鞏玉良 王慶 胡博

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道公司貴陽(yáng)輸油氣分公司

摘  要：在黔西南州晴隆縣境內(nèi)的中緬天然氣管道，選址搭建管道智能巡檢與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用無(wú)人機(jī)技術(shù)探索開(kāi)展協(xié)同管道遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)的管道智能巡檢工作，提升山區(qū)管道巡檢工作質(zhì)量和效率�？偨Y(jié)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后工作提供參考。

關(guān)鍵詞：黔西南；中緬管道；無(wú)人機(jī)；巡檢；飛行高度

山區(qū)管道因地形地貌、特殊地理環(huán)境及測(cè)控技術(shù)限制，通信技術(shù)適配不佳等原因，人工干預(yù)環(huán)節(jié)成本高，管道巡檢效率低，遇到突發(fā)緊急情況，傳統(tǒng)人工巡檢模式已不能適應(yīng)管道安全要求。結(jié)合黔西南州晴隆縣境內(nèi)約60公里長(zhǎng)中緬天然氣管道及周邊地區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)探索建立智能巡檢與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 智能巡檢與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)由兩部分組成（圖 1），分別為晴隆縣數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)和貴陽(yáng)市遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

1.1 數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)

數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)為設(shè)備提供了展開(kāi)撤收、臨時(shí)搭建和應(yīng)急運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施環(huán)境，同時(shí)滿足無(wú)人機(jī)維護(hù)及起飛等需求。在晴隆縣境內(nèi)中緬天然氣管道南北兩側(cè)，結(jié)合實(shí)際地形、海拔、通視條件等因素，每隔約12公里均勻散落分布五座信號(hào)中繼塔。中繼塔選擇就近地勢(shì)相對(duì)較高的鐵塔公司為電信運(yùn)營(yíng)商提供基站專用塔，并在頂端架設(shè)帶有全向天線的20公里軍品級(jí)數(shù)據(jù)鏈。中繼終端采用軍品級(jí)L波段鏈路與無(wú)人機(jī)無(wú)線通訊和中繼接力。從無(wú)人機(jī)上電自檢開(kāi)始，鏈路會(huì)自主選擇相對(duì)信號(hào)較強(qiáng)的中繼鏈路作為主要通信設(shè)備，同 時(shí)接收可以握手的其他鏈路設(shè)備，當(dāng)飛行距離較遠(yuǎn)，當(dāng)前通信用數(shù)據(jù)鏈信號(hào)質(zhì)量滑落時(shí)，自動(dòng)切換至下一個(gè)信號(hào)較強(qiáng)的數(shù)據(jù)鏈。在塔上搭載的五個(gè)數(shù)據(jù)鏈通過(guò)專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚至數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)，完成對(duì)無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程測(cè)控。

1.2 測(cè)控設(shè)備構(gòu)成

（1）無(wú)人機(jī)平臺(tái)。復(fù)合翼無(wú)人機(jī)同時(shí)具備固定翼無(wú)人機(jī)長(zhǎng)航時(shí)需求和多旋翼飛行器可垂直起降的優(yōu)點(diǎn)，在山麓起伏不定的地區(qū)僅需一小塊平整空地即可完成起飛任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)時(shí)搭載高清圖像云臺(tái)實(shí)時(shí)正射航線下方的管道環(huán)境。無(wú)人直升機(jī)可攜帶較大重量任務(wù)載荷，在驗(yàn)證某些實(shí)驗(yàn)環(huán)境時(shí)可以更加靈活的進(jìn)行任務(wù)載荷的測(cè)試。

（2）任務(wù)載荷。選取中國(guó)電子科技集團(tuán)公司生產(chǎn)的30倍可見(jiàn)光吊艙、紅外吊艙及大量程甲烷氣體濃度監(jiān)測(cè)載荷。其中30倍可見(jiàn)光吊艙適用于空氣質(zhì)量較好、能見(jiàn)度較高的正常環(huán)境，結(jié)合實(shí)時(shí)變倍，可為巡檢人員提供便捷清晰的圖像素材；紅外吊艙可為能見(jiàn)度較低的大霧天氣和夜間飛行等特殊要求提供服務(wù)，能滿足應(yīng)急狀態(tài)下的日常巡檢需求。

（3）地面控制站。采用中國(guó)電子科技集團(tuán)公司數(shù)據(jù)鏈路配套的地面雙屏本，該終端具有強(qiáng)大的三方特性，適應(yīng)多種極端惡劣環(huán)境，并提供強(qiáng)大的計(jì)算處理性能。地面控制站使用上下雙觸控屏設(shè)計(jì)，在滿足擴(kuò)展界面顯示信息的條件下盡可能的節(jié)約其他設(shè)備空間，顯著提高在特殊條件下應(yīng)急地面架設(shè)的機(jī)動(dòng)性。

