無人機油氣田管線巡查系統(tǒng)發(fā)展前景

李澤龍

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，工業(yè)級無人機依靠高技術(shù)水平、高空監(jiān)控、高速運轉(zhuǎn)和高清視頻圖像——“四高”的作業(yè)能力成為了工業(yè)企業(yè)的新寵。在石油天然氣行業(yè)中，應用巡查無人機大大減少了環(huán)境監(jiān)測、日常管線巡護等作業(yè)的工作量，顯著提高了工作效率?；诖?，探討無人機油氣田巡查系統(tǒng)的發(fā)展，并分析其應用可能性與展望未來。

關鍵詞：無人機;巡查系統(tǒng);環(huán)境監(jiān)測;管線巡護;發(fā)展

前言

近年來，長慶油田以穩(wěn)產(chǎn) 5000 萬噸占據(jù)全國產(chǎn)量最大油田的稱號。長慶油田勘探區(qū)域分布陜西、甘肅、寧夏、山西和內(nèi)蒙古等地，擁有數(shù)以萬計的油氣管線，同時油氣管線作為重要的基礎設施也是石油企業(yè)的巡查重點。然而油氣管線距離長、分布范圍廣、所處生態(tài)環(huán)境復雜，這給人工巡查造成了一定的困難，傳統(tǒng)的人工巡查工作量大、工作質(zhì)量不高，漏巡或缺巡等現(xiàn)象時常發(fā)生，這給保障油氣管線的安全運行帶來了隱患。因此，對無人機油氣田巡查系統(tǒng)發(fā)展的探討具有極其重要的應用價值和理論意義。

一、無人機管線巡查概述

無人機油氣田巡查系統(tǒng)主要由平臺系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)三部分組成。無人機油氣田巡查系統(tǒng)的平臺系統(tǒng)主要包括動力系統(tǒng)、遙感傳感器、信號處理、GPS 接受和控制系統(tǒng);無人機油氣田巡查系統(tǒng)的地面控制系統(tǒng)主要包 括計算機、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、GPS 導航和無線電控制;無人機油氣田巡查系統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)主要包括云臺、相機、傳感-器和無線電控制。

二、無人機巡查作業(yè)流程

無人機油氣田巡查系統(tǒng)在作業(yè)時的流程按順序依次為：適航查勘、飛行路線設計、起飛準備、正式飛行作業(yè)、無人機降落回收和圖像處理。首先確定飛行的范圍、合適的起降地點，規(guī)劃飛行航線;然后做起飛準備，進行正式飛行作業(yè)，自動執(zhí)行航拍任務，同時地面控制系統(tǒng)實時掌握飛機的姿勢、方位等參數(shù)，保證平穩(wěn)運行，并實時顯示遙感圖像;最后對無人機進行回收處理，采用無人機攝像快速處理軟件對圖像進行處理生成需要的影像。

三、無人機巡查系統(tǒng)應用

（1）管線選線及場站選址

長輸管道選址大部分位于戈壁、沙漠等地形地貌復雜的區(qū)域，由于海拔高、空氣稀薄，選線工作變得極為艱難，為了減少野外踏勘的人力工作，選擇無人機進行管線選線和場站選址工作，結(jié)合衛(wèi)星遙感圖畸形初步規(guī)劃設計，可以降低野外踏勘的風險，起到事半功倍的效果。

無人機可以通過遙感技術(shù)直接獲得關于管道線路上的基礎數(shù)據(jù)，例如油氣管道的埋設、地形地貌、水文地質(zhì)等資料。無人機獲取的是多波段、多時域、多攝站的圖像信息，這是其他傳統(tǒng)技術(shù)無法滿足的。無人機獲得的精確度高、解析質(zhì)量高的圖像還可以研究腐蝕性土壤以保護未來管道運行的安全。

