■計(jì)量

AGM標(biāo)識(shí)盒失效后的管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)

李謙益

陜西省天然氣股份有限公司（陜西西安710016）

管道內(nèi)檢測(cè)是目前管道企業(yè)常用的檢測(cè)方法，內(nèi)檢測(cè)以其準(zhǔn)確而豐富的檢測(cè)數(shù)據(jù)，為管道的維護(hù)和維修提供了重要依據(jù)。但由于AGM標(biāo)識(shí)盒的失效，無(wú)法進(jìn)行管道缺陷點(diǎn)的地面定位和開(kāi)挖驗(yàn)證。以管道特征點(diǎn)分布為核心，從內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理、管道特征點(diǎn)探測(cè)、內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)和開(kāi)挖驗(yàn)證等4個(gè)方面，并結(jié)合實(shí)際案例對(duì)AGM標(biāo)識(shí)盒失效情況下的長(zhǎng)輸管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)工作進(jìn)行了具體研究和分析?，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證結(jié)果表明，利用管道本體特征點(diǎn)可以代替標(biāo)識(shí)盒作為地面參考點(diǎn)，建立管道內(nèi)檢測(cè)一維里程和地面三維空間坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換模型，實(shí)現(xiàn)管道缺陷點(diǎn)的定位。

管道；AGM標(biāo)識(shí)盒；轉(zhuǎn)換模型；數(shù)據(jù)恢復(fù)

由于制造、施工和腐蝕等原因，長(zhǎng)輸油氣管道存在不同程度的缺陷，它的存在會(huì)造成管道失效和油氣泄漏，以致發(fā)生嚴(yán)重的災(zāi)害。因此，必須定期對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)缺陷并及時(shí)修復(fù)[1-3]。但在管道內(nèi)檢測(cè)的實(shí)踐當(dāng)中，經(jīng)常發(fā)生AGM標(biāo)識(shí)盒失效的現(xiàn)象，由于沒(méi)有地面參考點(diǎn)，無(wú)法建立地下管道內(nèi)檢測(cè)一維里程和地面三維空間坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，也就無(wú)法進(jìn)行管道缺陷點(diǎn)的地面定位，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證和缺陷修復(fù)。

管道內(nèi)檢測(cè)的成本非常高，每千米的內(nèi)檢測(cè)成本近萬(wàn)元。而且管道內(nèi)檢測(cè)面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，稍有不慎，清管器或檢測(cè)器就會(huì)被卡在管道內(nèi)，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。雖然AGM標(biāo)識(shí)盒失效了，但管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)還是有效的。管道上的彎頭、閥門、三通等本體特征有著明確的地表特征（統(tǒng)稱為特征點(diǎn)），內(nèi)檢測(cè)可以檢測(cè)到這些特征點(diǎn)，而且通過(guò)管線探測(cè)的方法，也可獲得這些特征點(diǎn)的地面三維空間坐標(biāo)[4]。本文研究的重點(diǎn)就是將特征點(diǎn)作為兩套系統(tǒng)的公共對(duì)象，代替失效的AGM標(biāo)識(shí)盒作為地面參考點(diǎn)，建立管道內(nèi)檢測(cè)里程與地表里程的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)檢測(cè)缺陷點(diǎn)的地面定位。

1 技術(shù)方案

內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)工作包括內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理、管道特征點(diǎn)探測(cè)、內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)和開(kāi)挖驗(yàn)證等4部分內(nèi)容，具體工作流程如圖1所示。

圖1 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)流程圖

1.1管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理

首先收集資料，對(duì)管道內(nèi)檢測(cè)報(bào)告作認(rèn)真的分析。報(bào)告中包括內(nèi)容雖然多，但從內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)的功能出發(fā)，主要包括三類要素，即特征點(diǎn)、缺陷點(diǎn)和環(huán)焊縫，每類要素都有自己特定的屬性信息，但它們的位置信息均表現(xiàn)為一維檢測(cè)里程值[5]。如表1所示，其中編號(hào)為201、202和203的點(diǎn)為環(huán)焊縫，編號(hào)為800的點(diǎn)為缺陷點(diǎn)，編號(hào)為501的為彎管類特征點(diǎn)。

1.2管道特征點(diǎn)探測(cè)

