無人機(jī)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)在管道生產(chǎn)中的應(yīng)用

汪洋 于林 高玥 柯靖

摘要：川東北氣礦在成功使用無人機(jī)進(jìn)行集輸氣管道巡檢的基礎(chǔ)上，開發(fā)組建無人機(jī)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)系統(tǒng)。通過解決無人機(jī)控制距離短的問題，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遠(yuǎn)程起降、控制功能。可不再需要人員攜帶設(shè)備前往管道生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行操作，大幅縮短無人機(jī)作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間，提高巡檢及應(yīng)急處置效率。通過該平臺(tái)的深化應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)巡檢的簡易化操作、滿足快速響應(yīng)、快速執(zhí)行任務(wù)的需求，為管道生產(chǎn)管理及應(yīng)急處置提供了新的解決方案。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) ?遠(yuǎn)程控制 ?管道生產(chǎn)

一、無人機(jī)遠(yuǎn)控平臺(tái)構(gòu)建

目前常規(guī)集輸氣管道無人機(jī)巡檢利用無人機(jī)系統(tǒng)反應(yīng)迅速，快捷的特點(diǎn)，攜帶高清攝像機(jī)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行拍攝，能夠提供精準(zhǔn)的管道現(xiàn)場情況，便于及時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場動(dòng)態(tài)，從而作出快速、準(zhǔn)確的管理對(duì)策，大幅提高生產(chǎn)管理及應(yīng)急處置效率。但現(xiàn)有工作方式需要作業(yè)機(jī)組攜帶無人機(jī)成套設(shè)備去往管線的附近位置起飛點(diǎn)，現(xiàn)場進(jìn)行無人機(jī)的安裝、調(diào)試及應(yīng)用操作。由于天然氣集輸管線多在偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通狀態(tài)不佳，通信不暢，現(xiàn)有無人機(jī)的控制距離短，因此使應(yīng)用效率受到嚴(yán)重影響。若能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遠(yuǎn)程起降、控制功能，則一旦管線發(fā)生泄漏等緊急狀況，可在后端指揮平臺(tái)或管理基地直接控制現(xiàn)場無人機(jī)起飛執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，第一時(shí)間掌握現(xiàn)場情況，更能充分發(fā)揮無人機(jī)的效率優(yōu)勢(shì)。因此，無人機(jī)在集輸氣管線上的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用具有重要的實(shí)用意義和價(jià)值。

基于此，川東北氣礦積極創(chuàng)新開發(fā)組建無人機(jī)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)系統(tǒng)，通過解決無人機(jī)控制距離短的問題，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遠(yuǎn)程起降、控制功能。可不再需要人員攜帶設(shè)備前往生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行操作，大幅縮短準(zhǔn)備時(shí)間，提高巡檢效率，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)應(yīng)用的突破。

通過對(duì)無人機(jī)機(jī)身內(nèi)的遠(yuǎn)程控制模塊、巡檢范圍通訊鏈路、起降現(xiàn)場無人機(jī)及功能性組件、遠(yuǎn)程控制端軟件等方面的研究，提出無人機(jī)遠(yuǎn)程起降、控制的技術(shù)解決方案，成功開發(fā)了無人機(jī)遠(yuǎn)程控制管理平臺(tái)系統(tǒng)。

本平臺(tái)系統(tǒng)采用統(tǒng)一SOA技術(shù)架構(gòu)，通過數(shù)據(jù)總線與相關(guān)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。平臺(tái)總體架構(gòu)層次分為：數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和用戶層。數(shù)據(jù)層將各類數(shù)據(jù)納入無人機(jī)集成應(yīng)用綜合數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類管理。用戶通過應(yīng)用層與系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)首頁資料查看、任務(wù)管理、飛行管理、成果查看、設(shè)備管理等功能。用戶層實(shí)現(xiàn)各級(jí)用戶的權(quán)限分配及系統(tǒng)管理。

二、無人機(jī)遠(yuǎn)控平臺(tái)功能

川東北氣礦無人機(jī)遠(yuǎn)程控制管理平臺(tái)結(jié)合常規(guī)無人機(jī)巡檢應(yīng)用情況進(jìn)行定制化開發(fā)，構(gòu)建的遠(yuǎn)控平臺(tái)大大豐富了氣礦的生產(chǎn)管理及應(yīng)急搶險(xiǎn)救援手段。研發(fā)的無人機(jī)遠(yuǎn)控平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的集輸氣管道自動(dòng)巡檢、數(shù)據(jù)掌握、運(yùn)維管理、遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)圖傳、應(yīng)急響應(yīng)等功能。遠(yuǎn)程控制平臺(tái)包括一級(jí)功能模塊 2個(gè)，二級(jí)功能模塊11個(gè)，功能點(diǎn)48個(gè)，基本全面覆蓋了無人機(jī)遠(yuǎn)程控制和巡檢功能需求。通過機(jī)載系統(tǒng)的指令，控制無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行無人機(jī)狀態(tài)發(fā)布，使操控人員能在后端及時(shí)掌握無人機(jī)飛行狀態(tài)、速度、GPS信息、異常情況、任務(wù)指令反饋等重要信息，并對(duì)無人機(jī)的掛載設(shè)備進(jìn)行控制，達(dá)到預(yù)定目的。

