输供水管线采用无人机巡线的应用分析

王付超

摘要：本文对城市输供水管线管理中采用无人机实施巡线的应用进行了分析论述。文章通过对无人机在城市供水领域巡线应用可行性分析，以及不同场景环境下选用相适宜的无人机机型和结合供水企业实际选择合适的应用模式的论述。得出通过使用无人机实施输供水管线的巡线工作，可以极大的提高巡线效率和质量，对有效落实管线管理工作保障城市供水安全具有积极的技术推动作用。

关键词：输供水管线;巡线管理;无人机巡线;管线巡检;管线巡视;管线巡查

引言：城市输供水管线的巡线工作一直是管线维护管理工作中的重要部分，同时也是日常管理中耗费人力物力最多的部分，长期以来管线巡线往往需要克服大量车辆和人员难以穿越和进入的复杂地理环境去落实管线巡线工作，所以以往的输供水管线巡线工作（特别是野外长距离管线）大都存在有工作难度大、效率低、成本高、盲点多的情况。城市输供水管线是城市的生命线，城市主管线的巡线监护不到位极易造成停水或水质污染等安全生产事故，容易造成严重的不良社会影响。因此结合输供水管线的实际情况，采用新技术新思路克服难点保障供水安全是当前各地供水企业的共同期望。文章对输供水管线运行管理工作中采用无人机实施巡线工作，并采用相适宜的无人机设备和巡线方式，实现高效率巡线的目标进行了论述，以期望对管线巡线工作带来些许帮助。

1无人机优点和分类

1.1无人机的优点

1.1.1巡线效率高速度快，可避开大量地面障碍（围墙、河道、各类树林、菜园、玉米地等等）偏远的山林地区和一些人员很难到达的区域。

1.1.2无人机巡线相对人工或车辆巡线无人机经济性更强，同时能降低人员在野外的隐患风险。

1.1.3在应对输供水突发事件中无人机具有更迅速的应急响应速度，能及时到达事件现场提供现场资料情况便于决策指挥。

1.1.4无人机巡线可实施进行航测并完成管线附近的现状三维建模，可为管线维修、维护、升级改造或者可远程专家诊断等提供实时现场资料，极大方便管线运行管理工作。

1.1.5部分无人机特有功能实现管线管理中的特殊功能，例如：无人机热成像技术在特定的时间段的特定条件下可及时发现潜在漏水。

1.1.6巡线航拍记录可以保留并可以随时调阅，可用于管线附近违法违章作业行为的取证或绩效考核管理等方便管线管理。

1.1.7目前的無人机自动化程度较高，部分条件下完全可实现全自动巡线，具有很高的实用性。

1.2无人机分类

用于巡线作业的无人机，若按照巡线应用和机翼的类型可分为三大类，即固定翼无人机、旋翼无人机和可垂直起降固定翼无人机，各类机型优缺点如下：

1.2.1固定翼无人机

优点：续航时间长（0.7-6小时）、飞行距离远（50-600公里）、飞行高度高、飞行速度快;缺点：不能实现空中悬停、航拍稳定性差、空中飞行灵活性差、起降对场地和人员的要求高。主要携带照相机和摄像机等进行长距离巡线，适用于巡查管线范围内管道漏水、附属设施损坏、违章作业等长距离管线的巡线作业。

1.2.2旋翼无人机

优点：可实现空中悬停、航拍稳定性高、空中飞行灵活性高、起降对场地和人员的要求低;缺点：续航时间短（0.2-0.7小时）、飞行距离近（3-50公里）、飞行高度低、飞行速度慢。主要携带照相机、摄像机或航测相机等进行局部精细巡线或执行航测任务，适用于对管线人员难以到达的局部位置的对象巡视。

1.2.3可垂直起降固定翼无人机

优点：相对于普通固定翼具有可以实现空中悬停和场地限制小的优点;相对于旋翼无人机具有续航时间长（0.6-5小时）、飞行距离远（30-500公里）的优点;缺点：无人机造价高、尺寸相对较大、相对于普通固定翼续航时间短和飞行距离近、相对于旋翼无人机航拍稳定性差和灵活性差。可垂直起降固定翼无人机同时具有固定翼无人机和旋翼无人机的优点可应用于长距离复杂管线环境的场所。

2应用模式分析

综合考虑供水行业现状，对于无人机在管线管理中的应用，可通过以下三种应用模式实施。

2.1自主运营

购买无人机等相应设施设备，培训或招聘具备无人机驾驶操作能力的管线巡线人员，设备自主管理，数据自主处理。实现完全自主的无人机巡线的运营。

2.2外包运营

将无人机巡线部分的业务全部承包给专业无人机巡线公司，当在巡线中发现异常情况及时上报给供水企业。

2.3数据采购

向专业无人机公司定期采购管线线路的航拍视频或者航测三维模型等数据，供水企业管线运行管理部门巡线人员通过采购的航拍视频或者航测三维模型等数据完成最终的巡线任务。

3无人机输水管线巡线应用案例

以笔者所在企业的一条45.1km的输水主管线作为实测管线，在2021年1月份实施测试，测试使用固定翼无人机搭载全高清光学摄像头。执行一架次共用时95分钟，飞行总距离68公里，完成该条管线中游及下游长度31公里的往返巡线。该段管线位于山东丘陵地区，其中穿越大小河流19条、大小山坡16处以及大量封闭的经济作物种植区等人员难以穿越或到达的区域，如果采用人工徒步的形式巡线达到相同的巡线效果，一个巡线员至少需要6个工作日以上才能完成，由此可以得出无人机在该条管线的环境条件下的巡线效率至少是人工巡线的20倍以上。

无人机采用远程遥控，实时传输航拍画面，从航拍画面中可以直观了解管线周边现场情况，掌握附近可能威胁管线运行安全的潜在隐患，同时能及时发现管线附属设施损坏或管线漏水等情况。

此次测试用的无人机以及相关配套器材价格约2万元，其一年的维护运行费用一般不超过1万元，无人机巡线费用远远低于人工巡线费用，经济优势明显。

4结束语

综合分析，近年来我国无人机技术、行业、政策等各层面的快速发展，使得无人机在管线巡线领域已经完全具备应用条件，同时随着无人机技术的快速发展，在不远的将来无人机巡线虽不能完全取代人工巡线，但必然会在管线巡线领域大量普及应用，并不仅仅局限于巡线应用在应急抢修作业、管线升级改造前期勘测等领域也将逐步实现应用普及，促使输供水管线运行管理水平高质量提升，为保障城市供水保驾护航。

参考文献：

[1]王锐. 差分GNSS无人机航测技术在城乡供水工程勘测中的应用[J]. 甘肃水利水电技术，2019，55（08）：51-54.

[2]梁建奎，常志兵，辛小康，王树磊，张爱静，刘洋洋. 南水北调中线输供水水质管理协作机制探讨[J]. 中国水利，2019，（12）：9-12.