1.3 遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)點(diǎn)

遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)點(diǎn)由一臺(tái)定制大型塔式工作站實(shí)現(xiàn)。工作站在運(yùn)行期間3×30×24小時(shí)不間斷工作，隨時(shí)記錄并轉(zhuǎn)發(fā)由數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)端展示平臺(tái)為兩面75英寸4K高清顯示屏，一面用來(lái)全屏實(shí)時(shí)展示遠(yuǎn)端無(wú)人機(jī)返回管道圖像信息，另一面實(shí)時(shí)展示不同節(jié)點(diǎn)鏈路狀態(tài)，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)算法應(yīng)用提供管道異常狀態(tài)實(shí)時(shí)比對(duì)，管理不同節(jié)點(diǎn)圖像歷史記錄，回放查看等。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 實(shí)地選址

晴隆縣地處貴州省西南部黔西南州的西北角，位于云貴高原中段，介于東經(jīng)105°01′～105°25′，北緯25°33′～26°11′之間。區(qū)域內(nèi)中緬天然氣管道所處外部環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，既有山地丘陵、梯田、牧場(chǎng)等農(nóng)業(yè)用地，又有人口密集聚居區(qū)的山村、縣城等。由于沒(méi)有成熟或公開(kāi)可行的方案和經(jīng)驗(yàn)作參考，在選取相對(duì)符合需求的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)時(shí)攀爬考察了管道附近每一個(gè)架設(shè)鐵塔的山頭，總結(jié)出如下選址要點(diǎn)。

（1）中繼塔選擇地勢(shì)較高的地區(qū)，與其他中繼塔形成事實(shí)上的通視。

（2）數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)交通便利，可驅(qū)車快速往返于駐地和數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)。

（3）數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)應(yīng)臨近鐵塔機(jī)房，最大限度避免線路傳輸損耗，便于進(jìn)入鐵塔下機(jī)房進(jìn)行調(diào)試。

（4）有充裕的臨時(shí)貯藏空間，避免多次往返搬運(yùn)帶來(lái)不必要的損耗。

管道走勢(shì)大致呈東西向排列，走勢(shì)高度起伏不定，最大高差在1500米左右（圖 2）。中繼塔選擇相對(duì)地勢(shì)較高的山頂（圖 3）。

通過(guò)飛行實(shí)踐和分析總結(jié)，表明當(dāng)航線飛行真高在1800米左右時(shí)，吊艙可以完美實(shí)現(xiàn)對(duì)航線下方管道的正射任務(wù)。 在飛行時(shí)根據(jù)下方地形的實(shí)際狀態(tài)，海拔高度，動(dòng)態(tài)調(diào)整飛行的航線真高來(lái)實(shí)現(xiàn)地形跟隨飛行，此時(shí)圖像吊艙可以獲取更佳的實(shí)時(shí)巡檢效果。

2.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）無(wú)人機(jī)在放飛后如同風(fēng)箏一般，通信鏈路就是保障系統(tǒng)全部設(shè)備安全工作的生命線，其質(zhì)量的可靠程度是重中之重，務(wù)必作為系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)第一要 素選型設(shè)計(jì)。如有效保證不間斷連續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)，在雨霧雷電等復(fù)雜環(huán)境下保證鏈路通訊質(zhì)量穩(wěn)定可靠等。

（2）晴隆縣與貴陽(yáng)市兩地相距200多公里，數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)與貴陽(yáng)市的遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊務(wù)必通過(guò)高可靠性的傳輸線路連接。

（3）復(fù)合翼無(wú)人機(jī)可以避免傳統(tǒng)固定翼飛行器起飛時(shí)需要滑跑助飛的過(guò)程。

（4）利用鐵塔公司現(xiàn)有基站塔可以有效節(jié)省中繼鏈路的架設(shè)成本。

（5）一個(gè)好的數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)可以使巡檢任務(wù)事半功倍，節(jié)約反復(fù)搭建成本，提升工作效率。

（6）務(wù)必選取可以在高原長(zhǎng)航時(shí)工作的無(wú)人機(jī)平臺(tái)。

（7）山區(qū)氣候復(fù)雜多變，濕氣較重，為避免出現(xiàn)安全隱患，應(yīng)盡量選取軍品級(jí)高可靠性航電設(shè)備。

作者簡(jiǎn)介：鞏玉良，1976年生，助理工程師，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），主要從事長(zhǎng)輸油氣管道保護(hù)及管理工作。聯(lián)系方式：16685001237， 2079885445@qq.com。