大氣腐蝕圖繪制方法2023-12-28發布國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會I前言 l2規范性引用文件 3術語和定義 4一般規定 5繪制流程 26繪圖數據準備 37地理空間插值模型構建 48數據源空白區域賦值 59圖面繪制 510圖面輸出 711編制繪制說明 7附錄A(資料性)地理空間插值模型 8附錄B(資料性)留一交叉驗證方法 附錄C(資料性)大氣腐蝕圖色標 附錄D(資料性)大氣腐蝕圖圖面示例 附錄E(資料性)《山東省大氣腐蝕圖繪制說明》示例 參考文獻 ⅢGB/T43605—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國機械工業聯合會提出。本文件由全國金屬與非金屬覆蓋層標準化技術委員會(SAC/TC57)歸口。本文件起草單位：國網山東省電力公司電力科學研究院、中國機械總院集團武漢材料保護研究所有限公司、國網湖北省電力有限公司電力科學研究院、國網浙江省電力有限公司電力科學研究院、冶金工業信息標準研究院、朗松珂利(上海)儀器儀表有限公司。1大氣腐蝕圖繪制方法本文件描述了基于大氣環境腐蝕試驗及數據繪制區域性大氣腐蝕圖的方法，包括一般規定、繪制流本文件適用于以金屬材料腐蝕速率評價大氣腐蝕性進而繪制的大氣腐蝕圖。注：本文件所述金屬材料是指金屬、合金和金屬類覆蓋層。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T13989國家基本比例尺地形圖分幅和編號GB/T14165金屬和合金大氣腐蝕試驗現場試驗的一般要求GB/T14511地圖印刷規范GB/T19292.1—2018金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性第1部分：分類、測定和評估GB/T19292.3—2018金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性第3部分：影響大氣腐蝕性環境參數的測量GB/T19292.4—2018金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性第4部分：用于評估腐蝕性的標準試樣的腐蝕速率的測定GB22021國家大地測量基本技術規定GB35650國家基本比例尺地圖測繪基本技術規定3術語和定義GB/T19292.1—2018界定的以及下列術語和定義適用于本文件。大氣腐蝕圖atmosphericcorrosionmap描述某區域在某時間段內大氣環境對金屬材料腐蝕性強弱的地理分布圖。注：大氣腐蝕圖包括大氣腐蝕性等級圖和金屬材料大氣腐蝕速率圖。描述大氣環境腐蝕性等級的地理分布圖。金屬材料大氣腐蝕速率圖atmosphericcorrosionratemapofmetallicmaterials描述某種金屬材料在大氣環境中腐蝕速率大小的地理分布圖。繪制大氣腐蝕圖所使用的地理地圖。2在大氣腐蝕圖中，相鄰兩個區域的大氣腐蝕性等級或金屬材料的腐蝕速率分段出現2個及以上的數據源點datasourcesite用于繪制大氣腐蝕圖的實測繪圖數據的地理坐標。在大氣腐蝕圖的繪制區域中，數據源點以外的其他區域。地理空間插值模型geospatialinterpolationmodel在大氣腐蝕圖的繪制區域范圍內，采用數據源點的實測數據估算數據源空白區域數據的計算方法。用相等數值點的連線表示大氣腐蝕數據空間連續分布且逐漸變化的地理分布圖。