鞏玉良 王慶 胡博

國家管網(wǎng)集團西南管道公司貴陽(yáng)輸油氣分公司

摘  要：在黔西南州晴隆縣境內的中緬天然氣管道，選址搭建管道智能巡檢與監測系統，利用無(wú)人機技術(shù)探索開(kāi)展協(xié)同管道遠程監測技術(shù)的管道智能巡檢工作，提升山區管道巡檢工作質(zhì)量和效率�？偨Y了實(shí)踐經(jīng)驗，為今后工作提供參考。

關(guān)鍵詞：黔西南；中緬管道；無(wú)人機；巡檢；飛行高度

山區管道因地形地貌、特殊地理環(huán)境及測控技術(shù)限制，通信技術(shù)適配不佳等原因，人工干預環(huán)節成本高，管道巡檢效率低，遇到突發(fā)緊急情況，傳統人工巡檢模式已不能適應管道安全要求。結合黔西南州晴隆縣境內約60公里長(cháng)中緬天然氣管道及周邊地區遠程監測裝置，運用無(wú)人機技術(shù)探索建立智能巡檢與監測系統。

1 智能巡檢與監測系統

系統由兩部分組成（圖 1），分別為晴隆縣數據匯聚節點(diǎn)和貴陽(yáng)市遠端監測點(diǎn)。

1.1 數據匯聚點(diǎn)

數據匯聚點(diǎn)為設備提供了展開(kāi)撤收、臨時(shí)搭建和應急運營(yíng)的現場(chǎng)實(shí)施環(huán)境，同時(shí)滿(mǎn)足無(wú)人機維護及起飛等需求。在晴隆縣境內中緬天然氣管道南北兩側，結合實(shí)際地形、海拔、通視條件等因素，每隔約12公里均勻散落分布五座信號中繼塔。中繼塔選擇就近地勢相對較高的鐵塔公司為電信運營(yíng)商提供基站專(zhuān)用塔，并在頂端架設帶有全向天線(xiàn)的20公里軍品級數據鏈。中繼終端采用軍品級L波段鏈路與無(wú)人機無(wú)線(xiàn)通訊和中繼接力。從無(wú)人機上電自檢開(kāi)始，鏈路會(huì )自主選擇相對信號較強的中繼鏈路作為主要通信設備，同 時(shí)接收可以握手的其他鏈路設備，當飛行距離較遠，當前通信用數據鏈信號質(zhì)量滑落時(shí)，自動(dòng)切換至下一個(gè)信號較強的數據鏈。在塔上搭載的五個(gè)數據鏈通過(guò)專(zhuān)用數據網(wǎng)絡(luò )將數據統一匯聚至數據匯聚點(diǎn)，完成對無(wú)人機的遠程測控。

1.2 測控設備構成

（1）無(wú)人機平臺。復合翼無(wú)人機同時(shí)具備固定翼無(wú)人機長(cháng)航時(shí)需求和多旋翼飛行器可垂直起降的優(yōu)點(diǎn)，在山麓起伏不定的地區僅需一小塊平整空地即可完成起飛任務(wù)，執行任務(wù)時(shí)搭載高清圖像云臺實(shí)時(shí)正射航線(xiàn)下方的管道環(huán)境。無(wú)人直升機可攜帶較大重量任務(wù)載荷，在驗證某些實(shí)驗環(huán)境時(shí)可以更加靈活的進(jìn)行任務(wù)載荷的測試。

（2）任務(wù)載荷。選取中國電子科技集團公司生產(chǎn)的30倍可見(jiàn)光吊艙、紅外吊艙及大量程甲烷氣體濃度監測載荷。其中30倍可見(jiàn)光吊艙適用于空氣質(zhì)量較好、能見(jiàn)度較高的正常環(huán)境，結合實(shí)時(shí)變倍，可為巡檢人員提供便捷清晰的圖像素材；紅外吊艙可為能見(jiàn)度較低的大霧天氣和夜間飛行等特殊要求提供服務(wù)，能滿(mǎn)足應急狀態(tài)下的日常巡檢需求。

（3）地面控制站。采用中國電子科技集團公司數據鏈路配套的地面雙屏本，該終端具有強大的三方特性，適應多種極端惡劣環(huán)境，并提供強大的計算處理性能。地面控制站使用上下雙觸控屏設計，在滿(mǎn)足擴展界面顯示信息的條件下盡可能的節約其他設備空間，顯著(zhù)提高在特殊條件下應急地面架設的機動(dòng)性。

