謝存昉 崔騰宇

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)東部?jī)?chǔ)運(yùn)公司搶維修中心

摘要：油氣管道領(lǐng)域應(yīng)急搶險(xiǎn)作業(yè)難度大風(fēng)險(xiǎn)高。無(wú)人機(jī)技術(shù)可以在管道應(yīng)急搶險(xiǎn)中發(fā)揮重要作用，系留無(wú)人機(jī)、無(wú)人機(jī)激光氣體濃度檢測(cè)和紅外遙感影像具有明顯優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)際搶險(xiǎn)作業(yè)表明，無(wú)人機(jī)用于管道應(yīng)急搶險(xiǎn)可降低作業(yè)難度，提高效率，應(yīng)用前景廣闊。未來(lái)可在動(dòng)力系統(tǒng)、正射影像系統(tǒng)、人工智能+VR技術(shù)+大數(shù)據(jù)+云計(jì)算融合等三方面進(jìn)行提升。

關(guān)鍵詞：油氣管道搶險(xiǎn)；系留無(wú)人機(jī)；激光氣體檢測(cè)；紅外遙感影像

油氣管道應(yīng)急搶險(xiǎn)工作具有作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、作業(yè)時(shí)間緊等特點(diǎn)[1]，搶維修作業(yè)難度較大。將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于搶維修作業(yè)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)的全面勘查，及時(shí)掌握潛在危險(xiǎn)點(diǎn)，有效降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提高作業(yè)效率；另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，清晰了解現(xiàn)場(chǎng)情況，為制定應(yīng)急搶險(xiǎn)方案提供決策依據(jù)[2]；具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可成為保障受損管道快速恢復(fù)正常運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

1  無(wú)人機(jī)應(yīng)用范圍

管道應(yīng)急搶險(xiǎn)工作分為預(yù)警、響應(yīng)、啟動(dòng)、處置、終止、評(píng)價(jià)與總結(jié)六大步驟，無(wú)人機(jī)可參與應(yīng)急響應(yīng)、處置、評(píng)價(jià)與總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)，并發(fā)揮重要作用。在應(yīng)急響應(yīng)階段，直接采用無(wú)控技術(shù)獲取大區(qū)域事故現(xiàn)場(chǎng)影像及高清視頻，快速獲取宏觀(guān)信息，輔助制定應(yīng)急疏散方案、搶險(xiǎn)物資進(jìn)入方案及搶險(xiǎn)力量部署方案。在搶險(xiǎn)處置階段，連續(xù)獲取事故現(xiàn)場(chǎng)及周邊危險(xiǎn)地段正射影像、高清視頻及720度全景，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)進(jìn)度，對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并監(jiān)控次生災(zāi)害信息，優(yōu)化選線(xiàn)。在評(píng)價(jià)與總結(jié)階段，提供解譯專(zhuān)題圖，結(jié)合事故發(fā)生前衛(wèi)星遙感影像或者前期巡線(xiàn)成果，完成土地滅失、道路橋梁損毀等信息識(shí)別，為應(yīng)急搶險(xiǎn)工作評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。

1.1  系留無(wú)人機(jī)的應(yīng)用

（1）擴(kuò)大通信覆蓋范圍。應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，各種樓宇、山丘等的遮擋直接影響了現(xiàn)場(chǎng)的通信傳輸及組網(wǎng)覆蓋范圍，極大地限制了應(yīng)急通信的傳輸效果。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)、通信組網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，使空中組網(wǎng)通信方式成為可能，有效擴(kuò)大通信覆蓋范圍。系留無(wú)人機(jī)采用線(xiàn)纜供電，不受電池續(xù)航時(shí)間限制，可長(zhǎng)時(shí)間滯空懸停飛行，為救援現(xiàn)場(chǎng)提供穩(wěn)定的中繼鏈路。利用系留式無(wú)人機(jī)將中繼設(shè)備或基站升至 100 m～200 m 高空，形成空中組網(wǎng)及空中覆蓋，從而使通信傳輸距離及覆蓋范圍擴(kuò)大10倍以上。如圖 1所示。

圖 1 系留無(wú)人機(jī)單基站應(yīng)用示意圖

（2）長(zhǎng)時(shí)滯空視頻監(jiān)控。普通旋翼無(wú)人機(jī)在空中停留時(shí)間過(guò)短，致使連通性、移動(dòng)性和大容量之間相互矛盾，系留多旋翼無(wú)人機(jī)小巧輕便，在100 m高度系留懸停時(shí)仍有10 kg以上的載荷搭載能力，并且采用地面電源持續(xù)供電工作，沒(méi)有續(xù)航時(shí)間限制，而且開(kāi)設(shè)迅速、無(wú)需空域申請(qǐng)、操作保障簡(jiǎn)單，是一個(gè)非常好的監(jiān)控通訊平臺(tái)。有效地解決搶險(xiǎn)救援中覆蓋、移動(dòng)和大容量之間的矛盾。其結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

