田野

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道公司

摘要：針對(duì)不同漏磁內(nèi)檢測(cè)設(shè)備磁化強(qiáng)度不一致、采集頻率不固定、存儲(chǔ)格式不統(tǒng)一導(dǎo)致的難以有效對(duì)比和管理難題，根據(jù)內(nèi)檢測(cè)單位設(shè)備特點(diǎn)和數(shù)據(jù)來源，考慮讀取速度、兼容性、轉(zhuǎn)化的便捷性和可擴(kuò)展性等因素，制定以主數(shù)據(jù)+輔助數(shù)據(jù)相結(jié)合的內(nèi)檢測(cè)通用數(shù)據(jù)格式，在減少存儲(chǔ)空間的同時(shí)提高數(shù)據(jù)利用率。開發(fā)通用數(shù)據(jù)格式可視化軟件，可以對(duì)不同檢測(cè)單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理和準(zhǔn)確展示，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)完好率自動(dòng)計(jì)算。選擇某段內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，結(jié)果表明，通用數(shù)據(jù)格式可視化軟件每百公里數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí)間小于10秒，特征里程和鐘點(diǎn)無偏差，完好率計(jì)算與人工復(fù)核結(jié)果一致。相關(guān)成果為油氣管道的多維度數(shù)據(jù)融合分析奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：油氣管道；內(nèi)檢測(cè)；通用格式；數(shù)字孿生

漏磁內(nèi)檢測(cè)是油氣管道運(yùn)營(yíng)單位系統(tǒng)排查腐蝕和制造缺陷的主要方法，也是開展管道完整性管理的重要手段之一。近年來，國(guó)內(nèi)先后發(fā)生了多起管道失效事故，引起管道行業(yè)的高度重視，TSG D7003《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則—長(zhǎng)輸管道》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)一步縮短了檢測(cè)周期并提高了檢測(cè)指標(biāo)要求，促使了內(nèi)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)和研究機(jī)構(gòu)數(shù)量不斷增加[1]。由于不同內(nèi)檢測(cè)單位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及字節(jié)類型均不相同，管道運(yùn)營(yíng)單位只能使用各檢測(cè)單位提供的用戶化軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)查看，軟件安裝配置、運(yùn)行環(huán)境搭建和檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)用較為繁瑣，且無法進(jìn)行軟件功能的擴(kuò)展與優(yōu)化，內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量審查主要依靠分析人員逐頁或選擇性校核，效率低下。當(dāng)前，多次內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析是在閥門、三通及環(huán)焊縫等關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)齊的前提下，以相對(duì)里程、鐘點(diǎn)方向及表面位置為特征參數(shù)進(jìn)行缺陷的匹配，根據(jù)內(nèi)檢測(cè)報(bào)告尺寸是否增長(zhǎng)作為缺陷活性判斷的依據(jù)，但受不同內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)精度和量化模型的影響，這種判斷缺陷活性的方法可靠性不高，即使是同一檢測(cè)單位的檢測(cè)數(shù)據(jù)，也會(huì)出現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)及缺陷點(diǎn)數(shù)量和里程的差異[2-5]。針對(duì)不同漏磁內(nèi)檢測(cè)設(shè)備磁化強(qiáng)度不一致、采集頻率不固定、存儲(chǔ)格式不統(tǒng)一導(dǎo)致的難以有效對(duì)比和管理難題，通過制定通用內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)格式[6]，規(guī)范數(shù)據(jù)度量單位和存儲(chǔ)規(guī)則，研發(fā)基于通用數(shù)據(jù)格式的展示分析軟件，可以有效檢驗(yàn)內(nèi)檢測(cè)單位的數(shù)據(jù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，同時(shí)為多次內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)層面的自動(dòng)關(guān)聯(lián)分析提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1  漏磁內(nèi)檢測(cè)通用數(shù)據(jù)格式

收集整理國(guó)內(nèi)外檢測(cè)單位的檢測(cè)報(bào)告、產(chǎn)品說明和設(shè)備參數(shù)等相關(guān)資料，根據(jù)不同內(nèi)檢測(cè)單位數(shù)據(jù)特點(diǎn)和客戶端軟件功能所需的數(shù)據(jù)來源（表 1），充分考慮結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)加載讀取速度、兼容性、轉(zhuǎn)化的便捷性和可擴(kuò)展性等因素，制定了內(nèi)檢測(cè)通用數(shù)據(jù)格式，以獨(dú)立文件進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用。

表 1 漏磁內(nèi)檢測(cè)部分特征參數(shù)數(shù)據(jù)來源

為強(qiáng)化內(nèi)檢測(cè)項(xiàng)目的過程管控，提高內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量排查的時(shí)效，減少不必要的開挖費(fèi)用和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，通用數(shù)據(jù)格式以主數(shù)據(jù)+輔助數(shù)據(jù)相互組合的方式給出，主數(shù)據(jù)以檢測(cè)器采集原值為主，無需復(fù)雜運(yùn)算和解析即可導(dǎo)出，輔助數(shù)據(jù)需要利用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期運(yùn)算，換算處理需要一定時(shí)間，可以由內(nèi)檢測(cè)單位在項(xiàng)目驗(yàn)收前向管道運(yùn)營(yíng)單位提供。

