郝創(chuàng)洲 姚飛

西安因諾航空科技有限公司

摘要：“無人化”運營是管道企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展、提高系統(tǒng)效率、降低運營成本的關(guān)鍵支撐。無人值守機庫結(jié)合油氣管道巡檢系統(tǒng)，對無人機及其搭載設(shè)備采集的管道環(huán)境數(shù)據(jù)實時自動傳輸，智能分析和異常告警，可實現(xiàn)全天候管道智能巡護，為管道安全保駕護航。

關(guān)鍵詞：無人值守機庫；管道巡護；智能分析；巡檢系統(tǒng)

傳統(tǒng)的管道無人機巡檢，需要操作人員將無人機帶至現(xiàn)場遙控操作，不能實現(xiàn)全天候智能巡檢，存在巡護盲區(qū)。應(yīng)用無人值守機庫可實現(xiàn)無人機自動起降，自動充電和更換電池，結(jié)合無人機庫油氣管道巡檢系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程操控，無人值守，完成全天候常態(tài)化管道巡檢作業(yè)。一定程度上補充其他巡護設(shè)備的感知盲區(qū)，降低誤報率，提高管道巡護效率，降低巡護成本。

1  無人值守機庫簡介

1.1  無人機庫組成和作用

無人值守機庫是一個無人機停放平臺（圖 1），由無人機、機庫外殼、升降平臺、電池系統(tǒng)、氣象站、空調(diào)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和管理系統(tǒng)等組成。

圖 1 無人值守機庫現(xiàn)場起飛示例

（1）無人機。是核心設(shè)備，日常停放在機庫中，可搭載不同設(shè)備用于數(shù)據(jù)采集、遠程喊話和環(huán)境交互感知等管道巡護作業(yè)。

（2）機庫外殼。是機庫主體外形結(jié)構(gòu)，包括外側(cè)面和艙門，主要用來收納和保護無人機及其附屬設(shè)備，打開艙門可放飛無人機。

（3）升降平臺。完成無人機起飛和降落。作業(yè)時，升降平臺升起，將無人機提升至艙門以上高度，通過遠程任務(wù)規(guī)劃方式或遠程操作方式，由巡檢系統(tǒng)遠程操控?zé)o人機自主起飛實施作業(yè)。完成作業(yè)后，基于視角引導(dǎo)方式自主精準將其降落至艙門以下收納入無人機庫。

（4）電池系統(tǒng)。包括電源管理板、充放電系統(tǒng)、電池更換系統(tǒng)，可根據(jù)需要自動完成充電、放電。當(dāng)無人機電池電量不足時，系統(tǒng)自主取下電池放入充電箱充電，再將已充滿電的電池安裝在無人機上，智能完成電池更換。

（5）附屬設(shè)備。氣象站，主要設(shè)置風(fēng)速儀、雨量計等設(shè)備，實時感知和記錄氣象條件�？照{(diào)系統(tǒng)，保持無人機庫環(huán)境溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，確保設(shè)備工作環(huán)境溫度始終處于正常狀態(tài)。通訊系統(tǒng)，負責(zé)無人機庫運行數(shù)據(jù)和作業(yè)指令等正常通訊。

（6）管理系統(tǒng)。負責(zé)管理無人機和無人機庫設(shè)備，支持其通過巡檢系統(tǒng)完成遠程操作和監(jiān)控。

1.2  主要功能

（1）巡檢作業(yè)。機庫與巡檢系統(tǒng)對接，基于自動航線和巡檢任務(wù)自主完成巡檢作業(yè)。巡檢作業(yè)支持計劃性任務(wù)和臨時任務(wù)。機庫中的無人機搭載高光譜相機、雙光載荷、激光雷達、氣體檢測設(shè)備、喊話器、拋投器、點火器等設(shè)施，對第三方施工、管道占壓、管道裸露、打孔盜油、光纜損傷、環(huán)境污染等安全風(fēng)險進行監(jiān)測。

（2）系統(tǒng)聯(lián)動。部署了光纖振動預(yù)警系統(tǒng)、地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和智能攝像頭的“高后果、高風(fēng)險”區(qū)域，由于光纖預(yù)警和地災(zāi)監(jiān)測存在誤報率高、智能攝像頭存在監(jiān)控盲區(qū)等問題，在預(yù)警系統(tǒng)報警后，其報警位置信息與無人值守機庫共享，快速啟動無人機到達現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集和視頻拍攝并實時回傳巡檢系統(tǒng)，判斷管道周邊異常態(tài)勢。管理人員借助無人機巡檢情況，遠程判斷管道風(fēng)險并做出決策。

