无人机远程控制平台在管道生产中的应用

汪洋 于林 高玥 柯靖

摘要：川东北气矿在成功使用无人机进行集输气管道巡检的基础上，开发组建无人机远程控制平台系统。通过解决无人机控制距离短的问题，实现无人机远程起降、控制功能。可不再需要人员携带设备前往管道生产现场进行操作，大幅缩短无人机作业准备时间，提高巡检及应急处置效率。通过该平台的深化应用，可以实现无人机巡检的简易化操作、满足快速响应、快速执行任务的需求，为管道生产管理及应急处置提供了新的解决方案。

关键词：无人机  远程控制  管道生产

一、无人机远控平台构建

目前常规集输气管道无人机巡检利用无人机系统反应迅速，快捷的特点，携带高清摄像机对生产现场进行拍摄，能够提供精准的管道现场情况，便于及时掌握生产现场动态，从而作出快速、准确的管理对策，大幅提高生产管理及应急处置效率。但现有工作方式需要作业机组携带无人机成套设备去往管线的附近位置起飞点，现场进行无人机的安装、调试及应用操作。由于天然气集输管线多在偏远山区，交通状态不佳，通信不畅，现有无人机的控制距离短，因此使应用效率受到严重影响。若能实现无人机远程起降、控制功能，则一旦管线发生泄漏等紧急状况，可在后端指挥平台或管理基地直接控制现场无人机起飞执行相关任务，第一时间掌握现场情况，更能充分发挥无人机的效率优势。因此，无人机在集输气管线上的远程控制应用具有重要的实用意义和价值。

基于此，川东北气矿积极创新开发组建无人机远程控制平台系统，通过解决无人机控制距离短的问题，实现无人机远程起降、控制功能。可不再需要人员携带设备前往生产现场进行操作，大幅缩短准备时间，提高巡检效率，实现无人机应用的突破。

通过对无人机机身内的远程控制模块、巡检范围通讯链路、起降现场无人机及功能性组件、远程控制端软件等方面的研究，提出无人机远程起降、控制的技术解决方案，成功开发了无人机远程控制管理平台系统。

本平台系统采用统一SOA技术架构，通过数据总线与相关信息系统实现数据集成。平台总体架构层次分为：数据层、应用层和用户层。数据层将各类数据纳入无人机集成应用综合数据库进行分类管理。用户通过应用层与系统交互，实现首页资料查看、任务管理、飞行管理、成果查看、设备管理等功能。用户层实现各级用户的权限分配及系统管理。

二、无人机远控平台功能

川东北气矿无人机远程控制管理平台结合常规无人机巡检应用情况进行定制化开发，构建的远控平台大大丰富了气矿的生产管理及应急抢险救援手段。研发的无人机远控平台可以实现无人机的集输气管道自动巡检、数据掌握、运维管理、远程控制、实时图传、应急响应等功能。远程控制平台包括一级功能模块 2个，二级功能模块11个，功能点48个，基本全面覆盖了无人机远程控制和巡检功能需求。通过机载系统的指令，控制无人机执行任务，实时进行无人机状态发布，使操控人员能在后端及时掌握无人机飞行状态、速度、GPS信息、异常情况、任务指令反馈等重要信息，并对无人机的挂载设备进行控制，达到预定目的。

采用無人机远程控制功能的结构化功能设计，完成无人机远程控制模块研发和控制模块功能构建。无人机的飞行控制分为控制授权、任务指令控制、飞行点控制、模拟遥控控制、优先级控制及自动避障避险，无人机可根据自身的传感器实现自动优化飞行任务的路线，保障飞行过程中的安全。

三、无人机远控平台应用

由于集输气管道大都位于山区，4G网络信号不够稳定，而且带宽和延时均不能满足无人机远程控制的需要，5G网络的建设短期内又不具备条件。气矿在广泛调研的基础上，选用了华为微波产品解决无人机远程控制的通信问题。微波作为数据传输通道，实现远程接收无人机回传图像，接收或发送指令。该系统采用微波RT为微波发射及接收部件，为数据传输提供通道。通过在管道沿线设计PTMP微波组网光纤节点，每个节点设置1个RT设备，然后每隔0.3km左右再设置一个RT节点，覆盖管道沿线，以802.11ac协议与无人机保持控制回传通讯信号。

为测试远程控制的有效性、通讯网络的范围覆盖率、图传的即时性与辨识性，在气矿调度室对拟实施管道附近区域进行远程控制应用实验，该管道距离气矿调度室的直线距离为31 Km。

无人机远程控制操作流程为：无人机飞行员进入调度室远控平台规划无人机飞行航线 → 现场调试、周边警戒 → 操作人员在气矿通过远程控制平台控制无人机自动起飞 → 远程操作载入航线 → 无人机按照规划航线自动巡检 → 巡线完毕 → 自动降落。

通过测试，微波通信系统基本能够满足现场需要，在视频分辨率1024*768状态下，气矿调度室远程控制系统运行正常，单个RT节点可覆盖无人机最高飞行高度达到100米，最远飞行距离可达到400米无灰屏卡顿现象。

通过远控平台的应用，可以实现集输气管道的无人机自动巡检。对于事先规划好的无人机巡检任务，直接在远程控制平台执行列表中找到需要执行的任务，点击执行，无人机完成自检后，点击自动执行，无人机将按照设定的航线进行巡检作业。同时，可点击切换到手动，实现现场状态下的手动控制无人机巡检。

在远控平台上，还可实现无人机远程控制物资投放及远程控制点火操作。在无人机抵达指定位置后，当点击投放物资图标时，无人机将自动投放应急物资。点火操作与物资投放操作类似，在任务操作界面，点击喷火图标时，挂载的喷火设备将自动喷出火焰，点燃目标。

四、结束语

本远程控制平台主要以满足集输气管道无人机应急管理需求为目标，深度融合管道日常生产及应急管理要求，应用移动互联网技术、智能识别技术、信息融合技术，实现各流程场景的业务逻辑处理。平台可以通过PC端来进行配置和查看，并可在移动端进行巡护任务处理、现场作业等操作，体现移动办公的方便和快捷。远程控制平台进一步提升了无人机高效、快速参与天然气生产的应用价值，丰富了集输气管道生产的管理手段，提升了管理效率，为管道应急处置救援提供了强有力的支撑，是成功的应用实践，具有重要的现实意义。