無(wú)人機在管道外部安全風(fēng)險防控中的應用

馮偉

國家管網(wǎng)集團西氣東輸公司

摘要：管道巡檢是保障管道安全運營(yíng)的重要手段。西氣東輸陸續在汛期、高后果區及部分管段采用無(wú)人機巡檢，以無(wú)人機為平臺，搭載視頻、影像等傳感器，周期性或指定時(shí)間段采集和分析數據，實(shí)現了對管道運營(yíng)狀態(tài)的巡查和快速智能巡檢。從管道線(xiàn)路巡檢、風(fēng)險點(diǎn)管理、高后果區識別與管理及應急搶險四個(gè)方面，逐一舉例介紹了無(wú)人機應用及其價(jià)值，介紹了無(wú)人機技術(shù)優(yōu)勢及目前技術(shù)的不足之處，指出了無(wú)人機在管道管理工作中的技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：油氣管道；無(wú)人機；巡檢；風(fēng)險點(diǎn)；高后果區；應急搶險

西氣東輸管道途經(jīng)山區、黃土塬和江南水網(wǎng)等，地質(zhì)環(huán)境復雜，洪水、礦山采空區、山體滑坡等災害風(fēng)險對管道安全運行構成較大威脅；中東部經(jīng)濟發(fā)達地區管道保護與城鄉規劃建設矛盾突出，第三方機械施工數量以每年平均15%左右遞增；高后果區點(diǎn)位多、分布廣、體量大，2020年公司全線(xiàn)識別高后果區1583段，長(cháng)約2870公里，占管道總里程的17.94%。近年來(lái)，西氣東輸陸續在汛期、高后果區及部分管段開(kāi)展了無(wú)人機試驗及應用，取得了一些經(jīng)驗，推動(dòng)了管道行業(yè)技術(shù)防護的進(jìn)一步發(fā)展。

1  管道線(xiàn)路巡檢應用

（1）合肥輸氣分公司空地一體巡護。以定遠站為基地，在西一線(xiàn)52公里、定合復線(xiàn)22公里合計74公里管道，開(kāi)展5個(gè)高后果區測試區段空中巡檢（圖 1）。采用固定翼無(wú)人機為主、小型多旋翼無(wú)人機候補、多機靈活調配方式�？傆嬶w行1600余架次，空中巡護管道里程1萬(wàn)多公里，采集影像資料9萬(wàn)余幀，共發(fā)現風(fēng)險隱患45處，各類(lèi)風(fēng)險全部得到及時(shí)有效現場(chǎng)處置。采用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的風(fēng)險目標影像智能識別系統，識別準確率達到94%以上。

（2）忠武線(xiàn)管道無(wú)人機巡線(xiàn)。 對忠縣順溪—石柱趕家橋段、黃水張家溝—利川魚(yú)龍段、恩施市羅針田—熊家巖段合計70公里管道進(jìn)行為期6個(gè)月的日常巡檢（圖 2）�？傆嬶w行1336架次，完成250次巡檢，發(fā)現并核對違規焚燒、機械施工等疑似風(fēng)險29次；完成管道基礎數據（正射影像圖、三維建模）采集和汛期數據更新；建立了無(wú)人機巡檢綜合管理平臺、管道GIS系統和地災智能識別評估系統。以無(wú)人機為“眼睛”，管道巡護人員不用到現場(chǎng)即可清晰地看到管道沿線(xiàn)情況，確保管道在特殊時(shí)期對環(huán)境、風(fēng)險、隱患的識別率達到100％。利用無(wú)人機廣播語(yǔ)音開(kāi)展管道保護宣傳，對違法違規行為起到震懾作用。

（3）深圳LNG外輸管道試點(diǎn)應用。深圳LNG合計64.2公里外輸管道開(kāi)展為期一個(gè)多月的日常巡檢�？傆嬶w行952架次，完成56次巡檢，發(fā)現并核對違規焚燒、機械施工等疑似風(fēng)險26次；完成管道全線(xiàn)正射影像圖、重點(diǎn)區域三維建模等基礎數據采集（圖 3）；建立了無(wú)人機巡檢綜合管理平臺、光纖預警聯(lián)動(dòng)系統。

