無人機在管道外部安全風險防控中的應用

馮偉

國家管網集團西氣東輸公司

 

摘要：管道巡檢是保障管道安全運營的重要手段。西氣東輸陸續在汛期、高后果區及部分管段采用無人機巡檢，以無人機為平臺，搭載視頻、影像等傳感器，周期性或指定時間段采集和分析數據，實現了對管道運營狀態的巡查和快速智能巡檢。從管道線路巡檢、風險點管理、高后果區識別與管理及應急搶險四個方面，逐一舉例介紹了無人機應用及其價值，介紹了無人機技術優勢及目前技術的不足之處，指出了無人機在管道管理工作中的技術發展方向。

關鍵詞：油氣管道；無人機；巡檢；風險點；高后果區；應急搶險

 

西氣東輸管道途經山區、黃土塬和江南水網等，地質環境復雜，洪水、礦山采空區、山體滑坡等災害風險對管道安全運行構成較大威脅；中東部經濟發達地區管道保護與城鄉規劃建設矛盾突出，第三方機械施工數量以每年平均15%左右遞增；高后果區點位多、分布廣、體量大，2020年公司全線識別高后果區1583段，長約2870公里，占管道總里程的17.94%。近年來，西氣東輸陸續在汛期、高后果區及部分管段開展了無人機試驗及應用，取得了一些經驗，推動了管道行業技術防護的進一步發展。

1  管道線路巡檢應用

（1）合肥輸氣分公司空地一體巡護。以定遠站為基地，在西一線52公里、定合復線22公里合計74公里管道，開展5個高后果區測試區段空中巡檢（圖 1）。采用固定翼無人機為主、小型多旋翼無人機候補、多機靈活調配方式�？傆嬶w行1600余架次，空中巡護管道里程1萬多公里，采集影像資料9萬余幀，共發現風險隱患45處，各類風險全部得到及時有效現場處置。采用基于卷積神經網絡技術的風險目標影像智能識別系統，識別準確率達到94%以上。

（2）忠武線管道無人機巡線。 對忠縣順溪—石柱趕家橋段、黃水張家溝—利川魚龍段、恩施市羅針田—熊家巖段合計70公里管道進行為期6個月的日常巡檢（圖 2）。總計飛行1336架次，完成250次巡檢，發現并核對違規焚燒、機械施工等疑似風險29次；完成管道基礎數據（正射影像圖、三維建模）采集和汛期數據更新；建立了無人機巡檢綜合管理平臺、管道GIS系統和地災智能識別評估系統。以無人機為“眼睛”，管道巡護人員不用到現場即可清晰地看到管道沿線情況，確保管道在特殊時期對環境、風險、隱患的識別率達到100％。利用無人機廣播語音開展管道保護宣傳，對違法違規行為起到震懾作用。

（3）深圳LNG外輸管道試點應用。深圳LNG合計64.2公里外輸管道開展為期一個多月的日常巡檢�？傆嬶w行952架次，完成56次巡檢，發現并核對違規焚燒、機械施工等疑似風險26次；完成管道全線正射影像圖、重點區域三維建模等基礎數據采集（圖 3）；建立了無人機巡檢綜合管理平臺、光纖預警聯動系統。

通過與人工巡檢比較，無人機巡檢比傳統巡檢方式更安全，巡檢效率更高，并降低了巡檢成本。單任務效率對比如表 1所示。

表 1 巡檢單任務效率比較

2  風險點管理應用

武漢輸氣分公司于2019年10月啟用無人機巡護管理平臺。平臺包括巡檢任務規劃、無人機管理、無人機影像資料管理、風險預警管理等模塊，可以實現無人機巡檢發現風險點，自動同步至云端進行預警復核；由系統自動下發風險復核通知給相關責任人復核確認風險點；對風險點進行歸檔、可視化管理等功能。對巡檢目標自動智能識別率達到90%以上，結合人工輔助介入，實現了100%覆蓋日常巡線業務的運行管理。

2019年7月，在開展忠武線重慶段管道無人機巡檢時，發現兩處疑似風險并第一時間向就近場站進行了匯報。通過現場確認，該疑似風險為焚燒雜物，管道管理人員及時制止了村民的危險行為。整個風險處置過程反應迅速，未對管道造成影響。

3  高后果區識別與管理應用

武漢輸氣分公司同期還啟用無人機巡護管理平臺管道GIS系統（圖 4）。系統針對廣域網用戶提供Web發布、數據質量檢查與備份、數據恢復等功能，主要用于高后果區輔助識別與復核、高后果區信息管理、高后果區可視化管理、不同時期的第三方施工變化和對比等。與以往高后果區識別相比，無人機能更快辨識管道周邊的環境變化，有利于及時開展高后果區再識別工作，快速啟動相應的高后果區管理工作。

