郝創(chuàng)洲 姚飛

西安因諾航空科技有限公司

摘要：“無(wú)人化”運(yùn)營(yíng)是管道企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展、提高系統(tǒng)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本的關(guān)鍵支撐。無(wú)人值守機(jī)庫(kù)結(jié)合油氣管道巡檢系統(tǒng)，對(duì)無(wú)人機(jī)及其搭載設(shè)備采集的管道環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸，智能分析和異常告警，可實(shí)現(xiàn)全天候管道智能巡護(hù)，為管道安全保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：無(wú)人值守機(jī)庫(kù)；管道巡護(hù)；智能分析；巡檢系統(tǒng)

傳統(tǒng)的管道無(wú)人機(jī)巡檢，需要操作人員將無(wú)人機(jī)帶至現(xiàn)場(chǎng)遙控操作，不能實(shí)現(xiàn)全天候智能巡檢，存在巡護(hù)盲區(qū)。應(yīng)用無(wú)人值守機(jī)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)起降，自動(dòng)充電和更換電池，結(jié)合無(wú)人機(jī)庫(kù)油氣管道巡檢系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，無(wú)人值守，完成全天候常態(tài)化管道巡檢作業(yè)。一定程度上補(bǔ)充其他巡護(hù)設(shè)備的感知盲區(qū)，降低誤報(bào)率，提高管道巡護(hù)效率，降低巡護(hù)成本。

1  無(wú)人值守機(jī)庫(kù)簡(jiǎn)介

1.1  無(wú)人機(jī)庫(kù)組成和作用

無(wú)人值守機(jī)庫(kù)是一個(gè)無(wú)人機(jī)停放平臺(tái)（圖 1），由無(wú)人機(jī)、機(jī)庫(kù)外殼、升降平臺(tái)、電池系統(tǒng)、氣象站、空調(diào)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和管理系統(tǒng)等組成。

圖 1 無(wú)人值守機(jī)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)起飛示例

（1）無(wú)人機(jī)。是核心設(shè)備，日常停放在機(jī)庫(kù)中，可搭載不同設(shè)備用于數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程喊話和環(huán)境交互感知等管道巡護(hù)作業(yè)。

（2）機(jī)庫(kù)外殼。是機(jī)庫(kù)主體外形結(jié)構(gòu)，包括外側(cè)面和艙門(mén)，主要用來(lái)收納和保護(hù)無(wú)人機(jī)及其附屬設(shè)備，打開(kāi)艙門(mén)可放飛無(wú)人機(jī)。

（3）升降平臺(tái)。完成無(wú)人機(jī)起飛和降落。作業(yè)時(shí)，升降平臺(tái)升起，將無(wú)人機(jī)提升至艙門(mén)以上高度，通過(guò)遠(yuǎn)程任務(wù)規(guī)劃方式或遠(yuǎn)程操作方式，由巡檢系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)自主起飛實(shí)施作業(yè)。完成作業(yè)后，基于視角引導(dǎo)方式自主精準(zhǔn)將其降落至艙門(mén)以下收納入無(wú)人機(jī)庫(kù)。

（4）電池系統(tǒng)。包括電源管理板、充放電系統(tǒng)、電池更換系統(tǒng)，可根據(jù)需要自動(dòng)完成充電、放電。當(dāng)無(wú)人機(jī)電池電量不足時(shí)，系統(tǒng)自主取下電池放入充電箱充電，再將已充滿(mǎn)電的電池安裝在無(wú)人機(jī)上，智能完成電池更換。

（5）附屬設(shè)備。氣象站，主要設(shè)置風(fēng)速儀、雨量計(jì)等設(shè)備，實(shí)時(shí)感知和記錄氣象條件。空調(diào)系統(tǒng)，保持無(wú)人機(jī)庫(kù)環(huán)境溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，確保設(shè)備工作環(huán)境溫度始終處于正常狀態(tài)。通訊系統(tǒng)，負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)庫(kù)運(yùn)行數(shù)據(jù)和作業(yè)指令等正常通訊。

（6）管理系統(tǒng)。負(fù)責(zé)管理無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)庫(kù)設(shè)備，支持其通過(guò)巡檢系統(tǒng)完成遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控。

1.2  主要功能

（1）巡檢作業(yè)。機(jī)庫(kù)與巡檢系統(tǒng)對(duì)接，基于自動(dòng)航線和巡檢任務(wù)自主完成巡檢作業(yè)。巡檢作業(yè)支持計(jì)劃性任務(wù)和臨時(shí)任務(wù)。機(jī)庫(kù)中的無(wú)人機(jī)搭載高光譜相機(jī)、雙光載荷、激光雷達(dá)、氣體檢測(cè)設(shè)備、喊話器、拋投器、點(diǎn)火器等設(shè)施，對(duì)第三方施工、管道占?jí)�、管道裸露、打孔盜油、光纜損傷、環(huán)境污染等安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。部署了光纖振動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)、地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和智能攝像頭的“高后果、高風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)域，由于光纖預(yù)警和地災(zāi)監(jiān)測(cè)存在誤報(bào)率高、智能攝像頭存在監(jiān)控盲區(qū)等問(wèn)題，在預(yù)警系統(tǒng)報(bào)警后，其報(bào)警位置信息與無(wú)人值守機(jī)庫(kù)共享，快速啟動(dòng)無(wú)人機(jī)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和視頻拍攝并實(shí)時(shí)回傳巡檢系統(tǒng)，判斷管道周邊異常態(tài)勢(shì)。管理人員借助無(wú)人機(jī)巡檢情況，遠(yuǎn)程判斷管道風(fēng)險(xiǎn)并做出決策。

