无人机在管道外部安全风险防控中的应用

冯伟

国家管网集团西气东输公司

 

摘要：管道巡检是保障管道安全运营的重要手段。西气东输陆续在汛期、高后果区及部分管段采用无人机巡检，以无人机为平台，搭载视频、影像等传感器，周期性或指定时间段采集和分析数据，实现了对管道运营状态的巡查和快速智能巡检。从管道线路巡检、风险点管理、高后果区识别与管理及应急抢险四个方面，逐一举例介绍了无人机应用及其价值，介绍了无人机技术优势及目前技术的不足之处，指出了无人机在管道管理工作中的技术发展方向。

关键词：油气管道；无人机；巡检；风险点；高后果区；应急抢险

 

西气东输管道途经山区、黄土塬和江南水网等，地质环境复杂，洪水、矿山采空区、山体滑坡等灾害风险对管道安全运行构成较大威胁；中东部经济发达地区管道保护与城乡规划建设矛盾突出，第三方机械施工数量以每年平均15%左右递增；高后果区点位多、分布广、体量大，2020年公司全线识别高后果区1583段，长约2870公里，占管道总里程的17.94%。近年来，西气东输陆续在汛期、高后果区及部分管段开展了无人机试验及应用，取得了一些经验，推动了管道行业技术防护的进一步发展。

1  管道线路巡检应用

（1）合肥输气分公司空地一体巡护。以定远站为基地，在西一线52公里、定合复线22公里合计74公里管道，开展5个高后果区测试区段空中巡检（图 1）。采用固定翼无人机为主、小型多旋翼无人机候补、多机灵活调配方式。总计飞行1600余架次，空中巡护管道里程1万多公里，采集影像资料9万余帧，共发现风险隐患45处，各类风险全部得到及时有效现场处置。采用基于卷积神经网络技术的风险目标影像智能识别系统，识别准确率达到94%以上。

（2）忠武线管道无人机巡线。 对忠县顺溪—石柱赶家桥段、黄水张家沟—利川鱼龙段、恩施市罗针田—熊家岩段合计70公里管道进行为期6个月的日常巡检（图 2）。总计飞行1336架次，完成250次巡检，发现并核对违规焚烧、机械施工等疑似风险29次；完成管道基础数据（正射影像图、三维建模）采集和汛期数据更新；建立了无人机巡检综合管理平台、管道GIS系统和地灾智能识别评估系统。以无人机为“眼睛”，管道巡护人员不用到现场即可清晰地看到管道沿线情况，确保管道在特殊时期对环境、风险、隐患的识别率达到100％。利用无人机广播语音开展管道保护宣传，对违法违规行为起到震慑作用。

（3）深圳LNG外输管道试点应用。深圳LNG合计64.2公里外输管道开展为期一个多月的日常巡检。总计飞行952架次，完成56次巡检，发现并核对违规焚烧、机械施工等疑似风险26次；完成管道全线正射影像图、重点区域三维建模等基础数据采集（图 3）；建立了无人机巡检综合管理平台、光纤预警联动系统。

通过与人工巡检比较，无人机巡检比传统巡检方式更安全，巡检效率更高，并降低了巡检成本。单任务效率对比如表 1所示。

表 1 巡检单任务效率比较

2  风险点管理应用

武汉输气分公司于2019年10月启用无人机巡护管理平台。平台包括巡检任务规划、无人机管理、无人机影像资料管理、风险预警管理等模块，可以实现无人机巡检发现风险点，自动同步至云端进行预警复核；由系统自动下发风险复核通知给相关责任人复核确认风险点；对风险点进行归档、可视化管理等功能。对巡检目标自动智能识别率达到90%以上，结合人工辅助介入，实现了100%覆盖日常巡线业务的运行管理。

2019年7月，在开展忠武线重庆段管道无人机巡检时，发现两处疑似风险并第一时间向就近场站进行了汇报。通过现场确认，该疑似风险为焚烧杂物，管道管理人员及时制止了村民的危险行为。整个风险处置过程反应迅速，未对管道造成影响。

3  高后果区识别与管理应用

武汉输气分公司同期还启用无人机巡护管理平台管道GIS系统（图 4）。系统针对广域网用户提供Web发布、数据质量检查与备份、数据恢复等功能，主要用于高后果区辅助识别与复核、高后果区信息管理、高后果区可视化管理、不同时期的第三方施工变化和对比等。与以往高后果区识别相比，无人机能更快辨识管道周边的环境变化，有利于及时开展高后果区再识别工作，快速启动相应的高后果区管理工作。

