浅析无人机航拍技术在四川盆地天然气管道巡护中应用前景

刘 蕾 赵 清 洪建伟 侯 政

中国石油西南油气田公司川西北气矿

1 天然气管道巡护工作的重要性

1.1 天然气管道巡护工作重要性

天然气管线的安全运行是石油天然气行业共同关注的问题，在天然气输送目标就是将高压易燃易爆天然气介质顺利输送至用户[1]。

四川地区山路险峻，山地滑坡等自然灾害对天然气管道的破坏，给人生安全和国家经济带来损失。所以，在石油天然气企业的生产营运过程中，维护管道的完整性，天然气巡管工作起着非常重要的工作。

1.2 管道巡护工作中存在的困难

针对天然气巡管工作，企业制定了制度，从初期的人工巡检手工记录到近期开展了GPS巡线，通过电子信息监控巡线频率。但是，这一切都需要管道保护工亲自沿着管线踏寻。以四川西部地区为例，从气田到用户，在天然气管线巡护的过程中，存在以下3个困难。

1）山地地区管道巡护成本高但效率低

四川盆地山多路陡，车辆无法到达（图1），需要管道保护工跋山涉水步行持GPS巡管，导致管道巡护工巡护时间长，巡管效率非常低。

图1 管线经过山地险峻

2）洪雨季后存在管道巡护盲区

夏季洪雨期山体滑坡泥石流时有发生，巡护道路被堵，道路泥泞致使管道保护工无法涉足进行巡管（图2）。

3）管道巡护工作中协调难度大

承包商建设围栏及围墙进行经济作物种植，巡管人员在进行管道巡护时要经承商同意后方可穿过围栏区，协调过程中难度大，效率低（图3）。

图2 水毁管线裸露地无法到达区域

图3 无人机拍摄经济作物被围区域

2 无人机航拍的应用技术及前景

2.1 无人机航拍技术前景

在许多带有危险性或者工作量巨大的野外工作中，应用现代科技产物已经成为一种趋势[2]。无人机航拍技术是无人机与摄影技术的结合，是通过飞行器技术、通讯技术、GPS、差分定位技术和图像技术的融合实现的一种无人机遥感技术[3]，通过搭载扫描设备，使用配套软件，能够自动快速地生成待测区图像视频。无人机的快速机动，云下低空飞行，影像分辨率高，使用成本低的优势，成为各种领域俯瞰、巡检、抢险的重要工具。在许多带有危险性或者工作量巨大的野外工作上，应用现代科技产物已经成为一种趋势[3]。无人机航拍技术，目前已广泛应用于各个领域，如地震、洪水等灾害发生，当地面人员无法通过和到达时，利用无人机航拍对受灾区域进行拍摄，了解灾情。同时无人机航拍也广泛应用于气象监测、地质勘测、地图测绘等领域，工作中带来极大便利[1]。将无人机航拍技术应用于石油天然气管道的巡护工作，可有效解决天然气管道巡护工作中人员无法到达区域或到达难度较大区域的问题。

2.2 无人机技术巡管小实验（以四川西部某管线为例）

以四川盆地西部地区邛崃市平落镇—彭山县观音镇天然气管线（以下简称“平籍线”），雅安市碧峰峡镇—邛崃市平落镇天然气管线（以下简称“莲花外输”）为例展开无人机巡线工作（图4），管线基本情况见表1。

机型：大疆 精灵3A 最大时速：57.6 km/h 最长续航时间23 min。

图4 无人机巡线航拍图

表1 实验管线基本情况表

考虑到实验经费及操作维护简便性，本次实验机载摄像采集图像飞行完毕后，在电脑中进行播放，因此实验时间包含录像观看时间。

2.2.1 平籍线实验情况

选择蒲江县寿安镇松华社区某处被围猕猴桃经济作物林穿越段3处共3 km进行试验。

无人机和人工巡管结论一致：未发现第三方施工及占压，管道处于安全运行状态。

在被围经济作物区域，由于经济作物园区被围，大门往往仅有一处，人工从园区入口进入巡管后返回入口，绕行距离为管线穿越段距离长度3倍（图5、表 2）。

2.2.2 莲花外输管线实验情况

选择雅安市名山区建山乡飞水山管线穿越长度8 km管线进行实验。

1）莲花外输无人机实验

鉴于无人机本身续航时间有限，将此段管线分成了3段进行实验（表3）。

通过实验，总计耗时192 min（含人工观看录像播放时间50 min），未发现第三方施工及占压，该段管线未发现自然灾害损毁管道、未发现第三方施工及占压。但是植被茂密，被植被覆盖段管道标志桩走向不清晰。