1.3  部署方式

無(wú)人值守機(jī)庫(kù)支持單一機(jī)庫(kù)獨(dú)立部署或多臺(tái)機(jī)庫(kù)聯(lián)動(dòng)蛙跳式部署方式（圖 2），可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)巡護(hù)航線自主飛行或特殊情況下無(wú)人機(jī)手動(dòng)飛行。

圖 2 無(wú)人值守機(jī)庫(kù)蛙跳式部署方式示意圖

2  巡檢系統(tǒng)

基于無(wú)人值守機(jī)庫(kù)的油氣管道巡檢系統(tǒng)，在智能感知層實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、全天候管道數(shù)據(jù)智能采集，同時(shí)結(jié)合其他監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可更加精準(zhǔn)的判斷管道異常和風(fēng)險(xiǎn)隱患。

2.1  系統(tǒng)架構(gòu)

如圖 3所示，巡檢系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)分析層、應(yīng)用系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成，可以遠(yuǎn)程管控機(jī)庫(kù)進(jìn)行常態(tài)化管道巡檢和應(yīng)急響應(yīng)等場(chǎng)景應(yīng)用。

圖 3 油氣管道巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集端�；�于無(wú)人值守機(jī)庫(kù)、無(wú)人機(jī)等感知設(shè)備對(duì)管道數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)“全”感知。

（2）數(shù)據(jù)分析層。賦予智能識(shí)別算法，巡檢路徑優(yōu)化算法等AI能力，對(duì)數(shù)據(jù)采集端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)。包括無(wú)人機(jī)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、地圖服務(wù)等基礎(chǔ)軟件等組件，完成巡檢系統(tǒng)通用基礎(chǔ)功能。

（4）業(yè)務(wù)系統(tǒng)。負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)巡檢視頻直播、智能告警，巡檢報(bào)告導(dǎo)出等。

2.2  主要功能

巡檢系統(tǒng)（圖 4）集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、作業(yè)人員、巡檢任務(wù)、異常告警、過(guò)程監(jiān)控、巡檢報(bào)告、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等管理于一體，主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

圖 4 巡檢系統(tǒng)界面

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控。巡檢系統(tǒng)支持無(wú)人機(jī)庫(kù)和第三方無(wú)人機(jī)接入，可實(shí)時(shí)傳輸巡檢視頻和數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人機(jī)巡檢實(shí)況。

（2）告警管理。針對(duì)大型機(jī)械、車(chē)輛、第三方施工等管道沿線異常情況實(shí)時(shí)智能識(shí)別，并將信息智能推送至公眾號(hào)、小程序、App等多終端告警，管理人員可第一時(shí)間了解管道沿線動(dòng)態(tài)。

（3）數(shù)據(jù)分析。基于大數(shù)據(jù)分析可以科學(xué)評(píng)估管道實(shí)際巡護(hù)成效，為優(yōu)化管道巡護(hù)策略提供數(shù)據(jù)支撐。

3  應(yīng)用案例

某北方地區(qū)50公里管道處于農(nóng)耕區(qū)，外部環(huán)境比較隱蔽，夜間常發(fā)生打孔盜油事件，人工巡護(hù)存在視角盲區(qū)和夜間巡護(hù)難題，為此引入無(wú)人值守機(jī)庫(kù)進(jìn)行夜間自主巡護(hù)。設(shè)備組成為無(wú)人值守機(jī)庫(kù)3臺(tái)，無(wú)人機(jī)1架，搭載紅外和可見(jiàn)光集成載荷一個(gè)，喊話喇叭一個(gè)，采用聯(lián)動(dòng)蛙跳式部署方式。

作業(yè)流程。巡檢系統(tǒng)發(fā)布指令操控?zé)o人機(jī)沿管道上方采集數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)視頻實(shí)時(shí)傳輸至巡檢系統(tǒng)展示，識(shí)別管道周邊人員和車(chē)輛等是否為異常情況。無(wú)人機(jī)發(fā)現(xiàn)異常目標(biāo)時(shí)可自動(dòng)降低飛行高度進(jìn)一步確認(rèn)異常信息，通過(guò)遠(yuǎn)程喊話發(fā)出告警，同時(shí)拍攝高清圖片留證。

應(yīng)用效果。通過(guò)提前規(guī)劃好機(jī)庫(kù)夜間巡護(hù)任務(wù)，無(wú)人機(jī)可自動(dòng)起飛作業(yè)，全程不需要人員到場(chǎng)，極大地降低了人巡和傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)巡護(hù)的勞動(dòng)強(qiáng)度。該管段實(shí)施無(wú)人機(jī)常態(tài)化夜間巡護(hù)后，再未發(fā)生打孔盜油事件。

4  總結(jié)

無(wú)人值守機(jī)庫(kù)為管道巡護(hù)提供了一種很好的輔助手段，不需要作業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)就可實(shí)現(xiàn)管道全天候巡護(hù)，可大大降低日常巡護(hù)費(fèi)用。該巡護(hù)模式具備一定的推廣意義，未來(lái)有良好的應(yīng)用前景。 

作者簡(jiǎn)介：郝創(chuàng)洲，1984年生，工程碩士，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，因諾科技能源事業(yè)部解決方案總監(jiān)，現(xiàn)主要從事管道巡護(hù)解決方案研發(fā)工作。聯(lián)系方式：18717377165， hczheu@163.com。