韋佳樂 劉 楊 蘇航民 莫宗彬 符少怡 李政林

（廣西科技大學(xué)，廣西 南寧530000）

為防止工業(yè)管道泄露所引起的爆炸、中毒、資源浪費(fèi)，細(xì)菌病毒滋生傳播等危害，以及克服現(xiàn)有技術(shù)因產(chǎn)品生產(chǎn)成本高，體積過大，對(duì)管道內(nèi)部的受損銹蝕情況難以做出直觀的展示等問題。該項(xiàng)目集，體積輕小、多功能精準(zhǔn)定位檢測(cè)、清潔消毒管道內(nèi)壁等多功能于一體，填補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)裝置功能單一，不能實(shí)時(shí)直觀展示管道內(nèi)部環(huán)境和無清潔消毒功能的空缺，保證了檢測(cè)過程安全、快速、準(zhǔn)確有效地進(jìn)行，為管道修復(fù)和維護(hù)提供了更清晰直觀的依據(jù)，為管道運(yùn)輸安全穩(wěn)定。

1 項(xiàng)目背景

《石油天然氣管道保護(hù)條例》和《埋地輸氣干線至各類建構(gòu)筑物最小安全距離、防火距離》就對(duì)管道安全監(jiān)測(cè)做了明確要求。

管道是指用管子、管子聯(lián)接件和閥門等聯(lián)接成的用于輸送氣體、液體或帶固體顆粒的流體的裝置。管道的用途很廣泛，主要用在給水、排水、供熱、供煤氣、長距離輸送石油和天然氣、農(nóng)業(yè)灌溉、水力工程和各種工業(yè)裝置中。在我們的日常生活中隨處可見，目前的社會(huì)也離不開管道的運(yùn)用，由此可見，管道的安全檢測(cè)成為了必要。

管道主要運(yùn)用在以下幾個(gè)方面：

在眾多管道中，最容易發(fā)生事故的是石油和天然氣管道，一旦發(fā)生泄漏，就會(huì)在立刻迅速發(fā)生蔓延，很容易中毒，可能還會(huì)引起爆炸、火災(zāi)等惡性事件，也會(huì)直接威脅到環(huán)境，甚至給居民的生命財(cái)產(chǎn)還有社會(huì)經(jīng)濟(jì)等都造成巨大的損失。

在城市的地下管道、生活污水排放管常有細(xì)菌病毒的滋生和傳播路徑，為此我國在現(xiàn)有的技術(shù)當(dāng)中無法對(duì)管道進(jìn)行消毒，不能無死角的進(jìn)入管道內(nèi)部進(jìn)行消毒，而本產(chǎn)品的小車附帶一個(gè)噴頭，體積小的小車可以方便進(jìn)入管道內(nèi)，既可以對(duì)污垢類的進(jìn)行清除，耶可以對(duì)細(xì)菌病毒進(jìn)行殺菌消毒，具有消毒功能，從而緩解對(duì)管道的傷害以及會(huì)讓人們被傳染。

本項(xiàng)目可以進(jìn)行管道裂痕檢測(cè)，直觀的反映管道內(nèi)部情況，影響對(duì)管道修復(fù)維護(hù)工作的判斷，在利用管道方面，確保管道安全極其重要。對(duì)大限度對(duì)管道進(jìn)行維修與保護(hù)，盡可能去減少管道產(chǎn)生的事件發(fā)生的概率與傷亡。

2 項(xiàng)目介紹

2.1 概述

管道內(nèi)缺陷檢測(cè)及清潔消毒系統(tǒng)，集體積輕小、多功能精準(zhǔn)定位檢測(cè)、清潔消毒管道內(nèi)壁等多功能于一體，填補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)裝置功能單一，不能實(shí)時(shí)直觀展示管道內(nèi)部環(huán)境和無清潔功能的空缺，保證了檢測(cè)過程安全、快速、準(zhǔn)確有效地進(jìn)行，為管道修復(fù)和維護(hù)提供了更清晰直觀的依據(jù)，為管道運(yùn)輸安全穩(wěn)定。

