無人機在丘陵地區(qū)油氣管道巡檢中的應(yīng)用研究

傳統(tǒng)的人工巡檢方式受地理條件限制大，在復(fù)雜地形區(qū)域難以到達(dá)，且巡檢效率低、勞動強度大、準(zhǔn)確性和及時性難以保證，無法滿足日益增長的管道安全管理需求。無人機具有機動性強、靈活性高、可快速到達(dá)指定區(qū)域、能夠獲取高分辨率圖像和數(shù)據(jù)等優(yōu)勢，能夠有效彌補傳統(tǒng)人工巡檢的不足，實現(xiàn)對油氣管道的高效、精準(zhǔn)巡檢，及時發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患，為油氣管道的安全運行提供有力保障。

一、 無人機油氣管道巡檢系統(tǒng)概述

（一）系統(tǒng)組成

（1）無人機平臺

多旋翼無人機具有垂直起降、懸停穩(wěn)定、操作靈活等特點，適用于復(fù)雜地形和近距離精細(xì)巡檢任務(wù)；本文涉及的中江地區(qū)因沿線地形復(fù)雜、管道周邊障礙物較多，選用了多旋翼無人機。

（2）搭載設(shè)備

大疆經(jīng)緯M30無人機云臺搭載1200萬像素的廣角相機和4800萬像素的變焦相機，高清相機可以獲取管道及周邊環(huán)境的高清圖像，可清晰識別管道外觀是否存在變形、腐蝕、泄漏跡象，以及周邊是否有第三方施工、建筑物占壓等情況。

（3）數(shù)據(jù)傳輸與處理系統(tǒng)

無人機在飛行過程中獲取的大量數(shù)據(jù)需要實時傳輸回地面控制中心，以便操作人員及時了解巡檢情況并做出決策。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通常采用無線通信技術(shù)和4G網(wǎng)絡(luò)通信鏈路，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高速率[1]。地面控制中心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對傳輸回來的圖像進(jìn)行綜合分析和處理，利用圖像識別算法對可見光圖像進(jìn)行分析，自動識別管道及周邊的異常目標(biāo)。

（二）技術(shù)原理

（1）飛行控制技術(shù)

無人機的飛行控制技術(shù)是確保其安全、穩(wěn)定飛行的關(guān)鍵?，F(xiàn)代無人機采用先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)，通過傳感器實時獲取無人機的姿態(tài)、位置、速度等信息，并將這些信息反饋給飛行控制器。飛行控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的航線和飛行任務(wù)，對無人機的電機轉(zhuǎn)速、舵面角度等進(jìn)行精確控制，實現(xiàn)無人機的自主飛行、定點懸停、航線規(guī)劃與跟蹤等功能[2]。

（2）圖像識別與處理技術(shù)

圖像識別與處理技術(shù)是無人機巡檢系統(tǒng)實現(xiàn)智能化檢測的核心技術(shù)之一。系統(tǒng)首先對采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像增強、去噪等操作，以提高圖像質(zhì)量，便于后續(xù)的特征提取和識別。然后，采用目標(biāo)檢測算法對圖像中的感興趣目標(biāo)進(jìn)行定位和分類，通過與訓(xùn)練好的模型進(jìn)行匹配，判斷目標(biāo)是否為異常情況[3]。

二、 無人機在中江地區(qū)油氣管道巡檢中的應(yīng)用實踐

（一）巡檢流程

（1）巡檢前準(zhǔn)備

巡檢前需根據(jù)管道的地理位置、長度、周邊環(huán)境等信息，結(jié)合天氣狀況，為無人機規(guī)劃合理的巡檢航線。確保航線能夠全面覆蓋管道，同時避開禁飛區(qū)域、障礙物和人員密集區(qū)域。還需檢查無人機的電池電量、飛行控制系統(tǒng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)狀態(tài)以及相機、紅外熱成像儀等設(shè)備的功能是否正常。

（2）飛行巡檢

在飛行過程中，無人機保持穩(wěn)定的高度和速度，沿著管道沿線飛行。搭載的各種設(shè)備實時采集管道及周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)，可見光相機以一定的時間間隔或距離間隔拍攝高清圖像。數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)實時傳輸回地面控制中心。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析

巡檢任務(wù)完成后，對無人機采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入處理和分析。利用圖像識別軟件對可見光圖像進(jìn)行批量處理，自動識別管道及周邊的異常目標(biāo)，并進(jìn)行人工復(fù)核和確認(rèn)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以自動生成詳細(xì)的巡檢報告，包括管道的運行狀況、發(fā)現(xiàn)的異常情況及位置、處理建議等內(nèi)容。

（二）巡檢效果

無人機圖像回傳至數(shù)據(jù)管理平臺后，AI智能識別系統(tǒng)將對每一張圖像進(jìn)行風(fēng)險識別（識別類型包括：施工、占壓、塌方、水淹、塌陷及焚燒），并顯示風(fēng)險點距管道的垂向距離。目前，AI智能識別技術(shù)逐漸趨于成熟，風(fēng)險識別準(zhǔn)確率能到達(dá)到95%以上。

