DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2018.08.146
浅析无人机技术在油气管道巡检中的应用
刘雪光
(西南油气田公司输气管理处合江输气作业区 四川成都 610213)
摘 要:长输油气管道具有距离长、范围广等特点,同时沿线地形条件复杂使得管道安全的保障问题一直困扰着管道管理人员。随着油气管道的不断建设,若能将无人机广泛应用于油气管道的巡检中,则能有效的分担管道管理人员的工作量,提升工作效率。本文介绍了无人机系统的组成、应用范围,以及无人机在管道巡检中的应用,提出了无人机应用存在的问题,展望了无人机的发展前景。关键词:无人机 油气管道 巡检中图分类号:TE97 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2018)03(b)-0146-02
当今长输油气管道已成为油气资源输送的主要方式[1],而管道的安全影响着能源供应的可靠性,因此管道的安全性尤为重要。而长输油气管道具有敷设距离长、辐射面广,但宽度窄等特点,管道敷设区域通常是是森林、山区等地形地貌复杂的地域,大部分区域的通讯和交通条件都相对落后,同时管廊带沿线还时有地质灾害的情况发生[2]。油气管道存在严重安全隐患,面临严重安全威胁。但管道整体非常巨大,传统的管道巡检方式通常采用人工巡检为主要手段,为了弥补人工巡检的不足,提升巡检效率,迫切需要引入新技术手段来加强管道巡检。根据管道线性分布强的特点,无人机技术应用于油气管道的巡检工作将在一定程度上提供工作效率,实现对油气管道的快速观测和巡检,获取管道周边的动态信息[3]。
近十年,我国无人机技术实现突破,我国已逐步探索,实现无人机在油气管道领域的运用,例如长宁页岩气集输管道工程建设中,无人机在最佳路线走向,灾害预警发面发挥重要作用;在西气东输管道地质灾害调查中,滑坡、崩塌等地质灾害发生的位置、类型和规模等数据均可通过无人机进行采集;而无人机在管道巡检方面的运用,已在中石油新疆果子沟地段管道和黑龙江加格达奇管道得以实现。2.2 无人机在管道巡检中的应用
根据作业频率和监测内容不同,无人机管道巡检内容可以分为常规巡检和特殊巡检两种。其中,常规巡检包括管道周边环境监测和管道线路巡检,特殊巡检则为应急监测。
2.2.1常规巡检
2.2.1.1管道周边环境监测
管道周边环境监测是对长输管道沿线情况进行航拍测绘。管道通道环境监测作业根据管道走向自行设定巡航路线,实现自动巡航拍摄。通过相关技术对数据进行整理生成巡检区域管廊带全拼图,清晰度可达分米级。同时在全域图数据下,还能根据需求进行详细分析生成专题图:
(1)测算管道实际长度,普查管道与道路、河流交越关系。
(2)根据相关法律法规要求,提取管道沿线安全区域内的违章构建筑物、第三方施工和地质地貌变化等。
(3)将定期的全域图进行对比,分析管道沿线新增违章构建筑物、第三方施工以及地质地貌的变化情况和发展趋势。
2.2.1.2管道线路巡检
管道线路巡检是对管道尤其是森林或山区等巡护人员难以进入区域内的管道进行巡检,飞行作业时,沿管道走向精确规划飞行航线,沿航线自动飞行并拍摄巡线视频,主要拍摄内容为管道沿线标志转、测试桩、里程桩及警示牌有无缺损,护堤、护坡以及堡坎有无垮塌,穿跨越等地上管道是否有锈蚀、地下管道是否存在裸露等。通过数据链将视频实时回传到地面站,使其工作人员能够实时观看巡线视频并检测线路的安全情况。地面站通过视频拼接软件实时生成管
1 无人机系统概述
1.1 无人机的分类及适用范围
目前市面中常见的无人机主要有三类,分别是固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机,实物见图1,三类无人机的结构原理、优缺点及适用场合如表1所示
[4,5][2]
,管道巡检
单位可根据具体需求选择合适的无人机类型。
2 无人机在油气管道领域的应用
2.1 无人机在国内外管道领域的应用实例
在国外,无人机已广泛应用于油气管道行业。在美国和加拿大等无人机技术领先的国家,已将无人机用于管道日常巡检、管道第三方施工破坏巡查以及管道泄漏检测等;美国已成功将无人机技术与正射影像处理和分析技术
在国外,无人机已广泛应用于油气管道行业。在美国等无人机技术领先的国家,无人机替代人工巡护已成为常态。美国和加拿大对于无人机的运用,在防止第三方破坏、观测管道沿线地面情况和油气泄露检测等有突出贡献。同时,美国已将无人机运用于自然灾害中,利用正射影像处理和分析准确评估受灾地域的损失,为灾后治理提供及时准确的数据。
