CN107654848B - 一种管道位置和方向检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道位置和方向检测方法，所述方法包括：步骤1：输入三路里程轮里程数据；步骤2：求步骤1输入三路里程轮的里程两两之差；步骤3：三路里程轮两两之差累积并求导；步骤4：除去累积差信号异常部分、进行中值滤波，定位弯头位置区域；步骤5：根据俯仰角筛选出步骤4中的上下弯头；步骤6：根据周向角分辨步骤5筛选后的弯头向左还是向右；步骤7：输出弯头的位置和方向信息的结果。本发明的方法具有如下优点：(1)检测结果不受人为因素影响，检测效率较高；克服了实际管道弯头的漏磁信号没有固定形态而产生的方法复杂度较高的缺点，方法精度高。

Description

一种管道位置和方向检测方法

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种综合利用里程累积差、俯仰角和周向角信息对管道弯头的位置和方向进行检测的方法。

背景技术

钢管在机械制造、石油化工、航空航天等工业中有广泛的应用,在生产过程中受工艺的影响,以及在传输过程中受到环境及传输介质的影响,容易发生裂纹、腐蚀、疲劳损坏或使管道内部的潜在缺陷发展成为破损而引起事故。钢管缺陷给管道安全带来了极大的隐患,必须采取有效的方法进行无损检测。

管道管线中使用大量的弯头来改变管道中介质的传输方向,弯头受到介质的直接冲刷,极易出现壁厚减薄、裂纹和腐蚀坑等缺陷。若年久失修,必将产生破裂、泄漏等后果,严重的还会造成爆炸和环境污染等事故。因此,须对管线中的弯头进行无损检测,了解其工作状态,以便及时处理,减少损失。

管道弯头一般由导磁良好的铁磁性材料制成，很适合用漏磁法检测。漏磁法检测的基本原理是，用足够强的磁场将被测件磁化至饱和，在裂纹、腐蚀坑等缺陷处有一部分磁场外泄出来，在被测件表面局部区域形成漏磁场。用若干由霍尔元件组成的测量单元检测漏磁场的变化，可获得反映被测件缺陷状况的信号。对此信号进行分析和处理，就可得到被测件缺陷的特征，以便进行维修和更换。

管道内检测是国内外公认的管道有效检测手段，国际上已立法实施,国内管道内检测已进入立法阶段,相关标准的初稿已基本完成。而基于漏磁原理的内检测技术最成熟适用。目前,该技术设备主要应用于长输管道,工业管道的应用案例非常有限。事实上,漏磁检测技术对铁磁性工业管道全长度范围内的腐蚀缺陷具有一定的检测能力,尤其能检测管道内表面腐蚀状态,丰富了无损检测手段。同时,应用该技术可以更准确地评价管道的安全性能,为管道设备的科学管理提供依据,避免漏检,减少管道检修的盲目性,节约资金,避免非计划停车,该技术设备将在以后工业管道检测中得到更广泛的应用。

目前,对管道弯头的无损检测还没有较好的方法，常用方法是荧光磁粉、超声检测法和漏磁检测法。荧光磁粉法灵敏度高，但检测结果受人为因素影响较大，且只能检测弯头表面裂纹；超声检测法只能进行单点检测，效率低，而且必须使用耦合剂，局限很大，一般只用于对重点部位的精确壁厚测量。漏磁检测法可准确检测判断弯头内外表面的腐蚀、裂纹以及由大片腐蚀和冲刷所致壁厚减薄等缺陷,并对超标部位报警。该方法不受温度、油污影响,且可在线作业,不影响管道中介质的传输，但由于实际管道弯头的漏磁信号没有固定形态，为弯头的检测增加了难度和方法复杂度。

发明内容

针对上述问题，本发明根据检测器走过的行程、俯仰角和周向角等辅助信息，提供一种基于里程累积差、俯仰角和周向角相结合的管道位置和方向检测方法，该方法有效的解决了实际管道弯头的漏磁信号没有固定的形态，弯头检测方法的复杂度较大的困难，本方法经过在具体工程中的验证，检测精度高，效果理想。

一种管道位置和方向检测方法，所述方法包括：

步骤1：输入三路里程轮的里程数据；

步骤2：对步骤1输入的三路里程轮的里程数据计算两两之差的绝对值；

步骤3：对所述绝对值进行累加并求导；

步骤4：对求导之后的数据进行剔除异常值和中值滤波，并根据极值点的位置来定位弯头位置；

步骤5：将弯头位置的俯仰角与俯仰角阈值进行比较，从而判断弯头的上下；

步骤6：根据周向角和三路里程轮的速率来判断弯头的左右；

步骤7：将弯头的位置和方向信息作为检测结果进行输出。

进一步的，所述步骤1：输入三路里程轮的里程数据包括：

输入检测器三路里程轮的里程数据，当检测器运行在直管段时，三路里程轮走过的行程相同；当检测器位于弯管时，三路里程轮走过的弧面里程不同。

进一步的，所述步骤2：对步骤1输入的三路里程轮的里程数据计算两两之差的绝对值的计算公式为：

Err12＝|E1-E2| (1)