采用無人機(jī)遠(yuǎn)程控制功能的結(jié)構(gòu)化功能設(shè)計(jì)，完成無人機(jī)遠(yuǎn)程控制模塊研發(fā)和控制模塊功能構(gòu)建。無人機(jī)的飛行控制分為控制授權(quán)、任務(wù)指令控制、飛行點(diǎn)控制、模擬遙控控制、優(yōu)先級(jí)控制及自動(dòng)避障避險(xiǎn)，無人機(jī)可根據(jù)自身的傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化飛行任務(wù)的路線，保障飛行過程中的安全。

三、無人機(jī)遠(yuǎn)控平臺(tái)應(yīng)用

由于集輸氣管道大都位于山區(qū)，4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不夠穩(wěn)定，而且?guī)捄脱訒r(shí)均不能滿足無人機(jī)遠(yuǎn)程控制的需要，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)短期內(nèi)又不具備條件。氣礦在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，選用了華為微波產(chǎn)品解決無人機(jī)遠(yuǎn)程控制的通信問題。微波作為數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接收無人機(jī)回傳圖像，接收或發(fā)送指令。該系統(tǒng)采用微波RT為微波發(fā)射及接收部件，為數(shù)據(jù)傳輸提供通道。通過在管道沿線設(shè)計(jì)PTMP微波組網(wǎng)光纖節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置1個(gè)RT設(shè)備，然后每隔0.3km左右再設(shè)置一個(gè)RT節(jié)點(diǎn)，覆蓋管道沿線，以802.11ac協(xié)議與無人機(jī)保持控制回傳通訊信號(hào)。

為測試遠(yuǎn)程控制的有效性、通訊網(wǎng)絡(luò)的范圍覆蓋率、圖傳的即時(shí)性與辨識(shí)性，在氣礦調(diào)度室對(duì)擬實(shí)施管道附近區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程控制應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，該管道距離氣礦調(diào)度室的直線距離為31 Km。

無人機(jī)遠(yuǎn)程控制操作流程為：無人機(jī)飛行員進(jìn)入調(diào)度室遠(yuǎn)控平臺(tái)規(guī)劃無人機(jī)飛行航線 → 現(xiàn)場調(diào)試、周邊警戒 → 操作人員在氣礦通過遠(yuǎn)程控制平臺(tái)控制無人機(jī)自動(dòng)起飛 → 遠(yuǎn)程操作載入航線 → 無人機(jī)按照規(guī)劃航線自動(dòng)巡檢 → 巡線完畢 → 自動(dòng)降落。

通過測試，微波通信系統(tǒng)基本能夠滿足現(xiàn)場需要，在視頻分辨率1024*768狀態(tài)下，氣礦調(diào)度室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，單個(gè)RT節(jié)點(diǎn)可覆蓋無人機(jī)最高飛行高度達(dá)到100米，最遠(yuǎn)飛行距離可達(dá)到400米無灰屏卡頓現(xiàn)象。

通過遠(yuǎn)控平臺(tái)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)集輸氣管道的無人機(jī)自動(dòng)巡檢。對(duì)于事先規(guī)劃好的無人機(jī)巡檢任務(wù)，直接在遠(yuǎn)程控制平臺(tái)執(zhí)行列表中找到需要執(zhí)行的任務(wù)，點(diǎn)擊執(zhí)行，無人機(jī)完成自檢后，點(diǎn)擊自動(dòng)執(zhí)行，無人機(jī)將按照設(shè)定的航線進(jìn)行巡檢作業(yè)。同時(shí)，可點(diǎn)擊切換到手動(dòng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場狀態(tài)下的手動(dòng)控制無人機(jī)巡檢。

在遠(yuǎn)控平臺(tái)上，還可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遠(yuǎn)程控制物資投放及遠(yuǎn)程控制點(diǎn)火操作。在無人機(jī)抵達(dá)指定位置后，當(dāng)點(diǎn)擊投放物資圖標(biāo)時(shí)，無人機(jī)將自動(dòng)投放應(yīng)急物資。點(diǎn)火操作與物資投放操作類似，在任務(wù)操作界面，點(diǎn)擊噴火圖標(biāo)時(shí)，掛載的噴火設(shè)備將自動(dòng)噴出火焰，點(diǎn)燃目標(biāo)。

四、結(jié)束語

本遠(yuǎn)程控制平臺(tái)主要以滿足集輸氣管道無人機(jī)應(yīng)急管理需求為目標(biāo)，深度融合管道日常生產(chǎn)及應(yīng)急管理要求，應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能識(shí)別技術(shù)、信息融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各流程場景的業(yè)務(wù)邏輯處理。平臺(tái)可以通過PC端來進(jìn)行配置和查看，并可在移動(dòng)端進(jìn)行巡護(hù)任務(wù)處理、現(xiàn)場作業(yè)等操作，體現(xiàn)移動(dòng)辦公的方便和快捷。遠(yuǎn)程控制平臺(tái)進(jìn)一步提升了無人機(jī)高效、快速參與天然氣生產(chǎn)的應(yīng)用價(jià)值，豐富了集輸氣管道生產(chǎn)的管理手段，提升了管理效率，為管道應(yīng)急處置救援提供了強(qiáng)有力的支撐，是成功的應(yīng)用實(shí)踐，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。