張玲艷

山東廣域科技有限責(zé)任公司 山東東營 257081

1 應(yīng)用背景

關(guān)于油井的無人機(jī)巡檢技術(shù),目前各個油田都處于探索階段,總的技術(shù)現(xiàn)狀為:無人機(jī)飛控手開車攜帶無人機(jī)到油井附近,人工操控或輔助控制無人機(jī)對各個關(guān)鍵部位進(jìn)行拍攝視頻或拍照存儲,然后返回指揮中心,將資料交給技術(shù)人員進(jìn)行分析查檢,判斷是否存在故障點(diǎn)。這種技術(shù)實(shí)際上與普通人工巡檢區(qū)別不大,效率提高有限,人工成本、車輛成本都沒有降低。

傳統(tǒng)無人機(jī)巡檢技術(shù)與無人機(jī)自動機(jī)場對比如圖1所示。無人機(jī)自動機(jī)場可以部署在油水井站附近,搭配全自動飛行系統(tǒng),不需要人員到現(xiàn)場操作無人機(jī),起降收納自動化,節(jié)省無人機(jī)運(yùn)輸時間和部署時間,可以大大減少油井巡檢的人力投入,同時又能高效、精準(zhǔn)、安全地對油井實(shí)施巡檢。由此可見,無人機(jī)自動機(jī)場技術(shù)的發(fā)展具有非常重要的意義。筆者介紹無人機(jī)自動機(jī)場在油水井站巡檢中的應(yīng)用。

圖1 傳統(tǒng)無人機(jī)巡檢技術(shù)與無人機(jī)自動機(jī)場

2 無人機(jī)自動機(jī)場類型

無人機(jī)自動機(jī)場如圖2所示,按照類型大致可以分為固定式無人機(jī)自動機(jī)場、車載無人機(jī)自動機(jī)場。無人機(jī)自動機(jī)場可以收納多旋翼無人機(jī),具備自動充電、自動換電池、自動收納等功能,能夠?qū)o人機(jī)直接部署到作業(yè)現(xiàn)場,解決人工攜帶無人機(jī)通勤的問題?，F(xiàn)場部署的最大優(yōu)勢是提高無人機(jī)的應(yīng)急作業(yè)能力,作業(yè)效率也得到大幅提升。不工作時,無人機(jī)待機(jī)在無人機(jī)自動機(jī)場內(nèi)。工作時,無人機(jī)自動機(jī)場艙門打開,升降平臺上升至頂部,無人機(jī)自動飛出進(jìn)行作業(yè)。

圖2 無人機(jī)自動機(jī)場

3 無人機(jī)自動機(jī)場特性

無人機(jī)自動機(jī)場具備技術(shù)先進(jìn)性。無人機(jī)自動機(jī)場的出現(xiàn),大大提高了工作效率,可以做到無人值守、數(shù)據(jù)實(shí)時回傳、全天候自主巡檢,實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在油水井站巡檢、巡邏等應(yīng)用場景的自動飛行。無人機(jī)收納在無人機(jī)自動機(jī)場內(nèi)部,防雨,防潮,防動物進(jìn)入。配備不間斷電源,滿足無人機(jī)的野外部署、存放、自動起降、電池充換電。無人機(jī)自動機(jī)場部署在作業(yè)區(qū)域,實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場無人值守。無人機(jī)具備的自動巡飛作業(yè)、自動降落、快速充換電、數(shù)據(jù)智能識別等功能,解決了無人機(jī)巡邏巡檢中遇到的人員編制不足、通勤成本高、時效性差、手工操控難度高、巡檢數(shù)據(jù)應(yīng)用不便等問題。

無人機(jī)自動機(jī)場具備快速反應(yīng)特性。無人機(jī)自動機(jī)場換電技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)作業(yè)完畢后3 min即可再次飛行,突發(fā)事件來臨時能做到及時響應(yīng)。遇到緊急情況時,按照預(yù)先設(shè)定的各類應(yīng)急場景,無人機(jī)快速從無人機(jī)自動機(jī)場起飛前往現(xiàn)場,不受地面交通影響,可以較快飛抵異常設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,對發(fā)生故障的設(shè)備實(shí)現(xiàn)精確定位,自動拍攝回傳視頻圖像信息。