管道內(nèi)缺陷檢測(cè)及清潔消毒系統(tǒng)，主要用于檢測(cè)各類管道因受到環(huán)境的影響導(dǎo)致管道內(nèi)壁產(chǎn)生的裂痕，以及對(duì)管道進(jìn)行清潔消毒，目前主要運(yùn)用于檢測(cè)天然氣石油管道。

項(xiàng)目用于內(nèi)容：檢測(cè)直徑在50cm 的各類管道內(nèi)壁裂痕，以及對(duì)管道進(jìn)行清潔消毒，目前主要運(yùn)用于檢測(cè)天然氣石油管道。

2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

（1）信息采集模塊：包括MQ-5 天然氣濃度檢測(cè)模塊、超聲波傳感器、GPS 定位模塊、OpenMV 裂縫檢測(cè)模塊。用于采集管道內(nèi)部的環(huán)境信息和小車的位置信息，并將采集的數(shù)值傳輸至服務(wù)器模塊。（2）清潔、消毒：車內(nèi)裝有酸溶液、消毒液的儲(chǔ)液瓶，車頂部裝有泵體，兩邊裝有毛刷。第一傳動(dòng)裝置帶動(dòng)使用齒輪傳動(dòng)的車體在管道內(nèi)前進(jìn)，第二傳動(dòng)裝置則帶動(dòng)毛刷，結(jié)合酸溶液、消毒液噴射對(duì)管壁進(jìn)行清理、消毒。（3）數(shù)據(jù)通信模塊：是為了將信息以利于傳輸和接收的形式發(fā)送，給其他模塊傳遞信息。（4）客戶端模塊：包括數(shù)據(jù)顯示終端與手機(jī)終端，數(shù)據(jù)顯示終端是利用顯示信息采集模塊所采集的數(shù)據(jù)，通過手機(jī)終端再控制小車在管道內(nèi)部前進(jìn)、清潔、消毒和不定時(shí)的顯示管道內(nèi)部情況。

2.3 產(chǎn)品功能

管道內(nèi)裂痕檢測(cè)及清潔消毒系統(tǒng)功能：（1）檢測(cè)天然氣濃度。（2）GPS 定位。（3）超聲波裂痕檢測(cè)。（4）管道清潔、消毒。（5）OpenMV 裂縫檢測(cè)。

功能介紹：MQ-5 天然氣體濃度傳感器：主要用來檢測(cè)天然氣的濃度，可檢測(cè)天然氣濃度，根據(jù)天然氣濃度的變化來判斷管道是否發(fā)生裂縫。

GPS 定位：全球定位系統(tǒng)Global Positioning System 的縮寫版。GPS 是一種在衛(wèi)星定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，一般用于地理位置信息的獲取以及通用協(xié)調(diào)時(shí)間,因此可用于探測(cè)本裝置在管道內(nèi)的位置。

超聲波傳感器：超聲可以透過金屬深處并反射，當(dāng)檢測(cè)到缺陷時(shí)，探傷儀可將反射波顯示出來，然后在熒光屏形成脈沖波形。也可以利用波形判斷缺陷位置和大小。之后的超聲探傷可以準(zhǔn)確檢測(cè)管道內(nèi)壁的細(xì)微裂紋。

清潔、消毒：車內(nèi)裝有酸溶液、消毒液的儲(chǔ)液瓶，車頂部裝有泵體，兩邊裝有毛刷。第一傳動(dòng)裝置帶動(dòng)使用齒輪傳動(dòng)的車體在管道內(nèi)前進(jìn)，第二傳動(dòng)裝置則帶動(dòng)毛刷，結(jié)合酸溶液、消毒液噴射對(duì)管壁進(jìn)行清理、消毒。

OpenMV 裂縫檢測(cè)：這是一個(gè)開源，成本費(fèi)用低，功能很強(qiáng)大的機(jī)器視覺模塊。包括尋找色塊，眼球的追蹤，邊緣檢測(cè)，標(biāo)志跟蹤等，因此可通過攝像頭的拍攝，對(duì)管道內(nèi)壁的銹蝕和裂縫進(jìn)行捕捉。

3 項(xiàng)目技術(shù)分析

3.1 項(xiàng)目技術(shù)目標(biāo)

