淺析無人機航拍技術在四川盆地天然氣管道巡護中應用前景

劉 蕾 趙 清 洪建偉 侯 政

中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

1 天然氣管道巡護工作的重要性

1.1 天然氣管道巡護工作重要性

天然氣管線的安全運行是石油天然氣行業(yè)共同關注的問題，在天然氣輸送目標就是將高壓易燃易爆天然氣介質順利輸送至用戶[1]。

四川地區(qū)山路險峻，山地滑坡等自然災害對天然氣管道的破壞，給人生安全和國家經(jīng)濟帶來損失。所以，在石油天然氣企業(yè)的生產(chǎn)營運過程中，維護管道的完整性，天然氣巡管工作起著非常重要的工作。

1.2 管道巡護工作中存在的困難

針對天然氣巡管工作，企業(yè)制定了制度，從初期的人工巡檢手工記錄到近期開展了GPS巡線，通過電子信息監(jiān)控巡線頻率。但是，這一切都需要管道保護工親自沿著管線踏尋。以四川西部地區(qū)為例，從氣田到用戶，在天然氣管線巡護的過程中，存在以下3個困難。

1）山地地區(qū)管道巡護成本高但效率低

四川盆地山多路陡，車輛無法到達（圖1），需要管道保護工跋山涉水步行持GPS巡管，導致管道巡護工巡護時間長，巡管效率非常低。

圖1 管線經(jīng)過山地險峻

2）洪雨季后存在管道巡護盲區(qū)

夏季洪雨期山體滑坡泥石流時有發(fā)生，巡護道路被堵，道路泥濘致使管道保護工無法涉足進行巡管（圖2）。

3）管道巡護工作中協(xié)調(diào)難度大

承包商建設圍欄及圍墻進行經(jīng)濟作物種植，巡管人員在進行管道巡護時要經(jīng)承商同意后方可穿過圍欄區(qū)，協(xié)調(diào)過程中難度大，效率低（圖3）。

圖2 水毀管線裸露地無法到達區(qū)域

圖3 無人機拍攝經(jīng)濟作物被圍區(qū)域

2 無人機航拍的應用技術及前景

2.1 無人機航拍技術前景

在許多帶有危險性或者工作量巨大的野外工作中，應用現(xiàn)代科技產(chǎn)物已經(jīng)成為一種趨勢[2]。無人機航拍技術是無人機與攝影技術的結合，是通過飛行器技術、通訊技術、GPS、差分定位技術和圖像技術的融合實現(xiàn)的一種無人機遙感技術[3]，通過搭載掃描設備，使用配套軟件，能夠自動快速地生成待測區(qū)圖像視頻。無人機的快速機動，云下低空飛行，影像分辨率高，使用成本低的優(yōu)勢，成為各種領域俯瞰、巡檢、搶險的重要工具。在許多帶有危險性或者工作量巨大的野外工作上，應用現(xiàn)代科技產(chǎn)物已經(jīng)成為一種趨勢[3]。無人機航拍技術，目前已廣泛應用于各個領域，如地震、洪水等災害發(fā)生，當?shù)孛嫒藛T無法通過和到達時，利用無人機航拍對受災區(qū)域進行拍攝，了解災情。同時無人機航拍也廣泛應用于氣象監(jiān)測、地質勘測、地圖測繪等領域，工作中帶來極大便利[1]。將無人機航拍技術應用于石油天然氣管道的巡護工作，可有效解決天然氣管道巡護工作中人員無法到達區(qū)域或到達難度較大區(qū)域的問題。

2.2 無人機技術巡管小實驗（以四川西部某管線為例）

以四川盆地西部地區(qū)邛崍市平落鎮(zhèn)—彭山縣觀音鎮(zhèn)天然氣管線（以下簡稱“平籍線”），雅安市碧峰峽鎮(zhèn)—邛崍市平落鎮(zhèn)天然氣管線（以下簡稱“蓮花外輸”）為例展開無人機巡線工作（圖4），管線基本情況見表1。

機型：大疆 精靈3A 最大時速：57.6 km/h 最長續(xù)航時間23 min。

圖4 無人機巡線航拍圖

表1 實驗管線基本情況表

考慮到實驗經(jīng)費及操作維護簡便性，本次實驗機載攝像采集圖像飛行完畢后，在電腦中進行播放，因此實驗時間包含錄像觀看時間。

2.2.1 平籍線實驗情況

選擇蒲江縣壽安鎮(zhèn)松華社區(qū)某處被圍獼猴桃經(jīng)濟作物林穿越段3處共3 km進行試驗。

無人機和人工巡管結論一致：未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓，管道處于安全運行狀態(tài)。

在被圍經(jīng)濟作物區(qū)域，由于經(jīng)濟作物園區(qū)被圍，大門往往僅有一處，人工從園區(qū)入口進入巡管后返回入口，繞行距離為管線穿越段距離長度3倍（圖5、表 2）。

2.2.2 蓮花外輸管線實驗情況

選擇雅安市名山區(qū)建山鄉(xiāng)飛水山管線穿越長度8 km管線進行實驗。

1）蓮花外輸無人機實驗

鑒于無人機本身續(xù)航時間有限，將此段管線分成了3段進行實驗（表3）。

通過實驗，總計耗時192 min（含人工觀看錄像播放時間50 min），未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓，該段管線未發(fā)現(xiàn)自然災害損毀管道、未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓。但是植被茂密，被植被覆蓋段管道標志樁走向不清晰。