2）莲花外输步行实验

在返程途中，对该管段开展了步行巡线实验，耗时600 min，巡管中发现两处露管0.5 m和0.8 m。未发现第三方施工及占压，该段管线未发现自然灾害损毁管道、未发现第三方施工及占压。

表2 巡检平籍线时间比较表

表3 无人机巡检莲花外输

3 无人机技术巡管应用中存在问题

3.1 无人机购机费用成本及维修费用高

目前无人机购置费用从5 000～30 000万不等，根据功能及续航时间不同价格有所区别，为每条管线管道巡护工配备无人机费用高，成本大。

同时，目前企业内部没有专业无人机的维护人员，一旦出现故障，需要外委进行维护，维护周期长且维护成本高。有必要培养专业的无人机维护人员，或者在购置无人机合同中，要求制造商家对企业员工定期开展无人机故障处理技术维护[4]。

3.2 无人机管理的合法性

3.2.1 国际现状

国际上无人机管理制度比较完善的当属欧美的一些发达国家。例如，美国联邦航空局（FAA）对非特殊任务的无人机就制定有“PART 107”管理规则，对无人机的重量、高度、速度、操纵人员要求和飞行范围均有严格的规定[5]。

3.2.2 国内现状

企业选用无人机设备必须具有设备本身的合法性。在2015年底民航局《轻小型无人机运行规定（试行）》的发布，对无人机适用范围和分类、无人机驾驶员资格等方面的规定进一步清晰，无人机管理逐步完善[6]。

3.3 无人机驾驶员操作资质培养

企业目前暂未储备无人机驾驶员，无论从国家无人机标准规范要求还是企业管理要求，均需要既懂得管道保护相关知识技术又懂得无人机驾驶技术的人员。

1）国家规范要求

根据国家民用无人机监管要求，4 kg以上的无人机就必须有人遥控、操纵，驾驶员不在空中在地面，要负责整个无人机系统的运行和安全，驾驶员需要接受专业培训机构的培训和考核，持证上岗[7]。

2）天然气巡管轨迹要求

无人机是要按照天然气管道沿路展开拍摄，由于无人机在飞行过程中，飞行姿态受气流等外界因素的影响，拍摄效果是否能达到预期目的除了无人机本来的功能外，还与无人机驾驶员的水平有关。同时，恶劣的气候及外部环境条件下驾驶水平不当，会带来机器坠毁的风险[8]，维修和重新购买设施给企业带来一定的经济风险。

3）职业操守

员工的职业素养关系着整个企业的形象。对于发生的无人机砸穿民房、扰乱空中秩序、驾驶者偷拍隐私等问题正在困扰着该项技术的健康发展。对无人机驾驶员除了本身对设备操控能力的培养，对道德品质、法律风险意识的培养也至关重要。

3.4 试用期第三方侵权带来的法律风险

无人机巡护推广初期，是人和设备的协调配合过程，在该项技术试运行期间，人员的技术水平和设备本身的性能稳定性需要进一步评估，均存在事故风险的不确定性，如飞机跌落对第三方房屋、家畜、机经济作物的损害。一旦发生，将导致企业带来对第三方侵权的法律风险。因此，推广初期试运行期间，不建议人口密集区开展无人机巡管。人口密集区仍采用传统的管道巡护方式-手持GPS巡线。在车辆难以到达区域，人口稀少区域，使用无人机管道巡护，可降低无人机对第三方侵权带来的法律风险。待试运行期经过测试设备运行稳定和人员操作熟练后，可进一步推广应用区域。

4 结论

1）通过无人机实验比较后，使用无人机技术开展天然气管道巡管可以节约大量的人力物力，降低管道保护工的工作强度，在地势险峻危险地段，代替管道保护工巡管，降低员工巡线的安全风险，保障了员工的人生安全。因此在地势险峻、人口稀少地区无人机技术有很大的应用前景。

2）通过无人机巡检天然气管线，可以监控第三方施工，大型滑坡及泥石流，但植被茂密地区小型露管难以发现，无人机无法完全代替人工巡管，因此特殊区域和位置需要无人机和人工巡管相结合交替进行。

3）人口密集区域推荐采用人工巡线，降低无人机事故对第三方造成的侵权及经济损失。

4）使用无人机进行巡线，需要天然气管道标志桩齐全、醒目，人工巡检时应清除相关遮挡物，确保无人机巡管线路的正确性。

[ 1 ]杨伟, 杨帆. 无人机在长输管道常规巡检中的应用[J]. 能源与节能 , 2015, 11(6)： 132-133.Yang Wei & Yang Fan. The application of UAV remote sensing system in conventional natural of gas transmission pipeline inspection[J]. Energy and Energy Conservation, 2015, 11(6)： 132-133.

