郝创洲 姚飞

西安因诺航空科技有限公司

 

摘要：“无人化”运营是管道企业数字化转型、智能化发展、提高系统效率、降低运营成本的关键支撑。无人值守机库结合油气管道巡检系统，对无人机及其搭载设备采集的管道环境数据实时自动传输，智能分析和异常告警，可实现全天候管道智能巡护，为管道安全保驾护航。

关键词：无人值守机库；管道巡护；智能分析；巡检系统

 

传统的管道无人机巡检，需要操作人员将无人机带至现场遥控操作，不能实现全天候智能巡检，存在巡护盲区。应用无人值守机库可实现无人机自动起降，自动充电和更换电池，结合无人机库油气管道巡检系统，可以实现远程操控，无人值守，完成全天候常态化管道巡检作业。一定程度上补充其他巡护设备的感知盲区，降低误报率，提高管道巡护效率，降低巡护成本。

1  无人值守机库简介

1.1  无人机库组成和作用

无人值守机库是一个无人机停放平台（图 1），由无人机、机库外壳、升降平台、电池系统、气象站、空调系统、通讯系统和管理系统等组成。

图 1 无人值守机库现场起飞示例

（1）无人机。是核心设备，日常停放在机库中，可搭载不同设备用于数据采集、远程喊话和环境交互感知等管道巡护作业。

（2）机库外壳。是机库主体外形结构，包括外侧面和舱门，主要用来收纳和保护无人机及其附属设备，打开舱门可放飞无人机。

（3）升降平台。完成无人机起飞和降落。作业时，升降平台升起，将无人机提升至舱门以上高度，通过远程任务规划方式或远程操作方式，由巡检系统远程操控无人机自主起飞实施作业。完成作业后，基于视角引导方式自主精准将其降落至舱门以下收纳入无人机库。

（4）电池系统。包括电源管理板、充放电系统、电池更换系统，可根据需要自动完成充电、放电。当无人机电池电量不足时，系统自主取下电池放入充电箱充电，再将已充满电的电池安装在无人机上，智能完成电池更换。

（5）附属设备。气象站，主要设置风速仪、雨量计等设备，实时感知和记录气象条件。空调系统，保持无人机库环境温度在设定范围内，确保设备工作环境温度始终处于正常状态。通讯系统，负责无人机库运行数据和作业指令等正常通讯。

（6）管理系统。负责管理无人机和无人机库设备，支持其通过巡检系统完成远程操作和监控。

1.2  主要功能

（1）巡检作业。机库与巡检系统对接，基于自动航线和巡检任务自主完成巡检作业。巡检作业支持计划性任务和临时任务。机库中的无人机搭载高光谱相机、双光载荷、激光雷达、气体检测设备、喊话器、抛投器、点火器等设施，对第三方施工、管道占压、管道裸露、打孔盗油、光缆损伤、环境污染等安全风险进行监测。

（2）系统联动。部署了光纤振动预警系统、地灾监测预警系统和智能摄像头的“高后果、高风险”区域，由于光纤预警和地灾监测存在误报率高、智能摄像头存在监控盲区等问题，在预警系统报警后，其报警位置信息与无人值守机库共享，快速启动无人机到达现场进行数据采集和视频拍摄并实时回传巡检系统，判断管道周边异常态势。管理人员借助无人机巡检情况，远程判断管道风险并做出决策。

1.3  部署方式

无人值守机库支持单一机库独立部署或多台机库联动蛙跳式部署方式（图 2），可根据需要实现巡护航线自主飞行或特殊情况下无人机手动飞行。

图 2 无人值守机库蛙跳式部署方式示意图

2  巡检系统

基于无人值守机库的油气管道巡检系统，在智能感知层实现全自动、全天候管道数据智能采集，同时结合其他监测预警系统可更加精准的判断管道异常和风险隐患。

2.1  系统架构

如图 3所示，巡检系统主要由数据采集端、数据分析层、应用系统、业务系统组成，可以远程管控机库进行常态化管道巡检和应急响应等场景应用。

图 3 油气管道巡检系统架构

（1）数据采集端。基于无人值守机库、无人机等感知设备对管道数据信息实现“全”感知。

（2）数据分析层。赋予智能识别算法，巡检路径优化算法等AI能力，对数据采集端采集的数据进行智能分析。

（3）应用系统。包括无人机管理、数据服务、地图服务等基础软件等组件，完成巡检系统通用基础功能。

（4）业务系统。负责无人机巡检视频直播、智能告警，巡检报告导出等。

2.2  主要功能

巡检系统（图 4）集基础数据、作业人员、巡检任务、异常告警、过程监控、巡检报告、数据统计等管理于一体，主要实现以下功能。

图 4 巡检系统界面

（1）实时监控。巡检系统支持无人机库和第三方无人机接入，可实时传输巡检视频和数据，实时远程监控无人机巡检实况。

（2）告警管理。针对大型机械、车辆、第三方施工等管道沿线异常情况实时智能识别，并将信息智能推送至公众号、小程序、App等多终端告警，管理人员可第一时间了解管道沿线动态。

（3）数据分析。基于大数据分析可以科学评估管道实际巡护成效，为优化管道巡护策略提供数据支撑。

3  应用案例

某北方地区50公里管道处于农耕区，外部环境比较隐蔽，夜间常发生打孔盗油事件，人工巡护存在视角盲区和夜间巡护难题，为此引入无人值守机库进行夜间自主巡护。设备组成为无人值守机库3台，无人机1架，搭载红外和可见光集成载荷一个，喊话喇叭一个，采用联动蛙跳式部署方式。

作业流程。巡检系统发布指令操控无人机沿管道上方采集数据，现场视频实时传输至巡检系统展示，识别管道周边人员和车辆等是否为异常情况。无人机发现异常目标时可自动降低飞行高度进一步确认异常信息，通过远程喊话发出告警，同时拍摄高清图片留证。

应用效果。通过提前规划好机库夜间巡护任务，无人机可自动起飞作业，全程不需要人员到场，极大地降低了人巡和传统无人机巡护的劳动强度。该管段实施无人机常态化夜间巡护后，再未发生打孔盗油事件。

4  总结

无人值守机库为管道巡护提供了一种很好的辅助手段，不需要作业人员到现场就可实现管道全天候巡护，可大大降低日常巡护费用。该巡护模式具备一定的推广意义，未来有良好的应用前景。 

作者简介：郝创洲，1984年生，工程硕士，毕业于哈尔滨工业大学，因诺科技能源事业部解决方案总监，现主要从事管道巡护解决方案研发工作。联系方式：18717377165， hczheu@163.com。