鞏玉良 王慶 胡博

國家管網(wǎng)集團西南管道公司貴陽輸油氣分公司

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(jiān)測系統(tǒng)，利用無人機技術探索開展協(xié)同管道遠程監(jiān)測技術的管道智能巡檢工作，提升山區(qū)管道巡檢工作質量和效率。總結了實踐經(jīng)驗，為今后工作提供參考。

關鍵詞：黔西南；中緬管道；無人機；巡檢；飛行高度

山區(qū)管道因地形地貌、特殊地理環(huán)境及測控技術限制，通信技術適配不佳等原因，人工干預環(huán)節(jié)成本高，管道巡檢效率低，遇到突發(fā)緊急情況，傳統(tǒng)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公里長中緬天然氣管道及周邊地區(qū)遠程監(jiān)測裝置，運用無人機技術探索建立智能巡檢與監(jiān)測系統(tǒng)。

1 智能巡檢與監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)由兩部分組成（圖 1），分別為晴隆縣數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點和貴陽市遠端監(jiān)測點。

1.1 數(shù)據(jù)匯聚點

數(shù)據(jù)匯聚點為設備提供了展開撤收、臨時搭建和應急運營的現(xiàn)場實施環(huán)境，同時滿足無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商提供基站專用塔，并在頂端架設帶有全向天線的20公里軍品級數(shù)據(jù)鏈。中繼終端采用軍品級L波段鏈路與無人機無線通訊和中繼接力。從無人機上電自檢開始，鏈路會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(shù)據(jù)鏈信號質量滑落時，自動切換至下一個信號較強的數(shù)據(jù)鏈。在塔上搭載的五個數(shù)據(jù)鏈通過專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚至數(shù)據(jù)匯聚點，完成對無人機的遠程測控。

1.2 測控設備構成

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

（2）任務載荷。選取中國電子科技集團公司生產(chǎn)的30倍可見光吊艙、紅外吊艙及大量程甲烷氣體濃度監(jiān)測載荷。其中30倍可見光吊艙適用于空氣質量較好、能見度較高的正常環(huán)境，結合實時變倍，可為巡檢人員提供便捷清晰的圖像素材；紅外吊艙可為能見度較低的大霧天氣和夜間飛行等特殊要求提供服務，能滿足應急狀態(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(shù)據(jù)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，在滿足擴展界面顯示信息的條件下盡可能的節(jié)約其他設備空間，顯著提高在特殊條件下應急地面架設的機動性。

1.3 遠端監(jiān)測點

遠端監(jiān)測點由一臺定制大型塔式工作站實現(xiàn)。工作站在運行期間3×30×24小時不間斷工作，隨時記錄并轉發(fā)由數(shù)據(jù)匯聚點傳來的數(shù)據(jù)。遠端展示平臺為兩面75英寸4K高清顯示屏，一面用來全屏實時展示遠端無人機返回管道圖像信息，另一面實時展示不同節(jié)點鏈路狀態(tài)，通過對大數(shù)據(jù)學習算法應用提供管道異常狀態(tài)實時比對，管理不同節(jié)點圖像歷史記錄，回放查看等。

2 系統(tǒng)應用

2.1 實地選址

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(qū)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、牧場等農業(yè)用地，又有人口密集聚居區(qū)的山村、縣城等。由于沒有成熟或公開可行的方案和經(jīng)驗作參考，在選取相對符合需求的數(shù)據(jù)匯聚點時攀爬考察了管道附近每一個架設鐵塔的山頭，總結出如下選址要點。

（1）中繼塔選擇地勢較高的地區(qū)，與其他中繼塔形成事實上的通視。

（2）數(shù)據(jù)匯聚點交通便利，可驅車快速往返于駐地和數(shù)據(jù)匯聚點。

（3）數(shù)據(jù)匯聚點應臨近鐵塔機房，最大限度避免線路傳輸損耗，便于進入鐵塔下機房進行調試。

（4）有充裕的臨時貯藏空間，避免多次往返搬運帶來不必要的損耗。

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）。

通過飛行實踐和分析總結，表明當航線飛行真高在1800米左右時，吊艙可以完美實現(xiàn)對航線下方管道的正射任務。 在飛行時根據(jù)下方地形的實際狀態(tài)，海拔高度，動態(tài)調整飛行的航線真高來實現(xiàn)地形跟隨飛行，此時圖像吊艙可以獲取更佳的實時巡檢效果。

2.2 經(jīng)驗總結

（1）無人機在放飛后如同風箏一般，通信鏈路就是保障系統(tǒng)全部設備安全工作的生命線，其質量的可靠程度是重中之重，務必作為系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)第一要 素選型設計。如有效保證不間斷連續(xù)工作時長，在雨霧雷電等復雜環(huán)境下保證鏈路通訊質量穩(wěn)定可靠等。

（2）晴隆縣與貴陽市兩地相距200多公里，數(shù)據(jù)匯聚點與貴陽市的遠端監(jiān)測點的實時通訊務必通過高可靠性的傳輸線路連接。

（3）復合翼無人機可以避免傳統(tǒng)固定翼飛行器起飛時需要滑跑助飛的過程。

（4）利用鐵塔公司現(xiàn)有基站塔可以有效節(jié)省中繼鏈路的架設成本。

（5）一個好的數(shù)據(jù)匯聚點可以使巡檢任務事半功倍，節(jié)約反復搭建成本，提升工作效率。

（6）務必選取可以在高原長航時工作的無人機平臺。

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

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