賈海東

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三軸漏磁內(nèi)檢測技術(shù)是目前國內(nèi)對大口徑天然氣管道進(jìn)行內(nèi)檢測所采用的主流技術(shù)[1-4]。內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)現(xiàn)場檢測獲得的原始數(shù)據(jù)存儲在檢測器機(jī)芯中，按照二進(jìn)制格式存儲。不同內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)的原始數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)不同，用戶化軟件彼此不兼容，這導(dǎo)致內(nèi)檢測數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、來源多樣、不易管理與利用，給管道運營機(jī)構(gòu)的管理工作帶來不便[5]。

國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在漏磁內(nèi)檢測數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)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(nèi)檢測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面研究極少。為了提高內(nèi)檢測數(shù)據(jù)分析的質(zhì)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(jìn)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(nèi)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(nèi)檢測數(shù)據(jù)缺陷反演算法，首先通過加權(quán)隨機(jī)森林算法實現(xiàn)單軸信號的缺陷反演，其次通過模糊推理系統(tǒng)實現(xiàn)三軸反演結(jié)果決策融合，進(jìn)而得到精確的缺陷估計尺寸[7]。

內(nèi)檢測數(shù)據(jù)比對是內(nèi)檢測數(shù)據(jù)深度挖掘和綜合利用的主要方向，可獲得缺陷發(fā)展變化情況，指導(dǎo)缺陷的適用性評價和維修維護(hù)。多次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)深化應(yīng)用越來越引起管道運營者重視[8-17]。胡朋等調(diào)研和綜述了國內(nèi)外管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)比對發(fā)展?fàn)顩r，指出國內(nèi)尚未有成熟應(yīng)用的管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)比對分析系統(tǒng)，只有少數(shù)單位開發(fā)了內(nèi)檢測數(shù)據(jù)比對分析軟件，但應(yīng)用效果有待驗證[18]。受限于內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)原始數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)不公開、用戶化軟件不兼容等問題，目前國內(nèi)開發(fā)的對齊軟件大多利用兩次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)列表進(jìn)行對齊，沒有實現(xiàn)內(nèi)檢測信號層面自動對齊。國外內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)針對其開展的多輪內(nèi)檢測開發(fā)了信號層面比對軟件，但對于不同內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)間多輪對比也只能采用列表對齊+人工信號復(fù)核方法。

要打破不同內(nèi)檢測單位間數(shù)據(jù)和軟件壁壘，實現(xiàn)多源異構(gòu)的漏磁內(nèi)檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和深化應(yīng)用，一種可行的方法是建立漏磁內(nèi)檢測標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。雖然不同內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)漏磁內(nèi)檢測器采樣頻率、探頭數(shù)目、檢測器結(jié)構(gòu)等不同，但其采集的數(shù)據(jù)無非是各個采樣時刻檢測器各傳感器獲得的數(shù)據(jù)，在三軸漏磁內(nèi)檢測底層原始數(shù)據(jù)層面具備實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的可行性。本文對三軸漏磁內(nèi)檢測原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，基于三軸漏磁內(nèi)檢測特征量采集分析，規(guī)定了各特征量數(shù)據(jù)表示，建立了三軸漏磁內(nèi)檢測標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，通過將不同內(nèi)檢測單位三軸漏磁原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了多源異構(gòu)的漏磁內(nèi)檢測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

1 特征量采集

三軸漏磁內(nèi)檢測器具有的采集單元及其采集的數(shù)據(jù)見表1。內(nèi)檢測器數(shù)據(jù)采集采用等時采樣，即檢測器機(jī)芯根據(jù)固定的采樣頻率，在檢測器進(jìn)行的每個采樣掃描時間內(nèi)記錄檢測器所有探頭數(shù)據(jù)。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(nèi)檢測器必備元件，可提取出磁感應(yīng)強(qiáng)度、內(nèi)外部LOC 數(shù)據(jù)、時鐘和距離四個特征量。其中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，用z、ρ、φ分別表示其軸向、徑向、環(huán)向分量。根據(jù)頂端探頭的時鐘和三軸主探頭總數(shù)可以計算得到所有檢測通道時鐘信息。這四個特征量數(shù)據(jù)獲取后即可以進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)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(nèi)檢測器，其采集數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為檢測器行進(jìn)時刻經(jīng)緯度及高程數(shù)據(jù)。對于另外配置了溫度、絕對壓力或其他探頭的內(nèi)檢測器，可以提取溫度、絕對壓力等特征量，實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的獲取。

表1 三軸漏磁內(nèi)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(nèi)檢測數(shù)據(jù)格式

2.1 數(shù)據(jù)類型

檢測器機(jī)芯中的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制方式儲存。對于采集到的正值，可以用無符號整型表示，負(fù)值可以用有符號整型來表示。以2 個字節(jié)的無符號整型為例，其可以表示的數(shù)值范圍為0～655 35；對于2 個字節(jié)的有符號的整型，其最高位代表符號位，可以表示的數(shù)值范圍為-32 768～32 767。此外，還可設(shè)置為浮點型的數(shù)據(jù)，直接表示正數(shù)或負(fù)數(shù)。

2.2 特征量數(shù)據(jù)表示

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式所有特征量數(shù)據(jù)長度均以字節(jié)為單位。不同特征量根據(jù)其數(shù)據(jù)單位及可以表示的數(shù)值范圍選擇不同的數(shù)據(jù)長度。

磁感應(yīng)強(qiáng)度、內(nèi)外部LOC 數(shù)據(jù)值既可能為正值也可能為負(fù)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(shù)據(jù)儲存量，增加轉(zhuǎn)換精度，經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)采用浮點型數(shù)據(jù)表示；溫度和絕對壓力為管道內(nèi)部參數(shù)，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(fù)值后，標(biāo)準(zhǔn)格式無法轉(zhuǎn)換，采用有符號整型表示；其他特征量可根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)數(shù)據(jù)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(jié)無符號整型表示，則其可表示的數(shù)值范圍為0～281 474 976 710 655 μs，即對應(yīng)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(nèi)檢測器采樣頻率一般均在1 kHz 以上，因此數(shù)據(jù)單位應(yīng)該至少為μs，才可以保證將檢測器原始數(shù)據(jù)最大化保留并轉(zhuǎn)換，避免數(shù)據(jù)精度降級及丟失。以實際掃描時間235 μs 為例，其在內(nèi)檢測器中存儲格式為0x0000000000EB。

綜上，可得到三軸漏磁內(nèi)檢測不同特征量規(guī)定的數(shù)據(jù)表示（表2），數(shù)據(jù)處理標(biāo)志用來表示內(nèi)檢測單位原始數(shù)據(jù)處理狀況，可用0x00 代表未處理數(shù)據(jù)，用0x01 代表經(jīng)過處理數(shù)據(jù)；硬件版本信息用來表示檢測器狀態(tài)，不足16 字節(jié)時需補齊字符串結(jié)尾符‘