段云跃：无人机巡检技术在长输管道高后果区管理中的探索与应用

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无人机巡检技术在长输管道高后果区管理中的探索与应用

段云跃 谢德俊

中国石化销售股份有限公司华南分公司

长期以来，油气长输管道巡检采用人工徒步巡检方式，耗时长，效率低，且河流、水库、湿地、高速公路、铁路等巡检盲区难以通行，不能适应高后果区识别、管控、应急管理等急需数字化、可视化要求。中国石化销售股份有限公司华南分公司所辖成品油管道全长6?282公里，其中川渝管道共计58处高后果区，穿越长江2次、其他大小河流18条、国家级保护区3处，沿线湿地、高速公路、铁路多。因此，探索无人机巡检技术实现方式和管理方法，对达成油气管道高后果区管理科学化、高效化目标具有重要意义。

1  无人机巡检技术概况

1.1  无人机分类及适用范围

管道行业常用无人机主要有固定翼、多旋翼、固定翼―倾转旋翼（复合翼）无人机及无人直升机4类，实物见图?1。其结构原理、优缺点及应用场合如表?1所示，其中多旋翼无人机应用较为广泛。

 

a.固定翼无人机

b.多旋翼无人机

c.固定翼―倾转旋翼无人机

d.无人直升机
图?1??无人机类型 

1.2  无人机应用选型

国内无人机应用始于2011年中石油兰成渝成品油管道。华南分公司于2016年引入大疆精灵4用于单点飞行，2017年引入安尔康姆MD4-1?000四旋翼无人机用于航线飞行，该机最大飞行半径9?km，单块电池有效巡航时间50?min，实现了管道巡检。2019年，公司定制的复合翼无人机，单次飞行距离可达50～100?km。

2  无人机巡检技术

2.1  巡检功能

（1）无人机适应复杂自然环境下的丛林、陡坡、山区、河流、湿地、占压区域、人员密集区域飞行。可在暴雨、大风等一定程度恶劣天气下执行任务。（2）操作人员可绘制航线并导入无人机，使其具备高空、定速、定点、远距离、自行执行作业等能力。飞行成果影像可通过地面站实时查看或通过软件分析。（3）无人机可搭载摄像机、红外成像仪、GPS巡检仪、高音喇叭等负载，获得巡检照片、视频、飞行轨迹，或空中喊话。

2.2  巡检作业

无人机巡检作业可分为采集管道坐标及选取起降位置、绘制航线、现场飞行、成果分析四个步骤（图?2）。

a.管道GPS数据采集

b.航线绘制

c.无人机飞行

d.飞行轨迹
图?2??无人机巡检作业

油气长输管道为线性工程，需确保飞行连贯性。现场飞行时，需组织A、B两组人员和车辆，使用2台遥控器，采用车轮战操作模式。即：B组人员提前到达乙点，A组人员从甲点使用手动模式放飞，切入航线飞行模式后赶到丙点；B组人员在乙点等待飞机到达乙点后B组切换为手动模式降落，更换电池后放飞，切入航线模式，驱车赶往丁地。周而复始，直至飞行任务完成（图?3）。

图?3??飞行操作模式示意图

3  无人机在高后果区管理中的应用

3.1  高后果区识别

GB?32167―2015 《油气输送管道完整性管理规范》提出宜通过影像数字化开展管道沿线高后果区属性数据采集工作。读取无人机航拍视频或照片有助于高后果区精准识别，尤其是人员密集型高后果区识别和等级判定（图?4）。无人机识别优势见表?2。

 

图?4??人员密集型高后果区识别云图

3.2  高后果区日常管控

（1）管控依据。国家安全监管总局等八部委138号文要求，需增加高后果区管段巡护频次，增加技防措施。GBT?35068―2018《油气管道运行规范》提出管道可以采用飞行器巡护方式。（2）日常巡检。将无人机管道巡检作为主要巡检方式，补充人工管道巡护，满足增加巡护频次 增加技防措施等高后果区管控要求。无人机巡检与人工巡检管理模式优劣对比见表?3。

 

（3）应用飞行成果。针对高后果区定期使用无人机进行高空和抵近飞行拍照、数据采集等，与前期数据对比，分析管道周边环境新增占压、第三方施工、人员密集变化情况，研判高后果区附近地质灾害风险等情况，从而判断变化原因及预测变化后果，为企业及时调整高后果区管控措施提供重要依据。分公司每月用无人机采集人员密集型高后果区照片，上传智能化管道管理系统，用于对比分析高后果区变化情况（图?5）。

图?5??对比分析人口密集高后果区内电杆位置变化及人员活动变化情况

（4）特殊时期(地段)巡检。在重大节日、特殊时期和易发生打孔盗油等特殊地段加强巡护；特别针对高后果区附近非法第三方施工识别取证，夜间利用高强射灯及喇叭震慑高后果区附近打孔盗油分子等，具有较大的优势。

3.3  高后果区应急抢险

（1）为现场指挥提供技术支持。利用多旋翼无人机低空悬停特点观察管道周边实时情况，为抢险指挥部提供实时、高清、可靠的周边区域地形地貌、滑坡监测、现场录像等服务。为管道突发事件定性、制定应急措施、现场抢修等提供重要依据。此外，无人机可以携带部分轻便应急物资（例如MD4-1?000可携带最大任务载荷为2?kg）快速抵达现场并投放。（2）紧急疏散高后果区人群。无人机可搭载高音喇叭，在人员密集区域上空播放录音或实时喊话，紧急疏散人群，减少甚至避免高后果区人员伤亡。（3）应用案例。2016年6月，某直辖市因山体滑坡导致某成品油管道发生断管漏油事故，现场抢险指挥部专门成立了无人机监控组，轮换飞行观察救援力量分布情况，判断滑坡体继续下滑风险，实时为指挥部提供空中画面。为此，得到 企业应急处置反应迅速、方案科学、组织有序、效果很好的评价。

4  无人机巡检技术面临的挑战

4.1  合法依规

一是无人机及操作人员合法依规。2016年民航局下发《民用无人机驾驶员管理规定》对无人机驾驶执照提出要求。无人机驾驶员培训时间长，AOPA机长考试难度大，管道企业需增加投入。2017年5月，民航局下发《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》，要求实名登记，张贴二维码，未登记飞机不允许飞行。二是飞行区域合法依规。划定限制飞行区域需向相关部门申请空域，位于禁飞区域管道无法开展无人机巡检。

4.2  续航不足亟待解决

目前多旋翼无人机电池极限时间约50?min，极限航线飞行里程约9?km，不利于提高单日飞行里程。若突破电池续航能力，有望实现一站放飞、一站接收，极大地提高工作效率。

4.3  有效载荷需进一步开发

对于管道输送介质发生的细微渗漏，地面巡检人员可以通过看、听、闻、触的方式察觉。无人机探测管道泄漏情况效果不尽人意，需进一步开发有效载荷。

5  结论

无人机在高后果区识别、日常管控、特定时期巡查、应急抢险等方面具有经济、高效、准确和可视化优势。管道企业需加大持证人员培养力度。研发企业需攻关提升无人机续航能力，开发更多有效载荷，推动无人机巡检技术为油气管道高后果区安全保驾护航。 作者：段云跃，1988年生，本科，工程师，油气储运主管师，持有中国民航局颁发多旋翼无人机机长证及AOPA协会颁发多旋翼无人机机长证，取得中国石油和化学工业联合会完整性管理中级证，长期从事管道安全管理工作。谢德俊，1967年生，高级工程师，注册安全工程师，安全环保主任师，长期从事管道安全环保管理工作。

来源：《管道保护》2020年第1期（总第50期）