.
Bu çalışmada özellikle kaçak tarama işlemlerinde CBS kullanımı üzerine yoğunlaşılmıştır. CBS'nin bu işlem özelinde nasıl kullanılabileceği, yazılımlar, veri tabanı sistemleri, açık kaynak kodlu teknolojiler, cihazlar ve bu araçların birlikte bütünleşmiş bir şekilde çalışabilmesi için gerekli olan sistem gereksinimi ve tasarımı çalışılmıştır. Çalışma Ankara mücavir alanı içerisinde gerçekleştirilmiş olup, 2020 – 2023 yılları arası elde edilen veriler üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen veriler üzerinde CBS analiz yöntemleri uygulanarak, doğal gaz kaçağı tespit edilen konumlarda bulunan doğal gaz dağıtım hatlarının özellikleri, imalat yılı, imalat tekniği, hat tipi ve basınç sınıfı gibi özelliklerine göre karşılaştırılarak aralarındaki ilişki incelenmiştir.
Çalışma sonuçlarının, CBS'nin doğal gaz dağıtımındaki kaçak tespiti süreçlerindeki rolünün önemini doğrulaması beklenmektedir. Özellikle Ankara mücavir alanı üzerinde yapılan analizlerin sonucu doğrultusunda, doğal gaz dağıtım hatlarının özelliklerinin kaçak tespiti ve önleme stratejilerinin geliştirilmesinde kritik olduğu düşünülmektedir.
Ayrıca, CBS'nin gerçek zamanlı uygulanabilirliği sayesinde, saha ekiplerinin etkinliğinin arttırılması ve ekiplerin doğal gaz kaçaklarını hızlı bir şekilde tespit edip müdahale edilebilmesi amaçlanmaktadır. Bu da güvenlik açısından önemli bir adımdır ve doğal gaz dağıtımındaki operasyonel verimliliği artırarak kesintisiz hizmet sunumunu sağlamaktadır.
Gelecekteki çalışmalar, CBS'nin doğal gaz dağıtımındaki diğer önemli alanlarda nasıl kullanılabileceğini ve bu teknolojinin daha da optimize edilerek verimliliğin artırılmasını sağlayacak yeni stratejilerin geliştirilmesini içerebilir. Bu, doğal gaz sektöründe operasyonel mükemmelliğin arttırılması ve çevresel sürdürülebilirlik açısından önemli bir adımdır.

Abstract:
Natural gas, which has been used for heating and production purposes in Turkey since 1987, has become an important component of the energy sector with a pipeline length of up to 169.000 kilometers today. Today, Turkey ranks as the country with the second largest natural gas distribution network in Europe. The widespread use of natural gas in cities necessitates the operation of a series of active measures and processes to ensure uninterrupted and safe service delivery. This requires many individuals to work actively around the clock, both in the field and in office environments.
The continuity and security of infrastructure services such as natural gas, water and electricity are of great importance today. In this context, ensuring coordination between field teams and offices forms the basis of uninterrupted service delivery. The integration of Geographic Information Systems and mobile technologies facilitates this coordination, while also making significant contributions to ensuring safe and efficient natural gas distribution.
The increase in population and expansion of urban areas in cities lead to the boarder spread of natural gas distribution networks. This complex network, spread over a wide area, is formed by the combination of various connection elements using Polyethylene and Steel pipes. Due to factors such as corrosion, crustal movements and manufacturing errors over time, natural gas leaks can occur in this intricate structure. These leaks pose threats to life and property safety. Additionally, according to the Natural Gas Market Distribution and Customer Services Regulation by the Energy Market Regulatory Authority, distribution companies are responsible for regularly inspection their designated areas to detect potential leaks. This situation highlights the importance of field operations such as leak detection in natural gas pipelines. Leak detection and security measures require active engagement from field teams, necessitating effective management and coordination of this process. Particularly with the expansion of serviced areas, traditional surveying methods prove insufficient in managing teams that need to communicate across different locations, leading to labor and time inefficiencies.
Geographic Information Systems has a wide range of applications today and plays a significant role in many sectors. GIS is used in various fields, ranging from urban planning and management to environmental protection and resource management, as well as emergency management, agriculture, gas, and electric utilities. For Instance, urban planners utilize GIS to manage the infrastructure of cities, while environmental conservationists employ GIS to preserve natural habitats. Additionally, GIS aids emergency management teams in identifying natural disaster risks and creating intervention plans. In the agricultural sector, farmers use GIS to increase crop productivity and utilize resources more efficiently, whereas foresters adopt GIS to monitor and protect forest areas. Consequently, GIS facilitates informed decision-making across diverse sectors by enabling the collection, storage, analysis, and visualization of geographical data.
There are many benefits of Geographic Information Systems. Data integration enhances data integrity by consolidating geographical data from various sources. Analysis and modeling allow for various analytical and modeling processes to be conducted on the data. Visualization and analysis of data in decision support systems provide decision-makers with between information and support strategic decision-making. Automation of data processing and analysis processes improves speed and efficiency in business processes. Visualizing data on maps helps in easier detection and correction of errors. All these benefits aid in effective planning, monitoring, and management of resources.
Geographic Information Systems play a crucial role in managing this complex process. Particularly, GIS has become an indispensable tool in field operations for tracking, directing, and reporting extensively spread natural gas distribution networks. With the widespread adoption of high-speed mobile internet, the development of real-time GIS applications has been made possible, leading to increased efficiency among field teams.
Additionally, open-source software plays a significant role in the development and utilization of GIS applications. Open-source software is typically freely accessible and continuously improved by developer communities. These software solutions make GIS applications more accessible and cost-effective, while also offering flexibility and customization opportunities. The combination of GIS and open-source software can provide effective and efficient solutions in managing complex processes like natural gas distribution. These systems can be utilized in crucial areas such as monitoring natural gas pipelines, detecting leaks, and developing prevention strategies. Therefore, the integration of GIS and open-source software has the potential to enhance operation excellence in natural gas distribution and can be a significant step towards environmental sustainability.
This study particularly focuses on the use of Geographic Information Systems in leak detection operations. The utilization of GIS in this specific process, along with the software, database systems, devices, and the necessary system requirements and design for the integration of these tools, has been examined. This study was conducted within the Ankara metropolitan area, and data from the years 2020 to 2023 were analyzed. GIS analysis methods were applied to the obtained data to compare the characteristics of natural gas distribution lines at locations where leaks were detected, including manufacturing year, manufacturing technique, line type, and pressure class, to investigate their relationships.
It is anticipated that the study result will confirm the significant role of GIS in the process of detecting gas leaks in natural gas distribution. Particularly, analyses conducted within the Ankara metropolitan area are believed to underscore the critical importance of understanding the characteristics of natural gas distribution lines in the development of leak detection prevention strategies.
Furthermore, the real-time applicability of GIS aims to enhance the efficiency of field teams and facilitate the swift detection and intervention of natural gas leaks. This is a crucial aspect in terms of safety and contributes to improving operation efficiency in natural gas distribution, ensuring uninterrupted service delivery.
Future research endeavors may explore how GIS can be further utilized in other significant areas of natural gas distribution and develop new strategies to optimize this technology, thereby enhancing efficiency. This constitutes an important step towards increasing operational excellence and environmental sustainability within the natural gas sector.