本發(fā)明涉及無損檢測技術領域，具體涉及一種埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法。

背景技術：

近年來，由于城市建設的加快，一些油氣管道被迫鋪設于公路、房屋、河流等下方的土地中，形成占壓和穿越的埋地油氣管道，由于其服役環(huán)境無法直接接觸，使得傳統(tǒng)無損檢測方法無法對其進行有效檢測。

電磁超聲導波檢測技術可實現(xiàn)在探頭單端激勵情況下對管道的長距離檢測。為確保埋地油氣管道的安全穩(wěn)定運行，需要定期對重要管段進行檢測，因此可將電磁超聲導波檢測探頭永久安裝在檢測點上并埋在地下，每隔一定時間對該監(jiān)測點進行一次導波檢測，通過采集、存儲和比較各期檢測數(shù)據(jù)，可對埋地油氣管道的結(jié)構(gòu)健康狀況進行長期監(jiān)測。然而，對埋地油氣管道各期導波監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較分析十分困難，這是因為埋地油氣管道通過防腐層受到土壤的充分擠壓，管壁中的導波能量會散失在防腐層或管道周圍土壤中；另外，管壁中的導波部分能量也會通過管壁內(nèi)表面散失到原油等運輸介質(zhì)中；再加上電磁超聲換能器的換能效率本來就較低，導致缺陷的導波回波檢測信號十分微弱，信噪比很低。因此，導波檢測信號及其差異信號大多被湮沒在噪聲中，從原始數(shù)據(jù)中很難觀察出各期數(shù)據(jù)間的差異或數(shù)據(jù)發(fā)生的變化。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種計算準確、高效、快速的埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例公開了一種埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法，包括以下步驟：

S1：在埋地油氣管道上預先安裝電磁超聲導波長期監(jiān)測探頭，并將探頭出線引到地面上的測試樁中，每隔預定時間對監(jiān)測點進行一次導波檢測，采集并存儲得到每期的導波監(jiān)測數(shù)據(jù)；S2：設第i期導波監(jiān)測數(shù)據(jù)為X_i(x_j)，其中i＝1,2，…，N，j＝1,2，…，M，M、N為正整數(shù)，則第N期導波監(jiān)測數(shù)據(jù)X_N為當前最近一期監(jiān)測數(shù)據(jù)，N為導波監(jiān)測數(shù)據(jù)總期數(shù)；x_j為監(jiān)測數(shù)據(jù)中第j個數(shù)據(jù)點的具體檢測信號電壓值，M為該期監(jiān)測數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)點數(shù)；采用絕對值取差累加法構(gòu)建本期和往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異數(shù)組D(d_j)，其中j＝1,2，…，M；S3：根據(jù)差異數(shù)組D(d_j)確定其距離起點d_s、盲區(qū)d_z、變換起點d_t和待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)；S4：求取待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)的變換參考值r，根據(jù)變換參考值r求取增益閾值g_t和衰減閾值a_t；S5：在待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)中，對于某一離散的數(shù)據(jù)點d_j，其中j＝t,t+1，…，M，判斷d_j是否超過增益閾值g_t，若是，則進行S6；若不是，則進一步判斷d_j是否低于衰減閾值a_t，若是，則進行S7；若不是，則進行S8；S6：對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應增益，并用增益后的數(shù)據(jù)d_jg取代數(shù)據(jù)點d_j,并進行S8；S7：對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應衰減，并用衰減后的數(shù)據(jù)d_ja取代數(shù)據(jù)點d_j，并進行S8；S8：判斷是否所有的待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)均已進行了分析，若是，則此時的差異數(shù)組為D_n(d_j)，其中j＝1,2，…，M，并進行S9；若不是，則選擇離散的數(shù)據(jù)點d_j+1并返回S5繼續(xù)判斷；S9：利用差異數(shù)組D_n(d_j)構(gòu)建導波監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異曲線，提取出差異曲線各峰值d_p相對于距離起點d_s的距離l_p，完成本期監(jiān)測數(shù)據(jù)相對于往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異提取。

根據(jù)本發(fā)明實施例的埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法，分析埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)特點，構(gòu)建本期監(jiān)測數(shù)據(jù)相對于往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異數(shù)組，針對差異數(shù)組進行自適應增益和衰減，從而構(gòu)建出導波檢測數(shù)據(jù)的差異曲線，提取出本期監(jiān)測數(shù)據(jù)相對于往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的本質(zhì)差異，大大提高了分析數(shù)據(jù)的信噪比。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法，還可以具有如下附加的技術特征：

進一步地，所述電磁超聲導波長期監(jiān)測探頭包括管道本體、用環(huán)氧樹脂膠粘接在管道外壁的鎳帶和繞在所述鎳帶外表面的線圈，所述鎳帶在粘接前進行沿管道周向的磁化處理。