1.3  部署方式

無人值守機庫支持單一機庫獨立部署或多臺機庫聯(lián)動蛙跳式部署方式（圖 2），可根據(jù)需要實現(xiàn)巡護航線自主飛行或特殊情況下無人機手動飛行。

圖 2 無人值守機庫蛙跳式部署方式示意圖

2  巡檢系統(tǒng)

基于無人值守機庫的油氣管道巡檢系統(tǒng)，在智能感知層實現(xiàn)全自動、全天候管道數(shù)據(jù)智能采集，同時結(jié)合其他監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)可更加精準的判斷管道異常和風(fēng)險隱患。

2.1  系統(tǒng)架構(gòu)

如圖 3所示，巡檢系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)分析層、應(yīng)用系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成，可以遠程管控機庫進行常態(tài)化管道巡檢和應(yīng)急響應(yīng)等場景應(yīng)用。

圖 3 油氣管道巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集端�；�于無人值守機庫、無人機等感知設(shè)備對管道數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)“全”感知。

（2）數(shù)據(jù)分析層。賦予智能識別算法，巡檢路徑優(yōu)化算法等AI能力，對數(shù)據(jù)采集端采集的數(shù)據(jù)進行智能分析。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)。包括無人機管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、地圖服務(wù)等基礎(chǔ)軟件等組件，完成巡檢系統(tǒng)通用基礎(chǔ)功能。

（4）業(yè)務(wù)系統(tǒng)。負責(zé)無人機巡檢視頻直播、智能告警，巡檢報告導(dǎo)出等。

2.2  主要功能

巡檢系統(tǒng)（圖 4）集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、作業(yè)人員、巡檢任務(wù)、異常告警、過程監(jiān)控、巡檢報告、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等管理于一體，主要實現(xiàn)以下功能。

圖 4 巡檢系統(tǒng)界面

（1）實時監(jiān)控。巡檢系統(tǒng)支持無人機庫和第三方無人機接入，可實時傳輸巡檢視頻和數(shù)據(jù)，實時遠程監(jiān)控?zé)o人機巡檢實況。

（2）告警管理。針對大型機械、車輛、第三方施工等管道沿線異常情況實時智能識別，并將信息智能推送至公眾號、小程序、App等多終端告警，管理人員可第一時間了解管道沿線動態(tài)。

（3）數(shù)據(jù)分析�；�于大數(shù)據(jù)分析可以科學(xué)評估管道實際巡護成效，為優(yōu)化管道巡護策略提供數(shù)據(jù)支撐。

3  應(yīng)用案例

某北方地區(qū)50公里管道處于農(nóng)耕區(qū)，外部環(huán)境比較隱蔽，夜間常發(fā)生打孔盜油事件，人工巡護存在視角盲區(qū)和夜間巡護難題，為此引入無人值守機庫進行夜間自主巡護。設(shè)備組成為無人值守機庫3臺，無人機1架，搭載紅外和可見光集成載荷一個，喊話喇叭一個，采用聯(lián)動蛙跳式部署方式。

作業(yè)流程。巡檢系統(tǒng)發(fā)布指令操控?zé)o人機沿管道上方采集數(shù)據(jù)，現(xiàn)場視頻實時傳輸至巡檢系統(tǒng)展示，識別管道周邊人員和車輛等是否為異常情況。無人機發(fā)現(xiàn)異常目標時可自動降低飛行高度進一步確認異常信息，通過遠程喊話發(fā)出告警，同時拍攝高清圖片留證。

應(yīng)用效果。通過提前規(guī)劃好機庫夜間巡護任務(wù)，無人機可自動起飛作業(yè)，全程不需要人員到場，極大地降低了人巡和傳統(tǒng)無人機巡護的勞動強度。該管段實施無人機常態(tài)化夜間巡護后，再未發(fā)生打孔盜油事件。

4  總結(jié)

無人值守機庫為管道巡護提供了一種很好的輔助手段，不需要作業(yè)人員到現(xiàn)場就可實現(xiàn)管道全天候巡護，可大大降低日常巡護費用。該巡護模式具備一定的推廣意義，未來有良好的應(yīng)用前景。 

作者簡介：郝創(chuàng)洲，1984年生，工程碩士，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，因諾科技能源事業(yè)部解決方案總監(jiān)，現(xiàn)主要從事管道巡護解決方案研發(fā)工作。聯(lián)系方式：18717377165， hczheu@163.com。