無人機在管道外部安全風險防控中的應用

馮偉

國家管網集團西氣東輸公司

 

摘要：管道巡檢是保障管道安全運營的重要手段。西氣東輸陸續(xù)在汛期、高后果區(qū)及部分管段采用無人機巡檢，以無人機為平臺，搭載視頻、影像等傳感器，周期性或指定時間段采集和分析數據，實現了對管道運營狀態(tài)的巡查和快速智能巡檢。從管道線路巡檢、風險點管理、高后果區(qū)識別與管理及應急搶險四個方面，逐一舉例介紹了無人機應用及其價值，介紹了無人機技術優(yōu)勢及目前技術的不足之處，指出了無人機在管道管理工作中的技術發(fā)展方向。

關鍵詞：油氣管道；無人機；巡檢；風險點；高后果區(qū)；應急搶險

 

西氣東輸管道途經山區(qū)、黃土塬和江南水網等，地質環(huán)境復雜，洪水、礦山采空區(qū)、山體滑坡等災害風險對管道安全運行構成較大威脅；中東部經濟發(fā)達地區(qū)管道保護與城鄉(xiāng)規(guī)劃建設矛盾突出，第三方機械施工數量以每年平均15%左右遞增；高后果區(qū)點位多、分布廣、體量大，2020年公司全線識別高后果區(qū)1583段，長約2870公里，占管道總里程的17.94%。近年來，西氣東輸陸續(xù)在汛期、高后果區(qū)及部分管段開展了無人機試驗及應用，取得了一些經驗，推動了管道行業(yè)技術防護的進一步發(fā)展。

1  管道線路巡檢應用

（1）合肥輸氣分公司空地一體巡護。以定遠站為基地，在西一線52公里、定合復線22公里合計74公里管道，開展5個高后果區(qū)測試區(qū)段空中巡檢（圖 1）。采用固定翼無人機為主、小型多旋翼無人機候補、多機靈活調配方式�？傆嬶w行1600余架次，空中巡護管道里程1萬多公里，采集影像資料9萬余幀，共發(fā)現風險隱患45處，各類風險全部得到及時有效現場處置。采用基于卷積神經網絡技術的風險目標影像智能識別系統，識別準確率達到94%以上。

（2）忠武線管道無人機巡線。 對忠縣順溪—石柱趕家橋段、黃水張家溝—利川魚龍段、恩施市羅針田—熊家?guī)r段合計70公里管道進行為期6個月的日常巡檢（圖 2）。總計飛行1336架次，完成250次巡檢，發(fā)現并核對違規(guī)焚燒、機械施工等疑似風險29次；完成管道基礎數據（正射影像圖、三維建模）采集和汛期數據更新；建立了無人機巡檢綜合管理平臺、管道GIS系統和地災智能識別評估系統。以無人機為“眼睛”，管道巡護人員不用到現場即可清晰地看到管道沿線情況，確保管道在特殊時期對環(huán)境、風險、隱患的識別率達到100％。利用無人機廣播語音開展管道保護宣傳，對違法違規(guī)行為起到震懾作用。

（3）深圳LNG外輸管道試點應用。深圳LNG合計64.2公里外輸管道開展為期一個多月的日常巡檢�？傆嬶w行952架次，完成56次巡檢，發(fā)現并核對違規(guī)焚燒、機械施工等疑似風險26次；完成管道全線正射影像圖、重點區(qū)域三維建模等基礎數據采集（圖 3）；建立了無人機巡檢綜合管理平臺、光纖預警聯動系統。

通過與人工巡檢比較，無人機巡檢比傳統巡檢方式更安全，巡檢效率更高，并降低了巡檢成本。單任務效率對比如表 1所示。

表 1 巡檢單任務效率比較

2  風險點管理應用

武漢輸氣分公司于2019年10月啟用無人機巡護管理平臺。平臺包括巡檢任務規(guī)劃、無人機管理、無人機影像資料管理、風險預警管理等模塊，可以實現無人機巡檢發(fā)現風險點，自動同步至云端進行預警復核；由系統自動下發(fā)風險復核通知給相關責任人復核確認風險點；對風險點進行歸檔、可視化管理等功能。對巡檢目標自動智能識別率達到90%以上，結合人工輔助介入，實現了100%覆蓋日常巡線業(yè)務的運行管理。

2019年7月，在開展忠武線重慶段管道無人機巡檢時，發(fā)現兩處疑似風險并第一時間向就近場站進行了匯報。通過現場確認，該疑似風險為焚燒雜物，管道管理人員及時制止了村民的危險行為。整個風險處置過程反應迅速，未對管道造成影響。

3  高后果區(qū)識別與管理應用

武漢輸氣分公司同期還啟用無人機巡護管理平臺管道GIS系統（圖 4）。系統針對廣域網用戶提供Web發(fā)布、數據質量檢查與備份、數據恢復等功能，主要用于高后果區(qū)輔助識別與復核、高后果區(qū)信息管理、高后果區(qū)可視化管理、不同時期的第三方施工變化和對比等。與以往高后果區(qū)識別相比，無人機能更快辨識管道周邊的環(huán)境變化，有利于及時開展高后果區(qū)再識別工作，快速啟動相應的高后果區(qū)管理工作。