色斑圖spottedmap選取不同色域填充表示大氣腐蝕數據空間連續分布且逐漸變化的地理分布圖。4一般規定繪制大氣腐蝕圖應滿足以下要求：a)繪制大氣腐蝕圖應符合GB22021、GB35650等國家測繪標準，中國全圖應詳列南海諸島和釣魚島；b)大氣腐蝕圖分為大氣腐蝕性等級圖和金屬材料大氣腐蝕速率圖；c)大氣腐蝕性等級圖中腐蝕性分級應符合GB/T19292.1—2018的規定；d)金屬材料大氣腐蝕速率圖應使用金屬材料的年腐蝕速率繪制；e)大氣腐蝕圖應包含圖面和繪制說明；f)大氣腐蝕圖應覆蓋繪制的全部區域；g)毗鄰地區交界區域的大氣腐蝕性數據不應出現躍變5繪制流程大氣腐蝕圖的繪制主要包括繪圖數據準備、地理空間插值模型構建、數據源空白區域賦值、圖面繪制、圖面輸出、編制繪制說明等步驟，如圖1所示。3數據獲取數據獲取賦值數據的誤差評價繪圖軟件大氣腐蝕性等級圖圖面繪制圖面輸山據備數準繪圖值圖1大氣腐蝕圖繪制流程6繪圖數據準備6.1數據獲取6.1.1用于繪制大氣腐蝕圖的數據應至少包括數據源點的地理坐標、金屬材料大氣腐蝕的年腐蝕速率和獲取數據的時間。數據的格式見表1。6.1.2在大氣腐蝕性等級圖繪制中，用于評定大氣腐蝕性強弱的數據應按照GB/T14165和GB/T19292.4—2018中規定的方法獲取，或在繪制區域內檢測規定金屬材料在戶外暴露第1年的腐蝕速率。也可根據GB/T19292.1—2018中的劑量-響應函數，通過計算獲得該地區規定金屬材料的年腐蝕速率；或采用經驗證的其他劑量-響應函數計算獲取。6.1.3在金屬材料大氣腐蝕速率圖繪制中，繪圖數據應根據GB/T14165和GB/T19292.4—2018中規定的方法獲取金屬材料在某一時間段的腐蝕速率，或采用經驗證的劑量-響應函數計算獲取，其計量單位均應為年腐蝕速率。4表1繪圖數據格式數據名稱單位/符號備注獲取數據的時間年/月/日—年/月/日自然暴露試驗的時間周期；劑量-響應函數中環境因子獲取周期；或者由其他經驗證的方法獲取數據的周期地理坐標××°××'××”(S/N),數據源點的經緯度坐標金屬材料的年腐蝕速率g/(m2·a)或μm/a采用自然暴露試驗、劑量-響應函數或者其他經驗證方法計算獲取的年化腐蝕速率數據6.1.4采用的劑量-響應函數和大氣腐蝕監/檢測儀器等應經過該地區至少1年的自然暴露試驗驗證，影響大氣腐蝕性的環境參數應按照GB/T19292.3—2018等方法獲取。6.1.5繪圖數據亦可采用經驗證的大氣腐蝕監/檢測儀器等試驗方法獲取。當檢測周期不足1年時，可采用插值計算方法補充為年腐蝕速率，但原始數據的檢測周期應不少于3個月，且每日不少于1組數據。6.1.6采用大氣腐蝕監/檢測儀器等試驗方法獲取繪圖數據時，繪制的大氣腐蝕圖應隨數據變化而動態更新。6.1.7不同方法獲取的同一時間段的繪圖數據，可在同一張大氣腐蝕圖的繪制中同時使用。6.2數據驗證與確認6.2.1獲取繪圖數據后，應對數據的準確性進行驗證與確認，包括獲取方法、測試過程和數據誤差。6.2.2若采用GB/T14165和GB/T19292.4—2018中規定之外的方法獲取繪圖數據，應在繪制說明中詳述繪圖數據的獲取方法和數據誤差驗證結果。6.3其他要求6.3.1繪制大氣腐蝕性等級圖時，應優先采用GB/T19292.1—2018中規定的標準金屬鋅、碳鋼、銅和鋁經自然暴露試驗獲取的年腐蝕速率數據。6.3.2地理相鄰的繪圖數據所對應的腐蝕性等級或腐蝕速率分段之間不應出現躍變。否則，應在該相鄰數據的地理坐標之間的位置增加數據源點。6.3.3繪圖數據宜覆蓋繪制區域內的全部氣候帶以及城市大氣、鄉村大氣、工業大氣、海洋大氣等不同自然環境。數據源點宜均勻分布。