一种海底管道巡检探伤方法、系统及程序产品与流程

本发明属于管道无损检测，具体涉及一种海底管道巡检探伤方法、系统及程序产品。

背景技术：

1、海底管道由于具备可持续工作、运输量大等优势,因而被广泛应用于海底油气资源的运输；在实际应用过程中，由于深海油气管道常年处在恶劣的海底环境中，容易受到海底高压强、高腐蚀等复杂环境的影响；因此，海底管道一旦发生泄漏，将造成极大的生态污染及能源浪费，故对管道的无损检测则成为了保障管道稳定运行的重要一环。

2、漏磁检测技术是对海底管道进行缺陷检测的常用技术之一，且随着硬件技术及传感器制造工艺的提升，远距离管道检测已成为现实，所布置的传感器数量及灵敏度均有极大提升，能够更精确地检测到细微缺陷或其他管道状态信息；其中，在实际使用时，由于受到现场环境和被测管道内部铁磁性表面条件的影响,检测信号往往附带有大量的噪声，直接用于缺陷识别会严重影响检测结果的正确性；而目前，常采用滤波技术来对信号进行去噪，并对去噪后信号进行灰度化，以便实现漏磁信号的灰度映射，从而来以灰度图像的形式呈现漏磁数据；最后，则可基于灰度映射后的信号，并采用深度学习算法来进行管道的损伤识别。

3、但是，前述现有技术存在以下不足：（1）大多使用同一小波阈值去噪方法来进行信号去噪，然而，使用相同的小波阈值，会造成低尺度下的有效信号被去除，而高尺度下的噪声信号被保留的问题，从而降低了去噪效果；（2）传统技术在进行灰度映射时，大多通过离差标准化方法将漏磁数据利用信号的最大和最小值直接映射到区间[0,255]进行转化，这容易使得到的灰度值发生偏移，从而导致小缺陷特征被淹没，且传统的灰度信号对管道上的缺陷特征表征模糊，基于此，则会进一步的降低损伤检测的准确性；由此，基于前述不足，如何提供一种能够有效去除漏磁信号中的噪声，并能够提升信号中缺陷特征的管道的巡检探伤方法，已成为了一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种海底管道巡检探伤方法、系统及程序产品，用以解决现有技术因去噪效果差、灰度映射时容易淹没小缺陷特征以及对管道上的缺陷特征表征模糊而导致的检测准确性差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，提供了一种海底管道巡检探伤方法，包括：

4、获取目标管道的漏磁信号，并对所述漏磁信号进行基值校正处理，得到校正后漏磁信号；

5、对所述校正后漏磁信号进行小波变换处理，以在小波变换处理后，得到不同分解尺度下的小波变换信号以及各个小波变换信号对应的小波系数；

6、确定出每个分解尺度下的小波滤波阈值，并基于每个分解尺度下的小波滤波阈值，调整每个分解尺度下的小波变换信号对应的小波系数，以在调整后，完成对不同分解尺度下的小波变换信号的滤波处理，得到若干滤波小波变换信号；

7、对若干滤波小波变换信号进行信号重构处理，得到滤波后漏磁信号；

8、获取所述滤波后漏磁信号的幅值中值，并利用所述幅值中值对所述滤波后漏磁信号进行自适应灰度映射处理，以在自适应灰度映射处理后，得到灰度映射漏磁信号；

9、对所述灰度映射漏磁信号进行缺陷特征增强处理，以得到增强漏磁信号；

10、基于所述增强漏磁信号，得出所述目标管道的损伤检测结果。

11、基于上述公开的内容，本发明在获取到目标管道的漏磁信号后，先对漏磁信号进行基值校正处理，以提高采样信号的准确性；然后，再对校正后漏磁信号进行小波变换处理，并确定出每个分解尺度下的小波滤波阈值；而后，利用每个分解尺度下的小波滤波阈值，来对各个尺度下的小波变换信号进行滤波处理，从而得到若干滤波小波变换信号；接着，利用若干滤波小波变换信号，则可得到滤波后漏磁信号；如此，为每个分解尺度下的小波变换信号，确定出各自对应的小波阈值来进行滤波处理，可避免传统技术使用同一小波阈值进行去噪所存在的在低尺度下会去除有效信号，而在高尺度下又会保留噪声信号的问题，因此，可提高去噪效果。

