三軸漏磁內檢測標準數據格式

2023-11-03 13:26:16賈海東

油氣田地面工程 2023年10期

賈海東

國家管網集團聯合管道有限責任公司西部分公司

三軸漏磁內檢測技術是目前國內對大口徑天然氣管道進行內檢測所采用的主流技術[1-4]。內檢測機構現場檢測獲得的原始數據存儲在檢測器機芯中，按照二進制格式存儲。不同內檢測機構的原始數據存儲結構不同，用戶化軟件彼此不兼容，這導致內檢測數據量大、結構復雜、來源多樣、不易管理與利用，給管道運營機構的管理工作帶來不便[5]。

國內外相關研究機構在漏磁內檢測數據可視化、數據處理及提高缺陷尺寸量化精度方面開展了大量研究工作，而在漏磁內檢測數據結構方面研究極少。為了提高內檢測數據分析的質量與效率，楊理踐等基于圖像可視化方法對管道管壁缺陷特征檢測的問題進行可視化圖像顯示，通過曲線圖形、灰度圖像、偽彩色圖像來直觀、形象地顯示缺陷[6]。為了提高內檢測對缺陷尺寸量化精度，盧森驤等提出基于三軸融合的漏磁內檢測數據缺陷反演算法，首先通過加權隨機森林算法實現單軸信號的缺陷反演，其次通過模糊推理系統實現三軸反演結果決策融合，進而得到精確的缺陷估計尺寸[7]。

內檢測數據比對是內檢測數據深度挖掘和綜合利用的主要方向，可獲得缺陷發展變化情況，指導缺陷的適用性評價和維修維護。多次內檢測數據深化應用越來越引起管道運營者重視[8-17]。胡朋等調研和綜述了國內外管道內檢測數據比對發展狀況，指出國內尚未有成熟應用的管道內檢測數據比對分析系統，只有少數單位開發了內檢測數據比對分析軟件，但應用效果有待驗證[18]。受限于內檢測機構原始數據存儲結構不公開、用戶化軟件不兼容等問題，目前國內開發的對齊軟件大多利用兩次內檢測數據列表進行對齊，沒有實現內檢測信號層面自動對齊。國外內檢測機構針對其開展的多輪內檢測開發了信號層面比對軟件，但對于不同內檢測機構間多輪對比也只能采用列表對齊+人工信號復核方法。

要打破不同內檢測單位間數據和軟件壁壘，實現多源異構的漏磁內檢測數據統一管理和深化應用，一種可行的方法是建立漏磁內檢測標準數據結構。雖然不同內檢測機構漏磁內檢測器采樣頻率、探頭數目、檢測器結構等不同，但其采集的數據無非是各個采樣時刻檢測器各傳感器獲得的數據，在三軸漏磁內檢測底層原始數據層面具備實現標準化的可行性。本文對三軸漏磁內檢測原始數據結構進行研究，基于三軸漏磁內檢測特征量采集分析，規定了各特征量數據表示，建立了三軸漏磁內檢測標準數據格式，通過將不同內檢測單位三軸漏磁原始數據轉換為標準格式數據，實現了多源異構的漏磁內檢測數據標準化。

1 特征量采集

三軸漏磁內檢測器具有的采集單元及其采集的數據見表1。內檢測器數據采集采用等時采樣，即檢測器機芯根據固定的采樣頻率，在檢測器進行的每個采樣掃描時間內記錄檢測器所有探頭數據。因此，通過掃描時間可唯一確定檢測器在各個檢測時刻各探頭的值。三軸主探頭、ID/OD 探頭、時鐘探頭和里程輪探頭為三軸漏磁內檢測器必備元件，可提取出磁感應強度、內外部LOC 數據、時鐘和距離四個特征量。其中，磁感應強度為矢量，用z、ρ、φ分別表示其軸向、徑向、環向分量。根據頂端探頭的時鐘和三軸主探頭總數可以計算得到所有檢測通道時鐘信息。這四個特征量數據獲取后即可以進行檢測數據圖形顯示，給出管道特征及金屬損失等管道缺陷長度、寬度、深度、時鐘位置和軸向距離信息。對于搭載了IMU 慣性測繪單元的三軸漏磁內檢測器，其采集數據可轉換為檢測器行進時刻經緯度及高程數據。對于另外配置了溫度、絕對壓力或其他探頭的內檢測器，可以提取溫度、絕對壓力等特征量，實現這些數據的獲取。

表1 三軸漏磁內檢測器采集單元及特征量Tab.1 Acquisition unit and characteristic quantity of tri-axial magnetic flux leakage internal detector

2 內檢測數據格式

2.1 數據類型

檢測器機芯中的數據以二進制方式儲存。對于采集到的正值，可以用無符號整型表示，負值可以用有符號整型來表示。以2 個字節的無符號整型為例，其可以表示的數值范圍為0～655 35；對于2 個字節的有符號的整型，其最高位代表符號位，可以表示的數值范圍為-32 768～32 767。此外，還可設置為浮點型的數據，直接表示正數或負數。

2.2 特征量數據表示

標準數據格式所有特征量數據長度均以字節為單位。不同特征量根據其數據單位及可以表示的數值范圍選擇不同的數據長度。

磁感應強度、內外部LOC 數據值既可能為正值也可能為負值，因此選用有符號整型表示；掃描時間、時鐘、距離選用無符號整形表示；為了減小數據儲存量，增加轉換精度，經緯度和高程數據采用浮點型數據表示；溫度和絕對壓力為管道內部參數，正常情況下均為正值，為了避免因探頭損壞等原因采集到負值后，標準格式無法轉換，采用有符號整型表示；其他特征量可根據實際情況選擇相應數據格式。

以檢測器掃描時間特征量為例，定義其單位為μs，以6 個字節無符號整型表示，則其可表示的數值范圍為0～281 474 976 710 655 μs，即對應最大約為3 257 d 或78 187 h，滿足檢測器實際檢測需求。需要說明的是，內檢測器采樣頻率一般均在1 kHz 以上，因此數據單位應該至少為μs，才可以保證將檢測器原始數據最大化保留并轉換，避免數據精度降級及丟失。以實際掃描時間235 μs 為例，其在內檢測器中存儲格式為0x0000000000EB。

綜上，可得到三軸漏磁內檢測不同特征量規定的數據表示（表2），數據處理標志用來表示內檢測單位原始數據處理狀況，可用0x00 代表未處理數據，用0x01 代表經過處理數據；硬件版本信息用來表示檢測器狀態，不足16 字節時需補齊字符串結尾符‘