无人机在油气长输管道中的应用.pdf

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1、第 4 4卷 第 8期 2 0 1 5 年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 4N O 8 A u g u s t ， 2 0 1 5 无人机在油气长输管道中的应用 康煜姝 ， ( 1 中国石油大学dE 京1油气管道输送安全国家 工程实验室 武 斌 北京 1 0 2 2 0 0 ； 2 中国石油规划总院， 北京 1 0 0 0 8 3 ) 摘 要： 长输油气管道分布广， 沿线地形和天气条件复杂， 管道安全的保障问题一直困扰着管道管理人员。 随着我国油气管道的不断建设，若能将无人机广泛

2、的应用于油气管道中，则能够有效分担工作人员的工作量 ， 提升工作效率。介绍了无人机的系统组成 、特点 、常用类型、各类型的优缺点和适用场合 、作业流程等方面 ， 论述了当前无人机在管道全生命周期各阶段的应用现状 ，提出了无人机应用存在的技术问题 ，展望了无人机的 发展前景。 关键词：无人机；油气管道；应用 ；安全 中图分类号：T E 8 3 2 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 5 )0 8 2 0 4 5 0 3 App l i c a t i o n o f Unm a nne d Ae r i a l Ve h i c l e i n Oi l

3、a nd Ga s Pi pe l i ne I ndu s t r y K ANG Y u h “ ， WUB n ( 1 Na t i o n a l E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y o f T r a n s p o r t a t i o n S a f e t y o f Oi l &Ga s P i p e l i n e ， C h i n a Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m( B e i j i n g ) ， B e ij i n g 1 0 2 2 0 0 ，C h i n

4、 a ； 2 C h i n a P e t r o l e u m P l a n n i n g a n d E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e c h a r a c t e r i s t i c s o f l o n g d i s t a n c e o i l a n d g a s p i p e l i n e s i n c l u d e wi d e d i s t r i b u t i o n c

5、 o mp l i c a t e d t e r r a i n a n d we a t h e r c o n d i t i o n s T h e r e f o r e t h e p i p e l i n e s e c u r i t y p r o b l e m h a s b e e n b o t h e r i n g t h e ma n a g e r W i t h t h e i n c r e a s i n g c o n s t r u c t i o n o f o i l a n d g a s p i p e l i n e s i n Ch i

6、 n a ， t h e WO r k l o a d o f s t a ff c a n b e e ff e c t i v e l y s h a r e d a n d WO r k e ffi c i e n c y c a n b e e ff e c t i v e l y i mp r o v e d i f u n ma n n e d a e r i a l v e h i c l e( UA V ) i s wi d e l y u s e d i n the o i l and g a s P i r I e l i n e i n d u s t r y I n t

7、hi s p a p e r , t h e s y s t e m c o mp o s i t i o n ， c h a r a c t e r i s t i c s ， t y p e s ， a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s a n d a p p l i c a b l e s i t u a t i o n o f UAV we r e i n t r o d u c e d ；Cu r r e n t a p p l i c a t i o n o f U W a t e v e ry s t a g e

8、o f t h e wh o l e l i f e c y c l e o f the p i p e l i n e wa s d i s c u s s e d ， t e c h n i c a l p r o b l e ms o f UA V a p p l i c a t i o n we r e a n a l y z e d a n d fi n a l l y i t s f u t u r e d e v e l o p me n t t r e n d wa s p u t f o r wa r d K e y wo r d s ： Un ma n n e d a e

9、r i a l v e h i c l e ； Oi l a n d g a s p i p e l i n e ； Ap p l i c a t i o n ； S e c u r i t y 随着国民经济的快速发展，对能源的需求越来 越大 ， 石油 、 天然气长输管道也逐渐增多 。 截至 2 0 1 3 年，我国已建成油气管道总里程 1 0 6 1 0 k m，到 2 0 1 5年，国内油气管道总长度预计将达到 1 5 X 1 0 k m左右 。 作为国家的能源动脉， 油气管道的安全性 显得尤为重要。 无人机作为一项融合多个专业的高新技术 ，具 有体积小 、机动灵活 、低成本 、维护简单等

10、特点 ， 可快速获取地貌的空间遥感信息，可以应用于管道 巡检、地貌勘察、优化选线、管道泄漏点定位、灾 害监测等方面，为油气管道的安全保驾护航。 l 无人机系统概述 1 1 无人机 系统组成 无人机系统 由飞机平台系统 、地面控制系统和 信息采集系统三部分组成，如图 1 所示。其中，飞 机平 台系统包括动力系统 、 遥感传感器 、 信号处理 、 G P S 接收、控制系统；地面控制系统包括计算机、 数据处理系统、G P S 导航、无线电控制；信息采集 系统包括云台、相机 、传感器 、无线电控制 。 图 1无人机的系统组成 Fi g 1 The c ompos i t i on o f UAV s

