浅谈无人机在苏里格气田集输干线巡护中的应用

马瑾，李永阳，齐宝军，陈宗宇，韩鹏飞

（长庆油田分公司第三采气厂，陕西 西安 710018）

1 概况

苏里格气田骨架管网主要位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗、鄂托克旗、鄂托克前旗、陕西省榆林市榆阳区、靖边县、定边县境内，线长面广，周边环境及人员活动复杂。传统的干线巡护均采用人工方式，在巡护过程中往往面临以下困难：（1）传统的人工巡护费时费力、巡护成本高；（2）干线线长面广，突发紧急事件，不能准确定位，不能第一时间提供一手资料，且由于周边环境及人员活动复杂，现场管理难度增大。无人机作为一项高新技术，可快速获取地貌的空间遥感信息，结合长输管线的特点，可应用于输气干线的定期巡检、应急抢险。

2 无人机的选用

2.1 无人机简介

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。与有人驾驶飞机相比，无人机更适合“劳动强度大、作业风险高”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机主要承担侦察和靶机两大任务。民用方面，无人机+行业应用，目前在航拍、农业喷洒播种、测绘、新闻报道、电力巡检、应急抢险、救援等领域都有广泛的应用。

2.2 无人机选型

选用Y-300中型固定翼无人机（见图1），该机型采用电动复合翼（起降螺旋翼，飞行固定翼），带光电吊舱，带三维度飞控系统，最大平飞速度大于等于100km/h。续航时长120～150min，作业半径30km。

图1 中聚Y-300中型固定翼无人机

2.3 无人机巡护主要内容

利用电动复合翼无人机对干线管道周边环境及人员活动进行巡查，拍摄高清视频；管线周围施工、管线裸露、水毁、沙堵路面等局部点进行聚焦监控、侦察；统计管线及伴行道路水毁、沙堵工作量；管线埋深测量；汛期和紧急事故的应急侦察；高后果区监视，合成高清测绘图标记管线走向、高后果区范围，测量危险源距离等。

3 无人机在苏里格气田集输干线的应用情况

3.1 应用情况

2019～2020年年度，无人机对苏里格气田骨架管网共计1688.07km天然气集输管道进行巡护，每周巡护1批次，共巡护82周。巡护内容：通过高清摄像机对现场设备设施、管道占压、管线裸露、防洪防汛等情况进行巡查，监控画面实时回传车载监控终端，发现异常情况及时上报、处理，也可通过4G信号对巡护画面进行远程实时监控。建立无人机巡线监控平台，可以查阅无人机飞行数据、监控视频。自巡护工作开展以来，长庆油田第三采气厂结合实际编制了《无人机巡护管理办法》《无人机巡护突发事件应急预案》等管理规定，对无人机承包商从工器具、各类资质、人员能力等方面进行准入核查，日常巡护作业过程中安排专人进行监管，确保作业安全受控，定期开展无人机巡护突发事件应急演练，不断提升处置无人机突发事件的能力。两年以来，第三采气厂共开展无人机飞行巡护121轮次，飞行距离总计5.14万公里。共发现挖掘作业23处、修建铁路3处、管线穿越3处，管线作业带上方农耕39处。无人机巡线发现问题与人工巡检结果一致，能够基本满足现场设备设施巡查、管道占压、管线裸露、防洪防汛等巡护工作。

3.2 无人机巡护发现问题典型照片

（1）集输管道裸露（如图2）。

图2 集输管道裸露监控画面

（2）集输管道附近水毁（如图3）。

图3 集输管道水毁监控画面

（3）集输管道附近施工（如图4）。

图4 集输管道附近施工监控画面

（4）集输管道附近农耕（如图5）。

图5 集输管道附近农耕监控画面

3.3 应用中出现的问题及分析

（1）无人机现场监控画面有花屏、卡屏现象，在特定位置机载图传设备回传的画面不能持续保持清晰、稳定，图传距离不能稳定达到25km以上。经过电磁干扰设备实地测试电磁干扰环境，发现部分地域电磁干扰问题较为严重导致了图传信号的中断或卡屏。通过详细分析管线分布区域的地形图，发现部分无人机起降地点（基站所处位置）地势较低，不利于信号的传输，影响了图传有效距离。通过加强图传设备的传输功率和抗干扰能力，解决了电磁干扰问题，通过调整起降点位置进行解决起降点信号接受较弱的问题。

（2）在一些需详细放大观察的位置，不能做到及时控制吊舱摄像头变焦放大观测。通过分析，主要是变焦参数设定和控制问题，提高基础变焦倍数（由5倍变焦增加到7倍），提高人员对管线分布的熟悉程度，清楚地知道哪些位置需要放大观察，作业时提前做好准备。

（3）在一固定翼无人机悬停时间较短，不便于发现异常点时进行连续观察。通过对旋翼电池时间测试及打样选型及电量分配的智能切换，悬停时间由3～5min提升至8～10min，基本上可以满足异常时间的确认，此基础上进一步优化巡护方案，采用固定翼盘旋替代悬停的连续观察功能，增加了飞行平台的安全性，而且可以满足巡护要求。

（4）无人机无喊话警告功能，无法保证在飞行中发现对管道有危害的情况能及时警告和劝阻。通过开发新型语音模块，增加电池功率，对新增喊话器上线测试，新增播放人工录音功能，测试结果是300m高度可以听见声音，100m高度非常清晰，满足现作业巡护要求。

（5）目标跟踪无法锁定，实现锁定异常点进行连续拍摄，画面质量较差。通过分析画面质量与跟踪锁定都属于升级吊舱摄像设备的范畴，通过对吊舱摄像设备进行升级，增加了跟踪锁定功能，变焦倍数有之前的10倍提升为30倍，画面清晰度进一步提升。

3.4 结论

经过近两年的应用，无人机能满足日常巡检及应急抢险的需求，相对人工巡检，巡检时间短，节省人工成本，可避免人工巡检无法到达造成的数据遗漏，能提供录像监控画面，能够为后期管线周围变化提供历史信息依据。

在管道抢险中，能实施回传视频图像，紧急对风险点进行巡护排查，第一时间掌握潜在危险点，防止险情进一步扩散。但无人机在管线泄漏检测、管道埋深检测、夜间巡护、雨雪大风等恶劣天气巡护等方面还有短板，在现有技术条件下，还无法完全替代人工巡护。

4 在苏里格气田应用前景展望

根据前期无人机在苏里格气田外输干线的应用情况，可将无人机在以下方面推广应用，主要有：（1）开展无人机边远探井巡护。边远探井巡护周期较长，通过无人机缩短巡护周期，无人机挂载高倍率吊舱查看气井及周边设施有无缺失损坏，周围是否存在偷气或偷盗井站设施的违法行为。（2）开展无人机边远矿权巡护。利用无人机航测的办法，以1：500比例尺的正射影像图识别地面地物（如打井架及作业井），并利用测绘成图高精度的特点结合长庆油田采气三厂矿权范围地理坐标，精确界定外方是否侵权。随着苏里格气田的发展，管理输气管线里程越来越长，气井越来越多，如何更有效的保障管线的运行安全成为企业管理的重中之重，通过对目前的无人机巡线系统的逐一完善，无人机将会在气田天然气集输管道管理中发挥越来越重要的作用。