无人机技术在管道巡护管理中的应用

韦金松，王 盈，邓宝信，陈 飞

（国家管网集团西南管道公司南宁输油气分公司，广西南宁 530000）

1 概述

面对管道沿线地势起势大、道路崎岖难走，沿途穿越河流、沟谷、沼泽地纵多，杂草植被茂密，无巡检通道等现状，人工巡检暴露出明显缺陷，车辆无法到达，需要跋山涉水徒步进行，巡护时间长，效率低，工作量大。在雨后，尤其是汛期，无法开展管道徒步巡护，致使部分管段成为巡检盲区。且汛期山体滑坡、泥石流等地质灾害时有发生，徒步巡检风险高。此外，人工只能定期巡检管道，无法实现全天候、全覆盖巡护，人的视野、能力、责任心等多重因素都对巡检效果造成很大影响。因此，管道巡护技术迫切需要升级完善，采用现代科技逐步取代风险高、工作量大的人工巡护已经成为一种发展趋势。

随着人工智能技术的快速发展和无人机技术的广泛应用，无人机视觉系统在管道巡检工作中有显著的研究与应用价值。国内外油气管道企业均在探索使用无人机技术进行油气管道巡护，也开展了不同程度的应用试验和技术攻关，微型无人机在管道巡护中的应用也越来越多。

2 常用管道巡检方法对比

2.1 人工巡护

人工巡护作为油气管道巡检工作中的传统方式，理论成熟，应用广泛，主要依靠巡护工在巡检过程对管线进行问题观察、收集与反馈等实现管道监控的目的。然而，在长输管道巡检工作中，这种巡护方式耗费人力巨大，其巡检质量和效果也受到巡线人员能力素质的限制，容易受到恶劣天气和险峻地形的影响，效率低，精准度有限。

2.2 光缆巡护

随着科技的进步，基于分布式光纤传感器的光缆巡护方式也逐步应用到管道巡护中。光缆巡护在管道及其周边环境的相关物理量进行测量的同时依靠分布式光纤传感器传输通信信号，不受人工识别的制约，安全可靠，精准度高，可实现管道沿线的实时监控。由于光缆整体埋设成本较高，使得光缆巡护仅适用于特定的管道区域，推广难度大。

2.3 无人机巡护

无人机可搭载高清摄像机、智能传感设备，具有成本低廉、操作简便、维护简单、不受地形限制等特点，无人机设备体积小，机动性强，方便转场及调动，可适应于山区、沼泽、森林等自然环境恶劣、人员不易达到的区域对管道周边情况进行航拍，有限时间内可反复巡护，在第一时间收集存储沿线图像信息，发现可疑情况时及时悬停、下降高度进行近距离观察，并向地面实时传输视频图像，便于及时掌握情况，快捷高效安全，节省人力，大幅提高巡线效率。如表1所示，无人机巡护与光缆、人工巡护方式相比，优势明显。

表1 常用管道巡护方式特点对比

3 无人机在管道巡护中的应用

3.1 无人机技术背景

无人机技术是通过飞行器技术、通信技术、GPS、差分定位技术和图像技术的融合实现的一种无人机遥感技术，通过搭载高清摄像、智能传感，使用工业处理软件，能够自动、快速生成图像、视频。随着人工智能技术的发展，无人机技术已广泛应用于电力系统巡护、应急抢险、地质测绘等工作领域。依据旋翼类别，无人机可分为无人直升机、多旋翼、固定翼等类型。由于固定翼无人机无须弹射架和跑道，便于野外操作，容易掌握，续航时间长，效率高，应用不受限制，已在管道巡护工作广泛实践。无人机搭载的传感器、高清摄像仪、定位系统等多种设备，能够实现管道智能巡护的多种需求[2]，不仅可以节省大量人工工作量，而且巡线速度快，信息反馈准确及时，保证了问题的早发现、早处置，有效降低风险。

3.2 无人机应用场景

无人机技术在管道巡护中的应用场景主要包括日常巡护、应急辅助巡护、“震慑性”巡护。除此之外，无人机技术还可应用于管道三维全景地图制作，以辅助管道高后果区巡护和应急响应。

日常巡护方面，利用搭载高清摄像机，空中观察管道附近是否有第三方施工、管道泄漏、可疑车辆与人员等异常情况，辅助查看线路及附属设施状态，动态采集数据等。利用智能工具对地形地貌、地表植被、周边设施等采集的数据进行分析、比对，全面掌握管道的现场情况，可及时发现管道周边滑坡、冲沟、第三方施工等影响管道安全运行的因素。在汛期，雨、冰冻等天气后，在农作物茂盛期，陡峭山区等人员、车辆难以进入的“盲区”，人工无法徒步巡线，可以利用无人机优势，辅助进行恶劣天气、复杂地形条件下的管道巡护。夜间也可搭载红外热成像设备，在空中对重点区域进行巡检，防止打孔盗油份子对管道的破坏。应急辅助巡护方面，当管道沿线发生地质灾害，管道泄漏、爆炸，造成道路严重损坏、交通瘫痪时，可以利用无人机勘察管道周边实时状况，快速完成现场实时图片和视频拍摄，提供地形地貌，事态现状、进场路由等信息，为制订应急处置措施、现场抢修提供依据。“震慑性”巡护方面，在重点时段，对人口密集区、打孔盗油高风险管段，通过无人机加密巡护及高空喊话的方式，起到震慑作用。还可以定期利用无人机高空喊话功能开展管道保护宣传。