11、 ys t e m 1 - 2 无人机类型及适用场合 目前 管道线路所使 用的无人机主要有定翼无 人机 、无人直升机和多旋翼无人机 ，各 自的优缺点 及适用场合如表 1 所示 。 ，可以根据管道作业的需 要选择合适的无人机类型。 通过调研 目 前管道领域常用的无人机类型， 例 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 6 一i 4 作者简介 ： 康煜姝 ( 1 9 9 1 一) ，女，天津人，在读硕士，2 0 1 3年毕业于 中国石油大学 ( 北京 )油气储运工程专业，研究方向：从事天然气长输管 道2 T_ 艺的研 究工作。E - m a i l ：l 2 8 6 7 7 6 2 2 7 q q

12、 c o m 。 化 工 2 0 1 5年 8月 2 无人机在管道领域的应用 2 1 无人机在管道建设各阶段的应用 无人机 技术可以应用 在管道生产及运行 的各 个阶段 ，具有广阔的应用前景。 2 1 1 勘察设计阶段 在勘察设计阶段，可以用无人机进行管道选 线 、评估应用 、B I M基础数据采集等。传统的管道 线路选择采取手工在纸质地图作业并结合现场踏勘 的方式 ，这种方式不仅浪费人力物力 ，且数据来源 单一 、时效 l生差 、数据处理工作量大 ，已不能适应 当前快速建设管道的需要 。 在选线过程中使用无人机，可以全面快速地了 解地区的地形地貌、植被 、 水文等信息，从而为管 道选线提供依

13、据。无人机可以搭载高分辨率航拍相 机，对任务区域进行测绘级拍摄，在飞机降落后进 行快速或精细拼图，及时提供区域的地面 、空间数 据 和基础地理信息 ， 州 为油气管道可行性研究阶段 的线路选择提供指导。 2 1 2 管道施工建设阶段 在施工前期 阶段 ，利用无人机了解施1 二 现场的 地形 、道路 、周围环境等情况 ，便于施工人员及设 备进入现场 ，尽快开展施工 ；在施工进行 阶段 ，可 以利用无人机拍摄现场施工进度 、物料使用情况 、 机具布置情况 、 管道走 向等 ， 及时调整人员和设备 ， 按设计要求进行施工。 2 1 3 管道运行 阶段 在管道运行阶段 ，无人机可用于管道线路 的巡 检

14、。传统的管道巡检方法依靠人力和地面车辆进行 巡检 ，工作量大 、效率较低 、人力成本高 ，难以满 足正常巡线的需要， 将无人机用于管道巡线 ， 可以高 效地完成大范围的常规巡检 。 无人机可搭载可见 光和红外双光吊舱 ，具有昼夜监控能力 ，可对 目标 区域进行长航时的实时监控，并可在指定目标上空 做定点盘旋监测。在搭载了视频追踪模块后，可以 锁定地面指定 目标进行稳定凝视 ，探查细节 ，从而 发现辖 区内管线被破坏和盗取 的明显迹象 。 在管道应急维抢修作业中，通过无人机拍摄 的 遥感影像 ，对发生破坏管段的位置 、破坏程度进行 评估 ， 对现场进行实时监视 ， 了解事故 的具体情况 ， 制定

15、维抢修方案，将灾害的影响降到最低。 2 - 2 无人机在国内外管道的应用实例 在国外 ，无人机遥感技术在管道行业应用已非 常广泛。在美 国等无人机技术领先的国家 ，用无人 机巡护油气管道已成为常态 。例如 ，美国阿拉斯加 管道和加拿大 阿兰斯管道定期使 用无人机进行巡 如 中 国的大疆创新 、美 国的 3 D R o b o t i c s 、法 国的 P a r r o t 等公 司生产的无人机 ，最大飞行海拔高度约 3 0 0 0 4 5 0 0 i n ，最大水平飞行速度在 2 0 4 0 m s 问， 工作环境温度为一 2 0 5 0 ，最大可承受风力大部 分为 5 级 ，在飞行时间方

