皮建

重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 重慶 400020

1 當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)無人機(jī)行業(yè)應(yīng)用，自2010年以來發(fā)展迅速，應(yīng)用上以農(nóng)業(yè)植保、電力巡線、地理測繪為先導(dǎo)，呈現(xiàn)全面鋪開的態(tài)勢。2015年前后有國內(nèi)公司提出無人機(jī)燃?xì)庑孤┭矙z概念，2016上海禾賽科技推出了專門用于高層樓宇檢測的相關(guān)產(chǎn)品，2017年合肥朗伯光電也開始研制其用于燃?xì)庑孤┭矙z的無人機(jī)產(chǎn)品。

綜上所述，隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)以其為平臺搭載多種傳感器面向行業(yè)應(yīng)用的專業(yè)化產(chǎn)品是當(dāng)期研究的熱點(diǎn)，但是市場現(xiàn)有產(chǎn)品的成熟度不高，部分產(chǎn)品專用性過強(qiáng)而多用性不足，不能夠發(fā)揮無人機(jī)靈活、高效、到達(dá)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，亟待相關(guān)應(yīng)用研究的開展與跟進(jìn)[1]。

2 無人機(jī)在燃?xì)夤芫W(wǎng)應(yīng)用的意義

基于旋翼無人機(jī)的燃?xì)庑孤┭矙z方案，通過對激光甲烷遙測儀的適當(dāng)定制、改裝，使其適應(yīng)于無人機(jī)裝載；開發(fā)配套的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，將巡檢數(shù)據(jù)回傳至地面；開發(fā)巡檢軟件，集成GIS地圖、巡檢數(shù)據(jù)和視頻影像，記錄泄漏事件，實(shí)現(xiàn)智能巡檢。制作可實(shí)用的樣機(jī)，對所轄天然氣網(wǎng)中的檢測難點(diǎn)區(qū)域使用無人機(jī)巡檢設(shè)備實(shí)施有效覆蓋。針對不同巡檢場景，研究多種檢測設(shè)備配合的最優(yōu)化巡檢方案，消除巡檢盲點(diǎn)、難點(diǎn)，降低管線運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。使用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)靈活控制的目標(biāo)巡檢，以及更廣區(qū)域的自主全自動(dòng)巡線，擁有非常重要的標(biāo)桿效應(yīng)。

3 無人機(jī)在燃?xì)夤芫W(wǎng)應(yīng)用的總體方案

3.1 總述

無人機(jī)載管線巡檢系統(tǒng)可分為空中檢測、地面控制和數(shù)據(jù)處理三個(gè)主要部分。其中，空中檢測是由搭載激光甲烷遙測設(shè)備的無人機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸單元構(gòu)成，是巡檢系統(tǒng)的執(zhí)行器和傳感器，飛臨目標(biāo)上空進(jìn)行數(shù)據(jù)探測。地面控制部分，是系統(tǒng)的操作端，與空中檢測模塊通過無線信號進(jìn)行通信。用戶通過遙控器對飛機(jī)和檢測系統(tǒng)實(shí)施控制，圖形界面將飛機(jī)獲取的可見光、甲烷泄漏濃度等數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)給操作者。數(shù)據(jù)處理部分，能夠?qū)o人機(jī)拍攝的高清視頻、激光甲烷遙測儀獲得的濃度信息集合GIS地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析。從而從多個(gè)維度綜合分析管線問題與隱患，并易于將巡檢數(shù)據(jù)歸納存檔。

3.2 空中檢測單元

（1）無人機(jī)選型與掛載方案。鑒于大疆創(chuàng)新在民用無人機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，其行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品M210成為無人機(jī)的首選方案。M200是大疆首款具備工業(yè)防護(hù)等級的飛行平臺，它基于Inspire2的內(nèi)核和控制器，并且能夠像MavicPro一樣折疊起來，這個(gè)四軸飛行器能夠裝載在汽車上，主要應(yīng)用于航拍數(shù)據(jù)收集、巡檢等行業(yè)應(yīng)用。此次發(fā)布的M210可搭配下置雙云臺，符合系統(tǒng)中需要同時(shí)搭載可見光相機(jī)和激光甲烷遙測設(shè)備的需求。通過大疆官方的掛架接口加裝檢測功能模塊，符合大疆的掛載要求，可以最大限度的利用廠商對于無人機(jī)的售后服務(wù)于保障；也比深度進(jìn)行結(jié)構(gòu)改裝具有更好的安全性，是激光檢測模塊的首選掛載方案。

