九天无人机天然气管道巡线技术方案.docx

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九天无人机天然气管道巡线技术方案

九天创新-天然气管道巡线技术方案

深圳市九天创新科技有限责任公司

二零一六年八月

网站：

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一、天然气管道巡线现状

目前，我国天然气资源主要依靠管道进行输送，线路漫长，常常需要穿越沼泽、沙漠、山区、森林等地形复杂区域及人口密集区域。

其中部分管线已运行20余年，而且有些管道已出现锈蚀和变薄现象，这些管道面临严重的自然灾害威胁、违法打孔盗气以及地上建筑违章占压等问题时，存在巨大的安全隐患。

天然气自身具有易燃、易爆的特性，一旦发生泄漏就极易造成重大事故。

电力、石油、天然气管道是国家的能源动脉，为确保天然气管道安全运行，减少和避免有管道泄漏造成的损失，必须在日常的巡检工作中把提取发现的管道安全隐患作为重中之重。

1.目前天然气管道巡线技术现状

传统的管道巡检方法通常以人工巡检作为主要手段，巡检人员沿管道巡视，检查管道本体及其地表环境，不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河等线路的巡查，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。

目前，主要采用人工巡检的方式对天然气管道进行巡线检测，巡检人员需要配有相应的巡检设备，来对天然气管道进行检测。

同时，巡检人员必须保持通讯工具畅通，能够够确保随时随地进行联系，而在复杂地形区域、天气气泄漏的情况下，巡检人员对管线进行巡视、检查时，也存在一定的安全隐患。

此外，在巡检工作管理方面也存在一些难点：

1.无法客观、方便地掌握巡检人员巡检的到位情况；2.管线和附属设施的运行状况等无法方便、可靠的记录存档，无法有效应用历史数据。

2.天然气管道巡线需求

为了保障天然气管道能够安全运行，巡查发现管道周围存在的不安全行为及事故隐患能及时有效的得到处理，巡线工作应按照“早发现、早沟通、早预防”的原则。

天然气管线巡线要做到：

对管线周边一定区域内是否有施工现象，如有施工应纳入重点巡查区域，并进行预防性协调与沟通。

对于可能交叉通过管道或在管道中心线5米范围内的施工应提前告知相关部门，以便采取对应措施。

在气象灾害或地质灾害发生后，应立即对管线进行巡查，并做好应对保障措施。

对天然气管线是否有管道老化、锈蚀、漏气等现象进行巡查，确保天然气管线能够安全、可靠的运行。

3.无人机巡线的意义

天然气管线一般呈线形分布，其线路长度通常达到上百公里，人们在巡检作业中主要关注的是管线本身及其周边1公里范围内的环境情况。

因此，作为一种有效的监测手段，无人机技术可以实现对管道沿线的宏观监测，对管道本身可实现重点、微观监测。

无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力，可以穿越高山、河流对输电、输油、输气线路进行快速巡线，对架空线的铁塔、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹及输油管道是否有原油泄漏、气体泄漏、环境是否受到污染、管道材质是否遭到破坏进行全光谱的快速摄像和故障监测。

无人机遥感技术综合了无人机和遥感技术的特点,可以自动快速获取地貌的空间遥感信息,在国外无人机遥感技术在管道行业应用非常广泛,山区管道巡检、近海油气管道监视、灾后次生灾害评价,漏油和盗油点现场定位等。

应用无人机对天然气管道进行巡线可以做到：

●大大提高天然气管线巡线效率，对于管线长度几十公里，甚至上百公里的天然气管线，如果由巡检人员进行人工巡线，需要大量的人力，花费十几天，甚至几十天的时间来完成，而由无人机进行巡线，几天时间便能完成数据获取和分析的工作，完成巡线任务；

