淺談無人機在蘇里格氣田集輸干線巡護中的應用

馬瑾，李永陽，齊寶軍，陳宗宇，韓鵬飛

（長慶油田分公司第三采氣廠，陜西 西安 710018）

1 概況

蘇里格氣田骨架管網主要位于內蒙古鄂爾多斯市烏審旗、鄂托克旗、鄂托克前旗、陜西省榆林市榆陽區、靖邊縣、定邊縣境內，線長面廣，周邊環境及人員活動復雜。傳統的干線巡護均采用人工方式，在巡護過程中往往面臨以下困難：（1）傳統的人工巡護費時費力、巡護成本高；（2）干線線長面廣，突發緊急事件，不能準確定位，不能第一時間提供一手資料，且由于周邊環境及人員活動復雜，現場管理難度增大。無人機作為一項高新技術，可快速獲取地貌的空間遙感信息，結合長輸管線的特點，可應用于輸氣干線的定期巡檢、應急搶險。

2 無人機的選用

2.1 無人機簡介

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，或者由車載計算機完全地或間歇地自主地操作。與有人駕駛飛機相比，無人機更適合“勞動強度大、作業風險高”的任務。無人機按應用領域，可分為軍用與民用。軍用方面，無人機主要承擔偵察和靶機兩大任務。民用方面，無人機+行業應用，目前在航拍、農業噴灑播種、測繪、新聞報道、電力巡檢、應急搶險、救援等領域都有廣泛的應用。

2.2 無人機選型

選用Y-300中型固定翼無人機（見圖1），該機型采用電動復合翼（起降螺旋翼，飛行固定翼），帶光電吊艙，帶三維度飛控系統，最大平飛速度大于等于100km/h。續航時長120～150min，作業半徑30km。

圖1 中聚Y-300中型固定翼無人機

2.3 無人機巡護主要內容

利用電動復合翼無人機對干線管道周邊環境及人員活動進行巡查，拍攝高清視頻；管線周圍施工、管線裸露、水毀、沙堵路面等局部點進行聚焦監控、偵察；統計管線及伴行道路水毀、沙堵工作量；管線埋深測量；汛期和緊急事故的應急偵察；高后果區監視，合成高清測繪圖標記管線走向、高后果區范圍，測量危險源距離等。

3 無人機在蘇里格氣田集輸干線的應用情況

3.1 應用情況

2019～2020年年度，無人機對蘇里格氣田骨架管網共計1688.07km天然氣集輸管道進行巡護，每周巡護1批次，共巡護82周。巡護內容：通過高清攝像機對現場設備設施、管道占壓、管線裸露、防洪防汛等情況進行巡查，監控畫面實時回傳車載監控終端，發現異常情況及時上報、處理，也可通過4G信號對巡護畫面進行遠程實時監控。建立無人機巡線監控平臺，可以查閱無人機飛行數據、監控視頻。自巡護工作開展以來，長慶油田第三采氣廠結合實際編制了《無人機巡護管理辦法》《無人機巡護突發事件應急預案》等管理規定，對無人機承包商從工器具、各類資質、人員能力等方面進行準入核查，日常巡護作業過程中安排專人進行監管，確保作業安全受控，定期開展無人機巡護突發事件應急演練，不斷提升處置無人機突發事件的能力。兩年以來，第三采氣廠共開展無人機飛行巡護121輪次，飛行距離總計5.14萬公里。共發現挖掘作業23處、修建鐵路3處、管線穿越3處，管線作業帶上方農耕39處。無人機巡線發現問題與人工巡檢結果一致，能夠基本滿足現場設備設施巡查、管道占壓、管線裸露、防洪防汛等巡護工作。