12、在完成信号去噪后，则可进行信号的灰度映射，其中，本发明是利用滤波后漏磁信号的幅值中值，来对信号进行自适应灰度映射处理，基于此，根据信号本身与幅值中值的大小来进行灰度映射，能够实现信号的局部映射，因此，可避免幅值较小的信号受极大值点的影响而导致的信号被淹没的问题；同时，在完成灰度映射后，本发明还进行了缺陷特征增强处理，得到了增强漏磁信号，如此，对缺陷特征进行增强，可提升信号中缺陷特征的表征能力，从而能够使缺陷特征更容易被识别；最后，则可基于该增强漏磁信号，来得出目标管道的损伤检测结果。

13、通过上述设计，本发明在滤波去噪时，确定出了每个分解尺度下的小波滤波阈值，并基于此，来对各自分解尺度下的小波变换信号进行滤波处理；如此，可避免传统技术使用同一小波阈值进行去噪所存在的在低尺度下会去除有效信号，而在高尺度下又会保留噪声信号的问题，从而提高了去噪效果；同时，使用信号幅值中值来进行信号的自适应灰度映射处理，并在灰度映射后，进行缺陷特征增强处理；基于此，不仅解决了幅值较小的信号受极大值点的影响而导致的信号被淹没的问题，还使得缺陷特征能够在灰度图像中更容易被识别；由此，本发明能够提高漏磁信号的去噪效果以及缺陷特征表征能力，从而可进一步的提高管道损伤检测的准确性，因此，非常适用于大规模应用与推广。

14、在一个可能的设计中，所述漏磁信号包括若干霍尔传感器在所述目标管道上的多个检测点处所检测到的子漏磁信号；

15、其中，对所述漏磁信号进行基值校正处理，得到校正后漏磁信号，包括：

16、对于任一霍尔传感器在任一检测点处的子漏磁信号，获取所述任一霍尔传感器在各个检测点处所检测到的子漏磁信号以及所述任一霍尔传感器的传感器参数；

17、基于所述传感器参数，确定出所述任一霍尔传感器的标定基值；

18、根据所述标定基值以及所述任一霍尔传感器在各个检测点处所检测到的子漏磁信号，对所述任一霍尔传感器在所述任一检测点处的子漏磁信号进行基值校正处理，以得到所述任一霍尔传感器在所述任一检测点处的校正后子漏磁信号，并在将所有传感器在每个检测点处的子漏磁信号均轮询完毕后，得到各个霍尔传感器在每个检测点处的校正后子漏磁信号；

19、利用各个霍尔传感器在每个检测点处的校正后子漏磁信号，得出所述校正后漏磁信号。

20、在一个可能的设计中，所述传感器参数包括所述任一霍尔传感器在所述目标管道内运行时的中值电压、所述任一霍尔传感器的基准电压、所述任一霍尔传感器的灵敏度以及所述任一霍尔传感器的电压放大倍数；

21、其中，基于所述传感器参数，确定出所述任一霍尔传感器的标定基值，包括：

22、按照如下公式（1），计算出所述标定基值；

23、（1）

24、上述公式（1）中，表示所述标定基值，表示所述中值电压，表示所述基准电压，表示所述灵敏度，表示所述电压放大倍数；

25、相应的，根据所述标定基值以及所述任一霍尔传感器在各个检测点处所检测到的子漏磁信号，对所述任一霍尔传感器在所述任一检测点处的子漏磁信号进行基值校正处理，则包括：

26、采用如下公式（2），对所述任一霍尔传感器在任一检测点处的子漏磁信号进行基值校正处理，以在基值校正处理后，得到所述任一霍尔传感器在该任一检测点处的校正后子漏磁信号；

