淺談無人機技術在石油天然氣管道工程中的應用

摘 要：本文介紹了無人機航拍在石油天然氣管道工程中運用背景，以及無人機技術運用的運用優勢，可在管道周邊環境調查、管道應急搶險支持和管道日常巡檢中發揮重大作用。

關鍵詞：無人機；技術；管道工程；應用

一、引言

隨著國民經濟的快速發展，對能源的需求越來越大，石油、天然氣長輸管道也逐漸增多。

石油天然氣管道形成了多橫多縱的局面，形成了國家的能源大動脈，油氣管道的安全關乎國家和人民生命財產的安全。無人機作為一項新技術，項融合多個專業領域的內容，具有體積小、機動靈活、低成本、維護簡單等特點，可快速獲取地貌的空間遙感信息，可以應用于地貌勘察、優化選線、管道巡檢、管道泄漏點定位、災害監測等方面，為油氣管道的安全保駕護航。

石油天然氣管道位于山區地段時，地形高差起伏大，地形破碎，沖溝、陡崖、陡坎和高陡邊坡發育，水土流失較重。洪水的沖刷、侵蝕與岸坡坍塌、滑坡、崩塌、危石、陡崖和高陡邊坡等不良地質災害威脅管道安全。

目前采用人工巡檢，巡檢時間長、巡檢難度較大，巡線距離長、工作量大、步行巡線效率非常緩慢，人工成本高，長年山區巡檢風險高。

二、無人機技術簡介

無人機低空拍攝技術具有續航時間相對長、影像實時存儲傳輸、低成本、高分辨率、機動靈活等優點，特別適合應急偵查與高危地區勘測，是載人無人航空攝影測量與衛星遙感有力的補充，在國內外已得到廣泛的應用。

近幾年來，隨著我國信息化建設和科學進步的不斷提升， 無人機航測研究得到了快進和發展，生產制造和實際應用能力有了長足的進步，現階段國家測繪地理信息局、各省測繪地理信息局、其他有實力測繪單位基本上裝備了無人航檢設備，使得無人機低空航測在國家地理信息、基礎測繪、城市規劃、應急搶險、重點工程項目等方面發揮越來越大的作用。

三、無人機技術應用范圍

無人機航空攝影是一種高機動、低成本、小型化、專用化的航測方式。非常適用于中短程管道測量、中小型油氣田開發項目，非常適合應急處理與管道巡查。

同時，隨著無人機應用技術的不斷進步，在施工階段中應用無人機獲取成果并無縫結合數字化管理系統，可以大大的提高巡檢管理效率和提升巡檢管理效果，并且可以大大的降低巡檢成本，使傳統的巡檢管理方式數字化、科技化。也可以結合GIS巡檢管理平臺，在后臺管理系統平臺中的巡檢成果、記錄等信息，完成巡檢數據的存儲、查詢、分析、處理及統計，使巡檢管理工作一目了然，大大增強管線線路巡檢效率和巡檢效果，實現管道巡檢電子化、信息化、標準化；為油氣管線線路維護工作提供一種先進的、有實用價值的低成本技術手段。

四、無人機航測原理

無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是利用無線電遙控設備和自備的過程控制裝置操縱的不載人飛機。無人機航檢遙感系統是高分辨率及高精度遙感影像獲取和處理的嶄新技術。他以無人駕駛飛行器為飛行平臺，負載數碼相機、數碼攝錄機等數字遙感設備進行拍攝和記錄，通過遙感數據處理技術進行影像的同步傳輸，以實現對地理信息的實時調查與監測。無人機遙感系統以獲取高分辨率遙感數據為應用目標，通過3S技術在系統中的集成應用，達到實時對地觀測能力和遙感數據快速處理能力。要使其成為理想的遙感平臺，選用的遙感傳感器應具備數字化、體積小、質量輕、精度高、存儲量大和性能優異等特點。遙感傳感器的控制系統要能夠根據預先設定的航攝點、攝影比例尺、重疊度等參數以及飛行控制系統實時提供的飛行高度、飛行速度等數據自動計算并自動控制遙感傳感器的工作，使獲取的遙感數據在精度、比例尺、重疊度等方面滿足遙感的技術要求。對于抗風能力弱、飛行穩定性差的無人機，應給遙感設備加裝三軸穩定平臺，以保證獲取穩定的、清晰的高質量影像，遙感傳感器的位置數據和姿態數據最好能夠實時記錄并存儲，以便用于遙感數據的處理，提高工作效率。