16、面，多旋翼无人机飞行时 间较短 ，约为 2 0 3 0 m i n ，无人直升机和固定翼无 人机飞行时间可达 2 4 h ；发射 回收方式采取弹射 滑跑起飞， 开伞 滑跑降落； 控制方式可实现 自 主程 控+ 手动遥控 ，程控与遥控在飞行 中即时切换。 表 1 各类型无人机的优缺 点及适用场合 Tab l e 1 Adva nt ag e s and di s a dva nt a g e s and s ui t a bl e appl i c a t i o n s c ope of di f f e r en t t ype s o f UAV 项目 固定翼 直升机 多旋翼 结 构 原

17、理翌 鬓 甓 囊 葬 暑 靠 j 翼 提 个 或 更 多 个 旋 翼 击 田 场 曩 孽 露 覆 暴 簇 藩 磊 笛 磊 露 莆 孳 应 用 场 合 整 薷 煮 罂 檠 援 送 雹 墨 溪 嚣 在 冒 期 间 的 灾 情 调 查 蓓 竿 首 鬻 裢目 ； 1 3 无人机系统管道作业流程 无人机应用于管道作业方面具有速度快、效率 高、信息反馈及时等特点，一般工作流程如下 ： 1 ) 适航查勘。首先确定飞行范 围， 并对现场进 行勘察，获取飞行航点 G P S 、海拔，寻找合适的起 降场地。判断作业当天的天气条件， 包括光照、能 见度 、风速。 2 ) 飞行路线设计。 可以采用专业的航线设计软 件

18、为飞机规划航线和作业高度，并预存在飞行控制 系统 中，设计时应仔细查阅地形图。 3 )起飞准备， 起飞前对各设备作基本程序检查， 确保设备各项参数正常无误 。 4) 正式飞行作业 。 无人机通过滑跑或弹射方式 起 飞，飞行过程中执行 自动航拍任务 ，地面控制系 统实时掌握飞机的姿态、 方位、空速、位置等重要 状 态参数 ，保证飞机平稳沿预定航线飞行 ，地面控 制站接受并实时显示遥感图像。 5 ) 无人机降落回收。完成预定飞行任务后，地 面控制人员对无人机进行回收，可通过伞降或拦阻 网降落。 6 )图像处理。采用无人机影像快速处理软件 P h o t o S c a n或 p i x 4 D对

19、图像进行处理 ，处理程序为 ： 自动创建航带、空三转点、空三解算、生成 D E M、 生成正射影像。 第 4 4卷第8期 康煜姝 ，等：无人机在油气长输管道中的应用 2 0 4 7 护， 防 止第三 方破 坏、 观 察地面 活动和 泄 漏检 测等；4 无人机的发展方向和前景 在灾害调查方面 ，美国利用无人机在北卡罗来纳州 进行自然灾害调查，通过正射影像处理与分析准确 评估场房和村庄的损失 ，为灾害治理提供了及时 、 准确的数据。 近年来我国的无人机技术发展很快，涌现出很 多无人机品牌 ，其 中大疆以其先进 的技术水平成为 无人机行业的绝对龙头。我国已渐渐将无人机应用 于油气管道领域，如庆铁线扩

20、能改造管道建设中， 无人机帮助施工单位优化选线 、放线 ，选择施工场 道路等 ；在西气东输管道地质灾害调查 中，通过无 人机遥感图像确定滑坡 、崩塌等地质灾害发生的位 置 、类型、规模等；H 在管道巡检方面，无人机已 应用于中石油新疆果子沟地段管道和黑龙江加格达 奇管道 。 3 无人机应用存在的技术问题 ( 1 )无人机的起飞多采用滑跑或弹射方式 ， 但油气管道大多敷设在山区等地形复杂区域，对于 需要滑跑 、 滑降的较大型无人机来说，难以找到合 适的起降地点。但若使用对起降场地要求小的小、 轻型无人机，则飞行高度较低，易受风速的影响， 导致飞行不稳 。因此降低无人机对起降场地的要求 以及提高飞

21、机的抗风性能时迫切需要解决的问题 。 ( 2 )为保证航拍影像的质量需要使用高精度 的传感器 ，而高精度传感器往往体积和重量大，无 人机无法承受这么大的载荷 ，因此需要开发适合无 人机搭载的小 、轻型且精度高的传感器。 ( 3 )加快遥感影像数据处理软件的开发 。 目 前，由于遥感图像的数据量大，使得图像后期处理 所用时间长。因此 ， 应加大力度研发用于大数据量 、 高分辨率影像快速拼接的专业软件。 目前 ，无人机在管道行业中的应用还较少 ，但 是在电力行业的应用已经比较广泛。随着我国管道 行业的发展 ，油气管道总里程不断增加 ，管道的安 全问题越来越受到重视 ，因此十分有必要将无人机 更广泛

