輸供水管線采用無人機(jī)巡線的應(yīng)用分析

王付超

摘要：本文對城市輸供水管線管理中采用無人機(jī)實(shí)施巡線的應(yīng)用進(jìn)行了分析論述。文章通過對無人機(jī)在城市供水領(lǐng)域巡線應(yīng)用可行性分析，以及不同場景環(huán)境下選用相適宜的無人機(jī)機(jī)型和結(jié)合供水企業(yè)實(shí)際選擇合適的應(yīng)用模式的論述。得出通過使用無人機(jī)實(shí)施輸供水管線的巡線工作，可以極大的提高巡線效率和質(zhì)量，對有效落實(shí)管線管理工作保障城市供水安全具有積極的技術(shù)推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：輸供水管線;巡線管理;無人機(jī)巡線;管線巡檢;管線巡視;管線巡查

引言：城市輸供水管線的巡線工作一直是管線維護(hù)管理工作中的重要部分，同時(shí)也是日常管理中耗費(fèi)人力物力最多的部分，長期以來管線巡線往往需要克服大量車輛和人員難以穿越和進(jìn)入的復(fù)雜地理環(huán)境去落實(shí)管線巡線工作，所以以往的輸供水管線巡線工作（特別是野外長距離管線）大都存在有工作難度大、效率低、成本高、盲點(diǎn)多的情況。城市輸供水管線是城市的生命線，城市主管線的巡線監(jiān)護(hù)不到位極易造成停水或水質(zhì)污染等安全生產(chǎn)事故，容易造成嚴(yán)重的不良社會(huì)影響。因此結(jié)合輸供水管線的實(shí)際情況，采用新技術(shù)新思路克服難點(diǎn)保障供水安全是當(dāng)前各地供水企業(yè)的共同期望。文章對輸供水管線運(yùn)行管理工作中采用無人機(jī)實(shí)施巡線工作，并采用相適宜的無人機(jī)設(shè)備和巡線方式，實(shí)現(xiàn)高效率巡線的目標(biāo)進(jìn)行了論述，以期望對管線巡線工作帶來些許幫助。

1無人機(jī)優(yōu)點(diǎn)和分類

1.1無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

1.1.1巡線效率高速度快，可避開大量地面障礙（圍墻、河道、各類樹林、菜園、玉米地等等）偏遠(yuǎn)的山林地區(qū)和一些人員很難到達(dá)的區(qū)域。

1.1.2無人機(jī)巡線相對人工或車輛巡線無人機(jī)經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，同時(shí)能降低人員在野外的隱患風(fēng)險(xiǎn)。

1.1.3在應(yīng)對輸供水突發(fā)事件中無人機(jī)具有更迅速的應(yīng)急響應(yīng)速度，能及時(shí)到達(dá)事件現(xiàn)場提供現(xiàn)場資料情況便于決策指揮。

1.1.4無人機(jī)巡線可實(shí)施進(jìn)行航測并完成管線附近的現(xiàn)狀三維建模，可為管線維修、維護(hù)、升級改造或者可遠(yuǎn)程專家診斷等提供實(shí)時(shí)現(xiàn)場資料，極大方便管線運(yùn)行管理工作。

1.1.5部分無人機(jī)特有功能實(shí)現(xiàn)管線管理中的特殊功能，例如：無人機(jī)熱成像技術(shù)在特定的時(shí)間段的特定條件下可及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在漏水。

1.1.6巡線航拍記錄可以保留并可以隨時(shí)調(diào)閱，可用于管線附近違法違章作業(yè)行為的取證或績效考核管理等方便管線管理。

1.1.7目前的無人機(jī)自動(dòng)化程度較高，部分條件下完全可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)巡線，具有很高的實(shí)用性。

1.2無人機(jī)分類

用于巡線作業(yè)的無人機(jī)，若按照巡線應(yīng)用和機(jī)翼的類型可分為三大類，即固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)和可垂直起降固定翼無人機(jī)，各類機(jī)型優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1.2.1固定翼無人機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：續(xù)航時(shí)間長（0.7-6小時(shí)）、飛行距離遠(yuǎn)（50-600公里）、飛行高度高、飛行速度快;缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)空中懸停、航拍穩(wěn)定性差、空中飛行靈活性差、起降對場地和人員的要求高。主要攜帶照相機(jī)和攝像機(jī)等進(jìn)行長距離巡線，適用于巡查管線范圍內(nèi)管道漏水、附屬設(shè)施損壞、違章作業(yè)等長距離管線的巡線作業(yè)。

