運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行管線巡檢探討

劉輝 王川洪 廖敬 劉萍 甘德順（西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶401147）

1 無人機(jī)管線巡檢概況

在石油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，巡檢是一項(xiàng)重要的工作，目前巡檢工作的重點(diǎn)在管線查和生產(chǎn)井站巡檢飛行速度，管線巡查采取的方式是步行的方式，沿管線路徑巡查，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的巡檢主要是車載人員到生產(chǎn)站場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，這兩種方式在巡檢效率都能滿足生產(chǎn)的需要，但遇到特殊情況，則表現(xiàn)出巡檢效率比較低，不能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的突發(fā)事件的應(yīng)急反應(yīng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)資料圖像的及時(shí)錄取。

1.1 目前作業(yè)區(qū)管線巡查現(xiàn)狀調(diào)查

目前，作業(yè)區(qū)天然氣管線100 余km,氣田水管線70 余km。作業(yè)區(qū)管道保護(hù)工14人，分為兩輪班，按照每條管線每周巡檢一次的頻率，平均每人每天至少徒步巡檢6km，且作業(yè)區(qū)管線地處山區(qū)，管線翻山越嶺，僅靠管道保護(hù)工徒步巡檢難度大，特別是汛期需對(duì)管線進(jìn)行全面檢查，巡檢難度和風(fēng)險(xiǎn)都比較大。

1.2 巡管面臨困難

（1）以人工巡檢的方式，效率較低，對(duì)異常情況的反映時(shí)間明顯滯后

當(dāng)發(fā)現(xiàn)管線異常后，由巡檢人員拍攝圖像資料。異常情況的反饋需要將資料傳輸至作業(yè)區(qū)主管人員后，才能進(jìn)行問題的處理。這種方式在信息的反饋上，周期較長(zhǎng)，當(dāng)遇到特殊情況，則表現(xiàn)出巡檢效率比較低，不能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的突發(fā)事件的應(yīng)急反應(yīng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)資料圖像的及時(shí)錄取。

（2）環(huán)境因素影響巡管的工作有序開展

由于川渝地區(qū)地形屬于丘陵地貌，地形高低起伏，給管線巡查帶來不便，氣候方面，在夏季多雨，冬季多霧，造成路面濕滑，給巡檢帶來不便，同時(shí)，多雨氣候也會(huì)造成滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，

（3）生產(chǎn)井站點(diǎn)多面廣，增加的巡檢難度

作業(yè)區(qū)管線地處山區(qū)，管線翻山越嶺，光靠管道保護(hù)工徒步巡檢難度大，特別是汛期需對(duì)管線進(jìn)行全面檢查，巡檢風(fēng)險(xiǎn)大。

（4）人員素質(zhì)參差不齊，異常事件發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，造成處置滯后

由于人員素質(zhì)參差不齊，巡檢制度實(shí)際執(zhí)行效果還不能達(dá)到工作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，工作巡檢中不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，故障處置效率低。

2 無人機(jī)用于管線巡檢的實(shí)踐

2.1 無人機(jī)用于管線巡查的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)無人機(jī)的特點(diǎn)，無人機(jī)運(yùn)用于生產(chǎn)的主要有以下兩方面優(yōu)勢(shì)：一是通過空中優(yōu)勢(shì)可以直線運(yùn)動(dòng)的到巡查點(diǎn)，克服車輛派送人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)，需要組織人員的特點(diǎn)，節(jié)約時(shí)間和人工成本。二是利用無人機(jī)上加載的視頻傳輸功能，將現(xiàn)場(chǎng)的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)目刂浦行模瑸樯a(chǎn)的決策提供依據(jù)。根據(jù)無人機(jī)的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，對(duì)無人機(jī)的功能優(yōu)化組合后，無人機(jī)在生產(chǎn)中，無人機(jī)可以完成以下工作：①井站周邊環(huán)境的調(diào)查；②無人值守井站的巡檢；③管道巡檢；④地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查；⑤重點(diǎn)敏感區(qū)域的調(diào)查；⑥高壓線的巡檢；⑦參與搶險(xiǎn)和應(yīng)急預(yù)案的而演練。

2.2 無人機(jī)的組成

（1）無人機(jī)的配件及組裝

旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)的組成、以四軸無人機(jī)為例，無人機(jī)要達(dá)到基本的飛行條件，必需具備的硬件為：飛控，機(jī)架、無刷電機(jī)及電調(diào)、編碼器。為了完成我們所需要的實(shí)施圖像傳輸功能，無人機(jī)還要配置：運(yùn)動(dòng)相機(jī)、云臺(tái)，數(shù)傳設(shè)備、圖傳設(shè)備等。

（2）軟件應(yīng)用

目前無人機(jī)采用最流行的控制軟件方是mission planner 地面站，安裝時(shí)一定要注意版本的區(qū)別，我們裝配的無人機(jī)的主要目的是現(xiàn)成使用，性能穩(wěn)定是最重要的，因此不建議安裝最新的飛控控制軟件，避免飛控軟件的漏洞或不完善，造成飛行的不穩(wěn)定。

（3）飛機(jī)調(diào)試

采用USB接口將飛機(jī)與計(jì)算機(jī)連接后，在沒有連接軟件的情況下，

第一步是固件下載。

第二步是將飛機(jī)與地面站用適合端口與飛機(jī)連接。

第三步：依次調(diào)校方向和水平、遙控器校準(zhǔn)，GPS校準(zhǔn)。

在以上各項(xiàng)校準(zhǔn)后，就可以才是飛機(jī)的飛行。

（4）無人機(jī)的圖傳系統(tǒng)調(diào)試

圖傳采用5.8G600MW圖傳芯片，基本能夠滿足圖像傳輸?shù)男枰Ｍㄟ^OSD 接線，可以實(shí)現(xiàn)飛行參數(shù)在顯示器上的疊加，在飛行過程中，便于掌握飛行參數(shù)，了解飛行狀態(tài)。

