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无人机在长距离油气管道管理中的应用

发布时间:2017-12-07 09:12:00 文章来源:未来智讯    
    关键词:长距离油气管道 无人机 管道管理 管线巡查
    一、引言
    国民经济的迅速发展使得国家对能源的需求越来越大。油气管道作为国家的能源动脉,其快速发展为解决我国能源运输紧张、保障能源供应安全发挥着十分重要的作用。确保油气管道安全平稳运行已成为相关企业一项重要的责任。
    长距离油气管道线路长、分布广、途经复杂地貌多,在管理工作中,往往会面临以下难题:(1)管线巡查。传统的人工巡线方法费时费力、条件艰苦、人力成本高,许多埋设于险要地段的管道,由于环境险要、交通不便而造成徒步巡线无法到达,导致不能及时发现安全隐患;(2)应急抢险。如何及时定位、定性管道突发事件,快速准确到达现场,为应急抢险提供一手信息,缩短事故处理时间,减小次生事故发生,一直是管道应急抢险的难题;(3)管道保卫。防止打孔盗油、盗气的现象,加强管道保卫工作。
    无人机作为一项融合多个专业于一身的高新技术,可快速获取地貌的空间遥感信息,结合长距离油气管道管理特点,在总结吸收其他行业经验的基础上,可应用于长距离油气管道定期巡检、抢险应急巡查、漏油和盗油(盗气)点现场定位等,可成为保障管道安全运行的一种可行的新手段。
    二、无人机在长距离油气管道管理中的应用原理
    1.无人机系统的组成
    无人驾驶飞机(简称无人机)是当今航空科技发展的热点之一,发展至今已近80年历史,其融合了无人驾驶飞行器、遥感传感器、遥测遥控、通讯、GPS差分定位、影像处理等前沿技术,可实现土地资源、环境、植被等空间遥感信息快速获取、处理、建模及应用分析的自动化、智能化、专题化。早期基本上用于军方,目前国内外都在积极开展无人机的民用研究,并且在资源遥感、环境评估、航空测绘、精准农业、气象探测和电力巡逻等领域内取得了一定的进展。相对于普通飞机而言,其具有体积小、重量轻、成本低、维护简单、使用灵活等特点。
    一般来说,无人机由空中部分、地面部分和数据后处理部分组成。(1)空中部分。由遥感传感器、遥感空中控制、无人机平台组成。其主要功能是规划航线并上传到飞机上的控制器,飞行中监控飞机状态,在控制半径范围内能根据实际需要更改部分控制参数,并进行航空拍摄;(2)地面部分。由航迹规划、无人机地面控制以及数据接收显示部分组成。主要功能为设计和规划航道轨迹,并载入无人机航线控制模块,使无人机可以根据预定航线进行遥感影像数据采集工作,以及无人机的实时控制与飞行姿态数据的实时接收和遥感影像的显示。(3)数据后处理部分。影像后处理部分,是无人机遥感技术的一个关键环节,关系到影像的精度和分析的准确性。
    在现有无人机遥感技术发展的基础上,选择合适高效稳定的无人机平台(无人机机型)、良好的飞行控制系统(完成无人机的飞行控制与飞行管理,系统由传感器、执行机构和飞控计算机系统3部分组成)、机载遥感设备控制系统(由数字相机、稳定平台、遥感设备控制系统等组成)、高效的数据处理系统等可组成适合长距离油气管道线路巡查、应急抢险和管道保卫的无人机遥感飞行系统。
    2.无人机系统线路巡查工作流程
    以长距离油气管道线路巡查为例,一套完整的无人机巡线解决方案,可包括:无人机机体、弹射起飞架、自动驾驶仪、地面站控等。
    无人机巡线工作流程为:
    2.1无人机搭载高清摄像头、高分辨率CCD相机和红外成像仪等任务设备,通过起飞架起飞;
    2.2具有自主导航定位功能的地面控制站,可实现无人机自主起飞,采用定高飞行的方式,确保无人机和地面被检测物的安全;
    2.3数字图像传输电台实时传送巡检中的视频录像;
    2.4地面检查人员格局实时视频判断线路情况,并根据GPS定位判断位置并记录,当发现问题区域后开启机载的CCD相机进行拍摄,利用高分辨率航拍照片对问题区域进行准确判读;
    2.5完成一次飞行后,无人机可根据现场作业情况,选择滑跑、开伞等方式进行回收。
    三、无人机在长距离油气管道中的应用情况
    在国外,无人机遥感技术在管道行业应用已非常广泛,涉及到山区管道巡检、近海油气管道监视、灾后次生灾害评价,漏油和盗油点现场定位等各方面。
    国内,已有无人机应用于管道建设中的案例,如庆铁线扩能改造管道建设中,曾使用无人遥感飞行系统辅助施工单位优化选线、放线,帮助选择施工进场道路等;在地质灾害调查中,也有成功案例,无人机遥感在西气东输管道地质灾害调查中得到了应用;在输油管道管理中,2011年无人机遥感技术在兰成渝管道中管道管理中得到应用,是我国首次应用于长输油气管道的管理。
    2012年11月,中国石油西气东输管道公司首次进行了无人机管线巡查试验飞行。该试验由中石油管道学院无人机项目团队实施,在西气东输龙潭站至镇江站干线管道之间进行管道无人机巡护试验。巡护过程中可以同时进行高清视频信号录制,管道沿线地貌图片拍摄,三桩、水工保护设施、场站以及阀室安全监测,管道沿线地表地质变化情况、杂散电流排流系统监测等管道本体、周边情况以及管道附属设施监测,能够有效提高巡检效率和质量。
    目前,已有多家公司可以提供无人机管道巡线等技术,比如中国石油管道学院、桂林鑫鹰公司等,可提供管道巡线解决方案。
    四、应用前景和展望
    无人机遥感技术日趋成熟,已逐渐渗透到民用领域的各个行业,包括气象监测、资源调查与监测、测量、突发事件处理和电力巡线等各方面。在长距离油气管道应用方面,国外已非常广泛,涉及山区管道巡检、近海油气管道监视、灾后次生灾害评价,漏油和盗油点现场定位等各方面,国内相关应用尚处于探索阶段。
    无人机相对于普通飞机而言,具有体积小、重量轻、成本低、维护简单、使用灵活等特点。在管道作业中效率高,机动灵活,使用方便,可以承担高风险的飞行任务,为管道管理提供了一种新的选择。无人机遥感技术在管道巡线中,可获得管道沿线险要地段的数据,避免由于人工巡线无法到达造成数据遗漏,可补充传统人工巡线方式的不足;在管道抢险中,利用无人机实时传回的视频图像,能清晰地辨识现场情况,并能做到定点跟踪,第一时间掌握潜在危险地点,为防止险情发生节约时间。此外,可精准定位、不定时监控漏油盗油点,有效的遏制打孔盗油频繁的现象。再则,无人机技术在高后果区识别、灾害识别和次生灾害评估等管道完整性管理中也能发挥着显著的作用。
    随着我国管道行业的大发展,特别是“十一五”期间,以西气东输、川气东送、中哈原油管道、兰郑长成品油管道等工程为标志,以及“十二五”规划重点发展天然气的能源战略,管道行业将会迎来更大的发展期,同时,如何保障管道的安全生产平稳运行成为企业工作的重中之重,无人机遥感飞行系统自主性强,机载数据获取系统可设置不同的传感器,对其稍加改造即可用于管道巡线、应急抢险、管道保卫、近海油气管道监视等管道管理领域,势必具有广阔的市场需求。随着无人机技术的改进与发展,无人机将在管道管理中发挥越来越重要的作用。
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