特征點(diǎn)作為兩套坐標(biāo)系的公共點(diǎn)，是建立管道內(nèi)檢測(cè)一維里程和地面三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型的重要條件。由于地形起伏和測(cè)量誤差，特別是檢測(cè)設(shè)備的里程輪存在打滑問(wèn)題等原因，管道里程及地表里程之間通常存在約為2%的誤差。距離發(fā)球筒越遠(yuǎn)，兩個(gè)里程之間的累計(jì)誤差越大。所以里程差的校正精度，就取決于特征點(diǎn)的密度和分布情況。某種程度上，特征點(diǎn)的分布情況就決定了轉(zhuǎn)換模型的數(shù)學(xué)精度。特征點(diǎn)分布密，轉(zhuǎn)換模型就準(zhǔn)確，缺陷點(diǎn)定位精度就高；反之，特征點(diǎn)分布稀疏，管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)的精度就差。特征點(diǎn)是管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)的關(guān)鍵，所以在地面探測(cè)時(shí)，不能放過(guò)任何一個(gè)特征點(diǎn)。在內(nèi)檢測(cè)報(bào)告中，只要存在有任何一個(gè)特征點(diǎn)，在地面就要想盡辦法找到這一特征點(diǎn)，并獲得該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。閥門、三通和直角彎管很容易找到，角度較小的彎管也能夠找到，但接近于180°的彎管在實(shí)地很難找到。對(duì)于這類夾角特大的彎管，首先要制作基于圖形或圖像的彎管位置圖，在實(shí)地通過(guò)GPS點(diǎn)放樣或判讀的方式找到其概略位置，然后加密物探點(diǎn)，縮短探測(cè)間距，最后確定出這類彎管的地面三維空間坐標(biāo)。

表1 內(nèi)檢測(cè)要素表

1.3管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)

通過(guò)特征點(diǎn)匹配，在管段全線范圍內(nèi)劃分了多個(gè)區(qū)間。一個(gè)區(qū)間，對(duì)應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)換模型，從而在整個(gè)管段形成了多個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)間和多個(gè)轉(zhuǎn)換模型。轉(zhuǎn)換模型的數(shù)學(xué)精度不但取決于特征點(diǎn)的分布，而且與轉(zhuǎn)換區(qū)間的劃分有著很大的關(guān)系。區(qū)間劃分的合理，不但能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛點(diǎn)和踢除粗差，而且能夠提升轉(zhuǎn)換精度。理論上轉(zhuǎn)換區(qū)間劃分的越小越好，并要反復(fù)試驗(yàn)，以去掉不合理的特征點(diǎn)，從而建立起全線最合理的轉(zhuǎn)換區(qū)間，故需通過(guò)開(kāi)發(fā)軟件對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行可視化展示，進(jìn)行自動(dòng)匹配，或通過(guò)交互操作進(jìn)行手工匹配，以實(shí)現(xiàn)兩類系統(tǒng)同一對(duì)象的精確配準(zhǔn)。

首先建立基于APDM的內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)特征點(diǎn)的匹配，利用線性拉伸算法實(shí)現(xiàn)內(nèi)檢測(cè)里程與管道地理坐標(biāo)的對(duì)齊與校準(zhǔn)，建立起兩類系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換模型，從而計(jì)算出管段區(qū)間內(nèi)任一缺陷點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

1.4開(kāi)挖驗(yàn)證

內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)完成后，所有管道缺陷點(diǎn)和環(huán)焊縫就具有了三維空間坐標(biāo)。為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)恢復(fù)精度，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證。開(kāi)挖驗(yàn)證采用點(diǎn)放樣的方式，將篩選出的少數(shù)缺陷點(diǎn)坐標(biāo)和臨近環(huán)焊縫坐標(biāo)輸入到GPS設(shè)備中，進(jìn)行實(shí)地放樣，然后進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖。

開(kāi)挖驗(yàn)證工作應(yīng)注意以下問(wèn)題：所有缺陷點(diǎn)驗(yàn)證工作要以其臨近的環(huán)焊縫為依據(jù)。只要能夠確認(rèn)相關(guān)環(huán)焊縫，就能確認(rèn)對(duì)應(yīng)的缺陷點(diǎn)；對(duì)開(kāi)挖后的缺陷點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位，并與數(shù)據(jù)恢復(fù)后的缺陷點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，以檢驗(yàn)其恢復(fù)精度；對(duì)開(kāi)挖后的缺陷點(diǎn)或環(huán)焊縫應(yīng)精確測(cè)量，以作為特殊的地面參考點(diǎn)，對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行再配準(zhǔn)，可進(jìn)一步提高內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)精度。

