张梦奇1 李干2 孙丰慧2 薛皓元3

1. 山东省石油天然气管道保护服务中心； 2.中国铁塔股份有限公司山东省分公司行业拓展部； 3.晋特信息科技有限公司

 

摘要：随着我国油气管道网络规模持续扩展，管道安全运营与维护面临全新挑战。本文借鉴全国长输油气管道保护实践先进经验，深入探讨了无人机智能巡检系统在管道管理中的应用价值与发展潜力，以及在管道巡检中的可行性、技术特点、实施成效及未来发展方向。结果显示，传统人工巡检存在效率低、覆盖窄、响应慢等不足，而无人机智能巡检系统通过整合自动机巢、人工智能算法、多源信息协同等技术，可实现管道全方位、高精度、智能化监控。结合山东省油气管道防护工作的现实需要提出相应建议，以期为管道保护实践提供理论支撑与技术指导。

关键词：油气管道保护；无人机巡检；智能算法；空天地集成系统；机器智能

 

近年来，无人机技术的迅猛发展和广泛使用为油气管道巡检提供了全新思路。通过配备高清摄像、红外热成像、激光探测等传感设备，并结合智能算法，无人机智能巡检系统可以完成对能源输送管道的多角度、多层次监测，有效改善了传统巡检模式的不足。国家管网集团、中国航油等企业已在无人机管道智能巡检领域开展了积极探索，验证了其技术可行性与实效性。

本文基于全国长输油气管道保护的先进经验，系统探讨无人机智能巡检系统在油气管道管理中的应用与创新，其通过集成自动机巢、AI算法与多源信息协同，实现高效、精准、全天候管道监控，有效改善传统巡检模式的不足。其在泄漏预警、第三方施工识别、地质灾害监测等方面表现突出，能显著提升巡检效率与安全性，降低运维成本，有效提升油气管道保护工作的技术水准与管理水平。

1  概述

1.1  传统管道巡检技术分析

我国油气管道防护技术方式经历了从人力主导向人技结合的发展历程。目前，主要的管道巡检模式包括人工巡检、视频监控巡检和无人机巡检三种类型。

人工巡检作为最基础的巡检方法，主要依靠工作人员沿管线徒步检查，通过肉眼观察、声音辨别和接触感知等方式判断管道状态。这种方法操作简单、灵活直观、技术要求低，但存在监控区域有限、处理速度缓慢、人力成本高昂等缺点，难以实现全天候不间断监控，特别在复杂地理环境和极端天气状况下，人工巡检更加难以实施，导致管道安全隐患无法及时察觉与解决。

视频监控巡检作为人工巡检的补充，可连续工作，减少人力投入，但存在监视盲区，且在高山、荒漠等地形复杂区域部署维护成本高。

1.2  无人机管道巡检技术新突破

无人机巡检作为一种新型技防手段，其系统通常由飞行平台、自动机巢、云端服务器及控制程序构成，能够实现自动巡检、自主充换电、图像智能辨识、异常状态警报等功能。相较于传统巡检方式，无人机巡检效率高、范围广、数据准确，特别是在复杂地形区和恶劣气候环境下优势明显（表 1）。 

表 1 油气管道主要巡检模式对比

人工智能算法的运用已成为无人机管道巡检的核心技术。中国石油华北油田采油三厂肃宁作业区通过多种AI算法的同步分析预警，实现烟火识别准确率97%、泄漏预警响应时间缩短至15分钟的技术突破[1]。此外，多技术融合的巡检模式也成为一种发展趋势。北京管道公司通过光纤预警、视频监控、无人机、卫星遥感等技术的结合，建立“空中+地面+线上”立体巡检体系，实现了对管道的全方位、多维度监控，显著提升管道巡检的效率与安全性[2]。

1.3  山东省无人机巡检的实践探索

山东省在油气管道无人机智能巡检方面开展了多项探索。山东省油气管道综合管理信息平台构建了“卫星遥感解译+无人机巡检+视频监控+管网3D建模”立体化智能监管体系，通过多源数据融合提升管道状态感知能力[3]。青岛等地在沿海密集管道区域部署无人机常态化巡检，结合AI图像识别技术，实现管道腐蚀、第三方施工、地质灾害等风险的早发现早预警。淄博市引入无人机载激光甲烷检测系统，对城市燃气管网进行周期性泄漏筛查，检测灵敏度达到ppm级，大幅提升城市燃气安全水平。这些实践表明，无人机巡检在山东管道防护中已形成多场景、多技术融合的应用特点，为构建省级智慧管道监管网络提供了有力支撑。

2  研究方法

2.1  案例分析法

案例分析法是指通过深入探讨全国范围内具有代表性的无人机管道智能巡检应用实例，提炼可推广的经验模式。重点研究了山东省油气管道综合管理信息平台“空天地”一体化监测体系、北京管道公司陕京管道空天地一体化多源联控智能巡检模式、青海涩宁兰输气管线“空天地”集成化智能巡检体系、中国石油华北油田采油三厂肃宁作业区“AI智巡”系统等。这些案例分布区域广泛、管网类型多样，具有较强的代表性，能够为油气管道防护工作提供多角度参考。