（2）甲烷遙測方案。輕量級的甲烷遙測儀是巡檢系統(tǒng)的核心部件。為了能夠適應(yīng)無人機(jī)掛載的需求，遙測儀應(yīng)滿足重量輕、低功耗（自備電池供電，不占用機(jī)體續(xù)航時(shí)間）、檢測距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。遠(yuǎn)距離、快速高精度的甲烷檢測只有激光技術(shù)氣體檢測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)使用一束特定波長的激光通過被測空間，如果該空間中存在甲烷分子，就會對激光束形成吸收，從而被檢出。56mm口徑的核心模塊，良好的平衡了性能與重量。模塊自重0.3kg，可以對90米距離上的甲烷泄漏進(jìn)行有效檢出。搭配2-Cell3200mAh鋰離子電芯和智能充放電管理，續(xù)航時(shí)間預(yù)計(jì)可以達(dá)到5小時(shí)。

3.3 地面控制單元

（1）數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。M210系統(tǒng)具有完備的操控、狀態(tài)與視頻顯示系統(tǒng)，搭配DJICandance遙控器和CystalSky高亮顯示器，操作員可以靈活方便的控制飛機(jī)姿態(tài)，獲取飛行高度、速度、位置等信息。根據(jù)選擇相機(jī)的型號不同，高清視頻的存儲位置可能在相機(jī)上也可能在機(jī)體上，地面端通過無線圖傳獲取標(biāo)清視頻作為拍攝視圖和操控依據(jù)。遙測儀的檢測數(shù)據(jù)與儀器狀態(tài)通過獨(dú)立的433MHz無線信道傳輸，所以需要在地面控制單元設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)接收、顯示控制終端?？紤]到與CystalSky顯示器配合，顯示控制終端固定在顯示器左側(cè)，與顯示器外形融合。

（2）控制方式。機(jī)體控制依托大疆的飛控系統(tǒng)，有兩種操作方式：①由遙控器手動(dòng)操作飛機(jī)起飛、運(yùn)行、降落，主要用于視距范圍內(nèi)的操作。②利用大疆提供的地面站軟件進(jìn)行預(yù)訂航跡的自動(dòng)飛行，主要用于視距范圍外的飛行操作。

3.4 數(shù)據(jù)分析單元

（1）數(shù)據(jù)視頻融合記錄。巡檢過程中拍攝的高清視頻流和激光甲烷遙測儀獲取的甲烷濃度數(shù)據(jù)通過專用的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行合成。高清視頻的存儲媒介是機(jī)體或相機(jī)上的存儲卡，濃度數(shù)據(jù)的存儲媒介是獨(dú)立設(shè)計(jì)的控制終端。兩種數(shù)據(jù)以時(shí)間戳為索引進(jìn)行視頻融合顯示，并可以在視頻上添加巡檢時(shí)間、巡檢地點(diǎn)、負(fù)責(zé)人等信息，標(biāo)注問題點(diǎn)和文字記錄[2]。

（2）大數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。無人機(jī)載管線巡檢系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上提供了一個(gè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的快速獲取手段，現(xiàn)場視頻、GIS、濃度數(shù)據(jù)的積累為管線完整性分析提供了十分重要的數(shù)據(jù)源。這些獲取的數(shù)據(jù)，除了可以通過視頻融合進(jìn)行存檔外，仍然提供數(shù)據(jù)庫訪問接口，能夠以數(shù)據(jù)形式與GIS數(shù)據(jù)結(jié)合存儲。從而逐步構(gòu)建管線的多維數(shù)據(jù)畫像，為后期基于大數(shù)據(jù)的管網(wǎng)分析平臺提供基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

使用無人機(jī)技術(shù)后，燃?xì)夤芫W(wǎng)的巡管可以節(jié)約大量的人力物力，降低管道保護(hù)工的工作強(qiáng)度，在地勢險(xiǎn)峻危險(xiǎn)地段，代替管道保護(hù)工巡管，降低員工巡線的安全風(fēng)險(xiǎn)，保障了員工的人生安全。在滑坡危險(xiǎn)地段，人員又不能靠近的區(qū)域，燃?xì)夤艿朗欠裥孤┛梢钥繜o人機(jī)進(jìn)行快速準(zhǔn)確檢測，為搶險(xiǎn)方案的制定提供了科學(xué)的依據(jù)，隨著技術(shù)越來越成熟無人機(jī)在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用會更加廣泛。