图 4 无人机巡护管理平台管道GIS系统实时画面

4  应急抢险演练应用

2019年7月，西气东输公司开展湖北宜昌高后果区管道突发事件应急演练，使用无人机拍摄现场影像并实时传回至应急抢险指挥中心，便于应急抢险人员及时掌握现场情况，妥善研判应急抢险工作形势，更好地指导抢险工作。同时，无人机搭载高音喇叭，进行喊话、高空预警等信息传输和预警工作，大大提高了无人机在应急抢险中的价值。

5  无人机技术特点

（1）灵活性强效率高。特别是在山区、人员密集城市等受地理环境、天气状况因素影响较大的地区，充分发挥其灵活快捷、工作效率高的特点，快速获取清晰影像资料并完成分析与处理。持续检测能力强，有效降低劳动强度，提高运维效率，控制人员伤亡风险。

（2）远距离获取信息。装配有高清数码摄像机和照相机，可在高空拍摄清晰影像，实时远距离传送，监控人员在远端同步收看与操控。高分辨率影像采集弥补卫星遥感经常因云层遮挡获取不到影像的缺点，解决传统卫星遥感重访周期过长、应急不及时等问题。

（3）自行作业和定位。在大型冲沟、沙漠、沼泽地段，地质灾害频发、高后果区或车辆人员到达困难的特殊地段，重大疫情、会议、赛事、森林防火等特殊时期，管道突发事件应急抢险等，利用装配GPS定位系统进行自主巡航，及时发现影响管道外部安全的问题。通过挂载激光甲烷遥测仪对甲烷气体浓度进行实时检测计算，发现管道泄漏时自动悬停，数据回传无人机管理平台预警。

（4）辅助灾害监测。在遭遇洪水、泥石流、地震、山体滑坡等突发自然灾害时，及时进入灾害现场勘查。通过遥感拍摄远程影像，了解管道受损位置和受损情况及周边次生灾害情况。挂载相应设备进行扫描测绘，生成灾害现场三维图像，利用数据链将信息传回指挥中心，为抢险方案提供信息支撑。

（5）需要改进提升的方面。缩短巡检结果反馈时间；减少风险识别误判情况；城市区域的安全性能指标需进一步提升；减小搭载甲烷气体激光探测器体积重量；提高技术集成性及智能化程度；简化无人机合规飞行审批程序。

6  探索与展望

鉴于无人机在管道巡线、地质灾害预警、泄漏检测等方面的优势，西气东输将继续对无人机进行以下探索应用，以增加科技含量，提高生产效率。

（1）基于遥感、物联网与GIS技术的区域性地质灾害预警预报。基于无人机航拍对管道地质灾害频发区域建立正射影像图和三维模型，建立电子档案，对比不同时期的资料，识别管道周边的具体变化。

（2）管道泄漏监测。突发天然气管道泄漏事故，尤其是夜间发生事故时，泄漏天然气有可能发生爆燃，抢修人员及装备不能贸然进入现场。利用无人机搭载夜视红外相机，在事故现场外人工操纵无人机飞进现场上空，探测甲烷浓度，确定天然气扩散所影响的区域。同时利用传回的夜视图像观察现场情况，辅助指挥人员决策启动响应等级，对危情进行临机处置，避免事态扩大及次生灾害的发生。

（3）无人机技术展望。继续完善光纤预警与无人机联动，提高无人机自动起降机舱安全性与智能识别率，实现快速识别预警目标类型，实时回传到指挥中心；除山区继续应用多旋翼无人机外，在平原地区、海底管道区域结合人工智能识别技术，试点应用固定翼无人机；完善无人机巡护管理平台，优化无人机轮换、管理、保养流程，以及无人机影像资料管理、风险预警等功能。

作者简介：冯伟，国家管网集团西气东输分公司管道部副经理，高级工程师。从事长输油气管道管理工作逾20年，擅长管道完整性管理、腐蚀控制管理、第三方施工管控、油气管道地质灾害管理等专业领域，参与起草了《油气管道地质灾害风险管理技术规范》《油气管道地面标识设置规范》等标准，连续3次荣获中石油集团公司科技进步奖，在《天然气工业》等核心期刊发表多篇论文，现任国家管网集团专业标准委员会副秘书长。联系方式：021-50958053，fengwei@pipeline.com。