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(yōu)勢，可在管道周邊環(huán)境調(diào)查、管道應急搶險支持和管道日常巡檢中發(fā)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(jīng)濟的快速發(fā)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(chǎn)的安全。無人機作為一項新技術，項融合多個專業(yè)領域的內(nèi)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(yōu)化選線、管道巡檢、管道泄漏點定位、災害監(jiān)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(qū)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(fā)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(zhì)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(qū)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(xù)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(yōu)點，特別適合應急偵查與高危地區(qū)勘測，是載人無人航空攝影測量與衛(wèi)星遙感有力的補充，在國內(nèi)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(fā)展，生產(chǎn)制造和實際應用能力有了長足的進步，現(xiàn)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(guī)劃、應急搶險、重點工程項目等方面發(fā)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(fā)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(shù)字化管理系統(tǒng)，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(tǒng)的巡檢管理方式數(shù)字化、科技化。也可以結合GIS巡檢管理平臺，在后臺管理系統(tǒng)平臺中的巡檢成果、記錄等信息，完成巡檢數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、處理及統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(shù)碼相機、數(shù)碼攝錄機等數(shù)字遙感設備進行拍攝和記錄，通過遙感數(shù)據(jù)處理技術進行影像的同步傳輸，以實現(xiàn)對地理信息的實時調(diào)查與監(jiān)測。無人機遙感系統(tǒng)以獲取高分辨率遙感數(shù)據(jù)為應用目標，通過3S技術在系統(tǒng)中的集成應用，達到實時對地觀測能力和遙感數(shù)據(jù)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(shù)字化、體積小、質(zhì)量輕、精度高、存儲量大和性能優(yōu)異等特點。遙感傳感器的控制系統(tǒng)要能夠根據(jù)預先設定的航攝點、攝影比例尺、重疊度等參數(shù)以及飛行控制系統(tǒng)實時提供的飛行高度、飛行速度等數(shù)據(jù)自動計算并自動控制遙感傳感器的工作，使獲取的遙感數(shù)據(jù)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(wěn)定性差的無人機，應給遙感設備加裝三軸穩(wěn)定平臺，以保證獲取穩(wěn)定的、清晰的高質(zhì)量影像，遙感傳感器的位置數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)最好能夠?qū)崟r記錄并存儲，以便用于遙感數(shù)據(jù)的處理，提高工作效率。

無人機低空攝影航檢系統(tǒng)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(nèi)業(yè)的數(shù)字圖像軟件可以制作高精度的各種數(shù)據(jù)。

五、無人機技術優(yōu)勢

（一）不受地形環(huán)境限制，效率高

傳統(tǒng)的人工巡線方式，受到環(huán)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(yōu)勢更加明顯。

（二）保障人員安全，環(huán)境依賴性小

傳統(tǒng)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(fā)、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?？蓪€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(shù)，可完成數(shù)據(jù)的預處理，費用較低。無人機除了成本及人員的優(yōu)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(nèi)置GPS定位導航系統(tǒng)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(tǒng)。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(jiān)測，全方位獲管道附近的圖像資料，代替山區(qū)人工攀爬巡檢。這些優(yōu)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(shù)據(jù)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(huán)境調(diào)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(huán)境調(diào)查

管道周邊環(huán)境調(diào)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(nèi)的地形地貌、社會環(huán)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(huán)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(xiàn)自然地質(zhì)災害以及其他事故，人員無法及時趕赴現(xiàn)場時，利用無人機抵達現(xiàn)場，傳回現(xiàn)場畫面，掌握現(xiàn)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(zhì)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(fā)現(xiàn)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(zhì)區(qū)別。第三方施工具有臨時性、偶發(fā)性，且許多施工周期短。而大多數(shù)自然與地質(zhì)災害的形成，往往經(jīng)歷災害應變產(chǎn)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(zhì)災害風險的任務進行分解執(zhí)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(tǒng)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.