圖 4 無人機巡護管理平臺管道GIS系統實時畫面

4  應急搶險演練應用

2019年7月，西氣東輸公司開展湖北宜昌高后果區管道突發事件應急演練，使用無人機拍攝現場影像并實時傳回至應急搶險指揮中心，便于應急搶險人員及時掌握現場情況，妥善研判應急搶險工作形勢，更好地指導搶險工作。同時，無人機搭載高音喇叭，進行喊話、高空預警等信息傳輸和預警工作，大大提高了無人機在應急搶險中的價值。

5  無人機技術特點

（1）靈活性強效率高。特別是在山區、人員密集城市等受地理環境、天氣狀況因素影響較大的地區，充分發揮其靈活快捷、工作效率高的特點，快速獲取清晰影像資料并完成分析與處理。持續檢測能力強，有效降低勞動強度，提高運維效率，控制人員傷亡風險。

（2）遠距離獲取信息。裝配有高清數碼攝像機和照相機，可在高空拍攝清晰影像，實時遠距離傳送，監控人員在遠端同步收看與操控。高分辨率影像采集彌補衛星遙感經常因云層遮擋獲取不到影像的缺點，解決傳統衛星遙感重訪周期過長、應急不及時等問題。

（3）自行作業和定位。在大型沖溝、沙漠、沼澤地段，地質災害頻發、高后果區或車輛人員到達困難的特殊地段，重大疫情、會議、賽事、森林防火等特殊時期，管道突發事件應急搶險等，利用裝配GPS定位系統進行自主巡航，及時發現影響管道外部安全的問題。通過掛載激光甲烷遙測儀對甲烷氣體濃度進行實時檢測計算，發現管道泄漏時自動懸停，數據回傳無人機管理平臺預警。

（4）輔助災害監測。在遭遇洪水、泥石流、地震、山體滑坡等突發自然災害時，及時進入災害現場勘查。通過遙感拍攝遠程影像，了解管道受損位置和受損情況及周邊次生災害情況。掛載相應設備進行掃描測繪，生成災害現場三維圖像，利用數據鏈將信息傳回指揮中心，為搶險方案提供信息支撐。

（5）需要改進提升的方面�？s短巡檢結果反饋時間；減少風險識別誤判情況；城市區域的安全性能指標需進一步提升；減小搭載甲烷氣體激光探測器體積重量；提高技術集成性及智能化程度；簡化無人機合規飛行審批程序。

6  探索與展望

鑒于無人機在管道巡線、地質災害預警、泄漏檢測等方面的優勢，西氣東輸將繼續對無人機進行以下探索應用，以增加科技含量，提高生產效率。

（1）基于遙感、物聯網與GIS技術的區域性地質災害預警預報。基于無人機航拍對管道地質災害頻發區域建立正射影像圖和三維模型，建立電子檔案，對比不同時期的資料，識別管道周邊的具體變化。

（2）管道泄漏監測。突發天然氣管道泄漏事故，尤其是夜間發生事故時，泄漏天然氣有可能發生爆燃，搶修人員及裝備不能貿然進入現場。利用無人機搭載夜視紅外相機，在事故現場外人工操縱無人機飛進現場上空，探測甲烷濃度，確定天然氣擴散所影響的區域。同時利用傳回的夜視圖像觀察現場情況，輔助指揮人員決策啟動響應等級，對危情進行臨機處置，避免事態擴大及次生災害的發生。

（3）無人機技術展望。繼續完善光纖預警與無人機聯動，提高無人機自動起降機艙安全性與智能識別率，實現快速識別預警目標類型，實時回傳到指揮中心；除山區繼續應用多旋翼無人機外，在平原地區、海底管道區域結合人工智能識別技術，試點應用固定翼無人機；完善無人機巡護管理平臺，優化無人機輪換、管理、保養流程，以及無人機影像資料管理、風險預警等功能。

作者簡介：馮偉，國家管網集團西氣東輸分公司管道部副經理，高級工程師。從事長輸油氣管道管理工作逾20年，擅長管道完整性管理、腐蝕控制管理、第三方施工管控、油氣管道地質災害管理等專業領域，參與起草了《油氣管道地質災害風險管理技術規范》《油氣管道地面標識設置規范》等標準，連續3次榮獲中石油集團公司科技進步獎，在《天然氣工業》等核心期刊發表多篇論文，現任國家管網集團專業標準委員會副秘書長。聯系方式：021-50958053，fengwei@pipeline.com。