1.3 遠端監測點(diǎn)

遠端監測點(diǎn)由一臺定制大型塔式工作站實(shí)現。工作站在運行期間3×30×24小時(shí)不間斷工作，隨時(shí)記錄并轉發(fā)由數據匯聚點(diǎn)傳來(lái)的數據。遠端展示平臺為兩面75英寸4K高清顯示屏，一面用來(lái)全屏實(shí)時(shí)展示遠端無(wú)人機返回管道圖像信息，另一面實(shí)時(shí)展示不同節點(diǎn)鏈路狀態(tài)，通過(guò)對大數據學(xué)習算法應用提供管道異常狀態(tài)實(shí)時(shí)比對，管理不同節點(diǎn)圖像歷史記錄，回放查看等。

2 系統應用

2.1 實(shí)地選址

晴隆縣地處貴州省西南部黔西南州的西北角，位于云貴高原中段，介于東經(jīng)105°01′～105°25′，北緯25°33′～26°11′之間。區域內中緬天然氣管道所處外部環(huán)境錯綜復雜，既有山地丘陵、梯田、牧場(chǎng)等農業(yè)用地，又有人口密集聚居區的山村、縣城等。由于沒(méi)有成熟或公開(kāi)可行的方案和經(jīng)驗作參考，在選取相對符合需求的數據匯聚點(diǎn)時(shí)攀爬考察了管道附近每一個(gè)架設鐵塔的山頭，總結出如下選址要點(diǎn)。

（1）中繼塔選擇地勢較高的地區，與其他中繼塔形成事實(shí)上的通視。

（2）數據匯聚點(diǎn)交通便利，可驅車(chē)快速往返于駐地和數據匯聚點(diǎn)。

（3）數據匯聚點(diǎn)應臨近鐵塔機房，最大限度避免線(xiàn)路傳輸損耗，便于進(jìn)入鐵塔下機房進(jìn)行調試。

（4）有充裕的臨時(shí)貯藏空間，避免多次往返搬運帶來(lái)不必要的損耗。

管道走勢大致呈東西向排列，走勢高度起伏不定，最大高差在1500米左右（圖 2）。中繼塔選擇相對地勢較高的山頂（圖 3）。

通過(guò)飛行實(shí)踐和分析總結，表明當航線(xiàn)飛行真高在1800米左右時(shí)，吊艙可以完美實(shí)現對航線(xiàn)下方管道的正射任務(wù)。 在飛行時(shí)根據下方地形的實(shí)際狀態(tài)，海拔高度，動(dòng)態(tài)調整飛行的航線(xiàn)真高來(lái)實(shí)現地形跟隨飛行，此時(shí)圖像吊艙可以獲取更佳的實(shí)時(shí)巡檢效果。

2.2 經(jīng)驗總結

（1）無(wú)人機在放飛后如同風(fēng)箏一般，通信鏈路就是保障系統全部設備安全工作的生命線(xiàn)，其質(zhì)量的可靠程度是重中之重，務(wù)必作為系統核心環(huán)節第一要 素選型設計。如有效保證不間斷連續工作時(shí)長(cháng)，在雨霧雷電等復雜環(huán)境下保證鏈路通訊質(zhì)量穩定可靠等。

（2）晴隆縣與貴陽(yáng)市兩地相距200多公里，數據匯聚點(diǎn)與貴陽(yáng)市的遠端監測點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊務(wù)必通過(guò)高可靠性的傳輸線(xiàn)路連接。

（3）復合翼無(wú)人機可以避免傳統固定翼飛行器起飛時(shí)需要滑跑助飛的過(guò)程。

（4）利用鐵塔公司現有基站塔可以有效節省中繼鏈路的架設成本。

（5）一個(gè)好的數據匯聚點(diǎn)可以使巡檢任務(wù)事半功倍，節約反復搭建成本，提升工作效率。

（6）務(wù)必選取可以在高原長(cháng)航時(shí)工作的無(wú)人機平臺。

（7）山區氣候復雜多變，濕氣較重，為避免出現安全隱患，應盡量選取軍品級高可靠性航電設備。

作者簡(jiǎn)介：鞏玉良，1976年生，助理工程師，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），主要從事長(cháng)輸油氣管道保護及管理工作。聯(lián)系方式：16685001237， 2079885445@qq.com。