2 案例分析

某一天然氣管道管徑508mm，站間距為109km，局部埋深超過(guò)8m。于2012年4月，完成了該段管道的漏磁檢測(cè)，共檢測(cè)到9 562個(gè)環(huán)焊縫、71個(gè)彎頭、8個(gè)閥門、4 104處金屬損失、3處凹陷、28處環(huán)焊縫異常。由于AGM標(biāo)識(shí)盒未被激活，無(wú)法進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證。為了減少經(jīng)濟(jì)損失，于2015年選擇了本文所述的方法，進(jìn)行了內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)工作。

為提高轉(zhuǎn)換模型的數(shù)學(xué)精度，進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，去掉了5個(gè)彎管類的特征點(diǎn)，并將整個(gè)管段劃分為81個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)間。為了說(shuō)明問(wèn)題，本文以不同特征點(diǎn)間距為單元，對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)的定位精度作了分析，并統(tǒng)計(jì)出了6組不同間距內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)的精度指標(biāo)（表2）。

表2 不同間距內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

為了對(duì)上述內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)精度指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，選取位于不同間距段內(nèi)的A和B兩個(gè)缺陷點(diǎn)（圖2）進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證。缺陷點(diǎn)A位于1 000m間距段內(nèi)，其恢復(fù)坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)誤差為0.837m，與序號(hào)為2的間距段定位中誤差相近（表2），符合精度分析結(jié)果；缺陷點(diǎn)B位于3 000m間距段內(nèi)，其恢復(fù)坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)誤差為3.857m，與序號(hào)為4的間距段定位中誤差接近（表2），基本符合精度分析結(jié)果。

圖2 缺陷點(diǎn)分布示意圖

3 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證結(jié)果表明，利用管道本體特征點(diǎn)可以代替標(biāo)識(shí)盒作為地面參考點(diǎn)，建立起管道內(nèi)檢測(cè)一維里程和地面三維空間坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換模型，實(shí)現(xiàn)管道缺陷點(diǎn)的定位。當(dāng)然，該方法的有效性，完全取決于特征點(diǎn)的分布密度。特征點(diǎn)分布密，缺陷點(diǎn)定位精度就高；反之，管道數(shù)據(jù)恢復(fù)的精度就差。當(dāng)每千米的特征點(diǎn)個(gè)數(shù)接近一時(shí)，缺陷點(diǎn)的定位精度可達(dá)到米級(jí)，完全可以實(shí)現(xiàn)缺陷點(diǎn)的準(zhǔn)確定位；當(dāng)每5km的特征點(diǎn)個(gè)數(shù)不足一時(shí)，缺陷點(diǎn)的定位精度約為6m，接近半根鋼管的長(zhǎng)度，給開(kāi)挖工作帶來(lái)較大的麻煩。

該方法可以獨(dú)立使用。另外，對(duì)于走向不清的長(zhǎng)輸管道，配合地面標(biāo)記盒輔助定位，以增加地面參考點(diǎn)的密度，提升轉(zhuǎn)換模型的數(shù)學(xué)精度，提升內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)精度，從而徹底搞清地下長(zhǎng)輸管道的精確走向。

[1]李城，賈永海，陳晶，等.管道地理坐標(biāo)在內(nèi)檢測(cè)缺陷定位中的應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2015(4):24-26.

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Pipeline inner inspection isa common detectionmethod for the pipeline enterprises,and itprovidesan importantbasis for the maintenanceand repair of the pipelinebecause of itsaccurateand abundantdetection data.However,the failure of the AGM boxmakes it impossible to locate and verify of pipeline defectpoints through excavation.Under the failure of the AGM box,the recovery of the long distance transportation pipeline inner inspection data is studied and analyzed in detailed from four aspects of the inner inspection data processing,the pipeline feature pointdetecting,the pipeline inner inspection data recovering and defectpointexcavation verifying based on the distribution of the pipeline feature points.The field excavation verification resultsshow that theestablished conversionmodelbe?tween one dimension distance and three-dimensional space coordinate system uses the characteristic points of pipeline to replace the identification box asground reference point to realize the locatingofpipeline defects.

pipeline;AGM box；conversionmodel；data recovery

左學(xué)敏

2016-03-26

李謙益(1969-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事天然氣長(zhǎng)輸管道的施工建設(shè)、管理以及信息化建設(shè)領(lǐng)域的研究。