無人機(jī)在長距離油氣管道管理中的應(yīng)用研究

牟 越

中國石油化工股份有限公司天然氣分公司 北京 100029

隨著我國油氣能源需求量的不斷提升，油氣管道建設(shè)成為重要的基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容，其中保證長輸管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為工作的重點(diǎn)之一。由于路線、分布及地勢(shì)等條件復(fù)雜，給長輸管道管理帶來了一定的難度。而無人機(jī)能夠迅速地對(duì)管道建設(shè)地貌的空間遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，更加全面高效率地定期巡視檢查，并就存在的事故問題進(jìn)行定位，成為一種重要的管理手段。

1 無人機(jī)系統(tǒng)概述

無人機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)結(jié)合了飛行、遙感、遙控、定位、通訊及模型建立與分析等多種功能的結(jié)合體，自動(dòng)智能化性能較高。該技術(shù)早期被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，但隨著技術(shù)研究的發(fā)展，民用研究工作也隨之展開，當(dāng)前已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。相對(duì)于普通飛機(jī)，無人機(jī)的體積和重量都較小，投入成本較低，具有使用和維護(hù)簡單等多種優(yōu)勢(shì)。

從結(jié)構(gòu)上說，無人機(jī)主要分為空中、地面及數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分。其中空中部分主要是指無人機(jī)可自動(dòng)進(jìn)行航線規(guī)劃，在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)自身設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，并在一定要求下自行調(diào)整控制參數(shù)進(jìn)行航拍。地面部分則主要是指運(yùn)用航線控制模塊來保證無人機(jī)飛行過程中的遙感影像數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)接收及影像傳遞。數(shù)據(jù)處理部分則是無人機(jī)運(yùn)行作用的顯示，主要是對(duì)采集到的影像和數(shù)據(jù)進(jìn)行精確分析。

無人機(jī)系在實(shí)際運(yùn)用過程中的工作流程主要表現(xiàn)：首先，無人機(jī)承載攝像頭、相機(jī)與成像儀等設(shè)備，在起落架的作用下起飛；之后，在路線導(dǎo)航和控制站的支持下實(shí)現(xiàn)定高飛行，保證設(shè)備飛行安全；在飛行過程中利用傳輸電臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控影像的實(shí)時(shí)傳輸，相關(guān)技術(shù)人員則根據(jù)獲取的監(jiān)控影像對(duì)被檢測物體進(jìn)行判斷，并明確故障位置；在無人機(jī)飛行結(jié)束后，根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的回收方式進(jìn)行降落。

2 無人機(jī)在長輸油氣管道中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 油氣長輸管道勘察設(shè)計(jì)階段

在油氣長輸管道勘察設(shè)計(jì)階段，無人機(jī)主要應(yīng)用在管道選線、評(píng)估應(yīng)用及BIM 數(shù)據(jù)采集等工作環(huán)節(jié)。相比傳統(tǒng)的人工地圖畫點(diǎn)與實(shí)際路線走訪等，運(yùn)用無人機(jī)能有效地實(shí)現(xiàn)成本資金的節(jié)約，保證數(shù)據(jù)收集的效率，減輕工作人員的工作壓力，是現(xiàn)代化管道建設(shè)的重要手段。利用無人機(jī)進(jìn)行管道選線，能就該地區(qū)的地貌環(huán)境與水文特征進(jìn)行直觀準(zhǔn)確的呈現(xiàn)，這也是管道選線的重要基礎(chǔ)依據(jù)。同時(shí)，還可在無人機(jī)上設(shè)置航拍相機(jī)，方便對(duì)管道施工區(qū)域展開測繪拍攝，并自動(dòng)在后期進(jìn)行拍攝圖片的精確拼接，對(duì)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境與空間環(huán)境進(jìn)行全面呈現(xiàn)，為油氣管道的設(shè)計(jì)提供重要的基礎(chǔ)研究依據(jù)。

