田野

国家管网集团西部管道公司

 

摘要：针对不同漏磁内检测设备磁化强度不一致、采集频率不固定、存储格式不统一导致的难以有效对比和管理难题，根据内检测单位设备特点和数据来源，考虑读取速度、兼容性、转化的便捷性和可扩展性等因素，制定以主数据+辅助数据相结合的内检测通用数据格式，在减少存储空间的同时提高数据利用率。开发通用数据格式可视化软件，可以对不同检测单位的数据进行集中统一管理和准确展示，实现检测数据完好率自动计算。选择某段内检测数据进行应用验证，结果表明，通用数据格式可视化软件每百公里数据导入时间小于10秒，特征里程和钟点无偏差，完好率计算与人工复核结果一致。相关成果为油气管道的多维度数据融合分析奠定了基础。

关键词：油气管道；内检测；通用格式；数字孪生

 

漏磁内检测是油气管道运营单位系统排查腐蚀和制造缺陷的主要方法，也是开展管道完整性管理的重要手段之一。近年来，国内先后发生了多起管道失效事故，引起管道行业的高度重视，TSG D7003《压力管道定期检验规则—长输管道》等标准规范进一步缩短了检测周期并提高了检测指标要求，促使了内检测技术服务和研究机构数量不断增加[1]。由于不同内检测单位的数据存储方式、数据结构及字节类型均不相同，管道运营单位只能使用各检测单位提供的用户化软件进行数据查看，软件安装配置、运行环境搭建和检测数据调用较为繁琐，且无法进行软件功能的扩展与优化，内检测数据质量审查主要依靠分析人员逐页或选择性校核，效率低下。当前，多次内检测数据的对比分析是在阀门、三通及环焊缝等关键点对齐的前提下，以相对里程、钟点方向及表面位置为特征参数进行缺陷的匹配，根据内检测报告尺寸是否增长作为缺陷活性判断的依据，但受不同内检测器检测精度和量化模型的影响，这种判断缺陷活性的方法可靠性不高，即使是同一检测单位的检测数据，也会出现关键点及缺陷点数量和里程的差异[2-5]。针对不同漏磁内检测设备磁化强度不一致、采集频率不固定、存储格式不统一导致的难以有效对比和管理难题，通过制定通用内检测数据格式[6]，规范数据度量单位和存储规则，研发基于通用数据格式的展示分析软件，可以有效检验内检测单位的数据质量，实现检测数据的集中统一管理，同时为多次内检测数据信号层面的自动关联分析提供技术基础。

1  漏磁内检测通用数据格式

收集整理国内外检测单位的检测报告、产品说明和设备参数等相关资料，根据不同内检测单位数据特点和客户端软件功能所需的数据来源（表 1），充分考虑结构化数据加载读取速度、兼容性、转化的便捷性和可扩展性等因素，制定了内检测通用数据格式，以独立文件进行存储和调用。

表 1 漏磁内检测部分特征参数数据来源

为强化内检测项目的过程管控，提高内检测数据质量排查的时效，减少不必要的开挖费用和作业风险，通用数据格式以主数据+辅助数据相互组合的方式给出，主数据以检测器采集原值为主，无需复杂运算和解析即可导出，辅助数据需要利用相关数据进行后期运算，换算处理需要一定时间，可以由内检测单位在项目验收前向管道运营单位提供。

1.1  主数据通用格式

检测主数据是记录检测过程和特征识别时需要使用的数据集合，不需要复杂的转换和处理即可生成，建议在现场作业完成后2日内提交。制定主数据格式结构（图 1），主数据格式（表 2）中带*特征量为必填项。

图 1 检测主数据格式结构

表 2 主数据通用格式（部分数据格式展示）

磁场强度三轴分量存储为当量值（可根据需要显示为高斯值），各通道的检测数据值按照排列顺序顺时针方向依次存储；缺陷内外部位置数据存储为当量值，检测值超过原值范围时，应根据原值范围进行缩小；磁感应强度三轴分量和内外部位置数据必须同时提供，由于检测器限制不能提供某个值的时候，应在对应存储位置上按照零值提供；若内外部位置数据与磁感应强度分量数据有位移差，数据转换时应进行对齐处理；若检测器内外部位置通道数小于磁感应强度分量通道数，则应按邻近通道采样值进行补齐。

对于复合类型检测器，可根据检测数据类型在主数据中新增特征量，即主数据格式为n×N+64（N为通道数量、64字节用于存储公用数据），其中n为检测数据大小，例如漏磁内检测中n为8字节（三轴分量+内外部位置数据），漏磁+变径的复合内检测中n为10字节（三轴分量+内外部位置数据+变径数据）。

扫描时间为相对时间，起始数据从0开始；周向为主数据第1个通道对应的周向角度；里程数据超过原值范围最大值后从0开始重新计数。主数据以二进制格式存储，需按照不大于且最接近于4G的标准进行分割，每次的扫描数据不能被分割到两个文件中。

