淺談無人機(jī)在蘇里格氣田集輸干線巡護(hù)中的應(yīng)用

馬瑾，李永陽，齊寶軍，陳宗宇，韓鵬飛

（長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，陜西 西安 710018）

1 概況

蘇里格氣田骨架管網(wǎng)主要位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗、鄂托克旗、鄂托克前旗、陜西省榆林市榆陽區(qū)、靖邊縣、定邊縣境內(nèi)，線長(zhǎng)面廣，周邊環(huán)境及人員活動(dòng)復(fù)雜。傳統(tǒng)的干線巡護(hù)均采用人工方式，在巡護(hù)過程中往往面臨以下困難：（1）傳統(tǒng)的人工巡護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、巡護(hù)成本高；（2）干線線長(zhǎng)面廣，突發(fā)緊急事件，不能準(zhǔn)確定位，不能第一時(shí)間提供一手資料，且由于周邊環(huán)境及人員活動(dòng)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)管理難度增大。無人機(jī)作為一項(xiàng)高新技術(shù)，可快速獲取地貌的空間遙感信息，結(jié)合長(zhǎng)輸管線的特點(diǎn)，可應(yīng)用于輸氣干線的定期巡檢、應(yīng)急搶險(xiǎn)。

2 無人機(jī)的選用

2.1 無人機(jī)簡(jiǎn)介

無人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，或者由車載計(jì)算機(jī)完全地或間歇地自主地操作。與有人駕駛飛機(jī)相比，無人機(jī)更適合“勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高”的任務(wù)。無人機(jī)按應(yīng)用領(lǐng)域，可分為軍用與民用。軍用方面，無人機(jī)主要承擔(dān)偵察和靶機(jī)兩大任務(wù)。民用方面，無人機(jī)+行業(yè)應(yīng)用，目前在航拍、農(nóng)業(yè)噴灑播種、測(cè)繪、新聞報(bào)道、電力巡檢、應(yīng)急搶險(xiǎn)、救援等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

2.2 無人機(jī)選型

選用Y-300中型固定翼無人機(jī)（見圖1），該機(jī)型采用電動(dòng)復(fù)合翼（起降螺旋翼，飛行固定翼），帶光電吊艙，帶三維度飛控系統(tǒng)，最大平飛速度大于等于100km/h。續(xù)航時(shí)長(zhǎng)120～150min，作業(yè)半徑30km。

圖1 中聚Y-300中型固定翼無人機(jī)

2.3 無人機(jī)巡護(hù)主要內(nèi)容

利用電動(dòng)復(fù)合翼無人機(jī)對(duì)干線管道周邊環(huán)境及人員活動(dòng)進(jìn)行巡查，拍攝高清視頻；管線周圍施工、管線裸露、水毀、沙堵路面等局部點(diǎn)進(jìn)行聚焦監(jiān)控、偵察；統(tǒng)計(jì)管線及伴行道路水毀、沙堵工作量；管線埋深測(cè)量；汛期和緊急事故的應(yīng)急偵察；高后果區(qū)監(jiān)視，合成高清測(cè)繪圖標(biāo)記管線走向、高后果區(qū)范圍，測(cè)量危險(xiǎn)源距離等。

3 無人機(jī)在蘇里格氣田集輸干線的應(yīng)用情況

3.1 應(yīng)用情況

2019～2020年年度，無人機(jī)對(duì)蘇里格氣田骨架管網(wǎng)共計(jì)1688.07km天然氣集輸管道進(jìn)行巡護(hù)，每周巡護(hù)1批次，共巡護(hù)82周。巡護(hù)內(nèi)容：通過高清攝像機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施、管道占?jí)?、管線裸露、防洪防汛等情況進(jìn)行巡查，監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)回傳車載監(jiān)控終端，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)、處理，也可通過4G信號(hào)對(duì)巡護(hù)畫面進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。建立無人機(jī)巡線監(jiān)控平臺(tái)，可以查閱無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻。自巡護(hù)工作開展以來，長(zhǎng)慶油田第三采氣廠結(jié)合實(shí)際編制了《無人機(jī)巡護(hù)管理辦法》《無人機(jī)巡護(hù)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案》等管理規(guī)定，對(duì)無人機(jī)承包商從工器具、各類資質(zhì)、人員能力等方面進(jìn)行準(zhǔn)入核查，日常巡護(hù)作業(yè)過程中安排專人進(jìn)行監(jiān)管，確保作業(yè)安全受控，定期開展無人機(jī)巡護(hù)突發(fā)事件應(yīng)急演練，不斷提升處置無人機(jī)突發(fā)事件的能力。兩年以來，第三采氣廠共開展無人機(jī)飛行巡護(hù)121輪次，飛行距離總計(jì)5.14萬公里。共發(fā)現(xiàn)挖掘作業(yè)23處、修建鐵路3處、管線穿越3處，管線作業(yè)帶上方農(nóng)耕39處。無人機(jī)巡線發(fā)現(xiàn)問題與人工巡檢結(jié)果一致，能夠基本滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施巡查、管道占?jí)?、管線裸露、防洪防汛等巡護(hù)工作。