2.2 油氣長輸管道施工階段

在油氣長輸管道建設(shè)前期，無人機(jī)設(shè)備的應(yīng)用主要是就施工區(qū)域內(nèi)的地形、交通路線及環(huán)境等進(jìn)行考察，方便施工單位進(jìn)行設(shè)備運(yùn)輸路線的制定。而在管道施工過程中，無人機(jī)的應(yīng)用則主要就管道施工的實(shí)際開展進(jìn)度、材料應(yīng)用情況、設(shè)備應(yīng)用情況，以及具體的管道施工方向進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集。主要為施工人員與施工設(shè)備調(diào)整提供依據(jù)，促進(jìn)油氣管道施工的正常安全開展。

2.3 油氣長輸管道運(yùn)行階段

油氣長輸管道作為重要的資源利用基礎(chǔ)，在其實(shí)際運(yùn)行階段，有必要加強(qiáng)對(duì)管道的管理工作，確保管道運(yùn)行的安全穩(wěn)定。無人機(jī)在該階段的應(yīng)用主要是對(duì)管道進(jìn)行巡檢。傳統(tǒng)的管理方式主要以人工巡檢為主，不僅需要大量的人力物力投入，而且效率極低，無法全面地就管道問題進(jìn)行確定。而利用無人機(jī)參與巡檢操作，能有效地實(shí)現(xiàn)管理質(zhì)量與管理效率的顯著提升。這主要是由于無人機(jī)內(nèi)可設(shè)置紅外雙光吊艙，可在夜間進(jìn)行正常的巡檢工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可根據(jù)管理人員的要求展開定點(diǎn)盤旋監(jiān)測。并且，在無人機(jī)上設(shè)置視頻追蹤設(shè)備后，還能就管道中的具體目標(biāo)展開細(xì)節(jié)探查，更加全面地對(duì)管道問題進(jìn)行巡查。

而在管道的緊急搶修工作中，無人機(jī)也能利用遙感拍攝功能對(duì)搶修部位的破壞位置及程度進(jìn)行明確。并就搶修部分展開實(shí)時(shí)監(jiān)控，向搶修人員快速地傳遞問題信息，方便維修人員制定全面的維修方案，實(shí)現(xiàn)維修效率與維修質(zhì)量的全面提升。

3 存在的技術(shù)應(yīng)用問題

雖然在當(dāng)前的油氣長輸管道管理工作中，無人機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較大程度的應(yīng)用，發(fā)揮了重要的應(yīng)用價(jià)值。但還存在部分技術(shù)問題有待解決，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）當(dāng)前的無人機(jī)設(shè)備在起飛時(shí)主要以滑跑或彈射方式為主，但是大多數(shù)的管道線路敷設(shè)處于復(fù)雜的山區(qū)地帶，大體型無人機(jī)難以在該區(qū)域內(nèi)尋找到起飛與降落位置。而應(yīng)用體型較小的無人機(jī)展開工作，會(huì)在實(shí)際飛行過程中受到風(fēng)速的影響，飛行高度難以提升，并可能造成對(duì)無人機(jī)的傷害。所以，在今后的無人機(jī)研究過程中，應(yīng)當(dāng)降低其對(duì)于起飛與降落場地的依賴性，并盡可能地提升小型無人機(jī)的抗風(fēng)性能。

（2）為保證無人機(jī)航拍的工作質(zhì)量，必須采用高精度的傳感器，而高精度傳感器的體積、質(zhì)量通常較大，使無人機(jī)難以承載。所以，研究人員應(yīng)當(dāng)注重傳感器的優(yōu)化與創(chuàng)新，研發(fā)體積較小、質(zhì)量較輕的傳感器，在滿足拍攝需求的同時(shí)不對(duì)無人機(jī)造成過大壓力。

（3）無人機(jī)遙感設(shè)備所拍攝的圖像往往存在著數(shù)據(jù)量巨大的特點(diǎn)，后期處理過程中需花費(fèi)較長的時(shí)間。因此，無人機(jī)研究人員應(yīng)當(dāng)注重遙感拍攝影像的后期處理軟件的研發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注軟件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，并能高效地完成高分辨率影像的拼接。