6.3.4應在圖面上的合適位置注明繪圖數據來源。7地理空間插值模型構建7.1模型準備7.1.1應根據已有繪圖數據選擇或建立地理空間插值模型，模型應能適用于繪制區域內全部數據源空白區域的賦值。7.1.2用于數據源空白區域賦值的地理空間插值模型包括反距離加權法、克里金法、趨勢面法和泰森多邊形法等，參見附錄A。在可提高插值精度的前提下，繪圖者可自行建立插值模型。7.2模型的評價與優化7.2.1應對地理空間插值模型進行插值誤差的評價。57.2.2宜采用留一交叉驗證、自然暴露試驗驗證等方法定量評價模型的插值誤差，并根據評價結果進行模型優化。留一交叉驗證方法參見附錄B,自然暴露試驗驗證方法應按照GB/T14165執行。7.2.3模型的平均插值誤差應不大于繪制的圖面中金屬材料腐蝕速率的分段跨度值。否則，應重新優化或選擇。7.2.4宜通過增加數據源點密度、優化地理空間插值模型等方法提升數據源空白區域的賦值精度。8數據源空白區域賦值8.1賦值數據的計算8.1.1應采用經優化的地理空間插值模型進行數據源空白區域賦值，并保證覆蓋全部繪制區域。8.1.2確定空間插值的網格形式和網格密度時，插值的網格形式宜優先選用離散型三角網格，在賦值曲率較大的區域宜做加密插值，在曲率較小的區域可不進行加密處理。8.1.3賦值的網格密度宜在1km×1km至100km×100km范圍內選取。8.1.4應根據賦值計算結果和8.2中的誤差評價結果對插值模型、網格形式和網格密度進行優化，以保證網格相鄰節點的賦值結果之間不出現躍變。8.2賦值數據的誤差評價8.2.1宜采用留一交叉驗證的方法，對繪圖區域內的全部數據源點的賦值數據進行驗證，計算全部驗證結果并進行誤差的統計計算。8.2.2在數據源空白區域宜采用自然暴露試驗的方法，對賦值數據進行誤差評價。8.2.3宜采用平均誤差、平均絕對誤差、均方根誤差描述數據源空白區域賦值數據誤差的大小，并應滿足7.2.3的要求。否則，應依照8.1中的要求進行優化處理。8.2.4應在大氣腐蝕圖繪制說明中詳述數據源空白區域賦值的誤差評價結果。9圖面繪制9.1繪圖軟件9.1.1繪圖軟件宜選用能夠滿足繪圖數據處理、空白區域賦值、圖面渲染等要求的專業性計算機輔助繪圖軟件。9.1.2繪制者亦可自行開發繪圖軟件。9.2底圖的選擇確認繪圖區域并選擇底圖。所選底圖應符合GB22021、GB35650等國家測繪標準要求。9.3大氣腐蝕性等級圖腐蝕性分級與色標的選擇9.3.1繪制大氣腐蝕性等級圖時，對應各個大氣腐蝕性級別應采用不同色標在圖中標識。9.3.2當大氣腐蝕性按照GB/T19292.1—2018分級時，色標宜根據表2執行。9.3.3根據不同的使用目的，大氣腐蝕圖繪制者在GB/T19292.1—2018劃分的C1～CX基礎上，可進一步細化大氣腐蝕性分級。細化分級色標的選擇可參照附錄C執行。6表2大氣腐蝕性分級及色標大氣腐蝕性分級色標名稱填充顏色(RGB)色標藍綠黃橙紅黑9.4金屬材料大氣腐蝕速率圖的腐蝕速率分段與色標的選擇9.4.1繪制金屬材料大氣腐蝕速率圖時，應對所繪金屬材料的大氣腐蝕速率值加以分段，并采用不同的色標進行標識。大氣腐蝕性等級所對應的腐蝕速率分段相同。色標的選擇可參照表2和附錄C執行。9.4.3金屬材料為GB/T19292.1—2018中規定之外的金屬時，應預先估計在繪圖區域內可能出現的最小和最大腐蝕速率值，宜根據需要合理分段，并根據最終的空白區域賦值結果加以調整。色標的選擇可參照附錄C執行。9.5圖面渲染9.5.1繪制的大氣腐蝕圖圖面包括等值線圖和色斑圖兩種形式，繪制者可依據需要加以選擇。具體圖面形式參見附錄D。