田野

國家管網(wǎng)集團西部管道公司

摘要：針對不同漏磁內檢測設備磁化強度不一致、采集頻率不固定、存儲格式不統一導致的難以有效對比和管理難題，根據內檢測單位設備特點(diǎn)和數據來(lái)源，考慮讀取速度、兼容性、轉化的便捷性和可擴展性等因素，制定以主數據+輔助數據相結合的內檢測通用數據格式，在減少存儲空間的同時(shí)提高數據利用率。開(kāi)發(fā)通用數據格式可視化軟件，可以對不同檢測單位的數據進(jìn)行集中統一管理和準確展示，實(shí)現檢測數據完好率自動(dòng)計算。選擇某段內檢測數據進(jìn)行應用驗證，結果表明，通用數據格式可視化軟件每百公里數據導入時(shí)間小于10秒，特征里程和鐘點(diǎn)無(wú)偏差，完好率計算與人工復核結果一致。相關(guān)成果為油氣管道的多維度數據融合分析奠定了基礎。

關(guān)鍵詞：油氣管道；內檢測；通用格式；數字孿生

漏磁內檢測是油氣管道運營(yíng)單位系統排查腐蝕和制造缺陷的主要方法，也是開(kāi)展管道完整性管理的重要手段之一。近年來(lái)，國內先后發(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《壓力管道定期檢驗規則—長(cháng)輸管道》等標準規范進(jìn)一步縮短了檢測周期并提高了檢測指標要求，促使了內檢測技術(shù)服務(wù)和研究機構數量不斷增加[1]。由于不同內檢測單位的數據存儲方式、數據結構及字節類(lèi)型均不相同，管道運營(yíng)單位只能使用各檢測單位提供的用戶(hù)化軟件進(jìn)行數據查看，軟件安裝配置、運行環(huán)境搭建和檢測數據調用較為繁瑣，且無(wú)法進(jìn)行軟件功能的擴展與優(yōu)化，內檢測數據質(zhì)量審查主要依靠分析人員逐頁(yè)或選擇性校核，效率低下。當前，多次內檢測數據的對比分析是在閥門(mén)、三通及環(huán)焊縫等關(guān)鍵點(diǎn)對齊的前提下，以相對里程、鐘點(diǎn)方向及表面位置為特征參數進(jìn)行缺陷的匹配，根據內檢測報告尺寸是否增長(cháng)作為缺陷活性判斷的依據，但受不同內檢測器檢測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，即使是同一檢測單位的檢測數據，也會(huì )出現關(guān)鍵點(diǎn)及缺陷點(diǎn)數量和里程的差異[2-5]。針對不同漏磁內檢測設備磁化強度不一致、采集頻率不固定、存儲格式不統一導致的難以有效對比和管理難題，通過(guò)制定通用內檢測數據格式[6]，規范數據度量單位和存儲規則，研發(fā)基于通用數據格式的展示分析軟件，可以有效檢驗內檢測單位的數據質(zhì)量，實(shí)現檢測數據的集中統一管理，同時(shí)為多次內檢測數據信號層面的自動(dòng)關(guān)聯(lián)分析提供技術(shù)基礎。

1  漏磁內檢測通用數據格式

收集整理國內外檢測單位的檢測報告、產(chǎn)品說(shuō)明和設備參數等相關(guān)資料，根據不同內檢測單位數據特點(diǎn)和客戶(hù)端軟件功能所需的數據來(lái)源（表 1），充分考慮結構化數據加載讀取速度、兼容性、轉化的便捷性和可擴展性等因素，制定了內檢測通用數據格式，以獨立文件進(jìn)行存儲和調用。

表 1 漏磁內檢測部分特征參數數據來(lái)源

為強化內檢測項目的過(guò)程管控，提高內檢測數據質(zhì)量排查的時(shí)效，減少不必要的開(kāi)挖費用和作業(yè)風(fēng)險，通用數據格式以主數據+輔助數據相互組合的方式給出，主數據以檢測器采集原值為主，無(wú)需復雜運算和解析即可導出，輔助數據需要利用相關(guān)數據進(jìn)行后期運算，換算處理需要一定時(shí)間，可以由內檢測單位在項目驗收前向管道運營(yíng)單位提供。

1.1  主數據通用格式

檢測主數據是記錄檢測過(guò)程和特征識別時(shí)需要使用的數據集合，不需要復雜的轉換和處理即可生成，建議在現場(chǎng)作業(yè)完成后2日內提交。制定主數據格式結構（圖 1），主數據格式（表 2）中帶*特征量為必填項。

圖 1 檢測主數據格式結構

表 2 主數據通用格式（部分數據格式展示）

磁場(chǎng)強度三軸分量存儲為當量值（可根據需要顯示為高斯值），各通道的檢測數據值按照排列順序順時(shí)針?lè )较蛞来未鎯�；缺陷內外部位置數據存儲為當量值，檢測值超過(guò)原值范圍時(shí)，應根據原值范圍進(jìn)行縮��；磁感應強度三軸分量和內外部位置數據必須同時(shí)提供，由于檢測器限制不能提供某個(gè)值的時(shí)候，應在對應存儲位置上按照零值提供；若內外部位置數據與磁感應強度分量數據有位移差，數據轉換時(shí)應進(jìn)行對齊處理；若檢測器內外部位置通道數小于磁感應強度分量通道數，則應按鄰近通道采樣值進(jìn)行補齊。

對于復合類(lèi)型檢測器，可根據檢測數據類(lèi)型在主數據中新增特征量，即主數據格式為n×N+64（N為通道數量、64字節用于存儲公用數據），其中n為檢測數據大小，例如漏磁內檢測中n為8字節（三軸分量+內外部位置數據），漏磁+變徑的復合內檢測中n為10字節（三軸分量+內外部位置數據+變徑數據）。