（1）對(duì)各種管道進(jìn)行裂痕檢測(cè)、清潔、消毒。（2）解決城市生活管道泄漏、細(xì)菌、病毒傳播問題。（3）解決農(nóng)業(yè)輸水管因管道發(fā)生裂痕導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)問題。（4）解決天然氣管道，因天然氣泄漏導(dǎo)致資源浪費(fèi)、爆炸等問題。（5）解決工業(yè)管道因管道發(fā)生裂痕導(dǎo)致資源浪費(fèi)、污染環(huán)境、爆炸等問題。

3.2 項(xiàng)目技術(shù)內(nèi)容

超聲波檢測(cè)技術(shù)：采用超聲波探傷原理實(shí)現(xiàn)對(duì)裂痕的檢測(cè)。

小車、裂痕定位技術(shù)：采用GPS 定位實(shí)現(xiàn)對(duì)小車、裂痕定位。

裂痕捕捉技術(shù)：采用OpenMV 實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫進(jìn)行捕捉拍攝。

管道清潔、消毒技術(shù)：通過電機(jī)帶動(dòng)水泵實(shí)現(xiàn)對(duì)管道進(jìn)行清潔消毒。

天然氣濃度檢測(cè)裂痕技術(shù)：采用MQ-5 傳感器對(duì)濃度進(jìn)行檢測(cè)，通過濃度的變化來檢測(cè)裂痕。

3.3 項(xiàng)目總體構(gòu)想

（1）使用著使用內(nèi)容：使用者可以通過手機(jī)控制小車，小車實(shí)現(xiàn)在管道穿梭、對(duì)管道進(jìn)裂痕檢測(cè)、清潔、消毒，小車通過手機(jī)顯示管道內(nèi)實(shí)時(shí)情況，對(duì)管道進(jìn)行勘察以及報(bào)警消毒。（2）裂痕檢測(cè)報(bào)警：管道內(nèi)裂痕檢測(cè)及清潔消毒系統(tǒng)通過，天然氣濃變化、超聲波檢測(cè)異常、拍攝捕捉到異常，向手機(jī)發(fā)出裂痕檢測(cè)報(bào)警。

3.4 項(xiàng)目技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）與國內(nèi)外技術(shù)對(duì)比。通過收集大量國內(nèi)外現(xiàn)有的管道機(jī)器人，發(fā)現(xiàn)目前我國的管道機(jī)器人功能單一、設(shè)備笨重、操作負(fù)責(zé)等問題，管道機(jī)器人還有很大的提升空間。在調(diào)查的過程中不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外現(xiàn)有的管道機(jī)器人存在以下幾點(diǎn)問題：①功能單一。目前市場(chǎng)上的管道機(jī)器人功能較為單一，沒有能實(shí)現(xiàn)把對(duì)管道的勘察、裂痕檢測(cè)、清潔、消毒集為一體。②管道裂痕檢測(cè)精確度低。在對(duì)管道進(jìn)行裂痕檢測(cè)時(shí)，多數(shù)采用超聲波、霍爾傳感器、視頻拍攝捕捉，來進(jìn)行單一檢測(cè)，精確度低。③設(shè)備龐大。有的管道機(jī)器人，操作設(shè)備復(fù)雜、管道機(jī)器人笨重龐大，無法對(duì)小型管道進(jìn)行勘察和檢測(cè)。④采用輪系作為機(jī)器人爬行。大多數(shù)管道機(jī)器人采用輪系作在管道進(jìn)行作業(yè)，無法對(duì)各種復(fù)雜的管道進(jìn)行很好的爬行。⑤操作設(shè)備復(fù)雜。大多數(shù)使用者對(duì)管道機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)時(shí)，操作設(shè)備往往是一臺(tái)電腦或者專門自制的設(shè)備，無法實(shí)現(xiàn)大眾控制操作。（2）技術(shù)優(yōu)勢(shì)。①體積小。以履帶式小車為載體，體積小，可以在各種環(huán)境的管道穿梭。②功能齊全。集成管道裂痕檢測(cè)、清潔、消毒。③精度高。結(jié)合超聲波、視頻捕捉、濃度變化三種來進(jìn)行高精度檢測(cè)裂痕。④操作簡(jiǎn)單。通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車控制，信息的采集，實(shí)時(shí)勘察檢測(cè)。