9.5.2依據選擇的圖面形式，按數據源點和像元填值，將對應的色標渲染在底圖上。9.6圖面內容9.6.1大氣腐蝕圖圖面中除展示大氣腐蝕性分級或金屬材料大氣腐蝕速率結果外，還應包含標題、時段、圖例、發布機構、發布時間、底圖中的主要地理信息以及其他必要的信息。9.6.2圖面中應具有顯示圖中任意位置的經緯度坐標以及大氣腐蝕性等級或金屬材料年腐蝕速率的功能。9.6.3圖面標題應簡明扼要，中文標注“××區域大氣腐蝕性等級圖”“××區域××大氣腐蝕速率圖”,宜置于圖的上方位置。9.6.5可根據圖面形式，選擇腐蝕分級色塊、等值線、數據源點和行政區劃等元素標注圖例。比例尺等信息可位于圖例下方。色斑圖圖例中的色塊可橫向分布，對應的文字說明在色塊下方；也可縱向分布，對應的文字信息在色塊右側。9.6.6在圖面的下方應標注發布機構全稱和發布時間，并使用“yyyy年mm月dd日”格式標注發布時間。字的大小應比標題小一號或者小兩號。9.6.7除上述內容以外，圖中還可標注其他有必要特別說明的信息。710圖面輸出大氣腐蝕圖的輸出形式按數據結構分類，分為矢量圖、柵格圖和矢柵混合圖。大氣腐蝕圖的分幅輸出應按照GB/T13989的要求執行，或根據實際需要分幅。大氣腐蝕圖的印刷出版發行應符合GB/T14511的要求。11編制繪制說明11.1大氣腐蝕圖的繪制說明是大氣腐蝕圖的必要組成部分，其文件名稱應為《××區域大氣腐蝕圖繪11.2大氣腐蝕圖繪制說明中應詳述以下主要內容：a)繪圖數據的來源，包括數據的獲取方式、數據源點的分布、試驗材料的種類、數據獲取的周期和數據準確性的驗證情況；b)采用的地理空間插值模型及其誤差評價方法和評價結果；c)大氣腐蝕性分級依據與色標選擇、金屬材料大氣腐蝕速率的分段依據與色標選擇；d)繪圖過程中采用相關標準的情況；e)繪圖數據與大氣腐蝕圖的更新時間周期；f)大氣腐蝕圖有效期的建議；g)對大氣腐蝕圖的使用可能產生影響的其他信息；h)數據提供者和發布者以及版權歸屬的有關信息。具體編制可參照附錄E。11.3大氣腐蝕圖繪制說明應與大氣腐蝕圖同步發布。8(資料性)地理空間插值模型A.1反距離加權法反距離加權法的理論基礎是“地理學第一定律”,即鄰近的區域比距離遠的區域更相似。它是以插值點與樣本點間的距離為權重進行加權平均，離插值點越近的樣本點賦予的權重越大。具體見公式(A.1)。Z?=Z;-Z;a;……………(A.1)式中：Z?——插值點的估計值；n——估算中用到控制點的數目；Z;——樣本點i的實際值；λ;——控制點的權重。控制點的權重見公式(A.2)。式中：d;——控制點i與插值點間的距離，當插值點與某一樣本點距離為0時，插值點的值等于該樣本點實測值，其他情況下，插值點估值為控制點數值加權求和；p——加權指數。由于距離較近的站點對預測值的影響權重更大，且站點之間的距離越大，它們之間的關聯性越小。為縮短計算時間，通常采用指定搜索鄰域的方法來優化模型，即在插值過程中，只考慮距離預測點一定距離范圍內的站點影響，將距離較遠的對預測影響微弱的站點排除在外。A.2克里金法克里金法(Kriging)是以變異函數理論和結構分析為基礎，衡量所選已知點之間空間相關程度的測度是半變異函數，在有限區域內對區域化變量進行無偏最優估計的一種方法。衡量各點之間空間相關程度的測度是半方差，見公式(A.3)。式中：γ(h)——已知點間的半方差；h——已知點之間的距離，常用于作為滯后系數；n——被h分開的成對樣本點的數量；z(x;)——區域化變量g(x)在空間位置x;處的真實值；z(x;+h)——區域化變量z(x)在空間位置x;+h處的真實值。