27、（2）

28、上述公式（2）中，表示所述任一霍尔传感器m在所述任一检测点处的子漏磁信号，表示所述任一霍尔传感器m在第n个检测点处的子漏磁信号，表示检测点总数，表示所述任一霍尔传感器m在所述任一检测点处的校正后子漏磁信号。

29、在一个可能的设计中，确定出每个分解尺度下的小波滤波阈值，包括：

30、对于任一分解尺度，获取所述任一分解尺度下的所有小波变换信号对应的小波系数，并对获取的各个小波系数进行平方运算，得到若干平方小波系数；

31、按照从大至小的顺序，对各个平方小波系数进行排序处理，以得到排序序列；

32、计算出所述排序序列中每个平方小波系数对应的初始小波调整因子；

33、从所有初始小波调整因子中筛选出最小的初始小波调整因子，并将最小的初始小波调整因子所对应的平方小波系数，作为所述任一分解尺度下的小波调整因子；

34、根据所述排序序列和所述小波调整因子，计算出所述任一分解尺度下的小波滤波阈值。

35、在一个可能的设计中，计算出所述排序序列中每个平方小波系数对应的初始小波调整因子，包括：

36、对于所述排序序列中的第个平方小波系数，按照如下公式（3），计算出所述第个平方小波系数对应的初始小波调整因子，并在将从1轮询至时，得到每个平方小波系数对应的初始小波调整因子，其中，表示所述排序序列中的平方小波系数的总数；

37、（3）

38、上述公式（3）中，表示所述第个平方小波系数对应的初始小波调整因子，表示所述排序序列中的第个平方小波系数；

39、相应的，根据所述排序序列和所述小波调整因子，计算出所述任一分解尺度下的小波滤波阈值，则包括：

40、根据所述排序序列和所述小波调整因子，并按照如下公式（4），计算出所述任一分解尺度下的小波滤波阈值；

41、（4）

42、上述公式（4）中，表示所述任一分解尺度下的小波滤波阈值，表示所述小波调整因子，表示控制因子，其中，取值为0.6475。

43、在一个可能的设计中，基于每个分解尺度下的小波滤波阈值，调整每个分解尺度下的小波变换信号对应的小波系数，包括：

44、对于任一分解尺度下的任一小波系数，按照如下公式（5），调整所述任一小波系数；

45、（5）

46、上述公式（5）中，表示所述任一分解尺度下的调整后的所述任一小波系数，所述任一分解尺度下的所述任一小波系数，表示所述任一分解尺度下的小波滤波阈值，表示符号函数，表示小波参数，其中，，且表示大于0的常数。

47、在一个可能的设计中，所述滤波后漏磁信号包括若干霍尔传感器在所述目标管道上的多个检测点处的滤波子漏磁信号；

48、其中，利用所述幅值中值对所述滤波后漏磁信号进行自适应灰度映射处理，以在自适应灰度映射处理后，得到灰度映射漏磁信号，包括：

49、对于任一霍尔传感器在任一检测点处的滤波子漏磁信号，获取所述任一霍尔传感器在所述任一检测点处的滤波子漏磁信号的幅值中值，以及获取所述任一霍尔传感器在所有检测点处的滤波子漏磁信号中的幅值最大值和幅值最小值；

50、根据所述幅值最大值、所述幅值最小值以及所述任一霍尔传感器在所述任一检测点处的滤波子漏磁信号的幅值中值，并采用如下公式（6），对所述任一霍尔传感器在所述任一检测点处的滤波子漏磁信号进行灰度映射处理，以在灰度映射处理后，得到所述任一霍尔传感器在所述任一检测点处的灰度映射子漏磁信号，并在将所有传感器在每个检测点处的滤波子漏磁信号均轮询完毕后，基于各个霍尔传感器在每个检测点处的灰度映射子漏磁信号，得出所述灰度映射漏磁信号；

51、（6）

52、上述公式（6）中，表示所述任一霍尔传感器m在所述任一检测点处的滤波子漏磁信号，表示所述任一霍尔传感器m在所述任一检测点处的灰度映射子漏磁信号，为灰度基准值，表示所述任一霍尔传感器m在所述任一检测点处的滤波子漏磁信号的幅值中值，表示幅值最大值，表示幅值最小值，均表示灰度调整因子，。