①作者简介:刘雪光(1990,6—),男,汉族,四川自贡人,获工学硕士学位,助理工程师,研究方向:金属的腐蚀与防护。146
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
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2018 NO.08Science and Technology Innovation Herald科技创新导报A固定翼无人机B无人直升机图1 无人机类型
C多旋翼无人机
表1 各种类型无人机的优缺点及适用场合
项目结构原理优点
固定翼
直升机
多旋翼
升力由4个或多个旋翼提供能悬停、价格较低、经济性较好
机翼形状固定,升力由流经机翼的主旋翼旋转带动气流形成压
气流形成的压差提供差提供升力飞行系统稳定,速度快,能实现自由转向,飞行距离远,时间长
姿态灵活能自由调整,悬停自
由,不受地形限制实现自由起降
缺点
无悬停功能、价格高,起降需要至对于操纵者要求高,其遥控稳定性差、操控难度大、抗外部
少长距离跑道电子系统抗干扰性弱,价格较高恶劣环境能力差,巡航半径较短长输管道全线检查及应急救援时现场情况勘察
适用于外部环境复杂和恶劣适用于局部重点检查,可替代人天气下的飞行任务工进行日常巡检
应用场合
道局部拼接图,并在图中标注出管道位置和安全区域,以辅助工作人员的监视工作。
2.2.2特殊巡检
应急监测要求无人机能够低俗飞行,无人机再起飞以及回收方式等方面有明显优势,具有空中悬停、全向飞行、低速机动等功能,因此将在紧急情况出现时,人员无法靠近现场,无人机能用最短的时间,最大限度接近现场,通过数据链将监测视频实时传输到后方现场,提供最直接、最真实额度第一手数据。
2.3 无人机巡线的优势
(1)无人机的运用,实现了管道安全防护集中管控,从一定程度上降低了对现场巡护人员和配套资源需求,通过采集图像和地理坐标数据,再对其进行数据处理实现管道安全管理工作的数字化、可视化和智能化;
(2)无人机续航飞行能力问题已经解决,能实现在管道上方长时间、大面积区域进行持续监测、采集数据;
(3)无人机技术已日趋成熟,安全性能较好,能替代人工,对山区、森林等巡护难度大的区域开展巡护工作,不受温度、地形等限制,可飞越高山进行巡护工作;
(4)运行费用低,除首次购买成本以外,无任何附加费用,重复使用性强。
的传感器。
(2)加快遥感影像数据处理软件的开发。目前,由于遥感图像的数据量大,使得图像后期处理所用时间长。因此,应加大力度研发用于大数据量、高分辨率影像快速拼接的专业软件。
4 发展和前景
无人机技术的应用研究和运用在近几年获得了不错的收效,但相比其他行业,无人机技术在长输管道建设方面的运用还处于起步阶段,该项技术对于长输管道建设是一项持久而意义重大的创新,也将是数字化、智能化时代的发展趋势。无人机技术的成功运用将实现对管道全天候、全覆盖监控,能够弥补由于人工无法巡线带来的真空地带,而造成的数据缺失,也将在管道维护管理过程中起到了不可替代的作用。
参考文献
[1]武海彬.无人机系统在油气管道巡检中的应用研究[J].中
国石油和化工标准与质量,2014,34(9):105-106.[2]康煜姝,武斌.无人机在油气长输管道中的应用[J].当代化
工,2015,44(8):2045-2047.
[3]李器宇,张拯宁.无人机遥感在油气管道巡检中的应用[J].
红外,2014,35(3):37-42.
[4]竹林村,胡开全.几种低空遥感系统对比分析[J].城市勘
测,2009(3):65-67.
[5]张侃.多旋翼无人机在输电线路巡检中的运用及发展[J].
现代工业经济和信息化,2013(16):72-73.
3 现阶段的问题
现阶段无人机遥感技术和无人机市场逐渐成熟,作为航空遥感平台,无人机遥感在未来将应用更加广泛,但要使无人机成为理想的遥感平台,还有多个关键技术需要解决:
(1)为保证航拍影像的质量需要使用高精度的传感器,而高精度传感器往往体积和重量大,无人机无法承受这么大的载荷,因此需要开发适合无人机搭载的小、轻型且精度高
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