3.2 無人機巡護發現問題典型照片

（1）集輸管道裸露（如圖2）。

圖2 集輸管道裸露監控畫面

（2）集輸管道附近水毀（如圖3）。

圖3 集輸管道水毀監控畫面

（3）集輸管道附近施工（如圖4）。

圖4 集輸管道附近施工監控畫面

（4）集輸管道附近農耕（如圖5）。

圖5 集輸管道附近農耕監控畫面

3.3 應用中出現的問題及分析

（1）無人機現場監控畫面有花屏、卡屏現象，在特定位置機載圖傳設備回傳的畫面不能持續保持清晰、穩定，圖傳距離不能穩定達到25km以上。經過電磁干擾設備實地測試電磁干擾環境，發現部分地域電磁干擾問題較為嚴重導致了圖傳信號的中斷或卡屏。通過詳細分析管線分布區域的地形圖，發現部分無人機起降地點（基站所處位置）地勢較低，不利于信號的傳輸，影響了圖傳有效距離。通過加強圖傳設備的傳輸功率和抗干擾能力，解決了電磁干擾問題，通過調整起降點位置進行解決起降點信號接受較弱的問題。

（2）在一些需詳細放大觀察的位置，不能做到及時控制吊艙攝像頭變焦放大觀測。通過分析，主要是變焦參數設定和控制問題，提高基礎變焦倍數（由5倍變焦增加到7倍），提高人員對管線分布的熟悉程度，清楚地知道哪些位置需要放大觀察，作業時提前做好準備。

（3）在一固定翼無人機懸停時間較短，不便于發現異常點時進行連續觀察。通過對旋翼電池時間測試及打樣選型及電量分配的智能切換，懸停時間由3～5min提升至8～10min，基本上可以滿足異常時間的確認，此基礎上進一步優化巡護方案，采用固定翼盤旋替代懸停的連續觀察功能，增加了飛行平臺的安全性，而且可以滿足巡護要求。

（4）無人機無喊話警告功能，無法保證在飛行中發現對管道有危害的情況能及時警告和勸阻。通過開發新型語音模塊，增加電池功率，對新增喊話器上線測試，新增播放人工錄音功能，測試結果是300m高度可以聽見聲音，100m高度非常清晰，滿足現作業巡護要求。

（5）目標跟蹤無法鎖定，實現鎖定異常點進行連續拍攝，畫面質量較差。通過分析畫面質量與跟蹤鎖定都屬于升級吊艙攝像設備的范疇，通過對吊艙攝像設備進行升級，增加了跟蹤鎖定功能，變焦倍數有之前的10倍提升為30倍，畫面清晰度進一步提升。

3.4 結論

經過近兩年的應用，無人機能滿足日常巡檢及應急搶險的需求，相對人工巡檢，巡檢時間短，節省人工成本，可避免人工巡檢無法到達造成的數據遺漏，能提供錄像監控畫面，能夠為后期管線周圍變化提供歷史信息依據。

在管道搶險中，能實施回傳視頻圖像，緊急對風險點進行巡護排查，第一時間掌握潛在危險點，防止險情進一步擴散。但無人機在管線泄漏檢測、管道埋深檢測、夜間巡護、雨雪大風等惡劣天氣巡護等方面還有短板，在現有技術條件下，還無法完全替代人工巡護。

4 在蘇里格氣田應用前景展望

根據前期無人機在蘇里格氣田外輸干線的應用情況，可將無人機在以下方面推廣應用，主要有：（1）開展無人機邊遠探井巡護。邊遠探井巡護周期較長，通過無人機縮短巡護周期，無人機掛載高倍率吊艙查看氣井及周邊設施有無缺失損壞，周圍是否存在偷氣或偷盜井站設施的違法行為。（2）開展無人機邊遠礦權巡護。利用無人機航測的辦法，以1：500比例尺的正射影像圖識別地面地物（如打井架及作業井），并利用測繪成圖高精度的特點結合長慶油田采氣三廠礦權范圍地理坐標，精確界定外方是否侵權。隨著蘇里格氣田的發展，管理輸氣管線里程越來越長，氣井越來越多，如何更有效的保障管線的運行安全成為企業管理的重中之重，通過對目前的無人機巡線系統的逐一完善，無人機將會在氣田天然氣集輸管道管理中發揮越來越重要的作用。