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无人机在燃气管网中的应用

2021-11-24皮建

商品与质量 2021年15期
关键词:燃气管遥测大疆

皮建

重庆燃气集团股份有限公司 重庆 400020

1 当前应用现状

国内无人机行业应用,自2010年以来发展迅速,应用上以农业植保、电力巡线、地理测绘为先导,呈现全面铺开的态势。2015年前后有国内公司提出无人机燃气泄漏巡检概念,2016上海禾赛科技推出了专门用于高层楼宇检测的相关产品,2017年合肥朗伯光电也开始研制其用于燃气泄漏巡检的无人机产品。

综上所述,随着无人机技术的发展,带动以其为平台搭载多种传感器面向行业应用的专业化产品是当期研究的热点,但是市场现有产品的成熟度不高,部分产品专用性过强而多用性不足,不能够发挥无人机灵活、高效、到达能力强的特点,亟待相关应用研究的开展与跟进[1]。

2 无人机在燃气管网应用的意义

基于旋翼无人机的燃气泄漏巡检方案,通过对激光甲烷遥测仪的适当定制、改装,使其适应于无人机装载;开发配套的数据传输链路,将巡检数据回传至地面;开发巡检软件,集成GIS地图、巡检数据和视频影像,记录泄漏事件,实现智能巡检。制作可实用的样机,对所辖天然气网中的检测难点区域使用无人机巡检设备实施有效覆盖。针对不同巡检场景,研究多种检测设备配合的最优化巡检方案,消除巡检盲点、难点,降低管线运行风险。使用无人机实现灵活控制的目标巡检,以及更广区域的自主全自动巡线,拥有非常重要的标杆效应。

3 无人机在燃气管网应用的总体方案

3.1 总述

无人机载管线巡检系统可分为空中检测、地面控制和数据处理三个主要部分。其中,空中检测是由搭载激光甲烷遥测设备的无人机和数据传输单元构成,是巡检系统的执行器和传感器,飞临目标上空进行数据探测。地面控制部分,是系统的操作端,与空中检测模块通过无线信号进行通信。用户通过遥控器对飞机和检测系统实施控制,图形界面将飞机获取的可见光、甲烷泄漏浓度等数据进行呈现给操作者。数据处理部分,能够将无人机拍摄的高清视频、激光甲烷遥测仪获得的浓度信息集合GIS地图数据进行整合与分析。从而从多个维度综合分析管线问题与隐患,并易于将巡检数据归纳存档。

3.2 空中检测单元

(1)无人机选型与挂载方案。鉴于大疆创新在民用无人机领域的领导地位,其行业应用产品M210成为无人机的首选方案。M200是大疆首款具备工业防护等级的飞行平台,它基于Inspire2的内核和控制器,并且能够像MavicPro一样折叠起来,这个四轴飞行器能够装载在汽车上,主要应用于航拍数据收集、巡检等行业应用。此次发布的M210可搭配下置双云台,符合系统中需要同时搭载可见光相机和激光甲烷遥测设备的需求。通过大疆官方的挂架接口加装检测功能模块,符合大疆的挂载要求,可以最大限度的利用厂商对于无人机的售后服务于保障;也比深度进行结构改装具有更好的安全性,是激光检测模块的首选挂载方案。

(2)甲烷遥测方案。轻量级的甲烷遥测仪是巡检系统的核心部件。为了能够适应无人机挂载的需求,遥测仪应满足重量轻、低功耗(自备电池供电,不占用机体续航时间)、检测距离远的特点。远距离、快速高精度的甲烷检测只有激光技术气体检测技术可以实现。该技术使用一束特定波长的激光通过被测空间,如果该空间中存在甲烷分子,就会对激光束形成吸收,从而被检出。56mm口径的核心模块,良好的平衡了性能与重量。模块自重0.3kg,可以对90米距离上的甲烷泄漏进行有效检出。搭配2-Cell3200mAh锂离子电芯和智能充放电管理,续航时间预计可以达到5小时。

3.3 地面控制单元

(1)数据呈现。M210系统具有完备的操控、状态与视频显示系统,搭配DJICandance遥控器和CystalSky高亮显示器,操作员可以灵活方便的控制飞机姿态,获取飞行高度、速度、位置等信息。根据选择相机的型号不同,高清视频的存储位置可能在相机上也可能在机体上,地面端通过无线图传获取标清视频作为拍摄视图和操控依据。遥测仪的检测数据与仪器状态通过独立的433MHz无线信道传输,所以需要在地面控制单元设计一个数据接收、显示控制终端。考虑到与CystalSky显示器配合,显示控制终端固定在显示器左侧,与显示器外形融合。

(2)控制方式。机体控制依托大疆的飞控系统,有两种操作方式:①由遥控器手动操作飞机起飞、运行、降落,主要用于视距范围内的操作。②利用大疆提供的地面站软件进行预订航迹的自动飞行,主要用于视距范围外的飞行操作。

3.4 数据分析单元

(1)数据视频融合记录。巡检过程中拍摄的高清视频流和激光甲烷遥测仪获取的甲烷浓度数据通过专用的计算机软件进行合成。高清视频的存储媒介是机体或相机上的存储卡,浓度数据的存储媒介是独立设计的控制终端。两种数据以时间戳为索引进行视频融合显示,并可以在视频上添加巡检时间、巡检地点、负责人等信息,标注问题点和文字记录[2]。

(2)大数据分析基础。无人机载管线巡检系统实质上提供了一个现场数据的快速获取手段,现场视频、GIS、浓度数据的积累为管线完整性分析提供了十分重要的数据源。这些获取的数据,除了可以通过视频融合进行存档外,仍然提供数据库访问接口,能够以数据形式与GIS数据结合存储。从而逐步构建管线的多维数据画像,为后期基于大数据的管网分析平台提供基础。

4 结语

使用无人机技术后,燃气管网的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。在滑坡危险地段,人员又不能靠近的区域,燃气管道是否泄漏可以靠无人机进行快速准确检测,为抢险方案的制定提供了科学的依据,随着技术越来越成熟无人机在燃气管网中的应用会更加广泛。

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