Err23＝|E2-E3| (2)

Err31＝|E3-E1| (3)

上式中，E1、E2、E3分别为三路里程轮的1号轮、2号轮、3号轮的实时里程，Err12、Err23、Err31分别为三路里程轮两两之差的绝对值。

进一步的，所述步骤3：对所述绝对值进行累加包括：

Err＝Err12+Err23+Err31 (4)

式中，Err12、Err23、Err31分别为三路里程轮两两之差的绝对值，Err为实时差值的累加值。

进一步的，所述步骤4中根据极值点的位置来定位弯头位置包括：将导数极值点的位置作为弯头位置。

进一步的，所述步骤5：将弯头位置的俯仰角与俯仰角阈值进行比较，从而判断弯头的上下包括：

如果俯仰角大于上俯仰角阈值，则弯头向上；

如果俯仰角小于下俯仰角阈值，则弯头向下。

进一步的，所述步骤6：根据周向角和三路里程轮的速率来判断弯头的左右包括：

首先根据周向角判断三路里程轮的1号轮、2号轮、3号轮的位置，并读取1号轮、2号轮、3号轮的速率，然后将向三路里程轮行进的方向看时，将通过三路里程轮中心的垂直于地面方向的直线作为左右方向的分割线；如果速率最大的轮位于分割线左侧，则弯头向右，如果速率最大的轮位于分割线右侧，则弯头向左。

进一步的，所述步骤7中弯头方向信息包括：上下左右。

根据上述技术方案，本发明的有益效果包括：

1、检测结果不受人为因素影响，检测效率较高；

2、不受温度、油污影响，不影响介质传输，且可在线作业,不影响管道中介质的传输；

3、克服了实际管道弯头的漏磁信号没有固定形态而产生的方法复杂度较高的缺点，方法精度高，且复杂度不大，易于工程实现。

附图说明

图1管道弯头位置和方向检测方法流程图

图2管道纵向剖面图

具体实施方式

本发明根据检测器走过的行程、俯仰角和周向角等辅助信息，提供一种基于里程累积差、俯仰角和周向角相结合的管道位置和方向检测方法，该方法有效的解决了实际管道弯头的漏磁信号没有固定的形态，弯头检测方法的复杂度较大的困难。经过在某些重点型号中的实际验证，取得了理想的效果，具有较强的实用性和通用性。

图1是管道弯头位置和方向检测方法流程图，图2是管道纵向剖面图。

下面就结合图1-2对上述方法中的各步骤进行具体介绍。

一种管道位置和方向检测方法，所述方法包括：

步骤1：输入三路里程轮的里程数据；

进一步的，所述步骤1：输入三路里程轮的里程数据包括：

输入检测器三路里程轮的里程数据，当检测器运行在直管段时，三路里程轮走过的行程相同，当检测器位于弯管时，三路里程轮走过的弧面里程有差别。如图2所示(管道纵向剖面图)，A段为直管段，B段为弯头段，检测器由A段向B段运动。当检测器处于A段时，里程轮1和里程轮2走过的路程相同，当处于B段时，里程轮1走过的弧面里程比里程轮2走过的里程要小，因此可以通过里程轮1与里程轮2的里程差值检测疑似弯头所在位置。

步骤2：对步骤1输入的三路里程轮的里程数据计算两两之差的绝对值；

为了使里程差值信号得到加强，将里程轮1、里程轮2、里程轮3的两两之间的差值进行累积，以更准确检测弯头位置。

进一步的，所述步骤2：对步骤1输入的三路里程轮的里程数据计算两两之差的绝对值的计算公式为：

Err12＝|E1-E2| (1)

Err23＝|E2-E3| (2)

Err31＝|E3-E1| (3)

上式中，E1、E2、E3分别为三路里程轮的1号轮、2号轮、3号轮的实时里程，Err12、Err23、Err31分别为三路里程轮两两之差的绝对值。

步骤3：对所述绝对值进行累加并求导；

将步骤2中的三路里程轮两两之间的实时差值进行累积，如下公式(4)所示。导数在几何上表现为曲线切线的斜率，当检测器运行在直管段时，三路里程轮的累积差应为恒定值，切线斜率为0，当检测器运行在弯管段时，三路里程轮的差值有一个变化的过程，缺陷斜率不为0。