普通克里金插值法估算某點的Z值的通用方程見公式(A.4)和公式(A.5)。Z?=E?=?Z?W?9GB/T43605—2023式中：Z。——估計值；n用于估算的已知點的數目；Z,——已知點的值；W——與每個已知點關聯的權重。A.3趨勢面法趨勢面法采用多項式表示線或面，并按最小二乘法原理對樣本點屬性值進行擬合，得到空間坐標與樣本點屬性值的關系，并用于估算插值點的屬性值。具體見公式(A.6)。Z(x,y)=22n2^an.kx?-y1+e…………(A.6)式中：Z(x,y)——插值點的估計值；x,y——平面直接坐標系中的橫、縱坐標；n?——多項式階數；k,i——多項式的次數；a.;——樣本點值確定的系數?——趨勢面與真實面存在的隨機誤差。A.4泰森多邊形法泰森多邊形法(ThiessenPolygon)又叫作最近鄰點插值法，其基本原理是插值點的最佳值由最鄰近的樣本點產生。具體見公式(A.7)。式中：Z?——插值點的估計值；Z;——樣本點i的實際值。i點必須滿足公式(A.8)和公式(A.9)條件：do=min(do,do?,…,do)…………(A.8)d;;=√(x;-x;)2+(y;-y;)2…………(A.9)式中：do;——插值點與樣本點i間的距離；d;;——樣本點i與樣本點j間的距離；x;,y;——樣本點i平面直角坐標系中的橫、縱坐標；x;,y;——樣本點j平面直角坐標系中的橫、縱坐標。(資料性)留一交叉驗證方法B.1交叉驗證的一般定義交叉驗證是把得到的樣本數據進行切分并組合為不同的訓練集和測試集，用訓練集來訓練模型，用測試集來評估預測模型的好壞。重復地使用數據，可以得到多組不同的訓練集和測試集。交叉驗證是在機器學習建立預測模型和驗證模型參數時常用的方法。根據數據切分方式的不同，交叉驗證主要分為下面三種方法。a)簡單交叉驗證(CrossValidation)。隨機地將樣本數據分為兩部分，然后用訓練集來訓練模型，在測試集上驗證模型及參數。一次驗證之后再把樣本打亂，重新選擇訓練集和測試集，繼續訓練數據和檢驗模型，最后選擇損失函數評估最優的模型和參數。b)S折交叉驗證(S-FolderCrossValidation)。與“簡單交叉驗證”不同，S折交叉驗證會把樣本數據隨機地分成S份，每次隨機地選擇S-1份作為訓練集，剩下的1份做測試集。當這一輪完成后，重新隨機選擇S-1份來訓練數據。若干輪(小于S)之后，選擇損失函數評估最優的模型和參數。c)留一交叉驗證(Leave-one-outCrossValidation),它是“S折交叉驗證”的特例，此時S等于樣本數N,這樣對于N個樣本，每次選擇N-1個樣本來訓練數據，留一個樣本來驗證模型預測的好壞。此方法主要用于樣本量相對不多的情況，該方法也是使用最普遍的方法。B.2驗證方法本文件所采用的留一交叉驗證法對于空間插值模型進行誤差估計，是每次移除1個數據位置，然后使用其他位置的數據來預測與其相關聯的數據，將預測值與實測值相比較獲得平均誤差、平均絕對誤差和均方根誤差。以平均誤差、平均絕對誤差和均方根誤差作為常用驗證指標，驗證插值結果的準確性。GB/T43605—2023(資料性)大氣腐蝕圖色標C.1色標色域及選擇原則大氣腐蝕圖的色標宜在圖C.1中選取。當大氣腐蝕性分級和金屬材料大氣腐蝕速率在GB/T19292.1劃分的基礎上需要更細劃分時，選擇的色標宜連續漸變，依據大氣腐蝕性由弱至強，從左至右依次在橙色黑色綠色黃色橙色黑色綠色黃色藍色圖C.1色標色域C.2色標選擇示例在繪制大氣腐蝕圖時，在滿足C.1要求的前提下，可根據需要從表C.1中選擇色標。