無人機自動機場在油水井站巡檢中的應用

張玲艷

山東廣域科技有限責任公司 山東東營 257081

1 應用背景

關于油井的無人機巡檢技術,目前各個油田都處于探索階段,總的技術現狀為:無人機飛控手開車攜帶無人機到油井附近,人工操控或輔助控制無人機對各個關鍵部位進行拍攝視頻或拍照存儲,然后返回指揮中心,將資料交給技術人員進行分析查檢,判斷是否存在故障點。這種技術實際上與普通人工巡檢區別不大,效率提高有限,人工成本、車輛成本都沒有降低。

傳統無人機巡檢技術與無人機自動機場對比如圖1所示。無人機自動機場可以部署在油水井站附近,搭配全自動飛行系統,不需要人員到現場操作無人機,起降收納自動化,節省無人機運輸時間和部署時間,可以大大減少油井巡檢的人力投入,同時又能高效、精準、安全地對油井實施巡檢。由此可見,無人機自動機場技術的發展具有非常重要的意義。筆者介紹無人機自動機場在油水井站巡檢中的應用。

圖1 傳統無人機巡檢技術與無人機自動機場

2 無人機自動機場類型

無人機自動機場如圖2所示,按照類型大致可以分為固定式無人機自動機場、車載無人機自動機場。無人機自動機場可以收納多旋翼無人機,具備自動充電、自動換電池、自動收納等功能,能夠將無人機直接部署到作業現場,解決人工攜帶無人機通勤的問題。現場部署的最大優勢是提高無人機的應急作業能力,作業效率也得到大幅提升。不工作時,無人機待機在無人機自動機場內。工作時,無人機自動機場艙門打開,升降平臺上升至頂部,無人機自動飛出進行作業。

圖2 無人機自動機場

3 無人機自動機場特性

無人機自動機場具備技術先進性。無人機自動機場的出現,大大提高了工作效率,可以做到無人值守、數據實時回傳、全天候自主巡檢,實現無人機在油水井站巡檢、巡邏等應用場景的自動飛行。無人機收納在無人機自動機場內部,防雨,防潮,防動物進入。配備不間斷電源,滿足無人機的野外部署、存放、自動起降、電池充換電。無人機自動機場部署在作業區域,實現作業現場無人值守。無人機具備的自動巡飛作業、自動降落、快速充換電、數據智能識別等功能,解決了無人機巡邏巡檢中遇到的人員編制不足、通勤成本高、時效性差、手工操控難度高、巡檢數據應用不便等問題。

無人機自動機場具備快速反應特性。無人機自動機場換電技術實現無人機作業完畢后3 min即可再次飛行,突發事件來臨時能做到及時響應。遇到緊急情況時,按照預先設定的各類應急場景,無人機快速從無人機自動機場起飛前往現場,不受地面交通影響,可以較快飛抵異常設備進行實時監控,對發生故障的設備實現精確定位,自動拍攝回傳視頻圖像信息。

無人機自動機場自動化程度高。無人值守狀態下,無人機自動機場觀測外部實時氣象信息,如風速、風向、溫度、濕度等,并自動判斷起飛環境,確保無人機飛行安全。基于所搭載的激光雷達吊艙,建立多元數據融合的高精度三維立體模型,通過算法自動規劃出巡檢作業路徑。在巡檢過程中,數據可以實時回傳至云端,通過人工智能算法自動分析數據,同步獲得巡檢所需的報告。無人機降落于無人機自動機場后,可自動下載無人機拍攝的原始數據,并自動上傳至云端。無人機自動機場內配置視覺引導裝置,與無人機的視覺識別模塊相配合,使無人機可以精準地降落在無人機自動機場內。無人機自動機場獨特的下沉式對開門設計省去無人機升降機構,提高無人機自動機場運行的穩定性和工作防雨性能,滿足多環境下的使用條件,特別是暴雪、暴雨、雷雨等天氣。無人機電量低時,自主尋找最近的無人機自動機場,自動更換電池,實現全天候不間斷自動巡檢。

4 應用

4.1 無人機自動機場自動巡檢

與人工智能診斷識別

相比電力桿塔、管道,抽油機設備巡檢難度高,特別是橫梁式抽油機工作時,抽油機的懸繩器、平衡塊、曲柄、曲柄銷、尾軸承皮帶等部位動態運動,想要精準拍攝高清有效的圖像,難度很高。采用無人機自動機場對油水井站進行全自動巡檢,主要分為自動巡檢和人工智能診斷識別兩部分。在自動巡檢部分,在高精度三維立體模型上標注巡檢目標,自動生成無人機航點動作和飛行航跡,在云端設置無人機巡檢場景和巡檢計劃,無人機自動機場檢測符合起飛條件后,無人機自動按照設置的航跡起降、巡檢、回收,實時回傳畫面,全程不需要人為干預。在人工智能診斷識別部分,無人機搭載廣角相機和變倍相機,到達預定航點后,機載人工智能模塊控制無人機自動尋找拍攝目標,自主調整飛行航跡、飛行姿態、云臺參數,拍攝高質量巡檢圖像,運用卷積神經網絡算法對拍攝目標進行深度學習,診斷目標可能存在的缺陷,包括井口漏油、皮帶斷股、平衡塊移位等,診斷得出巡檢目標可能存在缺陷時,向云端人工智能處理平臺發送報警指令,對數據實時處理,生成分析結果,提供給遠程指揮中心決策參考。

4.2 夜間紅外熱成像自動巡檢

人工巡檢費時費力,特別是在夜間,很容易存在死角,留下隱患。無人機搭載雙光相機和紅外熱像儀進行航拍,不受空間和地理位置的限制。熱像儀通過探測物體自身發出的紅外線,對溫度分布進行成像,可以在能見度低及危險性區域探測。雙光相機和紅外熱像儀技術的重疊應用,能夠判斷抽油機設備高溫、管道泄漏等突發狀況,實現故障和隱患自動識別,并上報至云端人工智能處理平臺。

5 結束語

目前,無人機自動機場作為一種新型手段,在油田巡檢中有良好的發展前景。通過網絡遠程一鍵啟動或定時啟動無人機全自動飛行系統,使無人機執行巡檢任務,全程自動化,不需要人工操作。無人機自動機場自動起降收納無人機,將圖像數據自動下載,完成無人值守巡檢任務,實現智能感知、智能識別、智能分析、智能輔助等功能,可以提高巡檢效率與質量,為油田的綠色生產、安全生產保駕護航。