[ 2 ] 逯曦, 任晓毓, 张华明, 李如箭, 钱穆晖. 无人机航拍技术在雷电防护中的应用[J]. 气象科技, 2015, 43(6)： 1176-1180.Lu Xi, Ren Xiaoyu, Zhang Huaming, Li Rujian & Qian Muhui.Application of UAV photography technology to lightning protection[J]. Meteorological Science and Technology, 2015, 43(6)：1176-1180.

[ 3 ]孔庆红. 基于暗原色先验的无人机航拍图像去雾算法研究与实现[D]. 青岛： 中国海洋大学, 2014.Kong Qinghong. The defog algorithm on research and implementation of UAV aerial images based on the dark channel prior[D]. Qingdao： Ocean University of China, 2014.

[ 4 ]施会子. 新买的无人机出问题 引出维修难题[N]. 中国消费者报, 2016-12-26(2).Shi Huizi. Unmanned machine out of trouble maintenance problems[N]. China Consumer News, 2016-12-26(2).

[ 5 ]王疆民. 无人机货运发展落后不能怪罪法规[N]. 中国民航报, 2017-01-19(4).Wang Jiangmin. The development of UAV cargo can not be blamed for the development of regulations[N]. China Civil Aviation, 2017-01-19(4).

[ 6 ]赵展慧. 无人机还得有人管[N]. 人民日报, 2016-04-17(19).Zhao Zhanhui. Unmanned aerial vehicles have been injured by the tube[N]. People's Daily, 2016-04-17(19) .

[ 7 ]刘朝君, 孙颖飞. 无人机飞行员培训方法研究[J]. 中国科技信息 , 2016, 24(12)： 23-24.Liu Zhaojun & Sun Yingfei. Research on the training method of UAV pilots[J]. China Science and Technology Information,2016, 24(12)： 23-24.

[ 8 ]何碧波, 倪峰, 郑明灯. 无人机航测若干问题分析[J]. 地理空间信息 , 2016, 14(12)： 13-14.He Bibo, Ni Feng & Zheng Mingdeng. Analysis of UAV aerial photogrammetry[J]. Geospatial Information, 2016, 14(12)： 13-14.

[ 9 ]秦勇. 无人机的四川力量[N]. 四川日报, 2016-12-10(3).Qin Yong. UAV Sichuan power[N]. Sichuan Daily, 2016-12-10(3).

[10]宇辰网. 中国民用无人机发展概况[J]. 机器人产业, 2017(1)：52-58.Yu Chenwang. Chinese Yuchen civilian UAV development[J].The Robot Industry, 2017(1)： 52-58.

[11]余志光. 遥感与GIS在油气田管道线路选择中的应用研究[D]. 北京 ： 清华大学 , 2011.Yu Zhiguang. Application research on the RS And GIS for oil and gas pipelin route selection[D]. Beijing： Tsinghua University, 2011.

[12]武海彬. 无人机系统在油气管道巡检中的应用研究[J]. 中国石油和化工与质量, 2014, 14(9)： 105-106.Wu Haibin. application of unmanned aerial vehicle (UAV) system in oil pipeline inspection[J]. China Petroleum and Chemical Engineering and Quality, 2014, 14(9)： 105-106.

[13]高姣姣. 高精度无人机遥感地质灾害调查应用研究[D]. 北京： 北京交通大学, 2010.Gao Jiaojiao. Application of High precision of UAV Remote Sensing in geological disaster investigation[D]. Beijing： Beijing Jiaotong University, 2010.

[14]金开保. 无人机飞行棋飞行控制系统半物力仿真研究[D].南京： 南京航空航天大学, 2014.Jin Kaibao. Semi physical fl ight chess UAV fl ight control system simulation research[D]. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2014.

[15]王军锋, 马建荣, 魏向军, 谢敏, 张亮. 油发式无人机技术在油田管线巡护中的应用[J]. 石油化工应用, 2016, 35(11)： 44-46.Wang Junfeng, Ma Jianrong, Wei Xiangjun, Xie Min & Zhang Liang. Application of oil-f i red unmanned aerial vehicle (UAV)technology in oil pipeline inspection[J]. Petroleum and Chemical Engineering, 2016, 35(11)： 44-46.