李澤龍

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)依靠高技術(shù)水平、高空監(jiān)控、高速運(yùn)轉(zhuǎn)和高清視頻圖像——“四高”的作業(yè)能力成為了工業(yè)企業(yè)的新寵。在石油天然氣行業(yè)中，應(yīng)用巡查無(wú)人機(jī)大大減少了環(huán)境監(jiān)測(cè)、日常管線巡護(hù)等作業(yè)的工作量，顯著提高了工作效率?；诖?，探討無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)的發(fā)展，并分析其應(yīng)用可能性與展望未來(lái)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);巡查系統(tǒng);環(huán)境監(jiān)測(cè);管線巡護(hù);發(fā)展

前言

近年來(lái)，長(zhǎng)慶油田以穩(wěn)產(chǎn) 5000 萬(wàn)噸占據(jù)全國(guó)產(chǎn)量最大油田的稱號(hào)。長(zhǎng)慶油田勘探區(qū)域分布陜西、甘肅、寧夏、山西和內(nèi)蒙古等地，擁有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的油氣管線，同時(shí)油氣管線作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施也是石油企業(yè)的巡查重點(diǎn)。然而油氣管線距離長(zhǎng)、分布范圍廣、所處生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，這給人工巡查造成了一定的困難，傳統(tǒng)的人工巡查工作量大、工作質(zhì)量不高，漏巡或缺巡等現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，這給保障油氣管線的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。因此，對(duì)無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)發(fā)展的探討具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義。

一、無(wú)人機(jī)管線巡查概述

無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)主要由平臺(tái)系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)三部分組成。無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)的平臺(tái)系統(tǒng)主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、遙感傳感器、信號(hào)處理、GPS 接受和控制系統(tǒng);無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)的地面控制系統(tǒng)主要包 括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、GPS 導(dǎo)航和無(wú)線電控制;無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)主要包括云臺(tái)、相機(jī)、傳感-器和無(wú)線電控制。

二、無(wú)人機(jī)巡查作業(yè)流程

無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)在作業(yè)時(shí)的流程按順序依次為：適航查勘、飛行路線設(shè)計(jì)、起飛準(zhǔn)備、正式飛行作業(yè)、無(wú)人機(jī)降落回收和圖像處理。首先確定飛行的范圍、合適的起降地點(diǎn)，規(guī)劃飛行航線;然后做起飛準(zhǔn)備，進(jìn)行正式飛行作業(yè)，自動(dòng)執(zhí)行航拍任務(wù)，同時(shí)地面控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握飛機(jī)的姿勢(shì)、方位等參數(shù)，保證平穩(wěn)運(yùn)行，并實(shí)時(shí)顯示遙感圖像;最后對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行回收處理，采用無(wú)人機(jī)攝像快速處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理生成需要的影像。

三、無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)應(yīng)用

（1）管線選線及場(chǎng)站選址

長(zhǎng)輸管道選址大部分位于戈壁、沙漠等地形地貌復(fù)雜的區(qū)域，由于海拔高、空氣稀薄，選線工作變得極為艱難，為了減少野外踏勘的人力工作，選擇無(wú)人機(jī)進(jìn)行管線選線和場(chǎng)站選址工作，結(jié)合衛(wèi)星遙感圖畸形初步規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以降低野外踏勘的風(fēng)險(xiǎn)，起到事半功倍的效果。

無(wú)人機(jī)可以通過(guò)遙感技術(shù)直接獲得關(guān)于管道線路上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，例如油氣管道的埋設(shè)、地形地貌、水文地質(zhì)等資料。無(wú)人機(jī)獲取的是多波段、多時(shí)域、多攝站的圖像信息，這是其他傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法滿足的。無(wú)人機(jī)獲得的精確度高、解析質(zhì)量高的圖像還可以研究腐蝕性土壤以保護(hù)未來(lái)管道運(yùn)行的安全。