1.1  主數(shù)據(jù)通用格式

檢測(cè)主數(shù)據(jù)是記錄檢測(cè)過程和特征識(shí)別時(shí)需要使用的數(shù)據(jù)集合，不需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)換和處理即可生成，建議在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)完成后2日內(nèi)提交。制定主數(shù)據(jù)格式結(jié)構(gòu)（圖 1），主數(shù)據(jù)格式（表 2）中帶*特征量為必填項(xiàng)。

圖 1 檢測(cè)主數(shù)據(jù)格式結(jié)構(gòu)

表 2 主數(shù)據(jù)通用格式（部分?jǐn)?shù)據(jù)格式展示）

磁場(chǎng)強(qiáng)度三軸分量存儲(chǔ)為當(dāng)量值（可根據(jù)需要顯示為高斯值），各通道的檢測(cè)數(shù)據(jù)值按照排列順序順時(shí)針方向依次存儲(chǔ)；缺陷內(nèi)外部位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為當(dāng)量值，檢測(cè)值超過原值范圍時(shí)，應(yīng)根據(jù)原值范圍進(jìn)行縮小；磁感應(yīng)強(qiáng)度三軸分量和內(nèi)外部位置數(shù)據(jù)必須同時(shí)提供，由于檢測(cè)器限制不能提供某個(gè)值的時(shí)候，應(yīng)在對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)位置上按照零值提供；若內(nèi)外部位置數(shù)據(jù)與磁感應(yīng)強(qiáng)度分量數(shù)據(jù)有位移差，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)進(jìn)行對(duì)齊處理；若檢測(cè)器內(nèi)外部位置通道數(shù)小于磁感應(yīng)強(qiáng)度分量通道數(shù)，則應(yīng)按鄰近通道采樣值進(jìn)行補(bǔ)齊。

對(duì)于復(fù)合類型檢測(cè)器，可根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)類型在主數(shù)據(jù)中新增特征量，即主數(shù)據(jù)格式為n×N+64（N為通道數(shù)量、64字節(jié)用于存儲(chǔ)公用數(shù)據(jù)），其中n為檢測(cè)數(shù)據(jù)大小，例如漏磁內(nèi)檢測(cè)中n為8字節(jié)（三軸分量+內(nèi)外部位置數(shù)據(jù)），漏磁+變徑的復(fù)合內(nèi)檢測(cè)中n為10字節(jié)（三軸分量+內(nèi)外部位置數(shù)據(jù)+變徑數(shù)據(jù)）。

掃描時(shí)間為相對(duì)時(shí)間，起始數(shù)據(jù)從0開始；周向?yàn)橹鲾?shù)據(jù)第1個(gè)通道對(duì)應(yīng)的周向角度；里程數(shù)據(jù)超過原值范圍最大值后從0開始重新計(jì)數(shù)。主數(shù)據(jù)以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)，需按照不大于且最接近于4G的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分割，每次的掃描數(shù)據(jù)不能被分割到兩個(gè)文件中。

1.2  輔助數(shù)據(jù)通用格式

輔助數(shù)據(jù)為需要后期進(jìn)行運(yùn)算處理的數(shù)據(jù)，包含慣性測(cè)量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）信號(hào)數(shù)據(jù)、IMU姿態(tài)角數(shù)據(jù)和里程輪脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)。考慮這些數(shù)據(jù)處理解析時(shí)間較長(zhǎng)，可以在內(nèi)檢測(cè)項(xiàng)目驗(yàn)收前提交。輔助數(shù)據(jù)應(yīng)以單文件形式存儲(chǔ)（表3～表5），且單文件存儲(chǔ)空間小于4G。IMU信號(hào)數(shù)據(jù)用于顯示檢測(cè)器運(yùn)行過程中的加速度、角速度狀態(tài)等；IMU姿態(tài)角數(shù)據(jù)用于檢測(cè)器運(yùn)行過程中三維姿態(tài)角狀態(tài)的顯示，以及提供主數(shù)據(jù)識(shí)別特征的坐標(biāo)信息等；里程輪脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)用于顯示各里程輪采集的脈沖原值信號(hào)，文件數(shù)量應(yīng)與檢測(cè)設(shè)備里程輪個(gè)數(shù)匹配。

