無人機油氣田管線巡查系統發展前景

李澤龍

摘要：隨著科技的不斷發展，工業級無人機依靠高技術水平、高空監控、高速運轉和高清視頻圖像——“四高”的作業能力成為了工業企業的新寵。在石油天然氣行業中，應用巡查無人機大大減少了環境監測、日常管線巡護等作業的工作量，顯著提高了工作效率。基于此，探討無人機油氣田巡查系統的發展，并分析其應用可能性與展望未來。

關鍵詞：無人機;巡查系統;環境監測;管線巡護;發展

前言

近年來，長慶油田以穩產 5000 萬噸占據全國產量最大油田的稱號。長慶油田勘探區域分布陜西、甘肅、寧夏、山西和內蒙古等地，擁有數以萬計的油氣管線，同時油氣管線作為重要的基礎設施也是石油企業的巡查重點。然而油氣管線距離長、分布范圍廣、所處生態環境復雜，這給人工巡查造成了一定的困難，傳統的人工巡查工作量大、工作質量不高，漏巡或缺巡等現象時常發生，這給保障油氣管線的安全運行帶來了隱患。因此，對無人機油氣田巡查系統發展的探討具有極其重要的應用價值和理論意義。

一、無人機管線巡查概述

無人機油氣田巡查系統主要由平臺系統、地面控制系統和信息采集系統三部分組成。無人機油氣田巡查系統的平臺系統主要包括動力系統、遙感傳感器、信號處理、GPS 接受和控制系統;無人機油氣田巡查系統的地面控制系統主要包 括計算機、數據處理系統、GPS 導航和無線電控制;無人機油氣田巡查系統的信息采集系統主要包括云臺、相機、傳感-器和無線電控制。

二、無人機巡查作業流程

無人機油氣田巡查系統在作業時的流程按順序依次為：適航查勘、飛行路線設計、起飛準備、正式飛行作業、無人機降落回收和圖像處理。首先確定飛行的范圍、合適的起降地點，規劃飛行航線;然后做起飛準備，進行正式飛行作業，自動執行航拍任務，同時地面控制系統實時掌握飛機的姿勢、方位等參數，保證平穩運行，并實時顯示遙感圖像;最后對無人機進行回收處理，采用無人機攝像快速處理軟件對圖像進行處理生成需要的影像。

三、無人機巡查系統應用

（1）管線選線及場站選址

長輸管道選址大部分位于戈壁、沙漠等地形地貌復雜的區域，由于海拔高、空氣稀薄，選線工作變得極為艱難，為了減少野外踏勘的人力工作，選擇無人機進行管線選線和場站選址工作，結合衛星遙感圖畸形初步規劃設計，可以降低野外踏勘的風險，起到事半功倍的效果。

無人機可以通過遙感技術直接獲得關于管道線路上的基礎數據，例如油氣管道的埋設、地形地貌、水文地質等資料。無人機獲取的是多波段、多時域、多攝站的圖像信息，這是其他傳統技術無法滿足的。無人機獲得的精確度高、解析質量高的圖像還可以研究腐蝕性土壤以保護未來管道運行的安全。

（2）管線施工監控

管線在施工的過程中，監控巡視工作需要耗費大量的人力財力，人員強度大，速度慢效率低，而選擇無人機低成本高機動性以及先進的數字化檢測技術、定位技術、GIS（地理信息系統）技術進行全天候的監控，對施工進度、質量以及安全等方面做到全方位的監控，不受地面人員干預，不受交通限制，大大提高了信息采集量與監控空間的自由度，使得監控工作更加詳細和全面。目前電動無人機搭載 Go Pro 攝像機可以續航 20 分鐘，其實時圖傳系統可以實現穩定飛行，規劃好線路還可實現自動巡航飛行，使用非常方便，在短時段作業工程中可被應用。

（3）管線巡查

針對油氣管線巡查的工作，尤其是長輸管道在運行后的巡查工作，人力耗費巨大并且效率低下，因此選擇無人機進行巡查，可以大大提高巡查效率，甚至在惡劣天氣條件下同樣可以完成巡查工作。在事故、災害等緊急情況發生時，無人機巡查可以降低人員的風險，及時發現突發情況傳遞信息以便相關人員可以在第一時間趕到并處理。

巡查系統采用固定翼無人機、數據鏈、地面站等組成，與 SCADA 通信系統進行集成，可以實現管道的遙感成像、管道環境狀態監測以及智能化實時監測等。可以監測到管道是否有銹蝕、裸露、打孔偷盜等現象，實時保護油氣長輸管 線的安全運行。

四、無人機巡查與人工巡查的成本分析對比

無人機油氣田巡查系統產生的費用包括巡檢直接費和巡檢間接費用，其中巡檢直接費用包括汽車運輸費用、機械操作費用和無人機巡檢費用。巡檢中發生的直接費總成本由車輛運輸成本、機械操作費用和無人機巡檢費用三項組成。間接費是指除直接費之外，由于無人機巡檢作業而發生的一切費用，具體有設備攤銷 費、設備維修費、工傷醫療費、差旅費、培訓費和管理費。

以固定翼開拓者為例，該飛機采用 3W56cc 雙缸兩沖程活塞式汽油發動機。發動機工作穩定，震動較小，油耗極低。基本費用為單日作業費用，其中無人機維修及炸機費用只作為全年維保費用。巡檢費用按油氣田行業巡線 1.85 元/ 公里計算，日巡線公里數按200 公里后得到（此作業距離為無人機單價次最大航程）。

通過以上計算，應用無人機巡查系統單日工作費用低于人工，而且工作效率極高，2 小時 200 公里的巡查速率在時間成本上也節省了。

結論

無人機油氣田巡查系統的應用已經漸漸步入正軌，在管道巡查領域的實踐還處于起步階段，尤其是長輸管道的建設還需要創新。無人機油氣田巡查系統為管線提供的全天候、全地域、實時的監控，可以大大減少人力，彌補人工巡線帶來的真空地區而造成的數據損失，這在巡線方面起到了不可替代的作用。未來無人機油氣田巡查系統采集的數據將向大數據靠攏，通過建立“數據融合應用平臺”，為管線巡檢和管線服務搭建解決之道。利用無人機將采集到的數據和圖像進行處理，并且可以與歷史數據進行對比，做出差異分析。還可以依據預警模型生成隱 患報告，提供決策支持。

參考文獻：

[1] 常文見，孟凡輝，王倉，等.無人機遙感技術在長輸管道中的應用探討[J].價值工程，2013，32（328）：197-198.