浅谈无人机技术在石油天然气管道工程中的应用

摘 要：本文介绍了无人机航拍在石油天然气管道工程中运用背景，以及无人机技术运用的运用优势，可在管道周边环境调查、管道应急抢险支持和管道日常巡检中发挥重大作用。

关键词：无人机；技术；管道工程；应用

一、引言

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。

石油天然气管道形成了多横多纵的局面，形成了国家的能源大動脉，油气管道的安全关乎国家和人民生命财产的安全。无人机作为一项新技术，项融合多个专业领域的内容，具有体积小、机动灵活、低成本、维护简单等特点，可快速获取地貌的空间遥感信息，可以应用于地貌勘察、优化选线、管道巡检、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。

石油天然气管道位于山区地段时，地形高差起伏大，地形破碎，冲沟、陡崖、陡坎和高陡边坡发育，水土流失较重。洪水的冲刷、侵蚀与岸坡坍塌、滑坡、崩塌、危石、陡崖和高陡边坡等不良地质灾害威胁管道安全。

目前采用人工巡检，巡检时间长、巡检难度较大，巡线距离长、工作量大、步行巡线效率非常缓慢，人工成本高，长年山区巡检风险高。

二、无人机技术简介

无人机低空拍摄技术具有续航时间相对长、影像实时存储传输、低成本、高分辨率、机动灵活等优点，特别适合应急侦查与高危地区勘测，是载人无人航空摄影测量与卫星遥感有力的补充，在国内外已得到广泛的应用。

近几年来，随着我国信息化建设和科学进步的不断提升， 无人机航测研究得到了快进和发展，生产制造和实际应用能力有了长足的进步，现阶段国家测绘地理信息局、各省测绘地理信息局、其他有实力测绘单位基本上装备了无人航检设备，使得无人机低空航测在国家地理信息、基础测绘、城市规划、应急抢险、重点工程项目等方面发挥越来越大的作用。

三、无人机技术应用范围

无人机航空摄影是一种高机动、低成本、小型化、专用化的航测方式。非常适用于中短程管道测量、中小型油气田开发项目，非常适合应急处理与管道巡查。

同时，随着无人机应用技术的不断进步，在施工阶段中应用无人机获取成果并无缝结合数字化管理系统，可以大大的提高巡检管理效率和提升巡检管理效果，并且可以大大的降低巡检成本，使传统的巡检管理方式数字化、科技化。也可以结合GIS巡检管理平台，在后台管理系统平台中的巡检成果、记录等信息，完成巡检数据的存储、查询、分析、处理及统计，使巡检管理工作一目了然，大大增强管线线路巡检效率和巡检效果，实现管道巡检电子化、信息化、标准化；为油气管线线路维护工作提供一种先进的、有实用价值的低成本技术手段。

四、无人机航测原理

无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是利用无线电遥控设备和自备的过程控制装置操纵的不载人飞机。无人机航检遥感系统是高分辨率及高精度遥感影像获取和处理的崭新技术。他以无人驾驶飞行器为飞行平台，负载数码相机、数码摄录机等数字遥感设备进行拍摄和记录，通过遥感数据处理技术进行影像的同步传输，以实现对地理信息的实时调查与监测。无人机遥感系统以获取高分辨率遥感数据为应用目标，通过3S技术在系统中的集成应用，达到实时对地观测能力和遥感数据快速处理能力。要使其成为理想的遥感平台，选用的遥感传感器应具备数字化、体积小、质量轻、精度高、存储量大和性能优异等特点。遥感传感器的控制系统要能够根据预先设定的航摄点、摄影比例尺、重叠度等参数以及飞行控制系统实时提供的飞行高度、飞行速度等数据自动计算并自动控制遥感传感器的工作，使获取的遥感数据在精度、比例尺、重叠度等方面满足遥感的技术要求。对于抗风能力弱、飞行稳定性差的无人机，应给遥感设备加装三轴稳定平台，以保证获取稳定的、清晰的高质量影像，遥感传感器的位置数据和姿态数据最好能够实时记录并存储，以便用于遥感数据的处理，提高工作效率。