1.2.2旋翼無人機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)空中懸停、航拍穩(wěn)定性高、空中飛行靈活性高、起降對場地和人員的要求低;缺點(diǎn)：續(xù)航時(shí)間短（0.2-0.7小時(shí)）、飛行距離近（3-50公里）、飛行高度低、飛行速度慢。主要攜帶照相機(jī)、攝像機(jī)或航測相機(jī)等進(jìn)行局部精細(xì)巡線或執(zhí)行航測任務(wù)，適用于對管線人員難以到達(dá)的局部位置的對象巡視。

1.2.3可垂直起降固定翼無人機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：相對于普通固定翼具有可以實(shí)現(xiàn)空中懸停和場地限制小的優(yōu)點(diǎn);相對于旋翼無人機(jī)具有續(xù)航時(shí)間長（0.6-5小時(shí)）、飛行距離遠(yuǎn)（30-500公里）的優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)：無人機(jī)造價(jià)高、尺寸相對較大、相對于普通固定翼續(xù)航時(shí)間短和飛行距離近、相對于旋翼無人機(jī)航拍穩(wěn)定性差和靈活性差。可垂直起降固定翼無人機(jī)同時(shí)具有固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可應(yīng)用于長距離復(fù)雜管線環(huán)境的場所。

2應(yīng)用模式分析

綜合考慮供水行業(yè)現(xiàn)狀，對于無人機(jī)在管線管理中的應(yīng)用，可通過以下三種應(yīng)用模式實(shí)施。

2.1自主運(yùn)營

購買無人機(jī)等相應(yīng)設(shè)施設(shè)備，培訓(xùn)或招聘具備無人機(jī)駕駛操作能力的管線巡線人員，設(shè)備自主管理，數(shù)據(jù)自主處理。實(shí)現(xiàn)完全自主的無人機(jī)巡線的運(yùn)營。

2.2外包運(yùn)營

將無人機(jī)巡線部分的業(yè)務(wù)全部承包給專業(yè)無人機(jī)巡線公司，當(dāng)在巡線中發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)給供水企業(yè)。

2.3數(shù)據(jù)采購

向?qū)I(yè)無人機(jī)公司定期采購管線線路的航拍視頻或者航測三維模型等數(shù)據(jù)，供水企業(yè)管線運(yùn)行管理部門巡線人員通過采購的航拍視頻或者航測三維模型等數(shù)據(jù)完成最終的巡線任務(wù)。

3無人機(jī)輸水管線巡線應(yīng)用案例

以筆者所在企業(yè)的一條45.1km的輸水主管線作為實(shí)測管線，在2021年1月份實(shí)施測試，測試使用固定翼無人機(jī)搭載全高清光學(xué)攝像頭。執(zhí)行一架次共用時(shí)95分鐘，飛行總距離68公里，完成該條管線中游及下游長度31公里的往返巡線。該段管線位于山東丘陵地區(qū)，其中穿越大小河流19條、大小山坡16處以及大量封閉的經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)等人員難以穿越或到達(dá)的區(qū)域，如果采用人工徒步的形式巡線達(dá)到相同的巡線效果，一個(gè)巡線員至少需要6個(gè)工作日以上才能完成，由此可以得出無人機(jī)在該條管線的環(huán)境條件下的巡線效率至少是人工巡線的20倍以上。

無人機(jī)采用遠(yuǎn)程遙控，實(shí)時(shí)傳輸航拍畫面，從航拍畫面中可以直觀了解管線周邊現(xiàn)場情況，掌握附近可能威脅管線運(yùn)行安全的潛在隱患，同時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線附屬設(shè)施損壞或管線漏水等情況。

此次測試用的無人機(jī)以及相關(guān)配套器材價(jià)格約2萬元，其一年的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用一般不超過1萬元，無人機(jī)巡線費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人工巡線費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。

4結(jié)束語

綜合分析，近年來我國無人機(jī)技術(shù)、行業(yè)、政策等各層面的快速發(fā)展，使得無人機(jī)在管線巡線領(lǐng)域已經(jīng)完全具備應(yīng)用條件，同時(shí)隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在不遠(yuǎn)的將來無人機(jī)巡線雖不能完全取代人工巡線，但必然會(huì)在管線巡線領(lǐng)域大量普及應(yīng)用，并不僅僅局限于巡線應(yīng)用在應(yīng)急搶修作業(yè)、管線升級改造前期勘測等領(lǐng)域也將逐步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用普及，促使輸供水管線運(yùn)行管理水平高質(zhì)量提升，為保障城市供水保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]王銳. 差分GNSS無人機(jī)航測技術(shù)在城鄉(xiāng)供水工程勘測中的應(yīng)用[J]. 甘肅水利水電技術(shù)，2019，55（08）：51-54.

[2]梁建奎，常志兵，辛小康，王樹磊，張愛靜，劉洋洋. 南水北調(diào)中線輸供水水質(zhì)管理協(xié)作機(jī)制探討[J]. 中國水利，2019，（12）：9-12.