表C.1色標示例序號色標填充顏色序號色標填充顏色1255,199,020,86,239255.181.030,155,204255,165,040,205,152255,155,050,239,84255.133,06255.100.0784,255,0255,55,089204,255,3239,255,0255,255,0255,236,0255.218,0(資料性)大氣腐蝕圖圖面示例D.1大氣腐蝕圖色斑圖示例圖D.1和圖D.2分別是山東省大氣腐蝕性等級圖和金屬鋅大氣腐蝕速率圖繪制成色斑圖的示例。兩圖均是將大氣腐蝕性等級和金屬鋅的大氣腐蝕速率細分為13個等級繪制而成。詳細的繪制說明參見附錄E。山東省地圖來自山東省自然資源廳官方網站。山東省大氣腐蝕性等級圖圖D.1山東省大氣腐蝕性等級圖山東省金屬鋅大氣腐蝕速率圖陳度；37.186888省級行政中心數據源點界線圖D.2山東省金屬鋅大氣腐蝕速率圖上面兩圖中出現的小窗口，分別是讀者通過位置坐標選擇之后顯示的該位置的大氣腐蝕性等級和金屬鋅的年腐蝕速率。D.2大氣腐蝕圖等值線圖實例圖D.3和圖D.4分別是對應圖D.1和圖D.2的等值線圖。山東省大氣腐蝕性等級圖C3-3C4-1-C4-2—C4-3圖D.3山東省大氣腐蝕性等級圖山東省金屬鋅大氣腐蝕速率圖0訇@—21g/(m2·a)—0.7g/(m2a)—24g/(m3-a)—7g/(m2-a)—60g/(m2-a)-9g/(m2a)-11g(m2a)—180g/(m2-a)圖D.4山東省金屬鋅大氣腐蝕速率圖(資料性)E.1繪圖數據的說明附錄D中山東省大氣腐蝕圖的繪圖數據，來源于山東省100個站點的儀器檢測，其傳感器陽極材料為金屬鋅。用于山東省大氣腐蝕圖繪制的100個數據源點分布和腐蝕性等級見圖E.1。圖E.1用于山東省大氣腐蝕圖繪制的100個數據源點分布圖D.1繪圖數據源自2018年6月至2019年6月儀器檢測的第1年腐蝕速率數據，與同時期金屬鋅試樣實際暴露檢測結果對比，平均絕對誤差為0.2597g/(m2·a)。圖D.2的繪圖數據源自2018年6月至2022年6月儀器檢測的年化腐蝕速率。E.2大氣腐蝕性分級與顯示色標選擇的說明基于山東省的繪圖數據，將大氣腐蝕性和金屬鋅大氣腐蝕速率都細分為13個等級，并依據附錄C表E.1大氣腐蝕性與金屬鋅大氣腐蝕速率分級及色標序號大氣腐蝕性分級金屬鋅大氣腐蝕速率/[g/(m2·a)]填充顏色(RGB)色標1C1-1reon≤0.70,0,2552C2-10.7<rcr≤50,155,2043C3-15<rn≤70,186,694C3-27<ro≤9153,255,05C3-39<ror≤11204,255,06C3-411<r-or≤13255,255,07C3-513<ror≤15255,230,0GB/T43605—2023表E.1大氣腐蝕性與金屬鋅大氣腐蝕速率分級及色標(續)序號大氣腐蝕性分級金屬鋅大氣腐蝕速率/[g/(m2·a)]填充顏色(RGB)色標8C4-115<rmr≤18255.165,09C4-218<r-or≤21255,128,0C4-321<rcor≤24255,0,0C4-424<rcor≤30C5-130<rcor≤60CX-160<r-or≤1800,0,0E.3選取的地理空間插值模型在山東省大氣腐蝕圖繪制過程中，采用了反距離加權插值模型對數據源空白區域進行插值。模型計算見公式(E.1)。Z?=Z′=?Z;λ;…式中：Z?——插值點的估計值；n——在估算中用到的控制點的數目；Z;——樣本點i的實際值；λ;——控制點的權重。控制點的權重計算見公式(E.2)。式中：……………(E.2