李泽龙

摘要：随着科技的不断发展，工业级无人机依靠高技术水平、高空监控、高速运转和高清视频图像——“四高”的作业能力成为了工业企业的新宠。在石油天然气行业中，应用巡查无人机大大减少了环境监测、日常管线巡护等作业的工作量，显著提高了工作效率。基于此，探讨无人机油气田巡查系统的发展，并分析其应用可能性与展望未来。

关键词：无人机;巡查系统;环境监测;管线巡护;发展

前言

近年来，长庆油田以稳产 5000 万吨占据全国产量最大油田的称号。长庆油田勘探区域分布陕西、甘肃、宁夏、山西和内蒙古等地，拥有数以万计的油气管线，同时油气管线作为重要的基础设施也是石油企业的巡查重点。然而油气管线距离长、分布范围广、所处生态环境复杂，这给人工巡查造成了一定的困难，传统的人工巡查工作量大、工作质量不高，漏巡或缺巡等现象时常发生，这给保障油气管线的安全运行带来了隐患。因此，对无人机油气田巡查系统发展的探讨具有极其重要的应用价值和理论意义。

一、无人机管线巡查概述

无人机油气田巡查系统主要由平台系统、地面控制系统和信息采集系统三部分组成。无人机油气田巡查系统的平台系统主要包括动力系统、遥感传感器、信号处理、GPS 接受和控制系统;无人机油气田巡查系统的地面控制系统主要包 括计算机、数据处理系统、GPS 导航和无线电控制;无人机油气田巡查系统的信息采集系统主要包括云台、相机、传感-器和无线电控制。

二、无人机巡查作业流程

无人机油气田巡查系统在作业时的流程按顺序依次为：适航查勘、飞行路线设计、起飞准备、正式飞行作业、无人机降落回收和图像处理。首先确定飞行的范围、合适的起降地点，规划飞行航线;然后做起飞准备，进行正式飞行作业，自动执行航拍任务，同时地面控制系统实时掌握飞机的姿势、方位等参数，保证平稳运行，并实时显示遥感图像;最后对无人机进行回收处理，采用无人机摄像快速处理软件对图像进行处理生成需要的影像。

三、无人机巡查系统应用

（1）管线选线及场站选址

长输管道选址大部分位于戈壁、沙漠等地形地貌复杂的区域，由于海拔高、空氣稀薄，选线工作变得极为艰难，为了减少野外踏勘的人力工作，选择无人机进行管线选线和场站选址工作，结合卫星遥感图畸形初步规划设计，可以降低野外踏勘的风险，起到事半功倍的效果。

无人机可以通过遥感技术直接获得关于管道线路上的基础数据，例如油气管道的埋设、地形地貌、水文地质等资料。无人机获取的是多波段、多时域、多摄站的图像信息，这是其他传统技术无法满足的。无人机获得的精确度高、解析质量高的图像还可以研究腐蚀性土壤以保护未来管道运行的安全。

（2）管线施工监控

管线在施工的过程中，监控巡视工作需要耗费大量的人力财力，人员强度大，速度慢效率低，而选择无人机低成本高机动性以及先进的数字化检测技术、定位技术、GIS（地理信息系统）技术进行全天候的监控，对施工进度、质量以及安全等方面做到全方位的监控，不受地面人员干预，不受交通限制，大大提高了信息采集量与监控空间的自由度，使得监控工作更加详细和全面。目前电动无人机搭载 Go Pro 摄像机可以续航 20 分钟，其实时图传系统可以实现稳定飞行，规划好线路还可实现自动巡航飞行，使用非常方便，在短时段作业工程中可被应用。

（3）管线巡查

针对油气管线巡查的工作，尤其是长输管道在运行后的巡查工作，人力耗费巨大并且效率低下，因此选择无人机进行巡查，可以大大提高巡查效率，甚至在恶劣天气条件下同样可以完成巡查工作。在事故、灾害等紧急情况发生时，无人机巡查可以降低人员的风险，及时发现突发情况传递信息以便相关人员可以在第一时间赶到并处理。

巡查系统采用固定翼无人机、数据链、地面站等组成，与 SCADA 通信系统进行集成，可以实现管道的遥感成像、管道环境状态监测以及智能化实时监测等。可以监测到管道是否有锈蚀、裸露、打孔偷盗等现象，实时保护油气长输管 线的安全运行。

四、无人机巡查与人工巡查的成本分析对比

无人机油气田巡查系统产生的费用包括巡检直接费和巡检间接费用，其中巡检直接费用包括汽车运输费用、机械操作费用和无人机巡检费用。巡检中发生的直接费总成本由车辆运输成本、机械操作费用和无人机巡检费用三项组成。间接费是指除直接费之外，由于无人机巡检作业而发生的一切费用，具体有设备摊销 费、设备维修费、工伤医疗费、差旅费、培训费和管理费。

以固定翼开拓者为例，该飞机采用 3W56cc 双缸两冲程活塞式汽油发动机。发动机工作稳定，震动较小，油耗极低。基本费用为单日作业费用，其中无人机维修及炸机费用只作为全年维保费用。巡检费用按油气田行业巡线 1.85 元/ 公里计算，日巡线公里数按200 公里后得到（此作业距离为无人机单价次最大航程）。

无人机巡查单日工作费用=66+1.85*200+50+20=506。

人工巡线基本日工作费用=66+600+40=706。

通过以上计算，应用无人机巡查系统单日工作费用低于人工，而且工作效率极高，2 小时 200 公里的巡查速率在时间成本上也节省了。

结论

无人机油气田巡查系统的应用已经渐渐步入正轨，在管道巡查领域的实践还处于起步阶段，尤其是长输管道的建设还需要创新。无人机油气田巡查系统为管线提供的全天候、全地域、实时的监控，可以大大减少人力，弥补人工巡线带来的真空地区而造成的数据损失，这在巡线方面起到了不可替代的作用。未来无人机油气田巡查系统采集的数据将向大数据靠拢，通过建立“数据融合应用平台”，为管线巡检和管线服务搭建解决之道。利用无人机将采集到的数据和图像进行处理，并且可以与历史数据进行对比，做出差异分析。还可以依据预警模型生成隐 患报告，提供决策支持。

参考文献：

[1] 常文见，孟凡辉，王仓，等.无人机遥感技术在长输管道中的应用探讨[J].价值工程，2013，32（ 328）：197-198.