2.2  多源信息融合分析法

多源信息融合分析法是指利用无人机管道巡检中涉及的多元数据，对无人机采集的影像资料、传感器监测数据、地理信息数据以及人工巡检记录进行整合分析。山东省油气管道综合管理信息平台构建了“卫星遥感解译+无人机巡检+视频监控+管网3D建模”的立体化智能监管体系，该系统综合运用卫星遥感、无人机、智能视频监控、3D模型等多元方式，建立空天地立体化智能监管体系。通过多源信息的交叉验证与综合分析，以全面掌握管道运行状态，支撑科学决策。

2.3  系统架构与功能解析

基于案例和数据分析结果，进一步对无人机智能巡检系统的系统架构和功能模块进行解析。完整的无人机智能巡检系统通常包括硬件层、数据层、算法层和应用层四个层次[4] 。

硬件层：包含无人机平台、机巢、各类传感器（可见光相机、红外热像仪、激光检测仪等）以及通信设备。北京管道公司的无人机全自动巡检系统由无人机、机库、云服务器以及控制软件组成，能实现无人机自动巡检、自主充换电、图像智能识别、异常状态预警等功能。

数据层：负责多源信息的采集、传输、存储和管理。彭州市采用的“开明兽”油气管线无人机智能预警平台，能够通过面源激光探测技术形成宽幅激光面扫描，一次性全面覆盖管道区域，其气体泄漏检测灵敏度可达5 ppm.m，响应速度小于25 ms。

算法层：包括图像识别、数据分析、异常诊断等智能算法。中国石油华北油田采油三厂肃宁作业区的无人机巡检系统通过多种AI算法同步分析预警，实现了高热效率识别准确率97%、泄漏预警响应时间缩短至15分钟的技术突破。

应用层：涵盖日常巡检、应急抢险、风险评估等具体应用场景。北京管道公司在2023年7月至8月应对京津冀地区历史极端强降雨过程中，利用无人机航拍现场管道光缆受损情况，实时反馈现场信息，为应急抢险决策提供了有力支持。

3  研究结果

3.1  无人机智能巡检的技术成效

泄漏探测与预警能力。无人机智能巡检系统在油气管道泄漏检测方面表现优异。彭州市"开明兽"油气管线无人机智能预警平台具备高空快速巡检、广域扫描和精确感知三大优势，遥测范围为1～150 m，能够对气体泄漏、环境污染状况、管道材质损坏情况进行全光谱的快速拍摄和故障诊断。技术指标明显优于传统人工巡检方式，能够实现早期泄漏的精确识别和快速定位[5]。基于无人机探测的高层建筑天然气立管安全预警系统集成热红外（温差检测精度0.5℃）、激光烟雾（灵敏度5 μg/m³）及声波探测（频率范围20 Hz～20 kHz）技术，实现微泄漏、管壁损伤及异常振动的同步识别，漏点定位精度达±0.3 m。这种多模态融合检测技术大幅提升了泄漏探测的准确性和可靠性。

第三方施工识别与预警。无人机智能巡检系统能有效预防第三方施工对管道造成的意外损坏。西气东输公司泰兴作业区的应用实践显示，无人机能够精确识别管道两侧70 m范围内的施工机械，及时发现异常状态并预警。北京管道公司的空天地一体化模式中，光纤振动预警后可自动调用附近的摄像头或无人机现场核实，实现多技术的协同验证和联动响应；实践中共发现13处异常告警，包括8处挖掘机告警和2处推土机告警，有效预防第三方损坏。

3.2  管理效益

巡检效率提升。无人机智能巡检系统快速部署、高速飞行以及自动巡检能力能够显著提高管道巡检的效率。中国石油华北油田采油三厂肃宁作业区依托“空中+地面”协同巡检模式，累计完成管线巡检1.5万公里，替代人工高危巡线作业2000余次，巡检效率较传统方式提升4倍，隐患主动发现率提高至89%。东广域科技有限责任公司的无人值守无人机巡检系统通过无人机与机库的组合，实现重点油井及管线自动监测，免除现场操控无人机及更换电池环节，满足1天多次巡逻需求，显著提高监测准确性与响应速度[6]。

安全隐患降低。无人机智能巡检系统能够减少人员在危险环境中的暴露，明显降低安全风险，尤其在灾害应急情况下，无人机可以替代人员进入危险区域，保障人员安全。北京管道公司在应对极端强降雨灾害时，利用无人机航拍现场管道光缆受损情况，保障了人员安全。

3.3  经济效益

成本节约分析。虽然无人机智能巡检系统的初期投入较大，但长期来看具有明显的成本优势,能够大幅减少人力成本，提高巡检效率。随州产投集团利用无人机对近30公里供热管道进行全天候自动巡检，解决了依靠人工巡检或群众反馈，效率低、费用高等问题，明显降低了运维成本[7]。北京管道公司空天地一体化管道防护模式相比于传统方式，减少对人工巡检的依赖，具有明显的降成本和提效率优势。

