提要：數(shù)據(jù)解析是腐蝕研究的重要組成部分，本文討論依據(jù)腐蝕數(shù)據(jù)特征和完整性選擇解析方法的準(zhǔn)則，為腐蝕數(shù)據(jù)解析成功奠定基礎(chǔ)。

 這種方法也為非正態(tài)隨機(jī)數(shù)提供了簡(jiǎn)便解析方法。但切記非正態(tài)隨機(jī)數(shù)的平均值是沒有意義的，兩個(gè)隨機(jī)量的比較需要采用更復(fù)雜方法處理，如：概率密度函數(shù)聯(lián)合積分法或強(qiáng)度與應(yīng)力差的概率密度函數(shù)積分法【3】。

2、 依據(jù)數(shù)據(jù)信息完整程度選擇解析方法

2.1 信息完整體系采用分布函數(shù)方法解析

全部波動(dòng)特性已知的腐蝕數(shù)據(jù)稱為信息完整體系，可其相應(yīng)分布函數(shù)和特征參數(shù)來(lái)處理并描述其規(guī)律。此時(shí)先要區(qū)分正態(tài)分布和非正態(tài)分布，兩類數(shù)據(jù)的解析方法不同，后者往往要復(fù)雜得多。

2.2 特定部分信息已知的體系

得到信息完整體系需做大量重復(fù)（平行）試驗(yàn)，有時(shí)很難做到。取特定的部分信息進(jìn)行解析是一種好的途徑。成熟的是極值分析，即根據(jù)波動(dòng)的極大值或極小值信息進(jìn)行分析。盡管信息完整的腐蝕數(shù)據(jù)分布類型很多，最常見有正態(tài)分布、泊松分布、指數(shù)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布四大類，但無(wú)論基本分布形式如何，其極值分布類型要簡(jiǎn)單得多，常見的是：第一類的最大值分布（Gumbel分布）和第三類的最小值分布（Weibull分布）。前者有二個(gè)特征參數(shù)λ（位置參數(shù)）和α（尺度參數(shù)）；后者有三個(gè)特征參數(shù)γ（位置參數(shù)）、η（尺度參數(shù)）和m（形狀參數(shù)）。

極值分析方法較復(fù)雜，可借助計(jì)算機(jī)編程，或采用表1的變量轉(zhuǎn)換及概率紙方法計(jì)算。

2.3 貧信息體系和模式識(shí)別方法

全部或局部特征信息未知的數(shù)據(jù)屬于信息學(xué)“灰箱”或“黑箱”，統(tǒng)稱貧信息體系。精確數(shù)學(xué)方法對(duì)這類體系無(wú)能為力。模式識(shí)別(PR, Patten Recognition)是化學(xué)計(jì)量學(xué)里為這類體系提供的常用方法。目前計(jì)算機(jī)模式識(shí)別能做到的只限于對(duì)客觀事物按其特征進(jìn)行分類，離“理解”還有相當(dāng)距離，模式識(shí)別不只是對(duì)人能力的簡(jiǎn)單替代，許多情況下還可完成人能力無(wú)法勝任的工作，如對(duì)高維信息的處理。用模式識(shí)別解析時(shí)需要以下基本條件：

（1） 有合格數(shù)據(jù)，如研究環(huán)境-腐蝕性的數(shù)據(jù)必須同時(shí)包含腐蝕性指標(biāo)和環(huán)境腐蝕因素等全面的數(shù)據(jù)；

（2） 確定描述模式的元素（關(guān)鍵因素），它們必須是可以被計(jì)算機(jī)接納和處理的；

（3） 要有足夠量的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)信息量，足以反映腐蝕數(shù)據(jù)模式的主要特征；

（4） 選擇好方法，目前主要用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別（Statistical PR）來(lái)處理數(shù)據(jù)；用句法模式識(shí)別（Syntactic PR）來(lái)處理圖形。