53、在一个可能的设计中，对所述灰度映射漏磁信号进行缺陷特征增强处理，得到增强漏磁信号，包括：

54、对所述灰度映射漏磁信号进行伪彩色变换处理，得到伪彩色漏磁图像；

55、对所述伪彩色漏磁图像进行颜色通道分离处理，以分别得到r通道图像、g通道图像以及b通道图像；

56、对所述r通道图像、所述g通道图像以及所述b通道图像分别进行多尺度的形态学增强处理，以在形态学增强处理处理后，得到增强r通道图像、增强g通道图像和增强b通道图像；

57、对所述增强r通道图像、所述增强g通道图像以及所述增强b通道图像进行边缘检测处理，以在边缘检测处理后，得到所述增强r通道图像、所述增强g通道图像以及所述增强b通道图像各自对应的边缘图像；

58、将所有边缘图像进行边缘融合处理，得到漏磁边缘图像；

59、获取所述漏磁边缘图像中各个边缘点的临近像素点，并根据各个边缘点的临近像素点的，从所述漏磁边缘图像的各个边缘点中，去除非边缘点，以在去除非边缘点后，得到所述漏磁边缘图像对应的校正边缘图像；

60、对所述校正边缘图像进行边缘点增强处理，以在边缘点增强处理后，得到增强边缘图像；

61、将所述增强边缘图像与所述伪彩色漏磁图像进行融合处理，以在融合处理后，得到增强伪彩色漏磁图像，并基于所述增强伪彩色漏磁图，得出所述增强漏磁信号。

62、第二方面，提供了一种海底管道巡检探伤系统，包括：

63、基值校正单元，用于获取目标管道的漏磁信号，并对所述漏磁信号进行基值校正处理，得到校正后漏磁信号；

64、滤波单元，用于对所述校正后漏磁信号进行小波变换处理，以在小波变换处理后，得到不同分解尺度下的小波变换信号以及各个小波变换信号对应的小波系数；

65、滤波单元，用于确定出每个分解尺度下的小波滤波阈值，并基于每个分解尺度下的小波滤波阈值，调整每个分解尺度下的小波变换信号对应的小波系数，以在调整后，完成对不同分解尺度下的小波变换信号的滤波处理，得到若干滤波小波变换信号；

66、滤波单元，还用于对若干滤波小波变换信号进行信号重构处理，得到滤波后漏磁信号；

67、灰度映射单元，用于获取所述滤波后漏磁信号的幅值中值，并利用所述幅值中值对所述滤波后漏磁信号进行自适应灰度映射处理，以在自适应灰度映射处理后，得到灰度映射漏磁信号；

68、特征增强单元，用于对灰度映射漏磁信号进行缺陷特征增强处理，以得到增强漏磁信号；

69、损伤检测单元，用于基于所述增强漏磁信号，得出所述目标管道的损伤检测结果。

70、第三方面，提供了一种海底管道巡检探伤装置，以装置为电子设备为例，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述海底管道巡检探伤方法。

71、第四方面，提供了一种存储介质，存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述海底管道巡检探伤方法。

72、第五方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当指令在计算机上运行时，使计算机执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述海底管道巡检探伤方法。

73、有益效果：

74、（1）本发明在滤波去噪时，确定出了每个分解尺度下的小波滤波阈值，并基于此，来对各自分解尺度下的小波变换信号进行滤波处理；如此，可避免传统技术使用同一小波阈值进行去噪所存在的在低尺度下会去除有效信号，而在高尺度下又会保留噪声信号的问题，从而提高了去噪效果；同时，使用信号幅值中值来进行信号的自适应灰度映射处理，并在灰度映射后，进行缺陷特征增强处理；基于此，不仅解决了幅值较小的信号受极大值点的影响而导致的信号被淹没的问题，还使得缺陷特征能够在灰度图像中更容易被识别；由此，本发明能够提高漏磁信号的去噪效果以及缺陷特征表征能力，从而可进一步的提高管道损伤检测的准确性，因此，非常适用于大规模应用与推广。