3.3 管道三维全景图实现路径

建立管道沿线三维模型。在巡护飞行过程中依据GPS 定位系统、管线的地理坐标和高清摄像头采集管道沿线地形、地物、地貌等特征影像，结合图像数据处理技术构建管道及周边环境的三维空间信息模型和管线数据库。设置管道三维空间信息模型中沿线周边的警戒范围及预警对象。依据管道保护的高后果区管理标准，将管线位置为基准，与管道中心线的两侧相对距离为5m、50m和200m区域划分风险等级；确定并设置管道巡检的预警对象包括油气泄漏迹象、第三方施工机器具、地质灾害隐患、打孔盗油气可疑迹象等。识别并处理管道沿线异常点。无人机每次巡线获得的图像与管线数据库进行对比，依据深度学习算法和数据识别技术处理平台，自动识别巡线异常目标并及时通知管理人员进行人工判别，确定异常目标后，系统处理平台可计算异常点距管道的位置及范围，并确定异常点的类别和地理目标，生成异常点数据报告，及时反馈预警管理人员。

4 应用实例

4.1 管道情况介绍

广西境内油气管道沿线敷设地形多样，喀斯特岩溶地貌突出，地物复杂，沿线有山脉、森林、农田、河流、村庄、电力线、公路等分布，区域雨水丰富，滑坡、崩塌和坡面水毁等不良地质灾害现象发育，巡线人员工作素质要求高，人工巡护难度较大，条件艰苦，汛期任务量大，危险难度高，巡线人员容易受到伤害，也无法在夜间巡护，对隐蔽施工难以及时响应，仅依靠传统人工巡护的方式管道巡护效果一般，成本较高。

采用无人机技术与人工巡护相结合的方式，可实现管道全线、全过程的综合巡护管理。除完成管道日常辅助巡护、“震慑性”巡护的同时，借助无人机搭载的传感设备，实现管道三维可视化管理。依据GPS定位系统利用无人机拍摄油气管道中心线两侧1km范围内的地表航空影像，基于初步处理的图像采用GIS系统和数据识别技术进一步数据处理，构建管线三维地图。地图内添加管道标识、穿跨越河流、高后果区等基础信息，搭建集管道标识、施工管理、高后果区、地形地貌及管道走向于一体的山区管道可视化完整性管理平台，实现山区管道的可视化完整性管理。

4.2 功能展示

在地形地貌可视化方面，直观呈现管道沿线地形地貌、穿跨越河流等情况，对于地灾频发的管段，通过全景图周期性对比，有效监测管道周边环境变化，提前做出地灾的预判与防范，防患于未然。管道应急抢险进场路由清晰明了，有助于管道突发事件应急决策。在施工管理可视化方面，实现施工项目进度及安全作业情况可视化监管。整个施工过程安全质量监管紧密连接，为现场施工管理提供直观、宏观和可溯源的资料依据。在高后果区可视化方面，直观展示管道与高后果区相对位置关系，以及高后果区位置、规模等信息，因地制宜，合理规划高后果区逃生路线。通过定期全景图对比分析，可以掌握高后果区变化趋势，为高后果区可视化管理提供便利。在管道标识可视化方面，直观查看管道里程、埋深等信息。在桩牌信息表内标注通信光缆里程，建立管道及通信光缆里程对应关系。当发生通信光缆故障时，及时添加光缆故障时间、位置及整改情况，有利于提高通信管理水平。

5 结论

利用无人机技术搭载摄像、传感设备并结合数据识别技术进行长输管道巡护，可实现多场景、全时段的巡护工作，可有效地克服艰险地形、夜间巡护等特殊时段人员不易到达、疏漏的巡护盲点，实现高后果区重点区域重点监护、汛期加密巡护的管线关键实时管理工作，搭建管道三维全景地图，提高管道目视化完整性管理。

随着无人机和人工智能技术的快速发展，要提高认识，与时俱进，持续探索更多的管道巡护应用场景，为无人机应用积累经验做法，同时，要制订无人机巡护管道管理规定等程序文件，从人员的培训取证、规范操作、过程管理等方面，进一步推进无人机管道巡护规范化管理。此外，无人机巡检始终不能完全取代人工巡检，管道巡护需要无人机和人工紧密协同，形成互为补充、相互促进的管道巡护组合，实现降低管理成本的同时，提高巡护效率、质量和应急监测能力。