圖 2 無(wú)人機(jī)系留系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2  激光氣體濃度檢測(cè)

目前多數(shù)無(wú)人機(jī)采用吸入式半導(dǎo)體檢測(cè)儀檢測(cè)氣體濃度值，但是該種方法無(wú)法解決高空氣流產(chǎn)生的不利干擾，檢測(cè)效率低。而激光氣體檢測(cè)儀器是一種非接觸式的氣體濃度檢測(cè)技術(shù)，具有較高的魯棒性和使用周期，依據(jù)光干涉法獲取的干涉條紋強(qiáng)度變化量，能夠獲取直觀(guān)的氣體濃度顯示值，檢測(cè)效率高、范圍廣，對(duì)氣體的選擇性高。無(wú)人機(jī)采用激光氣體檢測(cè)儀克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在的缺陷，提高了氣體檢測(cè)精度，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.3  紅外遙感影像應(yīng)用

使用無(wú)人機(jī)對(duì)搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行熱紅外遙感成像，可有效顯示管道沿線(xiàn)的地表熱量分布與差異信息情況，因其不受復(fù)雜的光學(xué)紋理特征的干擾，能夠直觀(guān)、快速提取不同熱量的目標(biāo)輪廓，尤其是管道、河流、建筑等規(guī)則性狀目標(biāo)。同時(shí)也可在爆炸火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)為搶險(xiǎn)隊(duì)員提供危險(xiǎn)點(diǎn)與撤離位置等信息，大大提高了搶險(xiǎn)救援的安全保障。

2  應(yīng)用案例

2022年，公司某外管道發(fā)生泄漏，事故地點(diǎn)位于農(nóng)耕地中央部位，過(guò)油面積較大且地形復(fù)雜土質(zhì)松軟，大型車(chē)輛難以進(jìn)場(chǎng)。應(yīng)急搶險(xiǎn)小組攜帶偵檢設(shè)備第一時(shí)間趕赴泄漏現(xiàn)場(chǎng)，在距離泄漏點(diǎn)1000 m處啟用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空偵檢。使用攜帶的激光氣體檢測(cè)儀檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)硫化氫等氣體濃度，是否符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，以確定是否具備進(jìn)場(chǎng)條件。利用無(wú)人機(jī)航拍高清圖像判斷作業(yè)坑位置，同時(shí)規(guī)劃進(jìn)場(chǎng)路線(xiàn)。大大節(jié)約了人工尋找進(jìn)場(chǎng)路線(xiàn)的時(shí)間，為盡快完成搶修恢復(fù)生產(chǎn)節(jié)約了寶貴的時(shí)間。

3  結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)技術(shù)用于管道應(yīng)急搶險(xiǎn)，將會(huì)朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。

（1）動(dòng)力系統(tǒng)的升級(jí)。不斷優(yōu)化太陽(yáng)能電源技術(shù)與無(wú)人機(jī)技術(shù)結(jié)合，充分利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力能源無(wú)需替換，保證無(wú)人機(jī)在應(yīng)急搶險(xiǎn)過(guò)程中能夠長(zhǎng)時(shí)間工作，有利于獲取更多的信息。

（2）正射影像系統(tǒng)的配置。將正射影像系統(tǒng)配置于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)查詢(xún)、山體地物體積和坡度/坡向等計(jì)算，向更加豐富的實(shí)景3D模型轉(zhuǎn)化，有利于更加全面掌握應(yīng)急搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況。

（3）人工智能+VR技術(shù)+大數(shù)據(jù)+云計(jì)算的融合。將四大模塊的高科技技術(shù)融合于無(wú)人機(jī)技術(shù)中，并集成不同算法，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)操作控制、飛行軌跡及處理復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化，有利于在應(yīng)急搶險(xiǎn)過(guò)程中快速完成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱永鵬. 油氣管道泄漏應(yīng)急搶險(xiǎn)的安全監(jiān)督[J]. 安全，2017，38(1)：38-40.

[2]李晶，毛華. 無(wú)人機(jī)在油氣管道安全領(lǐng)域中的應(yīng)用探討[J]. 石化技術(shù)，2018，25(10)：284.

作者簡(jiǎn)介：謝存昉，1988年生，本科，油氣管線(xiàn)安裝工技師，主要從事?lián)尵S修現(xiàn)場(chǎng)前期偵檢工作。聯(lián)系方式：18552923081，232606952@qq.com。