三、無人機巡檢的優(yōu)勢

（一）提高巡檢效率

與傳統(tǒng)人工巡檢相比，無人機巡檢速度快、覆蓋范圍廣。無人機可以按照預(yù)設(shè)航線快速飛行，不受地形和交通條件限制，能夠在短時間內(nèi)完成大面積的管道巡檢任務(wù)。多旋翼無人機在長輸管道巡檢中，一天內(nèi)可巡檢數(shù)十公里甚至上百公里的管道，而人工巡檢相同長度的管道則需要數(shù)天時間。同時，無人機可以連續(xù)作業(yè)，減少了人工巡檢中的休息時間和往返路途時間，大大提高了巡檢效率。在緊急情況下，如需要對突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的管道進(jìn)行巡檢，無人機能夠迅速抵達(dá)現(xiàn)場，及時獲取管道的受損情況，為應(yīng)急決策提供第一手資料，有效縮短了應(yīng)急響應(yīng)時間。

（二）降低成本

從長期來看，無人機巡檢能夠降低管道巡檢的綜合成本。雖然購置無人機及相關(guān)設(shè)備需要一定的前期投入，但在后續(xù)的使用過程中，其運行成本相對較低。無人機巡檢減少了人工巡檢所需的大量人力和物力投入，包括巡檢人員的工資、培訓(xùn)費用、交通費用以及相關(guān)設(shè)備的維護費用等。同時，由于無人機能夠及時發(fā)現(xiàn)管道安全隱患，避免了因隱患未及時發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致的管道泄漏、損壞等重大事故，從而減少了管道維修、搶修以及環(huán)境污染治理等方面的高額費用。

（三）保障人員安全

油氣管道巡檢工作面臨諸多安全風(fēng)險，特別是在復(fù)雜地形區(qū)域和存在安全隱患的區(qū)域，如山區(qū)、河流沿岸、管道泄漏現(xiàn)場等，人工巡檢人員的人身安全難以得到有效保障。無人機巡檢可以代替人工進(jìn)入這些危險區(qū)域，避免巡檢人員直接暴露在危險環(huán)境中，降低了人員傷亡事故的發(fā)生概率。同時，無人機巡檢還可以減少因人員疲勞、疏忽等因素導(dǎo)致的巡檢失誤，提高了巡檢工作的安全性和可靠性。

（四）提升巡檢精度

無人機搭載的高精度傳感器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，能夠獲取更詳細(xì)、準(zhǔn)確的管道信息。可見光相機可以拍攝高分辨率的圖像，清晰呈現(xiàn)管道表面的細(xì)微缺陷和周邊環(huán)境的變化。相比人工巡檢主要依靠肉眼觀察和經(jīng)驗判斷，無人機巡檢在精度和準(zhǔn)確性方面具有明顯優(yōu)勢，有助于提高管道的整體安全管理水平。

四、應(yīng)用中存在的問題及解決方案

（一）通信信號受干擾

在復(fù)雜地形或偏遠(yuǎn)地區(qū)，無人機與地面控制中心之間的通信信號容易受到山體、建筑物等障礙物的遮擋和干擾，導(dǎo)致信號中斷或數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，影響巡檢任務(wù)的正常進(jìn)行。為解決通信信號受干擾問題，可以采用多種通信方式相結(jié)合的方法，如同時使用4G/5G網(wǎng)絡(luò)和微波通信鏈路。此外，還可以通過增加信號中繼站來增強通信信號，在信號容易受到遮擋的區(qū)域設(shè)置信號中繼站，將無人機的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和放大，提高信號的覆蓋范圍和強度[4]。

（二）數(shù)據(jù)處理與分析的智能化水平有待提高

雖然目前無人機巡檢系統(tǒng)已經(jīng)具備一定的圖像識別和數(shù)據(jù)分析功能，但在復(fù)雜場景下，數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和智能化水平仍有待提高。例如，在一些環(huán)境復(fù)雜、干擾因素多的區(qū)域，圖像識別算法可能會出現(xiàn)誤判或漏判的情況。可利用深度學(xué)習(xí)算法對大量的管道巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，不斷優(yōu)化圖像識別和數(shù)據(jù)分析模型，提高其對各種異常情況的識別準(zhǔn)確率和分析能力。

五、結(jié)語

（1）利用無人機對管道進(jìn)行巡檢過程中在充分考慮無人機的性能、管道沿線的地形情況和數(shù)據(jù)傳輸方式后，再利用AI智能識別算法對管道周邊風(fēng)險進(jìn)行識別，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患，效果明顯。

（2）無人機管道巡檢相比人工巡檢，在巡檢效率、成本控制、人員安全和巡檢精度等方面具備顯著優(yōu)勢。

（3）隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，如無人機電池續(xù)航能力升級、中繼通信能力增強以及無人機硬件性能優(yōu)化等，無人機管道巡檢將朝著更加智能化、高性能化的方向發(fā)展。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報告》http://www.00559.cn/w/kj/32519.html