3 無人機(jī)結(jié)合運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 無人機(jī)用于管線巡檢

2016年9月開始用于生產(chǎn)服務(wù)，在開縣作業(yè)區(qū)對(duì)井站及周邊環(huán)境調(diào)查工作中，先后完成了19個(gè)井站的周邊地形地貌的攝像和拍照工作。

3.2 無人機(jī)用于管線巡檢的效果

通過無人機(jī)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)飛行，無人機(jī)與人工相比有明顯優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：

（1）在井站及周邊環(huán)境調(diào)查工作中，無人機(jī)能夠快速在5min之內(nèi)完成3個(gè)人2h內(nèi)所要收集的資料，效率明顯。

（2）無人機(jī)在管道巡檢方面，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的問題查找和影響資料的錄取，與人工巡檢相比，效率明顯提高。

在管線巡檢過程中，無人機(jī)能以80km/h 速度進(jìn)行飛行，巡檢影像可以通過圖傳系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳到監(jiān)視器上，在目距之外也能觀察管線周邊情況，利用無人機(jī)的懸停功能可以對(duì)重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)觀察，經(jīng)過多條管線的實(shí)踐，無人機(jī)已經(jīng)滿足巡檢要求，其中在DD63 井至2 號(hào)閥井氣田水管線發(fā)生泄漏之后，采用人機(jī)結(jié)合的方法，快速鎖定氣田水管線泄漏點(diǎn)及泄漏點(diǎn)周邊情況并整改，及時(shí)防止了環(huán)境事件的發(fā)生。

4 結(jié)語

對(duì)無人機(jī)的研究還要進(jìn)一步深入，對(duì)無人機(jī)各項(xiàng)功能的發(fā)揮，還要進(jìn)一步深入挖掘，在試飛過程中，加強(qiáng)對(duì)無人機(jī)在各種條件下飛行，已驗(yàn)證無人機(jī)的各項(xiàng)功能。對(duì)飛機(jī)的的穩(wěn)定性進(jìn)一步檢驗(yàn)。無人機(jī)要切實(shí)為生產(chǎn)服務(wù)，需要建立一整套制度來保證無人機(jī)穩(wěn)定連續(xù)的為生產(chǎn)服務(wù)。

（1）編制無人機(jī)維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)，保證無人機(jī)處理良好的工作狀態(tài)

所有的電器設(shè)備都有壽命，特別是無人機(jī)的電機(jī)和電池，在使用一段時(shí)間后，電機(jī)的間隙將增大，飛行的穩(wěn)定將變差，鋰電池在多次重放電后，使用充電容量也將降低，炭纖維的機(jī)架、漿葉硬度高，在多次飛行和運(yùn)輸途中也會(huì)出現(xiàn)磨損和破裂，這些都需要和維護(hù)，飛控在飛行后，由于震動(dòng)，GPS和羅盤都需要重行校準(zhǔn)。目前，作業(yè)區(qū)通過制定《無人機(jī)維護(hù)保養(yǎng)制度》，規(guī)范無人機(jī)的飛行時(shí)間和配件維護(hù)保養(yǎng)周期，保證飛機(jī)的質(zhì)量和飛行的安全。

（2）借助北斗定位系統(tǒng)，采用GPS加北斗二合一定位模塊，提高飛機(jī)的反映速度

目前無人機(jī)使用的外置GPS，與飛控內(nèi)自帶的GPS組成雙GPS,以保證飛機(jī)飛行時(shí)的定位準(zhǔn)確。但GPS 在使用中出現(xiàn)搜星緩慢，衛(wèi)星數(shù)量不穩(wěn)定的情況。采用GPS加北斗二合一定位模塊，提高搜星的速度，廣度和安全性。

（3）借助飛行數(shù)據(jù)，建立巡檢數(shù)據(jù)庫，為以后的無人機(jī)高效巡檢奠定基礎(chǔ)

在管線飛行基礎(chǔ)上，不斷修正管線飛行數(shù)據(jù)庫，建立管道巡檢軌跡庫建立了4D 模型，不僅是2D 平面經(jīng)緯度，1D 的高度（防止飛機(jī)撞山），在重點(diǎn)區(qū)域，管線高風(fēng)險(xiǎn)段可以加入懸停、盤旋，拍照角度，張數(shù)，攝像時(shí)長(zhǎng)，角度等預(yù)設(shè)的1D 對(duì)的指定動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)4D管道模式庫的建立。

（4）不斷調(diào)整和驗(yàn)證無人機(jī)硬件的匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)重量和功能的最優(yōu)化

在研究無人機(jī)硬件匹配關(guān)系的同時(shí)，調(diào)試高密度，輕重量的配件的同時(shí)，研究與電機(jī)功率匹配（放電能力）的電池的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過優(yōu)選放電能力適中的電芯減少飛機(jī)裝載質(zhì)量，提高巡航時(shí)間。

（5）利用無人機(jī)飛控的開源設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)功能的拓展

無人機(jī)開源軟硬件系統(tǒng)之上，在掌握核心技術(shù)后，可以通過與院校，科研團(tuán)隊(duì)外包的方式，由我方提出問題和開源基礎(chǔ)平臺(tái)的接口，由研發(fā)團(tuán)隊(duì)按照我們的問題定制可插接到我方開源系統(tǒng)的軟硬件模塊。