劉付剛 馬騁

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司

背景

長(zhǎng)慶油田有數(shù)十萬(wàn)公里油氣管道，遍及陜甘寧蒙4�。▍^(qū)）。管道所經(jīng)區(qū)域多為梁峁溝壑、雨水沖溝等山地黃土區(qū)。管道巡護(hù)以人工為主，巡檢效率低、風(fēng)險(xiǎn)高、智能化程度低。采用空中無(wú)人機(jī)巡護(hù)與地面人工巡護(hù)相結(jié)合，可以有效提升管道保護(hù)水平。選取全長(zhǎng)100 km的姬白管道為試點(diǎn)，該管道沿線無(wú)空域管控，地面風(fēng)電、溝壑縱橫，自然條件惡劣，便于從技術(shù)和管理角度探索無(wú)人機(jī)管道巡護(hù)的可行性。

做法

（1）搭建無(wú)人機(jī)巡檢控制平臺(tái)。主要用于監(jiān)控?zé)o人機(jī)的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)以及無(wú)人機(jī)上各傳感器的運(yùn)行情況，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行航線規(guī)劃及遠(yuǎn)程控制。軟件分為設(shè)備管理、任務(wù)管理、人員管理及數(shù)據(jù)管理四個(gè)模塊（圖 1）。

圖 1 無(wú)人機(jī)管道巡護(hù)技術(shù)架構(gòu)

設(shè)備管理：包括無(wú)人機(jī)、停機(jī)坪、管理主機(jī)等，在智能化平臺(tái)導(dǎo)入無(wú)人機(jī)設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間信號(hào)互通，遠(yuǎn)程控制。

任務(wù)管理：在客戶端發(fā)布巡線任務(wù)，無(wú)人機(jī)接收到4G信號(hào)指示后沿著設(shè)定的航線起飛、巡檢，到達(dá)50 km圖傳距離后進(jìn)入無(wú)人機(jī)停機(jī)坪充電，信號(hào)轉(zhuǎn)接。

人員管理：設(shè)置三級(jí)管理權(quán)限，技術(shù)人員、管理人員及主管領(lǐng)導(dǎo)，在不同的權(quán)限范圍內(nèi)開(kāi)展派單、檢查、監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理任務(wù)。

數(shù)據(jù)管理：無(wú)人機(jī)圖傳數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸并備份，可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)控、視頻回放、事件追溯等，采用16 T硬盤(pán)，可有效存儲(chǔ)1個(gè)月飛行數(shù)據(jù)。

（2）常態(tài)開(kāi)展無(wú)人機(jī)管道巡護(hù)作業(yè)。根據(jù)常規(guī)巡護(hù)特點(diǎn)，每日開(kāi)展3次全線巡檢作業(yè)，其中日間2次，夜間1次，單次巡檢時(shí)間2 h；在應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)段加大巡護(hù)頻次，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患；開(kāi)展地形地貌分析，每3個(gè)月組織一次正射圖拍攝，進(jìn)行圖像對(duì)比分析，監(jiān)測(cè)管道沿線是否存在滑坡、塌方趨勢(shì)。

（3）智能分析地面監(jiān)測(cè)信息。重點(diǎn)關(guān)注管道裸露、違法占?jí)汉褪┕�、農(nóng)耕、地表變化（塌方）、水毀、管線中心線兩側(cè)50 m內(nèi)人員、機(jī)械活動(dòng)等信息。每3個(gè)月拍攝一次正射圖，分析管線上方地帶是否因自然災(zāi)害而導(dǎo)致地形地貌發(fā)生改變，對(duì)管線造成影響或損壞。統(tǒng)計(jì)管線及伴行道路水毀、沙堵工作量，開(kāi)展汛期和緊急事故的應(yīng)急偵察，第一時(shí)間探查出受損管線地理位置、提供樁號(hào)和GPS坐標(biāo)，查看周邊區(qū)域內(nèi)人員數(shù)量、車輛數(shù)量、環(huán)境影響情況、地質(zhì)災(zāi)害狀況等，提供影像資料和數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

（4）無(wú)人機(jī)巡護(hù)技術(shù)方案。通過(guò)試點(diǎn)總結(jié)出無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)+機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)（LiDAR）是可行性方案。 前者利用數(shù)碼相機(jī)等攝像設(shè)備，從不同角度獲取三維物體圖像，將數(shù)字影像的平面坐標(biāo)在空間坐標(biāo)系中進(jìn)行透視變換，結(jié)合空三加密算法，算出目標(biāo)物體的三維點(diǎn)云坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步生成三維網(wǎng)格模型，可精確地觀察到滑坡表面紋理、裂縫的變化特征，在滑坡演化規(guī)律識(shí)別中優(yōu)勢(shì)明顯。后者是通過(guò)發(fā)射激光脈沖，獲取探測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)并處理得到地表目標(biāo)的空間信息，可以進(jìn)行植被穿透、紅外成像，有較好的識(shí)別能力。

啟示

無(wú)人機(jī)巡護(hù)在姬塬地區(qū)溝壑縱橫的地貌下，能便捷的開(kāi)展巡查和及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患。試點(diǎn)表明使用無(wú)人機(jī)開(kāi)展管道巡護(hù)的效率是人工巡護(hù)的4倍以上，資源利用可節(jié)約75%以上。

目前還存在一些需要解決的問(wèn)題：一是無(wú)人機(jī)飛行續(xù)航能力達(dá)不到預(yù)期時(shí)長(zhǎng)。二是飛行范圍受相關(guān)規(guī)定和環(huán)境影響較大，如航空管制區(qū)、大落差區(qū)以及風(fēng)電、電力通信鐵塔相關(guān)區(qū)域。三是管道拐點(diǎn)多，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行距離增大。四是圖傳技術(shù)限制，超過(guò)50 km后圖傳畫(huà)面存在延遲、卡頓等問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介：劉付剛，1986年生，本科，長(zhǎng)慶油田第二輸油處技術(shù)管理部工程師，主要從事科研、新技術(shù)推廣應(yīng)用等工作。聯(lián)系方式：18893888608，lfg1_cq@petrochina.com.cn。