●降低安全隐患，对于沙漠、森林、山地等地形复杂的区域，人工巡线时，巡检人员的安全不能够有效保障，将面临人身安全威胁，使用无人机巡线可大大降低这些隐患；

●数据可有效存档，便于以后管道分析，通过无人机飞行获取的巡线数据，可进行电子归类存档，可用于以后的分析工作；

●避免局部区域漏检的情况，由于受到复杂地形条件的影响，有些区域，人工巡检不易或无法完成，而应用无人巡检便能很好的解决；

无人机巡线的优点：

1、使用灵活

无人机通过不同航高可实现高空间、大面积巡线，也可实现低空间较小范围精确监测，也可多架、多次同时对上万平方公里测区进行巡查。

通过多光谱分析，得到大面积测区的各项监测数据，以面信息结合传统点信息，从而为整个线路检查提供依据。

2、高分辨率、处理速度快

无人机上搭载的摄像装备其影像分辨率可以达到0.02～0.2米，分辨率优于目前国内外一些高分辨率卫星影像数据；数据采集和处理速度快，其采集能力能达到每天采集和处理近4000平方公里。

3、成本低、集成性强

兼具卫星影像的价格和航空影像的快速采集优势，采用高性能自动处理技术，可完成数据的预处理、精加工及镶嵌及高程数据生成，整体数据费用低。

4、安全、高效

将无人机用于管道巡线，能代替人工进行巡线，尤其在一些险要地段，可以避免巡线漏洞。

同时,与传统人工巡线相比，无人机一个起降所巡查的管道路线可以代替几十个巡线工的工作时，节省了巡线时间，提高了巡线效率,能帮助获取管线周边的信息。

5、环境依赖小

无人机巡线受自然气候、地形条件限制小,保证了使用的可能性。

对于高海拔受地灾影响较大的地区,人员不方便到达现场进行巡线,通过使用无人机代替巡线人员进行巡线。

二、我公司现有技术积累及产品

1.固定翼无人机系统

固定翼无人机系统整机包括机体、动力系统、航摄系统及自驾系统完全自主研发，并经过大量的飞行测试，性能稳定可靠。

固定翼无人机采用EPO材料一体成型，结构稳定，内置的高清晰度相机能够获取高质量的航拍影像。

固定翼无人机操作简单，实现了全自主起降，采用手抛起飞的起飞方式，使无人机不受起飞场地的限制。

地面站采用全中文操作界面，易于操作。

自主研发无畸变测绘级无人机专用相机，配有专门用于无人机平台的减震环境，整机重量不超过100克。

航拍专用相机

相机畸变检校效果

与Sensefly公司的ebee无人机相比，我们的无人机拥有更长的航时（ebee无人机的航时为45分钟），能够获取更多的影像数据；整机一体成型，性能更加稳定；我们的无人机在空中直线飞行，在航线上拍照，而ebee无人机在空中波峰式飞行，在俯冲关键点拍照，主要是ebee无人机没有很好的解决机身的震动问题。

性能参数：

最大起飞重量

980克

空机重量

530克

任务载荷重量

150克

航拍传感器分辨率

1600万像素

机长

350毫米

翼展

900毫米

定位导航方式

高精度导航定位

动力类型

电动

电池

高性能锂聚合物电池

航时

75分钟

巡航速度

50-60公里/时

最大速度

80公里/时

控制半径

5公里

起飞方式

手抛起飞

回收方式

触地回收

任务高度

100-500米

升限

3000米

环境要求

小于6级风，天气晴朗

2.五相机四旋翼系统

五相机四旋翼无人机机体采用全碳纤维复合材料腔体结构，一体化成型，拥有更轻的重量和更高的强度。

五相机四旋翼无人机系统具有优秀的安全设计模式，即使通讯链路丢失，也能够自动返回到起飞点。

五相机四旋翼无人机搭载的五相机传感器系统，可获取测区内多个角度的影像，经过后期的数据处理，可得到更加直观的三维模型。

相机间夹角为45度，且相机像素数达到1亿像素。

飞行与导航系统集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁力计、气压高度计等多种高精度传感器，同时采用卡尔曼滤波算法，使无人机的操控更加安全、简单。

与安尔康姆的四旋翼无人机系统相比，我们的四旋翼无人机重量更轻，载荷更大，且搭载的RTK差分导航定位系统，使无人机拥有更高的飞行精度和更高的起飞降落精度，同时成果数据也有更高的定位精度。