1.2  辅助数据通用格式

辅助数据为需要后期进行运算处理的数据，包含惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）信号数据、IMU姿态角数据和里程轮脉冲信号数据。考虑这些数据处理解析时间较长，可以在内检测项目验收前提交。辅助数据应以单文件形式存储（表3～表5），且单文件存储空间小于4G。IMU信号数据用于显示检测器运行过程中的加速度、角速度状态等；IMU姿态角数据用于检测器运行过程中三维姿态角状态的显示，以及提供主数据识别特征的坐标信息等；里程轮脉冲信号数据用于显示各里程轮采集的脉冲原值信号，文件数量应与检测设备里程轮个数匹配。

表 3 IMU信号通用数据格式（部分数据格式展示）

表 4 IMU姿态角通用数据格式（部分数据格式展示）

表 5 里程轮脉冲信号通用数据格式

2  通用数据格式可视化软件

通用数据格式可视化软件建立了一个内检测数据处理、审查、管理和分析的应用系统。它采用C/S架构三层开发框架（图 2），具有响应速度快、硬件配置简单、运行数据负荷轻、数据存储管理功能透明等优势。数据库服务器选用MySQL数据库（图 3），满足内检测数据交互和存储需求，具有体积小、速度快等优点。软件使用小波滤波、底层绘图和图像增强算法对转换后的信号进行优化处理，可完成各检测单位转换后数据的批量导入和准确展示。软件利用智能算法对导入数据进行质量检查，并提供数据统计分析和统计报表导出等功能。

图 2 C/S架构三层开发框架

图 3 MySQL数据库服务器

为满足数据处理和信号可视化算法的通用性，采用公式（1）对漏磁内检测数据信号进行坐标映射和幅值调整。

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

式中，Y为信号坐标；avg为各通道信号数据均值；value为数据信号原值；rate为信号放大比例；C为通道号；sub为通道间隔；offset为信号曲线上下浮动间距。

软件主界面（图 4）顶部模块为切换菜单栏，用于快速切换不同功能模块，如创建项目、查看信号曲线等；上方功能菜单栏用于对信号进行人工操作，如翻页、测量、磁场分量切换等；中间主数据信号栏用于绘制通用数据—主数据信号；下方辅助信号栏用于绘制通用数据—辅助数据信号；底部状态栏用于实时显示通用数据信息。

图 4 软件主界面

通过对原始内检测信号和转化后通用数据格式信号的对比分析，验证通用格式数据可视化算法的正确性，特征信号真实还原，且里程钟点无偏差。针对主数据中常见的数据超限、奇异点、通道漂移和探头噪声等异常，通过设定阈值对检测数据进行遍历，定位异常数据并进行分组，按照对应的异常类型选择相应的识别模型进行统计分析，实现内检测数据完好率的自动计算。选择某段内检测数据进行通用格式转化和完好率计算应用验证，结果表明通用数据格式可视化软件每百公里数据导入时间小于10秒，特征里程和钟点无偏差，软件计算数据完好率为99.929%，人工复核数据完好率为99.93%，质量审查结果一致。

3  结论

（1）按照不同内检测单位数据特点和客户端软件功能所需的数据来源，制定主数据与辅助数据相结合的通用数据格式，在减少存储空间的同时提高数据利用率，增强数据结构的可拓展性，为深化内检测数据应用，挖掘海量数据价值和进行多维度数据融合综合分析奠定基础。

（2）开发通用数据格式可视化软件，可以对不同检测单位的数据进行集中统一管理，使用小波滤波、底层绘图和图像增强算法对转换后的信号进行优化处理，可完成各检测单位转换后数据的批量导入和准确展示，建立异常数据识别模型，实现内检测数据完好率自动计算，并可对典型问题数据进行统计分析和报表导出。

（3）管道运营单位可以将内检测数据通用格式作为突破点，建立油气管道线路多源数据接入、汇聚、共享技术标准，构建油气管道线路全要素数字化和语义化模型，推动检测数据与数据孪生模型的高度融合，打造油气管道数字孪生底座，形成可视化展现、自动化分析、智能化运维的智慧管理生态系统。

 

参考文献：

[1]吴志平，玄文博，戴联双，等.管道内检测技术与管理的发展现状及提升策略[J].油气储运，2020，39(11)：1219-1227.

[2]孙浩，帅健.长输管道内检测数据比对方法[J].油气储运，2017，36(07)：775-780+794.

[3]陈翠翠.长输管道漏磁内检测数据的对比及综合应用[J].石油和化工设备，2020，23(03)：71-74.

[4]姜晓红，洪险峰，刘争，等.管道内检测数据对比对完整性评价的影响[J].油气储运，2016，35(01)：28-31.

[5]杨贺.油气管道内检测数据比对分析方法及应用[D].东北石油大学，2017.

[6]高涛，田野，贾海东.基于漏磁内检测历史数据对比的标准格式研究[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38(17)：9-10+12.

作者简介：田野，1987年生，高级工程师，毕业于华中科技大学自动化专业，主要从事管道完整性研究工作。联系方式：17799288776， tianye04@pipechina.com.cn。