田野

國家管網集團西部管道公司

 

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和數據來源，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提高數據利用率。開發通用數據格式可視化軟件，可以對不同檢測單位的數據進行集中統一管理和準確展示，實現檢測數據完好率自動計算。選擇某段內檢測數據進行應用驗證，結果表明，通用數據格式可視化軟件每百公里數據導入時間小于10秒，特征里程和鐘點無偏差，完好率計算與人工復核結果一致。相關成果為油氣管道的多維度數據融合分析奠定了基礎。

關鍵詞：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單位系統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，國內先后發生了多起管道失效事故，引起管道行業的高度重視，TSG D7003《壓力管道定期檢驗規則—長輸管道》等標準規范進一步縮短了檢測周期并提高了檢測指標要求，促使了內檢測技術服務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、數據結構及字節類型均不相同，管道運營單位只能使用各檢測單位提供的用戶化軟件進行數據查看，軟件安裝配置、運行環境搭建和檢測數據調用較為繁瑣，且無法進行軟件功能的擴展與優化，內檢測數據質量審查主要依靠分析人員逐頁或選擇性校核，效率低下。當前，多次內檢測數據的對比分析是在閥門、三通及環焊縫等關鍵點對齊的前提下，以相對里程、鐘點方向及表面位置為特征參數進行缺陷的匹配，根據內檢測報告尺寸是否增長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，也會出現關鍵點及缺陷點數量和里程的差異[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量，實現檢測數據的集中統一管理，同時為多次內檢測數據信號層面的自動關聯分析提供技術基礎。

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、產品說明和設備參數等相關資料，根據不同內檢測單位數據特點和客戶端軟件功能所需的數據來源（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，以獨立文件進行存儲和調用。

表 1 漏磁內檢測部分特征參數數據來源

為強化內檢測項目的過程管控，提高內檢測數據質量排查的時效，減少不必要的開挖費用和作業風險，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，無需復雜運算和解析即可導出，輔助數據需要利用相關數據進行后期運算，換算處理需要一定時間，可以由內檢測單位在項目驗收前向管道運營單位提供。

1.1  主數據通用格式

檢測主數據是記錄檢測過程和特征識別時需要使用的數據集合，不需要復雜的轉換和處理即可生成，建議在現場作業完成后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針方向依次存儲；缺陷內外部位置數據存儲為當量值，檢測值超過原值范圍時，應根據原值范圍進行縮小；磁感應強度三軸分量和內外部位置數據必須同時提供，由于檢測器限制不能提供某個值的時候，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，數據轉換時應進行對齊處理；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行補齊。

對于復合類型檢測器，可根據檢測數據類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）。

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

1.2  輔助數據通用格式

輔助數據為需要后期進行運算處理的數據，包含慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）信號數據、IMU姿態角數據和里程輪脈沖信號數據。考慮這些數據處理解析時間較長，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程中的加速度、角速度狀態等；IMU姿態角數據用于檢測器運行過程中三維姿態角狀態的顯示，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架構三層開發框架（圖 2），具有響應速度快、硬件配置簡單、運行數據負荷輕、數據存儲管理功能透明等優勢。數據庫服務器選用MySQL數據庫（圖 3），滿足內檢測數據交互和存儲需求，具有體積小、速度快等優點。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行優化處理，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行質量檢查，并提供數據統計分析和統計報表導出等功能。

圖 2 C/S架構三層開發框架

圖 3 MySQL數據庫服務器

為滿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為信號曲線上下浮動間距。

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，如創建項目、查看信號曲線等；上方功能菜單欄用于對信號進行人工操作，如翻頁、測量、磁場分量切換等；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；底部狀態欄用于實時顯示通用數據信息。

圖 4 軟件主界面

通過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，特征信號真實還原，且里程鐘點無偏差。針對主數據中常見的數據超限、奇異點、通道漂移和探頭噪聲等異常，通過設定閾值對檢測數據進行遍歷，定位異常數據并進行分組，按照對應的異常類型選擇相應的識別模型進行統計分析，實現內檢測數據完好率的自動計算。選擇某段內檢測數據進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間小于10秒，特征里程和鐘點無偏差，軟件計算數據完好率為99.929%，人工復核數據完好率為99.93%，質量審查結果一致。

3  結論

（1）按照不同內檢測單位數據特點和客戶端軟件功能所需的數據來源，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，挖掘海量數據價值和進行多維度數據融合綜合分析奠定基礎。

（2）開發通用數據格式可視化軟件，可以對不同檢測單位的數據進行集中統一管理，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行優化處理，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，實現內檢測數據完好率自動計算，并可對典型問題數據進行統計分析和報表導出。

（3）管道運營單位可以將內檢測數據通用格式作為突破點，建立油氣管道線路多源數據接入、匯聚、共享技術標準，構建油氣管道線路全要素數字化和語義化模型，推動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、自動化分析、智能化運維的智慧管理生態系統。

 

參考文獻：

[1]吳志平，玄文博，戴聯雙，等.管道內檢測技術與管理的發展現狀及提升策略[J].油氣儲運，2020，39(11)：1219-1227.

[2]孫浩，帥健.長輸管道內檢測數據比對方法[J].油氣儲運，2017，36(07)：775-780+794.

[3]陳翠翠.長輸管道漏磁內檢測數據的對比及綜合應用[J].石油和化工設備，2020，23(03)：71-74.

[4]姜曉紅，洪險峰，劉爭，等.管道內檢測數據對比對完整性評價的影響[J].油氣儲運，2016，35(01)：28-31.

[5]楊賀.油氣管道內檢測數據比對分析方法及應用[D].東北石油大學，2017.

[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量，2018，38(17)：9-10+12.

作者簡介：田野，1987年生，高級工程師，畢業于華中科技大學自動化專業，主要從事管道完整性研究工作。聯系方式：17799288776， tianye04@pipechina.com.cn。