性能参数：

重量

6800克

有效任务载荷

2000克

轴距

750毫米

动力类型

电动

起降方式

全自主垂直起降

航时

55分钟（空载）

经济巡航速度

30公里/时

最大速度

40公里/时

定位导航方式

RTK高精度导航定位

控制半径

10公里

传感器

五相机倾斜摄影测量系统

任务高度

50-500米

升限

3000米

环境要求

小于6级风，天气晴朗

3.吊舱版四旋翼无人机

吊舱版四旋翼无人机，集成了高精度的RTK导航定位系统，可精确定点悬停，搭载的可见光和热成像设备，可全天候执行任务，该机操作简单，全自主起降。

机体采用全碳纤维复合材料腔体结构，一体化成型，安全可靠。

吊舱版四旋翼无人机系统具有优秀的安全设计模式，即使通讯链路丢失，也能够自动返回到起飞点。

吊舱版四旋翼无人机搭载的可见光和热成像传感器系统，可同时获取测区内的可见光个热成像数据，在夜间也能够观测目标区域，具有全天候的监测功能。

飞行与导航系统集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁力计、气压高度计等多种高精度传感器，同时采用卡尔曼滤波算法，使无人机的操控更加安全、简单。

性能参数：

重量

6000克

有效任务载荷

2000克

轴距

750毫米

动力类型

电动

起降方式

全自主垂直起降

航时

55分钟（空载）

经济巡航速度

30公里/时

最大速度

40公里/时

定位导航方式

RTK高精度导航定位

控制半径

10公里

传感器

可见光

传感器类型：

CMOS；

传感器尺寸：

1/2.3″CMOS；

像素数：

2110万；

焦距（等效35mm焦距）：

25-300mm；

最大光圈：

F3.6（广角）/7.0（长焦）

相机功能：

具有自动拍照/混合式自动/P程序/人像/自动快门/高速连拍/低光照等；

ISO感光度：

自动，ISO80；ISO100-ISO3200

视频：

MP4[图像数据：

H.264/MPEG-AVC][音频数据:

MPEG-4AACLC（单声道）]；

热成像

探测器类型：

非制冷焦平面；

波长范围：

7.5～14μm；

像素数：

640×480；

像素尺寸：

17μm；

帧率：

探测器采集帧率50Hz热成像仪输出帧率25Hz；

测温范围：

-20～150℃；

热灵敏度：

＜60mK；

焦距：

25mm；

视场角：

25°×19°；

角分辨率：

0.68mrad；

最高温追踪：

实时显示高温点的位置和温度。

任务高度

50-500米

升限

3000米

环境要求

小于6级风，天气晴朗

三、应用案例

利用无人机遥感监测系统对西南丘陵地区的天然气管道进行巡检。

巡检长度约22公里，对输气管道沿线的整体建筑、地貌及周边环境进行巡查，并拍摄了高清图片和视频。

通过数据处理生成了管道的无人机正射影像图。

天然气管道正射影像图

天然气管道热成像视频图

根据管道安全的相关管理规定进行分析，得到以下结果：

在距离天然气管道75米的安全距离内，建筑用地总面积约为180000平方米；在距离天然气管道15米的高危距离内，建筑用地总面积约为25000平方米。

草丛中的管道桩

我们对其中的管道安全重点区域进行分析，在管道沿线某处的安全距离内有一所学校，存在安全隐患。

管线沿线安全隐患

夜间用无人机搭载的热成像仪在管道沿线进行巡视，热成像视频中发现存在可疑人员，在视频图像中清晰可见。

热成像仪监测图像中的可疑人员

四、结论

无人机天然气管线监测系统，能够满足天然气管线巡线的需求，同时，巡检效率远远高于人工巡检。

应用无人机巡检不仅能够对漫长的、地形复杂、人口密集的输气管线进行巡检，也能够在夜间进行有效巡查。

无人机具有对地观测成像分辨率高、设备机动性好、转场作业灵活的特点，使今后在巡检中更方便、高效、容易。

我们将所有的传感器及成像设备集成在长航时固定翼无人机中，能够进行全天候、长距离的巡检，巡检效率将大大提高。

我们可将所有的