4 無人機(jī)在油氣長輸管道中的應(yīng)用發(fā)展方向

當(dāng)前的無人機(jī)遙感技術(shù)在不斷發(fā)展過程中實(shí)現(xiàn)了較大突破，無人機(jī)設(shè)備被廣泛地應(yīng)用于多個(gè)社會(huì)行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，參與氣象監(jiān)測、數(shù)據(jù)調(diào)查、緊急事件處理及電力巡線管理工作等多方面。而且無人機(jī)在油氣長輸管道管理工作中的應(yīng)用，國外已實(shí)現(xiàn)了較好的發(fā)展，技術(shù)應(yīng)用水平較高，已實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)設(shè)備在山區(qū)管道、近海管道等復(fù)雜地形的管道巡檢與監(jiān)測工作。同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的檢測數(shù)據(jù)分析，就長輸管道運(yùn)行過程中常見的漏油與盜油問題進(jìn)行定位。但是該技術(shù)在我國的長輸管道管理工作中的應(yīng)用依舊處于前期探索階段，仍存在較大的發(fā)展空間。

與普通的飛機(jī)比較而言，無人機(jī)設(shè)備體積與質(zhì)量較小，應(yīng)用成本投入較低，管理人員的后期維護(hù)與操作都更為簡單。而其在油氣長輸管道管理工作中的應(yīng)用不僅能實(shí)現(xiàn)效率的提升，而且能進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)的飛行任務(wù)，是當(dāng)前管道管理工作的重要手段。該設(shè)備所涉及的遙感技術(shù)主要服務(wù)于管道巡線工作，能就管道的復(fù)雜危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)收集，比傳統(tǒng)的人工巡線方式具有更高的全面性和精確性。在管道搶險(xiǎn)工作開展過程中，無人機(jī)設(shè)備可就搶修現(xiàn)場的實(shí)況進(jìn)行視頻與圖像的傳輸，方便管理人員根據(jù)事故現(xiàn)場的具體情況進(jìn)行辨識(shí)。同時(shí)還能展開定點(diǎn)跟蹤，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與控制管道管線中存在的危險(xiǎn)因素，為管理人員的險(xiǎn)情控制工作提供重要依據(jù)，盡可能地避免管道危險(xiǎn)事故的發(fā)生。在今后的發(fā)展過程中，無人機(jī)設(shè)備還能就存在的漏油與盜油位置進(jìn)行精確定位，并在日常工作中展開相應(yīng)的監(jiān)控，有力打擊當(dāng)前常見的盜油等違法行為。

總的來說，研究人員應(yīng)當(dāng)不斷就無人機(jī)在長輸管道管理工作中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，促進(jìn)數(shù)據(jù)采集的大數(shù)據(jù)發(fā)展。并且依靠大數(shù)據(jù)背景，積極建立數(shù)據(jù)融合應(yīng)用平臺(tái)，利用相關(guān)軟件展開快速的數(shù)據(jù)處理，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)深度的不斷挖掘，并以此作為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)長輸管道管理的綠色環(huán)保。

5 結(jié)語

油氣管道建設(shè)與管理對(duì)于保障油氣能源應(yīng)用，保證能源應(yīng)用安全有著重要意義。無人機(jī)在管道管理工作中的深入應(yīng)用為當(dāng)前的管道管理工作提出了新的技術(shù)發(fā)展方向，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了管理工作質(zhì)量與效益的提升。相關(guān)管理人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)用流程的了解，并將該技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際管理工作當(dāng)中。同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)明確我國當(dāng)前在無人機(jī)應(yīng)用中存在的主要問題，積極就無人機(jī)的發(fā)展前景進(jìn)行探究，推進(jìn)無人機(jī)技術(shù)在管理工作中的深入應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)長輸管道管理質(zhì)量的優(yōu)化。