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管道研究

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复杂环境下无人机辅助油气管道巡护应用试验

来源:《管道保护》2021年第2期 作者:杨超光 梁栋 赵雄 邬霁 刘浩 张振宇 时间:2021-4-19 阅读:

杨超光 梁栋 赵雄 邬霁 刘浩 张振宇
国家管网集团西南管道公司德宏输油气分公司


摘要:山区管道地理环境复杂,传统的人工巡护方式受人员、地形、天气和交通等因素限制较多。运用无人机等新技术辅助油气管道巡护,一定程度上解决了人工巡护存在的弊端,能有效减轻工作量,提升巡护工作效率和质量。介绍了在复杂环境下无人机辅助巡护作业的应用流程及要点,详细列举了试验案例及应用效果,具有实用性。
关键词:无人机;无人机链路;油气管道;巡护


传统的管道巡护方式主要包括人工巡检、远程视频监控和光纤预警等。人工巡检效率低、成本高、时间长、困难大、质量效果有待提高,难以满足现阶段大规模油气管道建设需求;远程视频监控和光纤预警系统由于安装成本高,后期维护强度大,只在重点区域安装应用。针对这种现状,德宏输油气分公司开展管道无人机辅助巡护应用试验,选定中缅油气管道“龙陵站―保山站―弥渡站”为试验管段。

1  传统巡护作业难点

(1)管道巡护作业难度大。中缅管道沿线地理环境复杂,地形起伏高差较大,呈V字型,日常巡检必须翻山越岭、跨沟涉河、过农田、穿公路,且途经多条高压输电线、横跨多个机场等,夏季多雨、冬季多雾,造成路面湿滑,给管道巡护带来不便,巡检人员作业难度大,巡检效率低,安全管理任务较为艰巨。

(2)管道安全保护难点多。多管并行等原因导致自身静态杂散电流和外部动态杂散干扰的共同作用使管道的腐蚀控制变得更加困难;汛期水毁地灾,边疆地区不法分子破坏,管道沿线第三方施工、占压风险等造成管道保护工作困难多。

(3)传统管道巡护方式效果差。传统管道巡护方式存在工作强度大、周期长、管理难、成本高、工效低等局限性,特别是在环境恶劣管段很难保证巡护质量和效率;加之巡查人员业务水平不一,及时发现管道及其附属设施损坏等行为存在困难。




2  无人机巡护要点

无人机巡护具有操作简单、维护方便、使用成本低等特点,能够克服传统巡护方式的不足,数据处理实时化、可存储、可查询、可回放、可追溯。
为保证无人机巡护质量,技术人员需做好相关资料的收集准备工作。如待巡护区域的已有地形图、气象资料、影像数据和巡检要求等,并据此规划航摄方案;同时建立无人机“测控走廊”链路,敷设方法遵循以下原则。

(1)飞行方向选择。无人机作业航线一般应按油气管道铺设方向平行飞行,但在特殊情况下也可以沿管道与河流交叉段河流上下游方向飞行或垂直飞行。

(2) 影像质量保证。无人机多次模拟飞行,参数经过多轮迭代和试飞行后再确定,依据管线区域地形起伏并结合数字高程模型,逐点设计曝光点,保证影像曝光质量。

(3)水域巡检全覆盖。管道穿越河流、湖泊等水域时,无人机执行巡检任务需保证所有区域完整覆盖,并尽可能避免主点落水,航摄能够构成立体图像。

(4)无人机通信链路安全。采用军标级L频段无人机测控专用地面及机载数据链路确保飞行数据链路安全可靠。
利用固定翼无人机航时长、飞行距离远的特点主要进行远距离大范围巡检;利用多旋翼无人机空中悬停的特点用于小范围、重点区域或定点巡查。多型号无人机相结合,能获取精细化资料,便于分析判断管道异常,及时预警和处理。

3  试验案例

(1)试验概况。选择“龙陵站―保山站―弥渡站”为试验管段,龙陵、隆阳、永平、漾濞等县(区)段为重点区段,试验超视距无人机飞行,巡查管道周边第三方施工、建构筑物占压、地质灾害等危害油气管道的安全隐患,实时回传高清巡查图像,为管道管理部门及时发现安全隐患提供信息支撑。共完成117架次无人机飞行,其中复合翼超视距无人机75架次,多旋翼超视距无人机42架次。

(2)无人机链路建设。采用军标级L频段无人机测控专用地面及机载数据链路,沿试验段管道部署组网基站,单基站覆盖半径20~50公里;多地面野外无人值守站通过光纤专线连接,组成中继接力的长距离飞行巡护测控系统;无人机单次飞行距离可达500~1000公里,将图像实时回传最近的基站,专用链路保证数据传输安全稳定。在管道沿线共选址建设11个专用测控链路野外无人值守站,在多个环境偏远管段新建专线光纤与每个测控站完成接入。

(3)地貌勘察。飞行管段全长约251公里,飞行航线穿越4个军民航空域管制区,途经怒江、澜沧江、漾濞江,有高山、峡谷、平坝地区,沿线地形及气候环境复杂,地灾频发,第三方施工较多。在地面站输入坐标后,控制无人机进入预定飞行轨道,远程实时传回整个飞行管段区域的清晰地貌影像,及时提供地面、空间数据和基础地理信息。试验期间,采用六旋翼无人机及复合翼无人机,高质量完成251公里管道的3个场站、3处跨越、23个阀室三维基础数据采集。

(4)管道巡检。无人机在自动飞行模式下,用内置高清摄像机指向待巡检管道采集详细影像,通过4G网络远程实时回传至地面站,或实时传输至授权手机终端或指挥中心。试验中,无人机巡检实现了对管道沿线异常情况的智能分析、实时报警,为及时处置风险提供了有力支持。

(5)航摄情况。将无人机拍摄的管道中心线两侧200米范围内的地貌情况高清照片导入专用软件进行拼接、处理,绘制出完整的管道走向航测图。通过图像拼接处理、内业几何校正等数据预处理后,采用两种方式验证遥感影像数据精度:一种为检查航摄像机检定资料、影像质量、飞行质量,其航向重叠度、旁向重叠度分别介于60%~70%、38%~50%区间,二者的平均值分别为66%、42.9%,;据此建立清晰立体模型,通过影像模式识别技术发现可疑点位置、点位图等,精度指标完全符合技术要求。另一种通过套合精度进行分析,无人机遥感影像数据精度更好。

4  结论

在复杂环境下采用多型号超视距无人机开展油气管道巡检,其技术路径、应用流程可行性较高,试验案例表明无人机与人工协同进行管道巡护,互为补充,在降低管理成本的同时,能提高巡护效率和质量,具有实用性与推广意义。



作者简介:杨超光,工程师,1990年生,毕业于昆明学院,现主要从事管道管理工作。联系方式:15887106128,986806711@qq.com。

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