九天無人機(jī)天然氣管道巡線技術(shù)方案

1、九天創(chuàng)新-天然氣管道巡線技術(shù)方案深圳市九天創(chuàng)新科技有限責(zé)任公司二零一六年八月網(wǎng)站：http:/目錄天然氣管道巡線現(xiàn)狀1 / 21 TOC o 1-5 h z .目前天然氣管道巡線技術(shù)現(xiàn)狀 2.天然氣管道巡線需求3.無人機(jī)巡線的意義3二、我公司現(xiàn)有技術(shù)積累及產(chǎn)品 6.固定翼無人機(jī)系統(tǒng)6.五相機(jī)四旋翼系統(tǒng) 10.吊艙版四旋翼無人機(jī)12三、應(yīng)用案例15四、結(jié)論1 82 / 21天然氣管道巡線現(xiàn)狀目前，我國天然氣資源主要依靠管道進(jìn)行輸送，線路漫長，常常 需要穿越沼澤、沙漠、山區(qū)、森林等地形復(fù)雜區(qū)域及人口密集區(qū)域。 其中部分管線已運(yùn)行20余年，而且有些管道已出現(xiàn)銹蝕和變薄現(xiàn)象， 這些管道面臨嚴(yán)重的自然災(zāi)

2、害威脅、 違法打孔盜氣以及地上建筑違章 占?jí)旱葐栴}時(shí)，存在巨大的安全隱患。天然氣自身具有易燃、易爆的 特性，一旦發(fā)生泄漏就極易造成重大事故。電力、石油、天然氣管道是國家的能源動(dòng)脈，為確保天然氣管道 安全運(yùn)行，減少和避免有管道泄漏造成的損失， 必須在日常的巡檢工作中把提取發(fā)現(xiàn)的管道安全隱患作為重中之重1 / 21.目前天然氣管道巡線技術(shù)現(xiàn)狀傳統(tǒng)的管道巡檢方法通常以人工巡檢作為主要手段，巡檢人員沿 管道巡視，檢查管道本體及其地表環(huán)境，不僅工作量大而且條件艱苦， 特別是對(duì)山區(qū)和跨越大江大河等線路的巡查，以及在冰災(zāi)、水災(zāi)、地 震、滑坡、夜晚期間巡線檢查，所花時(shí)間長、人力成本高、困難大， 某些線路區(qū)域和

3、某些巡檢項(xiàng)目人工巡查方法目前還難以完成。目前，主要采用人工巡檢的方式對(duì)天然氣管道進(jìn)行巡線檢測(cè)，巡檢人員需要配有相應(yīng)的巡檢設(shè)備，來對(duì)天然氣管道進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)， 巡檢人員必須保持通訊工具暢通， 能夠夠確保隨時(shí)隨地進(jìn)行聯(lián)系，而 在復(fù)雜地形區(qū)域、天氣氣泄漏的情況下，巡檢人員對(duì)管線進(jìn)行巡視、 檢查時(shí)，也存在一定的安全隱患。止匕外，在巡檢工作管理方面也存在一些難點(diǎn)：1.無法客觀、方便 地掌握巡檢人員巡檢的到位情況；2.管線和附屬設(shè)施的運(yùn)行狀況等無 法方便、可靠的記錄存檔，無法有效應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)。2 / 21.天然氣管道巡線需求為了保障天然氣管道能夠安全運(yùn)行， 巡查發(fā)現(xiàn)管道周圍存在的 不安全行為及事故隱患能及

4、時(shí)有效的得到處理，巡線工作應(yīng)按照“早發(fā)現(xiàn)、早溝通、早預(yù)防”的原則。天然氣管線巡線要做到：對(duì)管線周邊一定區(qū)域內(nèi)是否有施工現(xiàn)象，如有施工應(yīng)納入重點(diǎn)巡 查區(qū)域，并進(jìn)行預(yù)防性協(xié)調(diào)與溝通。對(duì)于可能交叉通過管道或在管道 中心線5米范圍內(nèi)的施工應(yīng)提前告知相關(guān)部門，以便采取對(duì)應(yīng)措施。在氣象災(zāi)害或地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，應(yīng)立即對(duì)管線進(jìn)行巡查，并做好 應(yīng)對(duì)保障措施。對(duì)天然氣管線是否有管道老化、銹蝕、漏氣等現(xiàn)象進(jìn)行巡查，確 保天然氣管線能夠安全、可靠的運(yùn)行。.無人機(jī)巡線的意義天然氣管線一般呈線形分布，其線路長度通常達(dá)到上百公里，人 們?cè)谘矙z作業(yè)中主要關(guān)注的是管線本身及其周邊1公里范圍內(nèi)的環(huán)境情況。因此，作為一種有效的監(jiān)測(cè)手