無人機低空攝影航檢系統所采用的無人機是按照國際上通用標準設計，并且其研制的目的主要是作為遙感平臺。在進行航空立體成像時，飛機攜帶的相機沿飛行線獲取垂直航空像片。然后通過內業的數字圖像軟件可以制作高精度的各種數據。

五、無人機技術優勢

（一）不受地形環境限制，效率高

傳統的人工巡線方式，受到環境地形限制，效率低下。通常無人機巡線一個航次15分鐘就能完成人工2小時的任務量，特別是在地勢陡峭的地方，無人機的優勢更加明顯。

（二）保障人員安全，環境依賴性小

傳統人工巡線通常都要面臨被野生動物與昆蟲襲擊的危險，而在山洪暴發、地震災害等緊急情況下，甚至危及生命安全。無人機受自然氣候、地形條件限制小，保證了使用的可能性。可對線路的潛在危險，諸如管線裸露，違章建筑等問題進行勘測與緊急排查，絲毫不受路面狀況影響。

（三）成本低、精度高

無人機技術低空拍攝取數，可完成數據的預處理，費用較低。無人機除了成本及人員的優勢，并且可攜帶可見光、紅外熱成像和紫外線成像等設備對線路進行全方位觀測。無人機還能進行定點懸停，對線路進行更詳細的檢測。內置GPS定位導航系統的無人機也可免去失蹤的風險，將風險降到最低。

（四）無人機機身輕巧

無人機機身輕巧，并裝載有先進的航測系統。一般只需兩名工作人員即可完成任務，可以遙控拍攝對滑坡、垮塌、露管、違章建筑、管道周邊工程施工等情況進行監測，全方位獲管道附近的圖像資料，代替山區人工攀爬巡檢。這些優越的性能使無人飛機成為管道巡線更為有效的工具。

六、無人機技術在管道巡檢中的應用

基于上述文檔所述管道巡護需求以及管道保護過程中基礎數據收集的需求，結合近年來無人機巡線工作實踐，在無人機巡檢方面，總結了三類無人機巡護需求，一是管道周邊環境調查；二是管道應急搶險支持；三是管道日常巡線。

（一）管道周邊環境調查

管道周邊環境調查是指利用無人機搭載高清攝像機拍攝管道左右一定范圍內的地形地貌、社會環境情況高清正射影像圖，形成影像資料，影像資料中標注出管道位置，幫助管道運行部門了解管道周邊環境變化情況。建立影像資料查閱索引。

（二）管道應急搶險支持

管道應急搶險支持是指當管道出現自然地質災害以及其他事故，人員無法及時趕赴現場時，利用無人機抵達現場，傳回現場畫面，掌握現場情況，必要時可搭載高音喇叭，進行高空預警，為應急搶險提供支持。

（三）管道日常巡線

管道日常巡線是指利用無人機在管道上方巡邏，識別管道自身情況（是否有管線裸露）以及管道周邊機械損傷（違章建筑等情況）和自然與地質災害（滑坡、山體垮塌等）風險，及時制止威脅管道安全的施工行為，及時發現地形地貌變化，以便能夠采取措施防止管道損壞。日常巡護所需識別的兩種風險，存在本質區別。第三方施工具有臨時性、偶發性，且許多施工周期短。而大多數自然與地質災害的形成，往往經歷災害應變產生、應變能累積、應變能釋放到災害平復的過程，歷時時間相對較長。因此，還可將識別管道周邊機械損傷和自然與地質災害風險的任務進行分解執行。

參考文獻：

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[2]彭向陽.劉正軍.麥曉陽.羅智斌等.無人機電力線路安全巡檢系統及管件技術[J].遙感信息，2015（2）：51-56.

作者簡介：

殷武松（1982-），男，湖北恩施人，工程師，從事油氣田地面建設工程設計.