通過(guò)與人工巡檢比較，無(wú)人機巡檢比傳統巡檢方式更安全，巡檢效率更高，并降低了巡檢成本。單任務(wù)效率對比如表 1所示。

表 1 巡檢單任務(wù)效率比較

2  風(fēng)險點(diǎn)管理應用

武漢輸氣分公司于2019年10月啟用無(wú)人機巡護管理平臺。平臺包括巡檢任務(wù)規劃、無(wú)人機管理、無(wú)人機影像資料管理、風(fēng)險預警管理等模塊，可以實(shí)現無(wú)人機巡檢發(fā)現風(fēng)險點(diǎn)，自動(dòng)同步至云端進(jìn)行預警復核；由系統自動(dòng)下發(fā)風(fēng)險復核通知給相關(guān)責任人復核確認風(fēng)險點(diǎn)；對風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行歸檔、可視化管理等功能。對巡檢目標自動(dòng)智能識別率達到90%以上，結合人工輔助介入，實(shí)現了100%覆蓋日常巡線(xiàn)業(yè)務(wù)的運行管理。

2019年7月，在開(kāi)展忠武線(xiàn)重慶段管道無(wú)人機巡檢時(shí)，發(fā)現兩處疑似風(fēng)險并第一時(shí)間向就近場(chǎng)站進(jìn)行了匯報。通過(guò)現場(chǎng)確認，該疑似風(fēng)險為焚燒雜物，管道管理人員及時(shí)制止了村民的危險行為。整個(gè)風(fēng)險處置過(guò)程反應迅速，未對管道造成影響。

3  高后果區識別與管理應用

武漢輸氣分公司同期還啟用無(wú)人機巡護管理平臺管道GIS系統（圖 4）。系統針對廣域網(wǎng)用戶(hù)提供Web發(fā)布、數據質(zhì)量檢查與備份、數據恢復等功能，主要用于高后果區輔助識別與復核、高后果區信息管理、高后果區可視化管理、不同時(shí)期的第三方施工變化和對比等。與以往高后果區識別相比，無(wú)人機能更快辨識管道周邊的環(huán)境變化，有利于及時(shí)開(kāi)展高后果區再識別工作，快速啟動(dòng)相應的高后果區管理工作。

圖 4 無(wú)人機巡護管理平臺管道GIS系統實(shí)時(shí)畫(huà)面

4  應急搶險演練應用

2019年7月，西氣東輸公司開(kāi)展湖北宜昌高后果區管道突發(fā)事件應急演練，使用無(wú)人機拍攝現場(chǎng)影像并實(shí)時(shí)傳回至應急搶險指揮中心，便于應急搶險人員及時(shí)掌握現場(chǎng)情況，妥善研判應急搶險工作形勢，更好地指導搶險工作。同時(shí)，無(wú)人機搭載高音喇叭，進(jìn)行喊話(huà)、高空預警等信息傳輸和預警工作，大大提高了無(wú)人機在應急搶險中的價(jià)值。

5  無(wú)人機技術(shù)特點(diǎn)

（1）靈活性強效率高。特別是在山區、人員密集城市等受地理環(huán)境、天氣狀況因素影響較大的地區，充分發(fā)揮其靈活快捷、工作效率高的特點(diǎn)，快速獲取清晰影像資料并完成分析與處理。持續檢測能力強，有效降低勞動(dòng)強度，提高運維效率，控制人員傷亡風(fēng)險。

（2）遠距離獲取信息。裝配有高清數碼攝像機和照相機，可在高空拍攝清晰影像，實(shí)時(shí)遠距離傳送，監控人員在遠端同步收看與操控。高分辨率影像采集彌補衛星遙感經(jīng)常因云層遮擋獲取不到影像的缺點(diǎn)，解決傳統衛星遙感重訪(fǎng)周期過(guò)長(cháng)、應急不及時(shí)等問(wèn)題。