掃描時(shí)間為相對時(shí)間，起始數據從0開(kāi)始；周向為主數據第1個(gè)通道對應的周向角度；里程數據超過(guò)原值范圍最大值后從0開(kāi)始重新計數。主數據以二進(jìn)制格式存儲，需按照不大于且最接近于4G的標準進(jìn)行分割，每次的掃描數據不能被分割到兩個(gè)文件中。

1.2  輔助數據通用格式

輔助數據為需要后期進(jìn)行運算處理的數據，包含慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）信號數據、IMU姿態(tài)角數據和里程輪脈沖信號數據�？紤]這些數據處理解析時(shí)間較長(cháng)，可以在內檢測項目驗收前提交。輔助數據應以單文件形式存儲（表3～表5），且單文件存儲空間小于4G。IMU信號數據用于顯示檢測器運行過(guò)程中的加速度、角速度狀態(tài)等；IMU姿態(tài)角數據用于檢測器運行過(guò)程中三維姿態(tài)角狀態(tài)的顯示，以及提供主數據識別特征的坐標信息等；里程輪脈沖信號數據用于顯示各里程輪采集的脈沖原值信號，文件數量應與檢測設備里程輪個(gè)數匹配。

表 3 IMU信號通用數據格式（部分數據格式展示）

表 4 IMU姿態(tài)角通用數據格式（部分數據格式展示）

表 5 里程輪脈沖信號通用數據格式

2  通用數據格式可視化軟件

通用數據格式可視化軟件建立了一個(gè)內檢測數據處理、審查、管理和分析的應用系統。它采用C/S架構三層開(kāi)發(fā)框架（圖 2），具有響應速度快、硬件配置簡(jiǎn)單、運行數據負荷輕、數據存儲管理功能透明等優(yōu)勢。數據庫服務(wù)器選用MySQL數據庫（圖 3），滿(mǎn)足內檢測數據交互和存儲需求，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算法對轉換后的信號進(jìn)行優(yōu)化處理，可完成各檢測單位轉換后數據的批量導入和準確展示。軟件利用智能算法對導入數據進(jìn)行質(zhì)量檢查，并提供數據統計分析和統計報表導出等功能。

圖 2 C/S架構三層開(kāi)發(fā)框架

圖 3 MySQL數據庫服務(wù)器

為滿(mǎn)足數據處理和信號可視化算法的通用性，采用公式（1）對漏磁內檢測數據信號進(jìn)行坐標映射和幅值調整。

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

式中，Y為信號坐標；avg為各通道信號數據均值；value為數據信號原值；rate為信號放大比例；C為通道號；sub為通道間隔；offset為信號曲線(xiàn)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 )建項目、查看信號曲線(xiàn)等；上方功能菜單欄用于對信號進(jìn)行人工操作，如翻頁(yè)、測量、磁場(chǎng)分量切換等；中間主數據信號欄用于繪制通用數據—主數據信號；下方輔助信號欄用于繪制通用數據—輔助數據信號；底部狀態(tài)欄用于實(shí)時(shí)顯示通用數據信息。

圖 4 軟件主界面

通過(guò)對原始內檢測信號和轉化后通用數據格式信號的對比分析，驗證通用格式數據可視化算法的正確性，特征信號真實(shí)還原，且里程鐘點(diǎn)無(wú)偏差。針對主數據中常見(jiàn)的數據超限、奇異點(diǎn)、通道漂移和探頭噪聲等異常，通過(guò)設定閾值對檢測數據進(jìn)行遍歷，定位異常數據并進(jìn)行分組，按照對應的異常類(lèi)型選擇相應的識別模型進(jìn)行統計分析，實(shí)現內檢測數據完好率的自動(dòng)計算。選擇某段內檢測數據進(jìn)行通用格式轉化和完好率計算應用驗證，結果表明通用數據格式可視化軟件每百公里數據導入時(shí)間小于10秒，特征里程和鐘點(diǎn)無(wú)偏差，軟件計算數據完好率為99.929%，人工復核數據完好率為99.93%，質(zhì)量審查結果一致。

3  結論

（1）按照不同內檢測單位數據特點(diǎn)和客戶(hù)端軟件功能所需的數據來(lái)源，制定主數據與輔助數據相結合的通用數據格式，在減少存儲空間的同時(shí)提高數據利用率，增強數據結構的可拓展性，為深化內檢測數據應用，挖掘海量數據價(jià)值和進(jìn)行多維度數據融合綜合分析奠定基礎。

（2）開(kāi)發(fā)通用數據格式可視化軟件，可以對不同檢測單位的數據進(jìn)行集中統一管理，使用小波濾波、底層繪圖和圖像增強算法對轉換后的信號進(jìn)行優(yōu)化處理，可完成各檢測單位轉換后數據的批量導入和準確展示，建立異常數據識別模型，實(shí)現內檢測數據完好率自動(dòng)計算，并可對典型問(wèn)題數據進(jìn)行統計分析和報表導出。

（3）管道運營(yíng)單位可以將內檢測數據通用格式作為突破點(diǎn)，建立油氣管道線(xiàn)路多源數據接入、匯聚、共享技術(shù)標準，構建油氣管道線(xiàn)路全要素數字化和語(yǔ)義化模型，推動(dòng)檢測數據與數據孿生模型的高度融合，打造油氣管道數字孿生底座，形成可視化展現、自動(dòng)化分析、智能化運維的智慧管理生態(tài)系統。

參考文獻：

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[6]高濤，田野，賈海東.基于漏磁內檢測歷史數據對比的標準格式研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2018，38(17)：9-10+12.

作者簡(jiǎn)介：田野，1987年生，高級工程師，畢業(yè)于華中科技大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)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。