無人機(jī)自動機(jī)場自動化程度高。無人值守狀態(tài)下,無人機(jī)自動機(jī)場觀測外部實(shí)時氣象信息,如風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等,并自動判斷起飛環(huán)境,確保無人機(jī)飛行安全。基于所搭載的激光雷達(dá)吊艙,建立多元數(shù)據(jù)融合的高精度三維立體模型,通過算法自動規(guī)劃出巡檢作業(yè)路徑。在巡檢過程中,數(shù)據(jù)可以實(shí)時回傳至云端,通過人工智能算法自動分析數(shù)據(jù),同步獲得巡檢所需的報告。無人機(jī)降落于無人機(jī)自動機(jī)場后,可自動下載無人機(jī)拍攝的原始數(shù)據(jù),并自動上傳至云端。無人機(jī)自動機(jī)場內(nèi)配置視覺引導(dǎo)裝置,與無人機(jī)的視覺識別模塊相配合,使無人機(jī)可以精準(zhǔn)地降落在無人機(jī)自動機(jī)場內(nèi)。無人機(jī)自動機(jī)場獨(dú)特的下沉式對開門設(shè)計(jì)省去無人機(jī)升降機(jī)構(gòu),提高無人機(jī)自動機(jī)場運(yùn)行的穩(wěn)定性和工作防雨性能,滿足多環(huán)境下的使用條件,特別是暴雪、暴雨、雷雨等天氣。無人機(jī)電量低時,自主尋找最近的無人機(jī)自動機(jī)場,自動更換電池,實(shí)現(xiàn)全天候不間斷自動巡檢。

4 應(yīng)用

4.1 無人機(jī)自動機(jī)場自動巡檢

與人工智能診斷識別

相比電力桿塔、管道,抽油機(jī)設(shè)備巡檢難度高,特別是橫梁式抽油機(jī)工作時,抽油機(jī)的懸繩器、平衡塊、曲柄、曲柄銷、尾軸承皮帶等部位動態(tài)運(yùn)動,想要精準(zhǔn)拍攝高清有效的圖像,難度很高。采用無人機(jī)自動機(jī)場對油水井站進(jìn)行全自動巡檢,主要分為自動巡檢和人工智能診斷識別兩部分。在自動巡檢部分,在高精度三維立體模型上標(biāo)注巡檢目標(biāo),自動生成無人機(jī)航點(diǎn)動作和飛行航跡,在云端設(shè)置無人機(jī)巡檢場景和巡檢計(jì)劃,無人機(jī)自動機(jī)場檢測符合起飛條件后,無人機(jī)自動按照設(shè)置的航跡起降、巡檢、回收,實(shí)時回傳畫面,全程不需要人為干預(yù)。在人工智能診斷識別部分,無人機(jī)搭載廣角相機(jī)和變倍相機(jī),到達(dá)預(yù)定航點(diǎn)后,機(jī)載人工智能模塊控制無人機(jī)自動尋找拍攝目標(biāo),自主調(diào)整飛行航跡、飛行姿態(tài)、云臺參數(shù),拍攝高質(zhì)量巡檢圖像,運(yùn)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對拍攝目標(biāo)進(jìn)行深度學(xué)習(xí),診斷目標(biāo)可能存在的缺陷,包括井口漏油、皮帶斷股、平衡塊移位等,診斷得出巡檢目標(biāo)可能存在缺陷時,向云端人工智能處理平臺發(fā)送報警指令,對數(shù)據(jù)實(shí)時處理,生成分析結(jié)果,提供給遠(yuǎn)程指揮中心決策參考。

4.2 夜間紅外熱成像自動巡檢

人工巡檢費(fèi)時費(fèi)力,特別是在夜間,很容易存在死角,留下隱患。無人機(jī)搭載雙光相機(jī)和紅外熱像儀進(jìn)行航拍,不受空間和地理位置的限制。熱像儀通過探測物體自身發(fā)出的紅外線,對溫度分布進(jìn)行成像,可以在能見度低及危險性區(qū)域探測。雙光相機(jī)和紅外熱像儀技術(shù)的重疊應(yīng)用,能夠判斷抽油機(jī)設(shè)備高溫、管道泄漏等突發(fā)狀況,實(shí)現(xiàn)故障和隱患自動識別,并上報至云端人工智能處理平臺。

5 結(jié)束語

目前,無人機(jī)自動機(jī)場作為一種新型手段,在油田巡檢中有良好的發(fā)展前景。通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程一鍵啟動或定時啟動無人機(jī)全自動飛行系統(tǒng),使無人機(jī)執(zhí)行巡檢任務(wù),全程自動化,不需要人工操作。無人機(jī)自動機(jī)場自動起降收納無人機(jī),將圖像數(shù)據(jù)自動下載,完成無人值守巡檢任務(wù),實(shí)現(xiàn)智能感知、智能識別、智能分析、智能輔助等功能,可以提高巡檢效率與質(zhì)量,為油田的綠色生產(chǎn)、安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。