2）蓮花外輸步行實驗

在返程途中，對該管段開展了步行巡線實驗，耗時600 min，巡管中發(fā)現(xiàn)兩處露管0.5 m和0.8 m。未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓，該段管線未發(fā)現(xiàn)自然災害損毀管道、未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓。

表2 巡檢平籍線時間比較表

表3 無人機巡檢蓮花外輸

3 無人機技術巡管應用中存在問題

3.1 無人機購機費用成本及維修費用高

目前無人機購置費用從5 000～30 000萬不等，根據(jù)功能及續(xù)航時間不同價格有所區(qū)別，為每條管線管道巡護工配備無人機費用高，成本大。

同時，目前企業(yè)內(nèi)部沒有專業(yè)無人機的維護人員，一旦出現(xiàn)故障，需要外委進行維護，維護周期長且維護成本高。有必要培養(yǎng)專業(yè)的無人機維護人員，或者在購置無人機合同中，要求制造商家對企業(yè)員工定期開展無人機故障處理技術維護[4]。

3.2 無人機管理的合法性

3.2.1 國際現(xiàn)狀

國際上無人機管理制度比較完善的當屬歐美的一些發(fā)達國家。例如，美國聯(lián)邦航空局（FAA）對非特殊任務的無人機就制定有“PART 107”管理規(guī)則，對無人機的重量、高度、速度、操縱人員要求和飛行范圍均有嚴格的規(guī)定[5]。

3.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

企業(yè)選用無人機設備必須具有設備本身的合法性。在2015年底民航局《輕小型無人機運行規(guī)定（試行）》的發(fā)布，對無人機適用范圍和分類、無人機駕駛員資格等方面的規(guī)定進一步清晰，無人機管理逐步完善[6]。

3.3 無人機駕駛員操作資質培養(yǎng)

企業(yè)目前暫未儲備無人機駕駛員，無論從國家無人機標準規(guī)范要求還是企業(yè)管理要求，均需要既懂得管道保護相關知識技術又懂得無人機駕駛技術的人員。

1）國家規(guī)范要求

根據(jù)國家民用無人機監(jiān)管要求，4 kg以上的無人機就必須有人遙控、操縱，駕駛員不在空中在地面，要負責整個無人機系統(tǒng)的運行和安全，駕駛員需要接受專業(yè)培訓機構的培訓和考核，持證上崗[7]。

2）天然氣巡管軌跡要求

無人機是要按照天然氣管道沿路展開拍攝，由于無人機在飛行過程中，飛行姿態(tài)受氣流等外界因素的影響，拍攝效果是否能達到預期目的除了無人機本來的功能外，還與無人機駕駛員的水平有關。同時，惡劣的氣候及外部環(huán)境條件下駕駛水平不當，會帶來機器墜毀的風險[8]，維修和重新購買設施給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟風險。

3）職業(yè)操守

員工的職業(yè)素養(yǎng)關系著整個企業(yè)的形象。對于發(fā)生的無人機砸穿民房、擾亂空中秩序、駕駛者偷拍隱私等問題正在困擾著該項技術的健康發(fā)展。對無人機駕駛員除了本身對設備操控能力的培養(yǎng)，對道德品質、法律風險意識的培養(yǎng)也至關重要。

3.4 試用期第三方侵權帶來的法律風險

無人機巡護推廣初期，是人和設備的協(xié)調(diào)配合過程，在該項技術試運行期間，人員的技術水平和設備本身的性能穩(wěn)定性需要進一步評估，均存在事故風險的不確定性，如飛機跌落對第三方房屋、家畜、機經(jīng)濟作物的損害。一旦發(fā)生，將導致企業(yè)帶來對第三方侵權的法律風險。因此，推廣初期試運行期間，不建議人口密集區(qū)開展無人機巡管。人口密集區(qū)仍采用傳統(tǒng)的管道巡護方式-手持GPS巡線。在車輛難以到達區(qū)域，人口稀少區(qū)域，使用無人機管道巡護，可降低無人機對第三方侵權帶來的法律風險。待試運行期經(jīng)過測試設備運行穩(wěn)定和人員操作熟練后，可進一步推廣應用區(qū)域。

4 結論

1）通過無人機實驗比較后，使用無人機技術開展天然氣管道巡管可以節(jié)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。因此在地勢險峻、人口稀少地區(qū)無人機技術有很大的應用前景。

2）通過無人機巡檢天然氣管線，可以監(jiān)控第三方施工，大型滑坡及泥石流，但植被茂密地區(qū)小型露管難以發(fā)現(xiàn)，無人機無法完全代替人工巡管，因此特殊區(qū)域和位置需要無人機和人工巡管相結合交替進行。

3）人口密集區(qū)域推薦采用人工巡線，降低無人機事故對第三方造成的侵權及經(jīng)濟損失。

4）使用無人機進行巡線，需要天然氣管道標志樁齊全、醒目，人工巡檢時應清除相關遮擋物，確保無人機巡管線路的正確性。

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