表 3 IMU信號(hào)通用數(shù)據(jù)格式（部分?jǐn)?shù)據(jù)格式展示）

表 4 IMU姿態(tài)角通用數(shù)據(jù)格式（部分?jǐn)?shù)據(jù)格式展示）

表 5 里程輪脈沖信號(hào)通用數(shù)據(jù)格式

2  通用數(shù)據(jù)格式可視化軟件

通用數(shù)據(jù)格式可視化軟件建立了一個(gè)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理、審查、管理和分析的應(yīng)用系統(tǒng)。它采用C/S架構(gòu)三層開發(fā)框架（圖 2），具有響應(yīng)速度快、硬件配置簡(jiǎn)單、運(yùn)行數(shù)據(jù)負(fù)荷輕、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理功能透明等優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選用MySQL數(shù)據(jù)庫（圖 3），滿足內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)交互和存儲(chǔ)需求，具有體積小、速度快等優(yōu)點(diǎn)。軟件使用小波濾波、底層繪圖和圖像增強(qiáng)算法對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，可完成各檢測(cè)單位轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入和準(zhǔn)確展示。軟件利用智能算法對(duì)導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，并提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和統(tǒng)計(jì)報(bào)表導(dǎo)出等功能。

圖 2 C/S架構(gòu)三層開發(fā)框架

圖 3 MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

為滿足數(shù)據(jù)處理和信號(hào)可視化算法的通用性，采用公式（1）對(duì)漏磁內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)映射和幅值調(diào)整。

Y＝[(avg－value)/avg]×rate＋C×sub＋offset（1）

式中，Y為信號(hào)坐標(biāo)；avg為各通道信號(hào)數(shù)據(jù)均值；value為數(shù)據(jù)信號(hào)原值；rate為信號(hào)放大比例；C為通道號(hào)；sub為通道間隔；offset為信號(hào)曲線上下浮動(dòng)間距。

軟件主界面（圖 4）頂部模塊為切換菜單欄，用于快速切換不同功能模塊，如創(chuàng)建項(xiàng)目、查看信號(hào)曲線等；上方功能菜單欄用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行人工操作，如翻頁、測(cè)量、磁場(chǎng)分量切換等；中間主數(shù)據(jù)信號(hào)欄用于繪制通用數(shù)據(jù)—主數(shù)據(jù)信號(hào)；下方輔助信號(hào)欄用于繪制通用數(shù)據(jù)—輔助數(shù)據(jù)信號(hào)；底部狀態(tài)欄用于實(shí)時(shí)顯示通用數(shù)據(jù)信息。

圖 4 軟件主界面

通過對(duì)原始內(nèi)檢測(cè)信號(hào)和轉(zhuǎn)化后通用數(shù)據(jù)格式信號(hào)的對(duì)比分析，驗(yàn)證通用格式數(shù)據(jù)可視化算法的正確性，特征信號(hào)真實(shí)還原，且里程鐘點(diǎn)無偏差。針對(duì)主數(shù)據(jù)中常見的數(shù)據(jù)超限、奇異點(diǎn)、通道漂移和探頭噪聲等異常，通過設(shè)定閾值對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行遍歷，定位異常數(shù)據(jù)并進(jìn)行分組，按照對(duì)應(yīng)的異常類型選擇相應(yīng)的識(shí)別模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)完好率的自動(dòng)計(jì)算。選擇某段內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行通用格式轉(zhuǎn)化和完好率計(jì)算應(yīng)用驗(yàn)證，結(jié)果表明通用數(shù)據(jù)格式可視化軟件每百公里數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí)間小于10秒，特征里程和鐘點(diǎn)無偏差，軟件計(jì)算數(shù)據(jù)完好率為99.929%，人工復(fù)核數(shù)據(jù)完好率為99.93%，質(zhì)量審查結(jié)果一致。

3  結(jié)論

（1）按照不同內(nèi)檢測(cè)單位數(shù)據(jù)特點(diǎn)和客戶端軟件功能所需的數(shù)據(jù)來源，制定主數(shù)據(jù)與輔助數(shù)據(jù)相結(jié)合的通用數(shù)據(jù)格式，在減少存儲(chǔ)空間的同時(shí)提高數(shù)據(jù)利用率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可拓展性，為深化內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用，挖掘海量數(shù)據(jù)價(jià)值和進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)融合綜合分析奠定基礎(chǔ)。

（2）開發(fā)通用數(shù)據(jù)格式可視化軟件，可以對(duì)不同檢測(cè)單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，使用小波濾波、底層繪圖和圖像增強(qiáng)算法對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，可完成各檢測(cè)單位轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入和準(zhǔn)確展示，建立異常數(shù)據(jù)識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)完好率自動(dòng)計(jì)算，并可對(duì)典型問題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表導(dǎo)出。

（3）管道運(yùn)營(yíng)單位可以將內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)通用格式作為突破點(diǎn)，建立油氣管道線路多源數(shù)據(jù)接入、匯聚、共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建油氣管道線路全要素?cái)?shù)字化和語義化模型，推動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)孿生模型的高度融合，打造油氣管道數(shù)字孿生底座，形成可視化展現(xiàn)、自動(dòng)化分析、智能化運(yùn)維的智慧管理生態(tài)系統(tǒng)。

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作者簡(jiǎn)介：田野，1987年生，高級(jí)工程師，畢業(yè)于華中科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，主要從事管道完整性研究工作。聯(lián)系方式：17799288776， tianye04@pipechina.com.cn。