进一步的，所述步骤3：对所述绝对值进行累加包括：

Err＝Err12+Err23+Err31 (4)

式中，Err12、Err23、Err31分别为三路里程轮两两之差的绝对值，Err为实时差值的累加值。

步骤4：对求导之后的数据进行剔除异常值和中值滤波，并根据极值点的位置来定位弯头位置；

在实际中，当检测器在管道内运行时，可能会存在里程异常值，因此需要将累计差值信号异常部分剔除，减少虚警和干扰。中值滤波可以剔除由于里程信号偶尔出现的畸变而产生的毛刺。

进一步的，所述步骤4中根据极值点的位置来定位弯头位置包括：将导数极值点的位置作为弯头位置。

步骤5：将弯头位置的俯仰角与俯仰角阈值进行比较，从而判断弯头的上下；

定位弯头的位置后，查询区域的俯仰角度变化，当检测器运行在立管，即上下弯管位置时，俯仰角度会发生较大变化，由此可判断弯管方向是上还是下。

进一步的，所述步骤5：将弯头位置的俯仰角与俯仰角阈值进行比较，从而判断弯头的上下包括：

如果俯仰角大于上俯仰角阈值，则弯头向上；

如果俯仰角小于下俯仰角阈值，则弯头向下。

步骤6：根据周向角和三路里程轮的速率来判断弯头的左右；

进一步的，所述步骤6：根据周向角和三路里程轮的速率来判断弯头的左右包括：

首先根据周向角判断三路里程轮的1号轮、2号轮、3号轮的位置，并读取1号轮、2号轮、3号轮的速率，然后将向三路里程轮行进的方向看时，将通过三路里程轮中心的垂直于地面方向的直线作为左右方向的分割线；如果速率最大的轮位于分割线左侧，则弯头向右，如果速率最大的轮位于分割线右侧，则弯头向左。

步骤7：将弯头的位置和方向信息作为检测结果进行输出。

进一步的，所述步骤7中弯头方向信息包括：上下左右。

根据上述具体实施方式的介绍可知，本发明是一种根据检测器走过的行程、俯仰角和周向角等辅助信息，结合里程累积差、俯仰角和周向角的管道位置和方向检测方法，实施过程简单，并通过实际试验验证，效果明显，易于实现；该方法有效的解决了实际管道弯头的漏磁信号没有固定的形态，弯头检测方法的复杂度较大的困难。

上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求的保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上做任何简单的变形或替换而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道位置和方向检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：输入三路里程轮的里程数据；

步骤2：对步骤1输入的三路里程轮的里程数据计算两两之差的绝对值；

步骤3：对所述绝对值进行累加并求导；

步骤4：对求导之后的数据进行剔除异常值和中值滤波，并根据极值点的位置来定位弯头位置；

步骤5：将弯头位置的俯仰角与俯仰角阈值进行比较，从而判断弯头的上下；

步骤6：根据周向角和三路里程轮的速率来判断弯头的左右；

步骤7：将弯头的位置和方向信息作为检测结果进行输出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1：输入三路里程轮的里程数据包括：

输入检测器三路里程轮的里程数据，当检测器运行在直管段时，三路里程轮走过的行程相同；当检测器位于弯管时，三路里程轮走过的弧面里程不同。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2：对步骤1输入的三路里程轮的里程数据计算两两之差的绝对值的计算公式为：

Err12＝|E1-E2| (1)

Err23＝|E2-E3| (2)

Err31＝|E3-E1| (3)

其中，E1、E2、E3分别为三路里程轮的1号轮、2号轮、3号轮的实时里程，Err12、Err23、Err31分别为三路里程轮两两之差的绝对值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3：对所述绝对值进行累加包括：

Err＝Err12+Err23+Err31 (4)

式中，Err12、Err23、Err31分别为三路里程轮两两之差的绝对值，Err为实时差值的累加值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中根据极值点的位置来定位弯头位置包括：将导数极值点的位置作为弯头位置。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤5：将弯头位置的俯仰角与俯仰角阈值进行比较，从而判断弯头的上下包括：

如果俯仰角大于上俯仰角阈值，则弯头向上；

如果俯仰角小于下俯仰角阈值，则弯头向下。

7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤6：根据周向角和三路里程轮的速率来判断弯头的左右包括：

首先根据周向角判断三路里程轮的1号轮、2号轮、3号轮的位置，并读取1号轮、2号轮、3号轮的速率，然后将向三路里程轮行进的方向看时，通过三路里程轮中心的垂直于地面方向的直线作为左右方向的分割线；如果速率最大的轮位于分割线左侧，则弯头向右，如果速率最大的轮位于分割线右侧，则弯头向左。

8.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤7中弯头方向信息包括：上下左右。