進一步地，在步驟S2中，采用以下公式構(gòu)建本期和往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異數(shù)組D(d_j)：

$D\left(d_j\right)=\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|\left(\right|X_N\left(x_j\right)|-|X_i\left(x_j\right)\left|\right)\right|$

其中，|X_i(x_j)|為對第i期監(jiān)測數(shù)據(jù)中第j個數(shù)據(jù)點的檢測信號電壓值進行取絕對值處理。

進一步地，步驟S3進一步包括：距離起點d_s由本期監(jiān)測數(shù)據(jù)通過以下公式確定：

d_s＝argmaxX_N(x_j)；

盲區(qū)d_z由最先到達差異數(shù)組后半部分平均值的數(shù)組元素通過以下公式確定：

d_z＝argmin(d_j-aveD(d_k))∩minj

其中，ave D(d_k)為對差異數(shù)組后半部分取平均值的函數(shù)，k＝M/2,M/2+1，…，M；變換起點d_t為差異數(shù)組盲區(qū)對應的元素位置：

d_t＝d_z；

待變換數(shù)據(jù)確定為D_t(d_t,…,d_M)。

進一步地，步驟S4進一步包括：待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)的變換參考值r通過以下公式確定：

r＝argmaxD_t(d_t,...,d_M)；

增益閾值通過以下公式確定：

g_t＝g*r

其中，g為增益閾值因子，其取值范圍為0.5<g≤1；衰減閾值通過以下公式確定：

a_t＝a*r

其中，a為衰減閾值因子，其取值范圍為0≤a<0.5。

進一步地，步驟S6進一步包括:對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應增益，并用增益后的數(shù)據(jù)d_jg取代數(shù)據(jù)點d_j：

$d_{jg}=\frac{d_j-g_t}{g_t}*G*d_j$

其中，G為增益系數(shù)，其取值范圍為G>1。

進一步地，步驟S7進一步包括:對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應衰減，并用衰減后的數(shù)據(jù)d_ja取代數(shù)據(jù)點d_j：

$d_{ja}=\frac{d_j}{a_t}*A*d_j$

其中，A為衰減系數(shù)，其取值范圍為0<A<1。

進一步地，步驟S9進一步包括：利用差異數(shù)組D_n(d_j)構(gòu)建導波監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異曲線，通過以下公式提取出差異曲線的峰值：

d_p＝argmaxD_n(d_j)

其中，p＝1,2，…，P，P為差異曲線的峰值總數(shù)目；各差異相對于監(jiān)測點的距離通過以下公式確定：

l_p＝l(d_p)-l(d_s)

其中，l(d_p)表示差異曲線峰值在數(shù)組中的位置，l(d_s)表示距離起點在數(shù)組中的位置。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實施例的埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取結(jié)果圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法。

圖1是本發(fā)明一個實施例的埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法的流程圖。

如圖1所示，一種埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法，包括以下步驟：

S1：在埋地油氣管道上預先安裝電磁超聲導波長期監(jiān)測探頭，并將探頭出線引到地面上的測試樁中，每隔預定時間對監(jiān)測點進行一次導波檢測，采集并存儲得到每期的導波監(jiān)測數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的一個實施例中，電磁超聲導波長期監(jiān)測探頭包括管道本體、用環(huán)氧樹脂膠粘接在管道外壁的鎳帶和繞在所述鎳帶外表面的線圈，所述鎳帶在粘接前進行沿管道周向的磁化處理。

在本發(fā)明的一個示例中，監(jiān)測對象為臨濟(臨邑至濟南)在役埋地油氣管線，運輸介質(zhì)為原油，管道外徑為325mm，壁厚為10.5mm(超聲波測厚儀測出值)，監(jiān)測點號為13640，電磁超聲導波長期監(jiān)測探頭的線圈寬度為50mm，兩個線圈中心間距為125mm，鎳帶寬度為60mm；從2015年12月開始，每隔一個月采集一次數(shù)據(jù)，設2016年3月的數(shù)據(jù)為該監(jiān)測點的本期數(shù)據(jù)，則共4期導波監(jiān)測數(shù)據(jù)。

S2：設第i期導波監(jiān)測數(shù)據(jù)為X_i(x_j)，其中i＝1,2，…，N，j＝1,2，…，M，M、N為正整數(shù)，則第N期導波監(jiān)測數(shù)據(jù)X_N為當前最近一期監(jiān)測數(shù)據(jù)，N為導波監(jiān)測數(shù)據(jù)總期數(shù)；x_j為監(jiān)測數(shù)據(jù)中第j個數(shù)據(jù)點的具體檢測信號電壓值，M為該期監(jiān)測數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)點數(shù)。本實施例中N＝4，M＝20000。采用絕對值取差累加法構(gòu)建本期和往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異數(shù)組D(d_j)，其中j＝1,2，…，M。