（2）管線施工監(jiān)控

管線在施工的過程中，監(jiān)控巡視工作需要耗費大量的人力財力，人員強度大，速度慢效率低，而選擇無人機低成本高機動性以及先進的數(shù)字化檢測技術(shù)、定位技術(shù)、GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)進行全天候的監(jiān)控，對施工進度、質(zhì)量以及安全等方面做到全方位的監(jiān)控，不受地面人員干預，不受交通限制，大大提高了信息采集量與監(jiān)控空間的自由度，使得監(jiān)控工作更加詳細和全面。目前電動無人機搭載 Go Pro 攝像機可以續(xù)航 20 分鐘，其實時圖傳系統(tǒng)可以實現(xiàn)穩(wěn)定飛行，規(guī)劃好線路還可實現(xiàn)自動巡航飛行，使用非常方便，在短時段作業(yè)工程中可被應用。

（3）管線巡查

針對油氣管線巡查的工作，尤其是長輸管道在運行后的巡查工作，人力耗費巨大并且效率低下，因此選擇無人機進行巡查，可以大大提高巡查效率，甚至在惡劣天氣條件下同樣可以完成巡查工作。在事故、災害等緊急情況發(fā)生時，無人機巡查可以降低人員的風險，及時發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況傳遞信息以便相關人員可以在第一時間趕到并處理。

巡查系統(tǒng)采用固定翼無人機、數(shù)據(jù)鏈、地面站等組成，與 SCADA 通信系統(tǒng)進行集成，可以實現(xiàn)管道的遙感成像、管道環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測以及智能化實時監(jiān)測等?？梢员O(jiān)測到管道是否有銹蝕、裸露、打孔偷盜等現(xiàn)象，實時保護油氣長輸管 線的安全運行。

四、無人機巡查與人工巡查的成本分析對比

無人機油氣田巡查系統(tǒng)產(chǎn)生的費用包括巡檢直接費和巡檢間接費用，其中巡檢直接費用包括汽車運輸費用、機械操作費用和無人機巡檢費用。巡檢中發(fā)生的直接費總成本由車輛運輸成本、機械操作費用和無人機巡檢費用三項組成。間接費是指除直接費之外，由于無人機巡檢作業(yè)而發(fā)生的一切費用，具體有設備攤銷 費、設備維修費、工傷醫(yī)療費、差旅費、培訓費和管理費。

以固定翼開拓者為例，該飛機采用 3W56cc 雙缸兩沖程活塞式汽油發(fā)動機。發(fā)動機工作穩(wěn)定，震動較小，油耗極低?；举M用為單日作業(yè)費用，其中無人機維修及炸機費用只作為全年維保費用。巡檢費用按油氣田行業(yè)巡線 1.85 元/ 公里計算，日巡線公里數(shù)按200 公里后得到（此作業(yè)距離為無人機單價次最大航程）。

無人機巡查單日工作費用=66+1.85*200+50+20=506。

人工巡線基本日工作費用=66+600+40=706。

通過以上計算，應用無人機巡查系統(tǒng)單日工作費用低于人工，而且工作效率極高，2 小時 200 公里的巡查速率在時間成本上也節(jié)省了。

結(jié)論

無人機油氣田巡查系統(tǒng)的應用已經(jīng)漸漸步入正軌，在管道巡查領域的實踐還處于起步階段，尤其是長輸管道的建設還需要創(chuàng)新。無人機油氣田巡查系統(tǒng)為管線提供的全天候、全地域、實時的監(jiān)控，可以大大減少人力，彌補人工巡線帶來的真空地區(qū)而造成的數(shù)據(jù)損失，這在巡線方面起到了不可替代的作用。未來無人機油氣田巡查系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)將向大數(shù)據(jù)靠攏，通過建立“數(shù)據(jù)融合應用平臺”，為管線巡檢和管線服務搭建解決之道。利用無人機將采集到的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，并且可以與歷史數(shù)據(jù)進行對比，做出差異分析。還可以依據(jù)預警模型生成隱 患報告，提供決策支持。

參考文獻：

[1] 常文見，孟凡輝，王倉，等.無人機遙感技術(shù)在長輸管道中的應用探討[J].價值工程，2013，32（ 328）：197-198.