郝創洲 姚飛

西安因諾航空科技有限公司

 

摘要：“無人化”運營是管道企業數字化轉型、智能化發展、提高系統效率、降低運營成本的關鍵支撐。無人值守機庫結合油氣管道巡檢系統，對無人機及其搭載設備采集的管道環境數據實時自動傳輸，智能分析和異常告警，可實現全天候管道智能巡護，為管道安全保駕護航。

關鍵詞：無人值守機庫；管道巡護；智能分析；巡檢系統

 

傳統的管道無人機巡檢，需要操作人員將無人機帶至現場遙控操作，不能實現全天候智能巡檢，存在巡護盲區。應用無人值守機庫可實現無人機自動起降，自動充電和更換電池，結合無人機庫油氣管道巡檢系統，可以實現遠程操控，無人值守，完成全天候常態化管道巡檢作業。一定程度上補充其他巡護設備的感知盲區，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、氣象站、空調系統、通訊系統和管理系統等組成。

圖 1 無人值守機庫現場起飛示例

（1）無人機。是核心設備，日常停放在機庫中，可搭載不同設備用于數據采集、遠程喊話和環境交互感知等管道巡護作業。

（2）機庫外殼。是機庫主體外形結構，包括外側面和艙門，主要用來收納和保護無人機及其附屬設備，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，通過遠程任務規劃方式或遠程操作方式，由巡檢系統遠程操控無人機自主起飛實施作業。完成作業后，基于視角引導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。包括電源管理板、充放電系統、電池更換系統，可根據需要自動完成充電、放電。當無人機電池電量不足時，系統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）附屬設備。氣象站，主要設置風速儀、雨量計等設備，實時感知和記錄氣象條件。空調系統，保持無人機庫環境溫度在設定范圍內，確保設備工作環境溫度始終處于正常狀態。通訊系統，負責無人機庫運行數據和作業指令等正常通訊。

（6）管理系統。負責管理無人機和無人機庫設備，支持其通過巡檢系統完成遠程操作和監控。

1.2  主要功能

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

（2）系統聯動。部署了光纖振動預警系統、地災監測預警系統和智能攝像頭的“高后果、高風險”區域，由于光纖預警和地災監測存在誤報率高、智能攝像頭存在監控盲區等問題，在預警系統報警后，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場進行數據采集和視頻拍攝并實時回傳巡檢系統，判斷管道周邊異常態勢。管理人員借助無人機巡檢情況，遠程判斷管道風險并做出決策。

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動蛙跳式部署方式（圖 2），可根據需要實現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

基于無人值守機庫的油氣管道巡檢系統，在智能感知層實現全自動、全天候管道數據智能采集，同時結合其他監測預警系統可更加精準的判斷管道異常和風險隱患。

2.1  系統架構

如圖 3所示，巡檢系統主要由數據采集端、數據分析層、應用系統、業務系統組成，可以遠程管控機庫進行常態化管道巡檢和應急響應等場景應用。

圖 3 油氣管道巡檢系統架構

（1）數據采集端。基于無人值守機庫、無人機等感知設備對管道數據信息實現“全”感知。

（2）數據分析層。賦予智能識別算法，巡檢路徑優化算法等AI能力，對數據采集端采集的數據進行智能分析。

（3）應用系統。包括無人機管理、數據服務、地圖服務等基礎軟件等組件，完成巡檢系統通用基礎功能。

（4）業務系統。負責無人機巡檢視頻直播、智能告警，巡檢報告導出等。

2.2  主要功能

巡檢系統（圖 4）集基礎數據、作業人員、巡檢任務、異常告警、過程監控、巡檢報告、數據統計等管理于一體，主要實現以下功能。

圖 4 巡檢系統界面

（1）實時監控。巡檢系統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據，實時遠程監控無人機巡檢實況。

（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。

（3）數據分析。基于大數據分析可以科學評估管道實際巡護成效，為優化管道巡護策略提供數據支撐。

3  應用案例

某北方地區50公里管道處于農耕區，外部環境比較隱蔽，夜間常發生打孔盜油事件，人工巡護存在視角盲區和夜間巡護難題，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，采用聯動蛙跳式部署方式。

作業流程。巡檢系統發布指令操控無人機沿管道上方采集數據，現場視頻實時傳輸至巡檢系統展示，識別管道周邊人員和車輛等是否為異常情況。無人機發現異常目標時可自動降低飛行高度進一步確認異常信息，通過遠程喊話發出告警，同時拍攝高清圖片留證。

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

4  總結

無人值守機庫為管道巡護提供了一種很好的輔助手段，不需要作業人員到現場就可實現管道全天候巡護，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，未來有良好的應用前景。 

作者簡介：郝創洲，1984年生，工程碩士，畢業于哈爾濱工業大學，因諾科技能源事業部解決方案總監，現主要從事管道巡護解決方案研發工作。聯系方式：18717377165， hczheu@163.com。