在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟S2中，采用以下公式構(gòu)建本期和往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異數(shù)組D(d_j)：

$D\left(d_j\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\left(\right|X_N\left(x_j\right)|-|X_i\left(x_j\right)\left|\right)\right|$

其中，|X_i(x_j)|為對第i期監(jiān)測數(shù)據(jù)中第j個數(shù)據(jù)點的檢測信號電壓值進行取絕對值處理。

S3：根據(jù)差異數(shù)組D(d_j)確定其距離起點d_s、盲區(qū)d_z、變換起點d_t和待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟S3進一步包括：距離起點d_s由本期監(jiān)測數(shù)據(jù)通過以下公式確定：

d_s＝argmaxX_N(x_j)；

盲區(qū)d_z由最先到達差異數(shù)組后半部分平均值的數(shù)組元素通過以下公式確定：

d_z＝argmin(d_j-aveD(d_k))∩minj

其中，ave D(d_k)為對差異數(shù)組后半部分取平均值的函數(shù)，k＝M/2,M/2+1，…，M；

變換起點d_t為差異數(shù)組盲區(qū)對應的元素位置：

d_t＝d_z；

因此待變換數(shù)據(jù)確定為D_t(d_t,…,d_M)。

S4：求取待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)的變換參考值r，根據(jù)變換參考值r求取增益閾值g_t和衰減閾值a_t。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟S4進一步包括：

待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)的變換參考值r通過以下公式確定：

r＝argmaxD_t(d_t,...,d_M)；

增益閾值通過以下公式確定：

g_t＝g*r

其中，g為增益閾值因子，其取值范圍為0.5<g≤1；

衰減閾值通過以下公式確定：

a_t＝a*r

其中，a為衰減閾值因子，其取值范圍為0≤a<0.5。

S5：在待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)中，對于某一離散的數(shù)據(jù)點d_j，其中j＝t,t+1，…，M，判斷d_j是否超過增益閾值g_t，若是，則進行S6；若不是，則進一步判斷d_j是否低于衰減閾值a_t，若是，則進行S7；若不是，則進行S8。

S6：對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應增益，并用增益后的數(shù)據(jù)d_jg取代數(shù)據(jù)點d_j,并進行S8。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟S6進一步包括:對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應增益，并用增益后的數(shù)據(jù)d_jg取代數(shù)據(jù)點d_j：

$d_{jg}=\frac{d_j-g_t}{g_t}*G*d_j$

其中，G為增益系數(shù)，其取值范圍為G>1。

S7：對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應衰減，并用衰減后的數(shù)據(jù)d_ja取代數(shù)據(jù)點d_j，并進行S8。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟S7進一步包括:對數(shù)據(jù)點d_j進行自適應衰減，并用衰減后的數(shù)據(jù)d_ja取代數(shù)據(jù)點d_j：

$d_{ja}=\frac{d_j}{a_t}*A*d_j$

其中，A為衰減系數(shù)，其取值范圍為0<A<1。

S8：判斷是否所有的待變換數(shù)據(jù)D_t(d_t,…,d_M)均已進行了分析，若是，則此時的差異數(shù)組為D_n(d_j)，其中j＝1,2，…，M，并進行S9；若不是，則選擇離散的數(shù)據(jù)點d_j+1并返回S5繼續(xù)判斷。

S9：利用差異數(shù)組D_n(d_j)構(gòu)建導波監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異曲線，提取出差異曲線各峰值d_p相對于距離起點d_s的距離l_p，完成本期監(jiān)測數(shù)據(jù)相對于往期監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異提取。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟S9進一步包括：

利用差異數(shù)組D_n(d_j)構(gòu)建導波監(jiān)測數(shù)據(jù)的差異曲線，通過以下公式提取出差異曲線的峰值：

d_p＝argmaxD_n(d_j)

其中，p＝1,2，…，P，P為差異曲線的峰值總數(shù)目；各差異相對于監(jiān)測點的距離通過以下公式確定：

l_p＝l(d_p)-l(d_s)

其中，l(d_p)表示差異曲線峰值在數(shù)組中的位置，l(d_s)表示距離起點在數(shù)組中的位置。

圖2是本發(fā)明一個實施例的導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取結(jié)果圖。如圖2所示，本實施例共分析了4期埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，提取差異曲線后發(fā)現(xiàn)，距離監(jiān)測點9.25m處出現(xiàn)明顯的差異信號，在對應位置處進行開挖驗證，發(fā)現(xiàn)此處管道外壁上存在新增腐蝕缺陷，并對其進行了重點防護處理。

另外，本發(fā)明實施例的埋地油氣管道導波長期監(jiān)測數(shù)據(jù)差異自適應提取方法的其它構(gòu)成以及作用對于本領域的技術人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。