无人机在丘陵地区油气管道巡检中的应用研究

传统的人工巡检方式受地理条件限制大，在复杂地形区域难以到达，且巡检效率低、劳动强度大、准确性和及时性难以保证，无法满足日益增长的管道安全管理需求。无人机具有机动性强、灵活性高、可快速到达指定区域、能够获取高分辨率图像和数据等优势，能够有效弥补传统人工巡检的不足，实现对油气管道的高效、精准巡检，及时发现潜在安全隐患，为油气管道的安全运行提供有力保障。

一、 无人机油气管道巡检系统概述

（一）系统组成

（1）无人机平台

多旋翼无人机具有垂直起降、悬停稳定、操作灵活等特点，适用于复杂地形和近距离精细巡检任务；本文涉及的中江地区因沿线地形复杂、管道周边障碍物较多，选用了多旋翼无人机。

（2）搭载设备

大疆经纬M30无人机云台搭载1200万像素的广角相机和4800万像素的变焦相机，高清相机可以获取管道及周边环境的高清图像，可清晰识别管道外观是否存在变形、腐蚀、泄漏迹象，以及周边是否有第三方施工、建筑物占压等情况。

（3）数据传输与处理系统

无人机在飞行过程中获取的大量数据需要实时传输回地面控制中心，以便操作人员及时了解巡检情况并做出决策。数据传输系统通常采用无线通信技术和4G网络通信链路，保证数据传输的稳定性和高速率[1]。地面控制中心的数据处理系统对传输回来的图像进行综合分析和处理，利用图像识别算法对可见光图像进行分析，自动识别管道及周边的异常目标。

（二）技术原理

（1）飞行控制技术

无人机的飞行控制技术是确保其安全、稳定飞行的关键。现代无人机采用先进的飞行控制系统，通过传感器实时获取无人机的姿态、位置、速度等信息，并将这些信息反馈给飞行控制器。飞行控制器根据预设的航线和飞行任务，对无人机的电机转速、舵面角度等进行精确控制，实现无人机的自主飞行、定点悬停、航线规划与跟踪等功能[2]。

（2）图像识别与处理技术

图像识别与处理技术是无人机巡检系统实现智能化检测的核心技术之一。系统首先对采集到的图像进行预处理，包括图像增强、去噪等操作，以提高图像质量，便于后续的特征提取和识别。然后，采用目标检测算法对图像中的感兴趣目标进行定位和分类，通过与训练好的模型进行匹配，判断目标是否为异常情况[3]。

二、 无人机在中江地区油气管道巡检中的应用实践

（一）巡检流程

（1）巡检前准备

巡检前需根据管道的地理位置、长度、周边环境等信息，结合天气状况，为无人机规划合理的巡检航线。确保航线能够全面覆盖管道，同时避开禁飞区域、障碍物和人员密集区域。还需检查无人机的电池电量、飞行控制系统状态、数据传输系统状态以及相机、红外热成像仪等设备的功能是否正常。

（2）飞行巡检

在飞行过程中，无人机保持稳定的高度和速度，沿着管道沿线飞行。搭载的各种设备实时采集管道及周边环境的数据，可见光相机以一定的时间间隔或距离间隔拍摄高清图像。数据通过4G网络传输系统实时传输回地面控制中心。

（3）数据处理与分析

巡检任务完成后，对无人机采集到的大量数据进行深入处理和分析。利用图像识别软件对可见光图像进行批量处理，自动识别管道及周边的异常目标，并进行人工复核和确认。根据数据分析结果，可以自动生成详细的巡检报告，包括管道的运行状况、发现的异常情况及位置、处理建议等内容。

（二）巡检效果

无人机图像回传至数据管理平台后，AI智能识别系统将对每一张图像进行风险识别（识别类型包括：施工、占压、塌方、水淹、塌陷及焚烧），并显示风险点距管道的垂向距离。目前，AI智能识别技术逐渐趋于成熟，风险识别准确率能到达到95%以上。