統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別有很多種，如：主分量分析、聚類分析等。從廣義角度說(shuō)，灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都可歸入此類方法。模式識(shí)別的解析能力往往超過(guò)常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，原因之一是采取以含模糊界線的分類來(lái)替代準(zhǔn)確的數(shù)值計(jì)算。上述過(guò)程可歸納成下面框圖：

模式識(shí)別方法對(duì)腐蝕數(shù)據(jù)處理的成功應(yīng)用實(shí)例很多，如主分量分析在建立土壤腐蝕性類別和其理化參數(shù)之間數(shù)學(xué)模型【4】、聚類分析在現(xiàn)場(chǎng)土壤失重試驗(yàn)中的埋點(diǎn)設(shè)計(jì)【5】、區(qū)域土壤腐蝕性預(yù)測(cè)模型的建立【6】等。更多應(yīng)用實(shí)例還可參見其它資料。

3、更多新解析方法的嘗試

3.1分形方法

分形方法和混沌理論被比作繼經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論及量子力學(xué)之后的物理學(xué)第三個(gè)里程碑。之前的物理學(xué)可解釋上至宇宙天體，下至微觀粒子，幾乎盡善盡美，但對(duì)于位于其間尺度的大量自然現(xiàn)象，尤其是那些不可逆的復(fù)雜隨機(jī)現(xiàn)象，如：天氣預(yù)報(bào)、海岸線長(zhǎng)度測(cè)量等往往無(wú)能為力。分形方法在腐蝕數(shù)據(jù)解析上的成功應(yīng)用反過(guò)來(lái)證明腐蝕現(xiàn)象具有某些混沌或分形特征。這種新解析方法優(yōu)點(diǎn)至少表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）能夠處理包括腐蝕圖像在內(nèi)的更多數(shù)據(jù)類型；

（2）能夠揭示腐蝕現(xiàn)象的某些本質(zhì)或機(jī)理問題。

 以下用我們的部分工作成果說(shuō)明。

3.1.1 揭示腐蝕圖像分維和表面坑深分布的關(guān)聯(lián)

分形體系幾何特征之一是具有分?jǐn)?shù)維，可通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算出任何復(fù)雜腐蝕圖像的分維。另一方面，腐蝕表面坑深和坑數(shù)量之間服從分形體系的冪函數(shù)關(guān)系，即：坑深越大，數(shù)量越少，兩者在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)成線性，其斜率稱為坑深分布分維。研究發(fā)現(xiàn)，圖像分維和坑深分布分維有很好一致性【7】。這為用簡(jiǎn)便的圖像分維計(jì)算替代費(fèi)時(shí)費(fèi)力的坑深測(cè)量提供了途徑。

3.1.2 建立腐蝕分形動(dòng)力學(xué)模型

分形泛指在形體、功能或信息等方面具有自相似性的體系，分形建模就是尋找復(fù)雜體系內(nèi)部的潛在規(guī)則，然后通過(guò)不斷重復(fù)或復(fù)制來(lái)模擬整體的規(guī)律。我們假設(shè)存在三種不同腐蝕發(fā)生概率的表面形態(tài)，即：未腐蝕表面、已腐蝕表面和受腐蝕影響表面，采用單體凝聚Eden建立腐蝕發(fā)展的分形動(dòng)力學(xué)模型。這種模型可以解釋表面蝕點(diǎn)數(shù)量發(fā)展服從泊松分布、累計(jì)腐蝕量和時(shí)間之間服從冪函數(shù)等等一系列已知的腐蝕規(guī)律【8】，并用來(lái)研究小試片的腐蝕邊界效應(yīng)。