（3）自行作業(yè)和定位。在大型沖溝、沙漠、沼澤地段，地質(zhì)災害頻發(fā)、高后果區或車(chē)輛人員到達困難的特殊地段，重大疫情、會(huì )議、賽事、森林防火等特殊時(shí)期，管道突發(fā)事件應急搶險等，利用裝配GPS定位系統進(jìn)行自主巡航，及時(shí)發(fā)現影響管道外部安全的問(wèn)題。通過(guò)掛載激光甲烷遙測儀對甲烷氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測計算，發(fā)現管道泄漏時(shí)自動(dòng)懸停，數據回傳無(wú)人機管理平臺預警。

（4）輔助災害監測。在遭遇洪水、泥石流、地震、山體滑坡等突發(fā)自然災害時(shí)，及時(shí)進(jìn)入災害現場(chǎng)勘查。通過(guò)遙感拍攝遠程影像，了解管道受損位置和受損情況及周邊次生災害情況。掛載相應設備進(jìn)行掃描測繪，生成災害現場(chǎng)三維圖像，利用數據鏈將信息傳回指揮中心，為搶險方案提供信息支撐。

（5）需要改進(jìn)提升的方面�？s短巡檢結果反饋時(shí)間；減少風(fēng)險識別誤判情況；城市區域的安全性能指標需進(jìn)一步提升；減小搭載甲烷氣體激光探測器體積重量；提高技術(shù)集成性及智能化程度；簡(jiǎn)化無(wú)人機合規飛行審批程序。

6  探索與展望

鑒于無(wú)人機在管道巡線(xiàn)、地質(zhì)災害預警、泄漏檢測等方面的優(yōu)勢，西氣東輸將繼續對無(wú)人機進(jìn)行以下探索應用，以增加科技含量，提高生產(chǎn)效率。

（1）基于遙感、物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術(shù)的區域性地質(zhì)災害預警預報�；�于無(wú)人機航拍對管道地質(zhì)災害頻發(fā)區域建立正射影像圖和三維模型，建立電子檔案，對比不同時(shí)期的資料，識別管道周邊的具體變化。

（2）管道泄漏監測。突發(fā)天然氣管道泄漏事故，尤其是夜間發(fā)生事故時(shí)，泄漏天然氣有可能發(fā)生爆燃，搶修人員及裝備不能貿然進(jìn)入現場(chǎng)。利用無(wú)人機搭載夜視紅外相機，在事故現場(chǎng)外人工操縱無(wú)人機飛進(jìn)現場(chǎng)上空，探測甲烷濃度，確定天然氣擴散所影響的區域。同時(shí)利用傳回的夜視圖像觀(guān)察現場(chǎng)情況，輔助指揮人員決策啟動(dòng)響應等級，對危情進(jìn)行臨機處置，避免事態(tài)擴大及次生災害的發(fā)生。

（3）無(wú)人機技術(shù)展望。繼續完善光纖預警與無(wú)人機聯(lián)動(dòng)，提高無(wú)人機自動(dòng)起降機艙安全性與智能識別率，實(shí)現快速識別預警目標類(lèi)型，實(shí)時(shí)回傳到指揮中心；除山區繼續應用多旋翼無(wú)人機外，在平原地區、海底管道區域結合人工智能識別技術(shù)，試點(diǎn)應用固定翼無(wú)人機；完善無(wú)人機巡護管理平臺，優(yōu)化無(wú)人機輪換、管理、保養流程，以及無(wú)人機影像資料管理、風(fēng)險預警等功能。

作者簡(jiǎn)介：馮偉，國家管網(wǎng)集團西氣東輸分公司管道部副經(jīng)理，高級工程師。從事長(cháng)輸油氣管道管理工作逾20年，擅長(cháng)管道完整性管理、腐蝕控制管理、第三方施工管控、油氣管道地質(zhì)災害管理等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，參與起草了《油氣管道地質(zhì)災害風(fēng)險管理技術(shù)規范》《油氣管道地面標識設置規范》等標準，連續3次榮獲中石油集團公司科技進(jìn)步獎，在《天然氣工業(yè)》等核心期刊發(fā)表多篇論文，現任國家管網(wǎng)集團專(zhuān)業(yè)標準委員會(huì )副秘書(shū)長(cháng)。聯(lián)系方式：021-50958053，fengwei@pipeline.com。