三、无人机巡检的优势

（一）提高巡检效率

与传统人工巡检相比，无人机巡检速度快、覆盖范围广。无人机可以按照预设航线快速飞行，不受地形和交通条件限制，能够在短时间内完成大面积的管道巡检任务。多旋翼无人机在长输管道巡检中，一天内可巡检数十公里甚至上百公里的管道，而人工巡检相同长度的管道则需要数天时间。同时，无人机可以连续作业，减少了人工巡检中的休息时间和往返路途时间，大大提高了巡检效率。在紧急情况下，如需要对突发地质灾害区域的管道进行巡检，无人机能够迅速抵达现场，及时获取管道的受损情况，为应急决策提供第一手资料，有效缩短了应急响应时间。

（二）降低成本

从长期来看，无人机巡检能够降低管道巡检的综合成本。虽然购置无人机及相关设备需要一定的前期投入，但在后续的使用过程中，其运行成本相对较低。无人机巡检减少了人工巡检所需的大量人力和物力投入，包括巡检人员的工资、培训费用、交通费用以及相关设备的维护费用等。同时，由于无人机能够及时发现管道安全隐患，避免了因隐患未及时发现而导致的管道泄漏、损坏等重大事故，从而减少了管道维修、抢修以及环境污染治理等方面的高额费用。

（三）保障人员安全

油气管道巡检工作面临诸多安全风险，特别是在复杂地形区域和存在安全隐患的区域，如山区、河流沿岸、管道泄漏现场等，人工巡检人员的人身安全难以得到有效保障。无人机巡检可以代替人工进入这些危险区域，避免巡检人员直接暴露在危险环境中，降低了人员伤亡事故的发生概率。同时，无人机巡检还可以减少因人员疲劳、疏忽等因素导致的巡检失误，提高了巡检工作的安全性和可靠性。

（四）提升巡检精度

无人机搭载的高精度传感器和先进的数据采集设备，能够获取更详细、准确的管道信息。可见光相机可以拍摄高分辨率的图像，清晰呈现管道表面的细微缺陷和周边环境的变化。相比人工巡检主要依靠肉眼观察和经验判断，无人机巡检在精度和准确性方面具有明显优势，有助于提高管道的整体安全管理水平。

四、应用中存在的问题及解决方案

（一）通信信号受干扰

在复杂地形或偏远地区，无人机与地面控制中心之间的通信信号容易受到山体、建筑物等障碍物的遮挡和干扰，导致信号中断或数据传输不稳定，影响巡检任务的正常进行。为解决通信信号受干扰问题，可以采用多种通信方式相结合的方法，如同时使用4G/5G网络和微波通信链路。此外，还可以通过增加信号中继站来增强通信信号，在信号容易受到遮挡的区域设置信号中继站，将无人机的信号进行转发和放大，提高信号的覆盖范围和强度[4]。

（二）数据处理与分析的智能化水平有待提高

虽然目前无人机巡检系统已经具备一定的图像识别和数据分析功能，但在复杂场景下，数据处理的准确性和智能化水平仍有待提高。例如，在一些环境复杂、干扰因素多的区域，图像识别算法可能会出现误判或漏判的情况。可利用深度学习算法对大量的管道巡检数据进行训练，不断优化图像识别和数据分析模型，提高其对各种异常情况的识别准确率和分析能力。

五、结语

（1）利用无人机对管道进行巡检过程中在充分考虑无人机的性能、管道沿线的地形情况和数据传输方式后，再利用AI智能识别算法对管道周边风险进行识别，能够及时发现潜在安全隐患，效果明显。

（2）无人机管道巡检相比人工巡检，在巡检效率、成本控制、人员安全和巡检精度等方面具备显著优势。

（3）随着无人机技术的发展，如无人机电池续航能力升级、中继通信能力增强以及无人机硬件性能优化等，无人机管道巡检将朝着更加智能化、高性能化的方向发展。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html