无人机低空摄影航检系统所采用的无人机是按照国际上通用标准设计，并且其研制的目的主要是作为遥感平台。在进行航空立体成像时，飞机携带的相机沿飞行线获取垂直航空像片。然后通过内业的数字图像软件可以制作高精度的各种数据。

五、无人机技术优势

（一）不受地形环境限制，效率高

传统的人工巡线方式，受到环境地形限制，效率低下。通常无人机巡线一个航次15分钟就能完成人工2小时的任务量，特别是在地势陡峭的地方，无人机的优势更加明显。

（二）保障人员安全，环境依赖性小

传统人工巡线通常都要面临被野生动物与昆虫袭击的危险，而在山洪暴发、地震灾害等紧急情况下，甚至危及生命安全。无人机受自然气候、地形条件限制小，保证了使用的可能性。可对线路的潜在危险，诸如管线裸露，违章建筑等问题进行勘测与紧急排查，丝毫不受路面状况影响。

（三）成本低、精度高

无人机技术低空拍摄取数，可完成数据的预处理，费用较低。无人机除了成本及人员的优势，并且可携带可见光、红外热成像和紫外线成像等设备对线路进行全方位观测。无人机还能进行定点悬停，对线路进行更详细的检测。内置GPS定位导航系统的无人机也可免去失踪的风险，将风险降到最低。

（四）无人机机身轻巧

无人机机身轻巧，并装载有先进的航测系统。一般只需两名工作人员即可完成任务，可以遥控拍摄对滑坡、垮塌、露管、违章建筑、管道周边工程施工等情况进行监测，全方位获管道附近的图像资料，代替山区人工攀爬巡检。这些优越的性能使无人飞机成为管道巡线更为有效的工具。

六、无人机技术在管道巡检中的应用

基于上述文档所述管道巡护需求以及管道保护过程中基础数据收集的需求，结合近年来无人机巡线工作实践，在无人机巡检方面，总结了三类无人机巡护需求，一是管道周边环境调查；二是管道应急抢险支持；三是管道日常巡线。

（一）管道周边环境调查

管道周边环境调查是指利用无人机搭载高清摄像机拍摄管道左右一定范围内的地形地貌、社会环境情况高清正射影像图，形成影像资料，影像资料中标注出管道位置，帮助管道运行部门了解管道周边环境变化情况。建立影像资料查阅索引。

（二）管道应急抢险支持

管道应急抢险支持是指当管道出现自然地质灾害以及其他事故，人员无法及时赶赴现场时，利用无人机抵达现场，传回现场画面，掌握现场情况，必要时可搭载高音喇叭，进行高空预警，为应急抢险提供支持。

（三）管道日常巡线

管道日常巡线是指利用无人机在管道上方巡逻，识别管道自身情况（是否有管线裸露）以及管道周边机械损伤（违章建筑等情况）和自然与地质灾害（滑坡、山体垮塌等）风险，及时制止威胁管道安全的施工行为，及时发现地形地貌变化，以便能够采取措施防止管道损坏。日常巡护所需识别的两种风险，存在本质区别。第三方施工具有临时性、偶发性，且许多施工周期短。而大多数自然与地质灾害的形成，往往经历灾害应变产生、应变能累积、应变能释放到灾害平复的过程，历时时间相对较长。因此，还可将识别管道周边机械损伤和自然与地质灾害风险的任务进行分解执行。

参考文献：

[1]王亚.先韩军.赵庆喜等.关于无人机自动巡检方法的研究[J].计算机仿真，2017（03）：56-57.

[2]彭向阳.刘正军.麦晓阳.罗智斌等.无人机电力线路安全巡检系统及管件技术[J].遥感信息，2015（2）：51-56.

作者简介：

殷武松（1982-），男，湖北恩施人，工程师，从事油气田地面建设工程设计.