圖 4 無人機巡護管理平臺管道GIS系統實時畫面

4  應急搶險演練應用

2019年7月，西氣東輸公司開展湖北宜昌高后果區(qū)管道突發(fā)事件應急演練，使用無人機拍攝現場影像并實時傳回至應急搶險指揮中心，便于應急搶險人員及時掌握現場情況，妥善研判應急搶險工作形勢，更好地指導搶險工作。同時，無人機搭載高音喇叭，進行喊話、高空預警等信息傳輸和預警工作，大大提高了無人機在應急搶險中的價值。

5  無人機技術特點

（1）靈活性強效率高。特別是在山區(qū)、人員密集城市等受地理環(huán)境、天氣狀況因素影響較大的地區(qū)，充分發(fā)揮其靈活快捷、工作效率高的特點，快速獲取清晰影像資料并完成分析與處理。持續(xù)檢測能力強，有效降低勞動強度，提高運維效率，控制人員傷亡風險。

（2）遠距離獲取信息。裝配有高清數碼攝像機和照相機，可在高空拍攝清晰影像，實時遠距離傳送，監(jiān)控人員在遠端同步收看與操控。高分辨率影像采集彌補衛(wèi)星遙感經常因云層遮擋獲取不到影像的缺點，解決傳統衛(wèi)星遙感重訪周期過長、應急不及時等問題。

（3）自行作業(yè)和定位。在大型沖溝、沙漠、沼澤地段，地質災害頻發(fā)、高后果區(qū)或車輛人員到達困難的特殊地段，重大疫情、會議、賽事、森林防火等特殊時期，管道突發(fā)事件應急搶險等，利用裝配GPS定位系統進行自主巡航，及時發(fā)現影響管道外部安全的問題。通過掛載激光甲烷遙測儀對甲烷氣體濃度進行實時檢測計算，發(fā)現管道泄漏時自動懸停，數據回傳無人機管理平臺預警。

（4）輔助災害監(jiān)測。在遭遇洪水、泥石流、地震、山體滑坡等突發(fā)自然災害時，及時進入災害現場勘查。通過遙感拍攝遠程影像，了解管道受損位置和受損情況及周邊次生災害情況。掛載相應設備進行掃描測繪，生成災害現場三維圖像，利用數據鏈將信息傳回指揮中心，為搶險方案提供信息支撐。

（5）需要改進提升的方面�？s短巡檢結果反饋時間；減少風險識別誤判情況；城市區(qū)域的安全性能指標需進一步提升；減小搭載甲烷氣體激光探測器體積重量；提高技術集成性及智能化程度；簡化無人機合規(guī)飛行審批程序。

6  探索與展望

鑒于無人機在管道巡線、地質災害預警、泄漏檢測等方面的優(yōu)勢，西氣東輸將繼續(xù)對無人機進行以下探索應用，以增加科技含量，提高生產效率。

（1）基于遙感、物聯網與GIS技術的區(qū)域性地質災害預警預報�；�于無人機航拍對管道地質災害頻發(fā)區(qū)域建立正射影像圖和三維模型，建立電子檔案，對比不同時期的資料，識別管道周邊的具體變化。

（2）管道泄漏監(jiān)測。突發(fā)天然氣管道泄漏事故，尤其是夜間發(fā)生事故時，泄漏天然氣有可能發(fā)生爆燃，搶修人員及裝備不能貿然進入現場。利用無人機搭載夜視紅外相機，在事故現場外人工操縱無人機飛進現場上空，探測甲烷濃度，確定天然氣擴散所影響的區(qū)域。同時利用傳回的夜視圖像觀察現場情況，輔助指揮人員決策啟動響應等級，對危情進行臨機處置，避免事態(tài)擴大及次生災害的發(fā)生。

（3）無人機技術展望。繼續(xù)完善光纖預警與無人機聯動，提高無人機自動起降機艙安全性與智能識別率，實現快速識別預警目標類型，實時回傳到指揮中心；除山區(qū)繼續(xù)應用多旋翼無人機外，在平原地區(qū)、海底管道區(qū)域結合人工智能識別技術，試點應用固定翼無人機；完善無人機巡護管理平臺，優(yōu)化無人機輪換、管理、保養(yǎng)流程，以及無人機影像資料管理、風險預警等功能。

作者簡介：馮偉，國家管網集團西氣東輸分公司管道部副經理，高級工程師。從事長輸油氣管道管理工作逾20年，擅長管道完整性管理、腐蝕控制管理、第三方施工管控、油氣管道地質災害管理等專業(yè)領域，參與起草了《油氣管道地質災害風險管理技術規(guī)范》《油氣管道地面標識設置規(guī)范》等標準，連續(xù)3次榮獲中石油集團公司科技進步獎，在《天然氣工業(yè)》等核心期刊發(fā)表多篇論文，現任國家管網集團專業(yè)標準委員會副秘書長。聯系方式：021-50958053，fengwei@pipeline.com。