3.2 無人機(jī)巡護(hù)發(fā)現(xiàn)問題典型照片

（1）集輸管道裸露（如圖2）。

圖2 集輸管道裸露監(jiān)控畫面

（2）集輸管道附近水毀（如圖3）。

圖3 集輸管道水毀監(jiān)控畫面

（3）集輸管道附近施工（如圖4）。

圖4 集輸管道附近施工監(jiān)控畫面

（4）集輸管道附近農(nóng)耕（如圖5）。

圖5 集輸管道附近農(nóng)耕監(jiān)控畫面

3.3 應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及分析

（1）無人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面有花屏、卡屏現(xiàn)象，在特定位置機(jī)載圖傳設(shè)備回傳的畫面不能持續(xù)保持清晰、穩(wěn)定，圖傳距離不能穩(wěn)定達(dá)到25km以上。經(jīng)過電磁干擾設(shè)備實(shí)地測(cè)試電磁干擾環(huán)境，發(fā)現(xiàn)部分地域電磁干擾問題較為嚴(yán)重導(dǎo)致了圖傳信號(hào)的中斷或卡屏。通過詳細(xì)分析管線分布區(qū)域的地形圖，發(fā)現(xiàn)部分無人機(jī)起降地點(diǎn)（基站所處位置）地勢(shì)較低，不利于信號(hào)的傳輸，影響了圖傳有效距離。通過加強(qiáng)圖傳設(shè)備的傳輸功率和抗干擾能力，解決了電磁干擾問題，通過調(diào)整起降點(diǎn)位置進(jìn)行解決起降點(diǎn)信號(hào)接受較弱的問題。

（2）在一些需詳細(xì)放大觀察的位置，不能做到及時(shí)控制吊艙攝像頭變焦放大觀測(cè)。通過分析，主要是變焦參數(shù)設(shè)定和控制問題，提高基礎(chǔ)變焦倍數(shù)（由5倍變焦增加到7倍），提高人員對(duì)管線分布的熟悉程度，清楚地知道哪些位置需要放大觀察，作業(yè)時(shí)提前做好準(zhǔn)備。

（3）在一固定翼無人機(jī)懸停時(shí)間較短，不便于發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)時(shí)進(jìn)行連續(xù)觀察。通過對(duì)旋翼電池時(shí)間測(cè)試及打樣選型及電量分配的智能切換，懸停時(shí)間由3～5min提升至8～10min，基本上可以滿足異常時(shí)間的確認(rèn)，此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化巡護(hù)方案，采用固定翼盤旋替代懸停的連續(xù)觀察功能，增加了飛行平臺(tái)的安全性，而且可以滿足巡護(hù)要求。

（4）無人機(jī)無喊話警告功能，無法保證在飛行中發(fā)現(xiàn)對(duì)管道有危害的情況能及時(shí)警告和勸阻。通過開發(fā)新型語音模塊，增加電池功率，對(duì)新增喊話器上線測(cè)試，新增播放人工錄音功能，測(cè)試結(jié)果是300m高度可以聽見聲音，100m高度非常清晰，滿足現(xiàn)作業(yè)巡護(hù)要求。

（5）目標(biāo)跟蹤無法鎖定，實(shí)現(xiàn)鎖定異常點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)拍攝，畫面質(zhì)量較差。通過分析畫面質(zhì)量與跟蹤鎖定都屬于升級(jí)吊艙攝像設(shè)備的范疇，通過對(duì)吊艙攝像設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，增加了跟蹤鎖定功能，變焦倍數(shù)有之前的10倍提升為30倍，畫面清晰度進(jìn)一步提升。

3.4 結(jié)論

經(jīng)過近兩年的應(yīng)用，無人機(jī)能滿足日常巡檢及應(yīng)急搶險(xiǎn)的需求，相對(duì)人工巡檢，巡檢時(shí)間短，節(jié)省人工成本，可避免人工巡檢無法到達(dá)造成的數(shù)據(jù)遺漏，能提供錄像監(jiān)控畫面，能夠?yàn)楹笃诠芫€周圍變化提供歷史信息依據(jù)。

在管道搶險(xiǎn)中，能實(shí)施回傳視頻圖像，緊急對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行巡護(hù)排查，第一時(shí)間掌握潛在危險(xiǎn)點(diǎn)，防止險(xiǎn)情進(jìn)一步擴(kuò)散。但無人機(jī)在管線泄漏檢測(cè)、管道埋深檢測(cè)、夜間巡護(hù)、雨雪大風(fēng)等惡劣天氣巡護(hù)等方面還有短板，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，還無法完全替代人工巡護(hù)。

4 在蘇里格氣田應(yīng)用前景展望

根據(jù)前期無人機(jī)在蘇里格氣田外輸干線的應(yīng)用情況，可將無人機(jī)在以下方面推廣應(yīng)用，主要有：（1）開展無人機(jī)邊遠(yuǎn)探井巡護(hù)。邊遠(yuǎn)探井巡護(hù)周期較長(zhǎng)，通過無人機(jī)縮短巡護(hù)周期，無人機(jī)掛載高倍率吊艙查看氣井及周邊設(shè)施有無缺失損壞，周圍是否存在偷氣或偷盜井站設(shè)施的違法行為。（2）開展無人機(jī)邊遠(yuǎn)礦權(quán)巡護(hù)。利用無人機(jī)航測(cè)的辦法，以1：500比例尺的正射影像圖識(shí)別地面地物（如打井架及作業(yè)井），并利用測(cè)繪成圖高精度的特點(diǎn)結(jié)合長(zhǎng)慶油田采氣三廠礦權(quán)范圍地理坐標(biāo)，精確界定外方是否侵權(quán)。隨著蘇里格氣田的發(fā)展，管理輸氣管線里程越來越長(zhǎng)，氣井越來越多，如何更有效的保障管線的運(yùn)行安全成為企業(yè)管理的重中之重，通過對(duì)目前的無人機(jī)巡線系統(tǒng)的逐一完善，無人機(jī)將會(huì)在氣田天然氣集輸管道管理中發(fā)揮越來越重要的作用。