提要：數據解析是腐蝕研究的重要組成部分，本文討論依據腐蝕數據特征和完整性選擇解析方法的準則，為腐蝕數據解析成功奠定基礎。

 這種方法也為非正態隨機數提供了簡便解析方法。但切記非正態隨機數的平均值是沒有意義的，兩個隨機量的比較需要采用更復雜方法處理，如：概率密度函數聯合積分法或強度與應力差的概率密度函數積分法【3】。

2、 依據數據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方法解析

全部波動特性已知的腐蝕數據稱為信息完整體系，可其相應分布函數和特征參數來處理并描述其規律。此時先要區分正態分布和非正態分布，兩類數據的解析方法不同，后者往往要復雜得多。

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（平行）試驗，有時很難做到。取特定的部分信息進行解析是一種好的途徑。成熟的是極值分析，即根據波動的極大值或極小值信息進行分析。盡管信息完整的腐蝕數據分布類型很多，最常見有正態分布、泊松分布、指數分布、對數正態分布四大類，但無論基本分布形式如何，其極值分布類型要簡單得多，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）。前者有二個特征參數λ（位置參數）和α（尺度參數）；后者有三個特征參數γ（位置參數）、η（尺度參數）和m（形狀參數）。

極值分析方法較復雜，可借助計算機編程，或采用表1的變量轉換及概率紙方法計算。

2.3 貧信息體系和模式識別方法

全部或局部特征信息未知的數據屬于信息學“灰箱”或“黑箱”，統稱貧信息體系。精確數學方法對這類體系無能為力。模式識別(PR, Patten Recognition)是化學計量學里為這類體系提供的常用方法。目前計算機模式識別能做到的只限于對客觀事物按其特征進行分類，離“理解”還有相當距離，模式識別不只是對人能力的簡單替代，許多情況下還可完成人能力無法勝任的工作，如對高維信息的處理。用模式識別解析時需要以下基本條件：

（1） 有合格數據，如研究環境-腐蝕性的數據必須同時包含腐蝕性指標和環境腐蝕因素等全面的數據；

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

（3） 要有足夠量的數據和數據信息量，足以反映腐蝕數據模式的主要特征；

（4） 選擇好方法，目前主要用統計模式識別（Statistical PR）來處理數據；用句法模式識別（Syntactic PR）來處理圖形。

統計模式識別有很多種，如：主分量分析、聚類分析等。從廣義角度說，灰色理論、神經網絡等都可歸入此類方法。模式識別的解析能力往往超過常規數理統計方法，原因之一是采取以含模糊界線的分類來替代準確的數值計算。上述過程可歸納成下面框圖：

模式識別方法對腐蝕數據處理的成功應用實例很多，如主分量分析在建立土壤腐蝕性類別和其理化參數之間數學模型【4】、聚類分析在現場土壤失重試驗中的埋點設計【5】、區域土壤腐蝕性預測模型的建立【6】等。更多應用實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典力學、相對論及量子力學之后的物理學第三個里程碑。之前的物理學可解釋上至宇宙天體，下至微觀粒子，幾乎盡善盡美，但對于位于其間尺度的大量自然現象，尤其是那些不可逆的復雜隨機現象，如：天氣預報、海岸線長度測量等往往無能為力。分形方法在腐蝕數據解析上的成功應用反過來證明腐蝕現象具有某些混沌或分形特征。這種新解析方法優點至少表現在以下幾個方面。

（1）能夠處理包括腐蝕圖像在內的更多數據類型；

（2）能夠揭示腐蝕現象的某些本質或機理問題。

 以下用我們的部分工作成果說明。

3.1.1 揭示腐蝕圖像分維和表面坑深分布的關聯

分形體系幾何特征之一是具有分數維，可通過數學方法計算出任何復雜腐蝕圖像的分維。另一方面，腐蝕表面坑深和坑數量之間服從分形體系的冪函數關系，即：坑深越大，數量越少，兩者在雙對數坐標成線性，其斜率稱為坑深分布分維。研究發現，圖像分維和坑深分布分維有很好一致性【7】。這為用簡便的圖像分維計算替代費時費力的坑深測量提供了途徑。

3.1.2 建立腐蝕分形動力學模型

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雜體系內部的潛在規則，然后通過不斷重復或復制來模擬整體的規律。我們假設存在三種不同腐蝕發生概率的表面形態，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建立腐蝕發展的分形動力學模型。這種模型可以解釋表面蝕點數量發展服從泊松分布、累計腐蝕量和時間之間服從冪函數等等一系列已知的腐蝕規律【8】，并用來研究小試片的腐蝕邊界效應。

3.2大數據應用

大數據分析是一種全新解析腐蝕數據的方法。大數據泛指數量之多和來源之廣。例如，我們曾以塔里木現場埋片平行數據為基礎，發現平均值和其標準偏差之間存在冪函數關系【9】。這個規律后來也被分形動力學模型證實，揭示了腐蝕現象的分形特性。此外，通過大數據散布圖還可獲得更多信息。如某海上平臺生產管線穿孔記錄含時間，地點以及當時管內介質溫度、壓力、含水量、流速等參數，收集連續多年的數據，可估測其臨界流速及歷年的變化。發現超過臨界流速、且管輸介質含水量超過80%的管線，其壽命均不足2年，而含水量低于30%的管線壽命無一例外超過10年【10】 。同樣方法也曾用于大量數據研究埋地管線實測保護電位（未扣IR降）和實際保護效果的關系。

 綜上所述，腐蝕數據解析需考慮被研究對象本質、數據完整程度及新方法的應用。這個領域尚有大量待研究課題，是大有作為的。

 參考文獻

【1】曹楚南，腐蝕試驗數據的統計分析，北京，化學工業出版社，1988,36.
【2】翁永基，李相怡，腐蝕預測和計量學基礎，北京，石油工業出版社，2011,182-192.
【3】同上，69-70【4】翁永基，李相怡，主分量分析：長輸管道沿線土壤腐蝕等級的預測，石油學報，1993,14（1）；117-123.

【4】翁永基等，大港油田土壤腐蝕模型研究，石油學報，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，基于分形動力學過程的腐蝕預測模型，化學通報，2006,69（3）：206-210.

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

【9】翁永基等，海上平臺生產管線的服役壽命分析，腐蝕科學與防護技術，2008,20（5）：361-363.

作者介紹

翁永基，1945年生，曾擔任北京石油大學教授、博士生導師，兼中國腐蝕與防護學會理事、中科院“腐蝕科學與防護技術”雜志編委、美國腐蝕工程師協會（NACE）國際會員。曾擔任石油大學（北京）材料科學工程系主任（1997-2000），徐州市科協委員和腐蝕防護學會理事長（1989-1994）。1993年由國務院批準為享受國務院特殊津貼、有突出貢獻專家。長期從事石油及石化工業材料安全工程和腐蝕防護工作。先后承擔“七五”、“八五”自然科學基金重大科學項目和原石油部科技攻關項目二十余項，或石油部科技進步二等獎一項，三等獎兩項。出版《材料腐蝕通論》（專著）和《腐蝕與腐蝕控制》（譯著）各一本。編寫國家“面向21世紀教材”、“油氣田腐蝕防護手冊”等三本。發表論文140多篇，取得國家專利兩項。

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責任編輯：王妮

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