（2）管線施工監(jiān)控

管線在施工的過(guò)程中，監(jiān)控巡視工作需要耗費(fèi)大量的人力財(cái)力，人員強(qiáng)度大，速度慢效率低，而選擇無(wú)人機(jī)低成本高機(jī)動(dòng)性以及先進(jìn)的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)、定位技術(shù)、GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)進(jìn)行全天候的監(jiān)控，對(duì)施工進(jìn)度、質(zhì)量以及安全等方面做到全方位的監(jiān)控，不受地面人員干預(yù)，不受交通限制，大大提高了信息采集量與監(jiān)控空間的自由度，使得監(jiān)控工作更加詳細(xì)和全面。目前電動(dòng)無(wú)人機(jī)搭載 Go Pro 攝像機(jī)可以續(xù)航 20 分鐘，其實(shí)時(shí)圖傳系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行，規(guī)劃好線路還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航飛行，使用非常方便，在短時(shí)段作業(yè)工程中可被應(yīng)用。

（3）管線巡查

針對(duì)油氣管線巡查的工作，尤其是長(zhǎng)輸管道在運(yùn)行后的巡查工作，人力耗費(fèi)巨大并且效率低下，因此選擇無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡查，可以大大提高巡查效率，甚至在惡劣天氣條件下同樣可以完成巡查工作。在事故、災(zāi)害等緊急情況發(fā)生時(shí)，無(wú)人機(jī)巡查可以降低人員的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況傳遞信息以便相關(guān)人員可以在第一時(shí)間趕到并處理。

巡查系統(tǒng)采用固定翼無(wú)人機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、地面站等組成，與 SCADA 通信系統(tǒng)進(jìn)行集成，可以實(shí)現(xiàn)管道的遙感成像、管道環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等?？梢员O(jiān)測(cè)到管道是否有銹蝕、裸露、打孔偷盜等現(xiàn)象，實(shí)時(shí)保護(hù)油氣長(zhǎng)輸管 線的安全運(yùn)行。

四、無(wú)人機(jī)巡查與人工巡查的成本分析對(duì)比

無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)產(chǎn)生的費(fèi)用包括巡檢直接費(fèi)和巡檢間接費(fèi)用，其中巡檢直接費(fèi)用包括汽車運(yùn)輸費(fèi)用、機(jī)械操作費(fèi)用和無(wú)人機(jī)巡檢費(fèi)用。巡檢中發(fā)生的直接費(fèi)總成本由車輛運(yùn)輸成本、機(jī)械操作費(fèi)用和無(wú)人機(jī)巡檢費(fèi)用三項(xiàng)組成。間接費(fèi)是指除直接費(fèi)之外，由于無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)而發(fā)生的一切費(fèi)用，具體有設(shè)備攤銷 費(fèi)、設(shè)備維修費(fèi)、工傷醫(yī)療費(fèi)、差旅費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)和管理費(fèi)。

以固定翼開(kāi)拓者為例，該飛機(jī)采用 3W56cc 雙缸兩沖程活塞式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定，震動(dòng)較小，油耗極低。基本費(fèi)用為單日作業(yè)費(fèi)用，其中無(wú)人機(jī)維修及炸機(jī)費(fèi)用只作為全年維保費(fèi)用。巡檢費(fèi)用按油氣田行業(yè)巡線 1.85 元/ 公里計(jì)算，日巡線公里數(shù)按200 公里后得到（此作業(yè)距離為無(wú)人機(jī)單價(jià)次最大航程）。

通過(guò)以上計(jì)算，應(yīng)用無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)單日工作費(fèi)用低于人工，而且工作效率極高，2 小時(shí) 200 公里的巡查速率在時(shí)間成本上也節(jié)省了。

結(jié)論

無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)漸漸步入正軌，在管道巡查領(lǐng)域的實(shí)踐還處于起步階段，尤其是長(zhǎng)輸管道的建設(shè)還需要?jiǎng)?chuàng)新。無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)為管線提供的全天候、全地域、實(shí)時(shí)的監(jiān)控，可以大大減少人力，彌補(bǔ)人工巡線帶來(lái)的真空地區(qū)而造成的數(shù)據(jù)損失，這在巡線方面起到了不可替代的作用。未來(lái)無(wú)人機(jī)油氣田巡查系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)將向大數(shù)據(jù)靠攏，通過(guò)建立“數(shù)據(jù)融合應(yīng)用平臺(tái)”，為管線巡檢和管線服務(wù)搭建解決之道。利用無(wú)人機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行處理，并且可以與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，做出差異分析。還可以依據(jù)預(yù)警模型生成隱 患報(bào)告，提供決策支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 常文見(jiàn)，孟凡輝，王倉(cāng)，等.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用探討[J].價(jià)值工程，2013，32（328）：197-198.