3.2大數(shù)據(jù)應(yīng)用

大數(shù)據(jù)分析是一種全新解析腐蝕數(shù)據(jù)的方法。大數(shù)據(jù)泛指數(shù)量之多和來(lái)源之廣。例如，我們?cè)运锬粳F(xiàn)場(chǎng)埋片平行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)平均值和其標(biāo)準(zhǔn)偏差之間存在冪函數(shù)關(guān)系【9】。這個(gè)規(guī)律后來(lái)也被分形動(dòng)力學(xué)模型證實(shí)，揭示了腐蝕現(xiàn)象的分形特性。此外，通過(guò)大數(shù)據(jù)散布圖還可獲得更多信息。如某海上平臺(tái)生產(chǎn)管線穿孔記錄含時(shí)間，地點(diǎn)以及當(dāng)時(shí)管內(nèi)介質(zhì)溫度、壓力、含水量、流速等參數(shù)，收集連續(xù)多年的數(shù)據(jù)，可估測(cè)其臨界流速及歷年的變化。發(fā)現(xiàn)超過(guò)臨界流速、且管輸介質(zhì)含水量超過(guò)80%的管線，其壽命均不足2年，而含水量低于30%的管線壽命無(wú)一例外超過(guò)10年【10】 。同樣方法也曾用于大量數(shù)據(jù)研究埋地管線實(shí)測(cè)保護(hù)電位（未扣IR降）和實(shí)際保護(hù)效果的關(guān)系。

 綜上所述，腐蝕數(shù)據(jù)解析需考慮被研究對(duì)象本質(zhì)、數(shù)據(jù)完整程度及新方法的應(yīng)用。這個(gè)領(lǐng)域尚有大量待研究課題，是大有作為的。

 參考文獻(xiàn)

【1】曹楚南，腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1988,36.
【2】翁永基，李相怡，腐蝕預(yù)測(cè)和計(jì)量學(xué)基礎(chǔ)，北京，石油工業(yè)出版社，2011,182-192.
【3】同上，69-70【4】翁永基，李相怡，主分量分析：長(zhǎng)輸管道沿線土壤腐蝕等級(jí)的預(yù)測(cè)，石油學(xué)報(bào)，1993,14（1）；117-123.

【4】翁永基等，大港油田土壤腐蝕模型研究，石油學(xué)報(bào)，1996,17（3）：137-144

【5】Yongji WENG, et al., Survey of Soil Corrosivity in Tarim Region and Study 0f Steel-Soil Corrosion Models, Petroleum Science, 1999, 2（2）：23-26

【6】Shujian XU et al., A New Approach to Estimate Fractal Dimensions of Corrosion Images, Pattern Recognition Letters, 2006 （7）：1942-1947.

【7】邊麗等，基于分形動(dòng)力學(xué)過(guò)程的腐蝕預(yù)測(cè)模型，化學(xué)通報(bào)，2006,69（3）：206-210.

【8】翁永基等，碳鋼土壤腐蝕速度波動(dòng)性表征的研究，化學(xué)通報(bào)，2005,68（7）：547-550.

【9】翁永基等，海上平臺(tái)生產(chǎn)管線的服役壽命分析，腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2008,20（5）：361-363.

作者介紹

翁永基，1945年生，曾擔(dān)任北京石油大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，兼中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)理事、中科院“腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)”雜志編委、美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）國(guó)際會(huì)員。曾擔(dān)任石油大學(xué)（北京）材料科學(xué)工程系主任（1997-2000），徐州市科協(xié)委員和腐蝕防護(hù)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)（1989-1994）。1993年由國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)為享受國(guó)務(wù)院特殊津貼、有突出貢獻(xiàn)專家。長(zhǎng)期從事石油及石化工業(yè)材料安全工程和腐蝕防護(hù)工作。先后承擔(dān)“七五”、“八五”自然科學(xué)基金重大科學(xué)項(xiàng)目和原石油部科技攻關(guān)項(xiàng)目二十余項(xiàng)，或石油部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，三等獎(jiǎng)兩項(xiàng)。出版《材料腐蝕通論》（專著）和《腐蝕與腐蝕控制》（譯著）各一本。編寫國(guó)家“面向21世紀(jì)教材”、“油氣田腐蝕防護(hù)手冊(cè)”等三本。發(fā)表論文140多篇，取得國(guó)家專利兩項(xiàng)。

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