無人機在燃氣管網中的應用

皮建

重慶燃氣集團股份有限公司 重慶 400020

1 當前應用現狀

國內無人機行業應用，自2010年以來發展迅速，應用上以農業植保、電力巡線、地理測繪為先導，呈現全面鋪開的態勢。2015年前后有國內公司提出無人機燃氣泄漏巡檢概念，2016上海禾賽科技推出了專門用于高層樓宇檢測的相關產品，2017年合肥朗伯光電也開始研制其用于燃氣泄漏巡檢的無人機產品。

綜上所述，隨著無人機技術的發展，帶動以其為平臺搭載多種傳感器面向行業應用的專業化產品是當期研究的熱點，但是市場現有產品的成熟度不高，部分產品專用性過強而多用性不足，不能夠發揮無人機靈活、高效、到達能力強的特點，亟待相關應用研究的開展與跟進[1]。

2 無人機在燃氣管網應用的意義

基于旋翼無人機的燃氣泄漏巡檢方案，通過對激光甲烷遙測儀的適當定制、改裝，使其適應于無人機裝載；開發配套的數據傳輸鏈路，將巡檢數據回傳至地面；開發巡檢軟件，集成GIS地圖、巡檢數據和視頻影像，記錄泄漏事件，實現智能巡檢。制作可實用的樣機，對所轄天然氣網中的檢測難點區域使用無人機巡檢設備實施有效覆蓋。針對不同巡檢場景，研究多種檢測設備配合的最優化巡檢方案，消除巡檢盲點、難點，降低管線運行風險。使用無人機實現靈活控制的目標巡檢，以及更廣區域的自主全自動巡線，擁有非常重要的標桿效應。

3 無人機在燃氣管網應用的總體方案

3.1 總述

無人機載管線巡檢系統可分為空中檢測、地面控制和數據處理三個主要部分。其中，空中檢測是由搭載激光甲烷遙測設備的無人機和數據傳輸單元構成，是巡檢系統的執行器和傳感器，飛臨目標上空進行數據探測。地面控制部分，是系統的操作端，與空中檢測模塊通過無線信號進行通信。用戶通過遙控器對飛機和檢測系統實施控制，圖形界面將飛機獲取的可見光、甲烷泄漏濃度等數據進行呈現給操作者。數據處理部分，能夠將無人機拍攝的高清視頻、激光甲烷遙測儀獲得的濃度信息集合GIS地圖數據進行整合與分析。從而從多個維度綜合分析管線問題與隱患，并易于將巡檢數據歸納存檔。

3.2 空中檢測單元

（1）無人機選型與掛載方案。鑒于大疆創新在民用無人機領域的領導地位，其行業應用產品M210成為無人機的首選方案。M200是大疆首款具備工業防護等級的飛行平臺，它基于Inspire2的內核和控制器，并且能夠像MavicPro一樣折疊起來，這個四軸飛行器能夠裝載在汽車上，主要應用于航拍數據收集、巡檢等行業應用。此次發布的M210可搭配下置雙云臺，符合系統中需要同時搭載可見光相機和激光甲烷遙測設備的需求。通過大疆官方的掛架接口加裝檢測功能模塊，符合大疆的掛載要求，可以最大限度的利用廠商對于無人機的售后服務于保障；也比深度進行結構改裝具有更好的安全性，是激光檢測模塊的首選掛載方案。

（2）甲烷遙測方案。輕量級的甲烷遙測儀是巡檢系統的核心部件。為了能夠適應無人機掛載的需求，遙測儀應滿足重量輕、低功耗（自備電池供電，不占用機體續航時間）、檢測距離遠的特點。遠距離、快速高精度的甲烷檢測只有激光技術氣體檢測技術可以實現。該技術使用一束特定波長的激光通過被測空間，如果該空間中存在甲烷分子，就會對激光束形成吸收，從而被檢出。56mm口徑的核心模塊，良好的平衡了性能與重量。模塊自重0.3kg，可以對90米距離上的甲烷泄漏進行有效檢出。搭配2-Cell3200mAh鋰離子電芯和智能充放電管理，續航時間預計可以達到5小時。

3.3 地面控制單元

（1）數據呈現。M210系統具有完備的操控、狀態與視頻顯示系統，搭配DJICandance遙控器和CystalSky高亮顯示器，操作員可以靈活方便的控制飛機姿態，獲取飛行高度、速度、位置等信息。根據選擇相機的型號不同，高清視頻的存儲位置可能在相機上也可能在機體上，地面端通過無線圖傳獲取標清視頻作為拍攝視圖和操控依據。遙測儀的檢測數據與儀器狀態通過獨立的433MHz無線信道傳輸，所以需要在地面控制單元設計一個數據接收、顯示控制終端?？紤]到與CystalSky顯示器配合，顯示控制終端固定在顯示器左側，與顯示器外形融合。

（2）控制方式。機體控制依托大疆的飛控系統，有兩種操作方式：①由遙控器手動操作飛機起飛、運行、降落，主要用于視距范圍內的操作。②利用大疆提供的地面站軟件進行預訂航跡的自動飛行，主要用于視距范圍外的飛行操作。

3.4 數據分析單元

（1）數據視頻融合記錄。巡檢過程中拍攝的高清視頻流和激光甲烷遙測儀獲取的甲烷濃度數據通過專用的計算機軟件進行合成。高清視頻的存儲媒介是機體或相機上的存儲卡，濃度數據的存儲媒介是獨立設計的控制終端。兩種數據以時間戳為索引進行視頻融合顯示，并可以在視頻上添加巡檢時間、巡檢地點、負責人等信息，標注問題點和文字記錄[2]。

（2）大數據分析基礎。無人機載管線巡檢系統實質上提供了一個現場數據的快速獲取手段，現場視頻、GIS、濃度數據的積累為管線完整性分析提供了十分重要的數據源。這些獲取的數據，除了可以通過視頻融合進行存檔外，仍然提供數據庫訪問接口，能夠以數據形式與GIS數據結合存儲。從而逐步構建管線的多維數據畫像，為后期基于大數據的管網分析平臺提供基礎。

4 結語

使用無人機技術后，燃氣管網的巡管可以節約大量的人力物力，降低管道保護工的工作強度，在地勢險峻危險地段，代替管道保護工巡管，降低員工巡線的安全風險，保障了員工的人生安全。在滑坡危險地段，人員又不能靠近的區域，燃氣管道是否泄漏可以靠無人機進行快速準確檢測，為搶險方案的制定提供了科學的依據，隨著技術越來越成熟無人機在燃氣管網中的應用會更加廣泛。