无人机自动机场在油水井站巡检中的应用

张玲艳

山东广域科技有限责任公司 山东东营 257081

1 应用背景

关于油井的无人机巡检技术,目前各个油田都处于探索阶段,总的技术现状为:无人机飞控手开车携带无人机到油井附近,人工操控或辅助控制无人机对各个关键部位进行拍摄视频或拍照存储,然后返回指挥中心,将资料交给技术人员进行分析查检,判断是否存在故障点。这种技术实际上与普通人工巡检区别不大,效率提高有限,人工成本、车辆成本都没有降低。

传统无人机巡检技术与无人机自动机场对比如图1所示。无人机自动机场可以部署在油水井站附近,搭配全自动飞行系统,不需要人员到现场操作无人机,起降收纳自动化,节省无人机运输时间和部署时间,可以大大减少油井巡检的人力投入,同时又能高效、精准、安全地对油井实施巡检。由此可见,无人机自动机场技术的发展具有非常重要的意义。笔者介绍无人机自动机场在油水井站巡检中的应用。

图1 传统无人机巡检技术与无人机自动机场

2 无人机自动机场类型

无人机自动机场如图2所示,按照类型大致可以分为固定式无人机自动机场、车载无人机自动机场。无人机自动机场可以收纳多旋翼无人机,具备自动充电、自动换电池、自动收纳等功能,能够将无人机直接部署到作业现场,解决人工携带无人机通勤的问题。现场部署的最大优势是提高无人机的应急作业能力,作业效率也得到大幅提升。不工作时,无人机待机在无人机自动机场内。工作时,无人机自动机场舱门打开,升降平台上升至顶部,无人机自动飞出进行作业。

图2 无人机自动机场

3 无人机自动机场特性

无人机自动机场具备技术先进性。无人机自动机场的出现,大大提高了工作效率,可以做到无人值守、数据实时回传、全天候自主巡检,实现无人机在油水井站巡检、巡逻等应用场景的自动飞行。无人机收纳在无人机自动机场内部,防雨,防潮,防动物进入。配备不间断电源,满足无人机的野外部署、存放、自动起降、电池充换电。无人机自动机场部署在作业区域,实现作业现场无人值守。无人机具备的自动巡飞作业、自动降落、快速充换电、数据智能识别等功能,解决了无人机巡逻巡检中遇到的人员编制不足、通勤成本高、时效性差、手工操控难度高、巡检数据应用不便等问题。

无人机自动机场具备快速反应特性。无人机自动机场换电技术实现无人机作业完毕后3 min即可再次飞行,突发事件来临时能做到及时响应。遇到紧急情况时,按照预先设定的各类应急场景,无人机快速从无人机自动机场起飞前往现场,不受地面交通影响,可以较快飞抵异常设备进行实时监控,对发生故障的设备实现精确定位,自动拍摄回传视频图像信息。

无人机自动机场自动化程度高。无人值守状态下,无人机自动机场观测外部实时气象信息,如风速、风向、温度、湿度等,并自动判断起飞环境,确保无人机飞行安全。基于所搭载的激光雷达吊舱,建立多元数据融合的高精度三维立体模型,通过算法自动规划出巡检作业路径。在巡检过程中,数据可以实时回传至云端,通过人工智能算法自动分析数据,同步获得巡检所需的报告。无人机降落于无人机自动机场后,可自动下载无人机拍摄的原始数据,并自动上传至云端。无人机自动机场内配置视觉引导装置,与无人机的视觉识别模块相配合,使无人机可以精准地降落在无人机自动机场内。无人机自动机场独特的下沉式对开门设计省去无人机升降机构,提高无人机自动机场运行的稳定性和工作防雨性能,满足多环境下的使用条件,特别是暴雪、暴雨、雷雨等天气。无人机电量低时,自主寻找最近的无人机自动机场,自动更换电池,实现全天候不间断自动巡检。

4 应用

4.1 无人机自动机场自动巡检

与人工智能诊断识别

相比电力杆塔、管道,抽油机设备巡检难度高,特别是横梁式抽油机工作时,抽油机的悬绳器、平衡块、曲柄、曲柄销、尾轴承皮带等部位动态运动,想要精准拍摄高清有效的图像,难度很高。采用无人机自动机场对油水井站进行全自动巡检,主要分为自动巡检和人工智能诊断识别两部分。在自动巡检部分,在高精度三维立体模型上标注巡检目标,自动生成无人机航点动作和飞行航迹,在云端设置无人机巡检场景和巡检计划,无人机自动机场检测符合起飞条件后,无人机自动按照设置的航迹起降、巡检、回收,实时回传画面,全程不需要人为干预。在人工智能诊断识别部分,无人机搭载广角相机和变倍相机,到达预定航点后,机载人工智能模块控制无人机自动寻找拍摄目标,自主调整飞行航迹、飞行姿态、云台参数,拍摄高质量巡检图像,运用卷积神经网络算法对拍摄目标进行深度学习,诊断目标可能存在的缺陷,包括井口漏油、皮带断股、平衡块移位等,诊断得出巡检目标可能存在缺陷时,向云端人工智能处理平台发送报警指令,对数据实时处理,生成分析结果,提供给远程指挥中心决策参考。

4.2 夜间红外热成像自动巡检

人工巡检费时费力,特别是在夜间,很容易存在死角,留下隐患。无人机搭载双光相机和红外热像仪进行航拍,不受空间和地理位置的限制。热像仪通过探测物体自身发出的红外线,对温度分布进行成像,可以在能见度低及危险性区域探测。双光相机和红外热像仪技术的重叠应用,能够判断抽油机设备高温、管道泄漏等突发状况,实现故障和隐患自动识别,并上报至云端人工智能处理平台。

5 结束语

目前,无人机自动机场作为一种新型手段,在油田巡检中有良好的发展前景。通过网络远程一键启动或定时启动无人机全自动飞行系统,使无人机执行巡检任务,全程自动化,不需要人工操作。无人机自动机场自动起降收纳无人机,将图像数据自动下载,完成无人值守巡检任务,实现智能感知、智能识别、智能分析、智能辅助等功能,可以提高巡检效率与质量,为油田的绿色生产、安全生产保驾护航。