22、地应用于油气管道中。 可以借鉴无人机在 电力行业 中的应用 ，不断改 进和发展无人机技术 ，使得无人机将来能更多的应 用于油气管道领域。未来无人机采集的数据将 向大 数据靠拢。在大数据背景下，各行业对大数据的需 求越来越高，因而可以建立 “ 数据融合应用平台” ， 为管线巡检和管线服务搭建解决之道。将无人机巡 检过程中捕捉到的各类管线信息融人数据融合应用 平台。利用无人机将巡检数据实时回传后，可通过 遥感数据快速处理平台，进行影像快速拼接和数据 融合 ，也可以将监控数据和历史数据比对 ，对两者 差异作出分析以及后期数据深度挖掘。同时，平台 可依据预警模型生成隐患报告，为用户的决策提供 支持，极

23、大提升线路隐患和故障预警效率。 参考文献 ： 1 欧新伟， 周利剑， 冯庆善，李袜， 李振宇无人机遥感技术在长输油气管 道管理中的应用f J 1_ 科技创新导报， 2 0 1 1 ( 1 5 ) ： 7 7 7 8 2竹 林 村 ， 胡 开 全 几 种 低 空 遥 感 系 统 对 比分 析 叨 城 市 勘 测， 2 0 0 9 ( 0 3 ) ：6 5 6 7 3 张侃 多旋翼无人机在输电线路巡检中的运用及发展叭 现代工业 经济和信息化， 2 0 1 3 ( 1 6 ) ： 7 2 7 3 4 高姣姣 高精度无人机遥感地质灾害调查应用研究D 北京交通大 学 ，2 0 1 0 5 余志光 遥感与

24、 G I S在油气管道线路选择中的应用研究 D 北京 ： 清华大学， 2 0 1 1 6 钱尊岩低空无人机遥感在油 田测量中的关键技术应用研究 D 中 国石油大学 ( 华东 )，2 0 1 2 7 武海彬 无人机系统在油气管道巡检中的应用研究 J 】 _ 中国石油和 化工标准与质量 2 0 1 4 ( 0 9 ) ： 1 0 5 1 0 6 ( 上接第 2 0 4 4页 ) 1 7 何游，张力 水性 u V 固化含氟丙烯酸酯涂料的制备及眭能研究 J 涂料业， 2 0 1 3 ， 4 3( 0 8)： 1 8 2 2 1 8 张艳丽，安秋风自交联含氟丙烯酸树脂的合成及其在涂料中的 应用I J 1

25、 涂料工业 ，2 0 1 3 ，4 3( 9 )： 3 1 3 5 1 9 钟萍，邱大建 ，刘秀生 长效防腐耐候含氟丙烯酸聚氨酯涂料的 研究【 J 】 l 湖南工程学院学报， 2 0 0 5 ， 1 5 ( 4 ) ： 8 8 9 1 2 O 卢翔 ，瞿金清，等内交联单体对水性双组分涂料性能的影响 J 】 精细工， 2 0 1 l ( 2 8 ) ： 7 2 1 田志高，陈艳红 紫外光 固化改性环氧丙烯酸酯涂料的研制J 材 料科学与工程学报， 2 0 0 4( 0 1 ) 2 2 李为立 ，邢新雨 ，等 基于丙烯酸接枝环氧树脂的防腐蚀铁红底 漆制备及性能研究 J 1 涂料工业，2 0 1 2(

26、 6) 2 3 赖文忠，肖旺钏，周文富新型紫外光固化 T MA环氧丙烯酸酯 树脂性能研究I J 1 J o u rna l o f S a n m i n g U n iv e r s i t y ，2 0 0 1 ( 0 2 ) 2 4 山西化工研究所 聚氨酯弹性体手册 I M】 第 2版 北京： 化学工 业出版社 ，2 0 1 2 ： 7 7 7 8 2 5 蔡冬梅 环氧一 聚氨酯互穿网络防腐蚀涂料 J I _ 上海涂料，2 0 0 4 ， 4 2 ( 5 ) ：1 4 1 6 2 6 杜建伟， 何鱼游， 孙强 抗光老化环氧聚氨酯防腐蚀涂料的研S 0 J 现代涂料与涂装， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 3 ) ：8 - 1 0 2 7 李翠景 环氧聚氨酯耐热重防腐涂料的研制【 J 涂料工业，2 0 0 6 ， 3 6 ( 1 l 1 ： 4 2 4 3