投资回报评估。无人机智能巡检系统的投资回报不仅体现在直接的成本节约上，更体现在安全隐患的预防和事故损失的避免上。油气管道泄漏会造成巨大的经济损失、严重的环境破坏和社会影响，无人机智能巡检系统能够通过早期预警和快速响应，有效预防此类事故的发生。江汉油田“无人机+AI”巡检技术，通过加装“AI智能核心”，利用图像分析技术对管道裸露、原油泄漏、地面塌陷等典型隐患进行自动识别，识别准确率高达90%，形成了“前端感知—智能分析—协同处置—效能评估”的全链条管理闭环，实现对160公里电力线路、1000多公里管道线路及30座集气站的全天候、高频次巡检，其综合效益显著。

4  建议

4.1  技术难题与对策建议

尽管无人机智能巡检系统在油气管道管理中展现出明显优势，但在实际应用中仍面临续航短、气象敏感、载荷有限等技术挑战。

有限的飞行时间是制约无人机巡检的主要因素，可通过电池技术改进、轻量化设计和能量管理算法进一步提升无人机的续航时间。有研究指出，通过燃料电池、太阳能辅助供电等新型能源技术的应用，无人机的续航时间有望得到显著提升。

气象条件限制会对无人机的飞行安全和稳定性造成影响，可通过开发全天候无人机平台、改进飞行控制算法以及建立气象自适应调度系统来提升无人机在复杂气象条件下的作业能力。

有限的载荷能力使无人机难以携带大型或重量级的传感器设备，可通过传感器小型化、多功能集成以及优化载荷分配来扩大无人机的应用范围。

4.2  管理难题与对策建议

在管理层面上，数据隔离与标准化不足导致“信息孤岛”，老旧系统改造兼容难。

应加强技术标准体系建设，推动数据格式和通信协议的标准化，促进多源信息的融合与共享。西安石油大学研发的“油气管网空天地协同智慧监测与全域风险管控系统”深度融合国家标准和行业标准，保障了系统在数据标准、操作规范等方面的统一性和规范性，增强了系统的兼容性与可扩展性。

智能化技术应用深度有限亟待解决。当前人工智能和大数据分析等技术在勘探开发环节已有试点，但在管网运维、风险预测等场景的成熟应用仍不足。智能传感器、无人机巡检等设备的覆盖率不够，部分区域仍依赖人工操作，实时监控能力受限。对此，应加强人工智能算法的研发与应用，提升缺陷识别能力，降低误漏报率；结合边缘计算实现端侧处理，减少带宽依赖，提高响应速度。

4.3  未来发展趋势

随着技术的持续进步和应用场景的不断拓展，无人机智能巡检系统在油气管道管理中的应用将更加广泛和深入。基于当前的发展趋势，未来无人机管道巡检技术可在以下几个方面取得进一步突破。

空天地一体化深度融合。未来无人机巡检系统将与数字孪生、5G通信、物联网等技术进行更深入的融合，形成更加智能化的管道管理系统。通过构建管道的数字孪生体，可实现管道状态的实时映射和预测性维护，大幅提升管道管理的智能化水平[8]。

多介质输送体系拓展。随着能源结构的转型，油气管网行业将不断拓展多介质输送体系，推动氢能、CCUS、绿色甲醇等新型能源管输技术研发，构建“油、气、氢、氨”多能互补的输送网络，将为无人机巡检技术带来新的应用场景和挑战。

低空经济发展赋能。近年来，低空经济作为新兴的经济形态，得到了国家和地方的高度重视，如彭州市等多地已开展多种低空应用场景的试点。无人机管道巡检作为低空经济的重要组成部分，将获得更多的政策支持和资源投入，迎来更加广阔的发展前景。

 

参考文献：

[1]中国石油华北油田采油三厂.AI智巡系统在肃宁作业区的应用与实践[J].油气田地面工程，2024，43(2)：45-50.

[2]北京管道公司.陕京管道空天地一体化多源联控智能巡护模式研究[R].北京：北京管道公司，2023.

[3]魏玉，张梦奇. 山东省油气管道综合管理信息平台建设与应用[J].管道保护，2023(5)：32-33.

[4]西安石油大学.油气管网空天地协同智慧监测与全域风险管控系统技术白皮书[Z].2024.

[5]彭州市应急管理局.“开明兽”油气管线无人机智能预警平台测试报告[R].彭州：彭州市应急管理局，2023.

[6]山东广域科技有限责任公司.无人值守无人机巡检系统产品手册[Z].2024.

[7]黄振忠.随州产投集团挺进低空经济新赛道[R]. 随州：随州日报，2025.

[8]青岛市应急管理局. 沿海油气管道无人机智能巡检试点工作总结[R].青岛：青岛市应急管理局，2024.

 

作者简介：张梦奇，1983年生，本科，工程师，现就职于山东省石油天然气管道保护服务中心，主要从事油气管道保护及信息化项目管理工作，具备扎实的专业功底与丰富的管理经验。联系方式：15098819277，gdzxxxjsb@163.com。