5、段，無人機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管 道沿線的宏觀監(jiān)測(cè)，對(duì)管道本身可實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)、微觀監(jiān)測(cè)。無人機(jī)具備高空、遠(yuǎn)距離、快速、自行作業(yè)的能力，可以穿越高 山、河流對(duì)輸電、輸油、輸氣線路進(jìn)行快速巡線，對(duì)架空線的鐵塔、 支架、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘、耐張線夾、懸垂線夾及輸油管道是否 有原油泄漏、氣體泄漏、環(huán)境是否受到污染、管道材質(zhì)是否遭到破壞3 / 21 進(jìn)行全光譜的快速攝像和故障監(jiān)測(cè)。無人機(jī)遙感技術(shù)綜合了無人機(jī)和遙感技術(shù)的特點(diǎn) ，可以自動(dòng)快速 獲取地貌的空間遙感信息，在國外無人機(jī)遙感技術(shù)在管道行業(yè)應(yīng)用非 常廣泛，山區(qū)管道巡檢、近海油氣管道監(jiān)視、災(zāi)后次生災(zāi)害評(píng)價(jià) ，漏油 和盜油點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)定位等。應(yīng)用無人機(jī)對(duì)天然氣管道進(jìn)行

6、巡線可以做到：大大提高天然氣管線巡線效率，對(duì)于管線長度幾十公里，甚 至上百公里的天然氣管線，如果由巡檢人員進(jìn)行人工巡線， 需要大量的人力，花費(fèi)十幾天，甚至幾十天的時(shí)間來完成， 而由無人機(jī)進(jìn)行巡線，幾天時(shí)間便能完成數(shù)據(jù)獲取和分析的 工作，完成巡線任務(wù)；降低安全隱患，對(duì)于沙漠、森林、山地等地形復(fù)雜的區(qū)域， 人工巡線時(shí)，巡檢人員的安全不能夠有效保障，將面臨人身 安全威脅，使用無人機(jī)巡線可大大降低這些隱患；數(shù)據(jù)可有效存檔，便于以后管道分析，通過無人機(jī)飛行獲取 的巡線數(shù)據(jù)，可進(jìn)行電子歸類存檔，可用于以后的分析工作； 避免局部區(qū)域漏檢的情況，由于受到復(fù)雜地形條件的影響， 有些區(qū)域，人工巡檢不易或無法完成，

7、而應(yīng)用無人巡檢便能 很好的解決；無人機(jī)巡線的優(yōu)點(diǎn)：1、使用靈活無人機(jī)通過不同航高可實(shí)現(xiàn)高空間、 大面積巡線，也可實(shí)現(xiàn)/ 21低空間較小范圍精確監(jiān)測(cè)，也可多架、多次同時(shí)對(duì)上萬平方公里測(cè)區(qū) 進(jìn)行巡查。通過多光譜分析，得到大面積測(cè)區(qū)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以面 信息結(jié)合傳統(tǒng)點(diǎn)信息，從而為整個(gè)線路檢查提供依據(jù)。2、高分辨率、處理速度快無人機(jī)上搭載的攝像裝備其影像分辨率可以達(dá)到 0.020.2米, 分辨率優(yōu)于目前國內(nèi)外一些高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)采集和處理 速度快，其采集能力能達(dá)到每天采集和處理近 4000平方公里。3、成本低、集成性強(qiáng)兼具衛(wèi)星影像的價(jià)格和航空影像的快速采集優(yōu)勢(shì)，采用高性能自動(dòng)處理技術(shù)，可完

8、成數(shù)據(jù)的預(yù)處理、精加工及鑲嵌及高程數(shù)據(jù)生成， 整體數(shù)據(jù)費(fèi)用低。4、安全、高效將無人機(jī)用于管道巡線，能代替人工進(jìn)行巡線，尤其在一些險(xiǎn)要 地段，可以避免巡線漏洞。同時(shí)，與傳統(tǒng)人工巡線相比，無人機(jī)一個(gè) 起降所巡查的管道路線可以代替幾十個(gè)巡線工的工作時(shí)，節(jié)省了巡線時(shí)間，提高了巡線效率，能幫助獲取管線周邊的信息。5、環(huán)境依賴小無人機(jī)巡線受自然氣候、地形條件限制小，保證了使用的可能性。 對(duì)于高海拔受地災(zāi)影響較大的地區(qū)，人員不方便到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡線， 通過使用無人機(jī)代替巡線人員進(jìn)行巡線。5 / 21我公司現(xiàn)有技術(shù)積累及產(chǎn)品6 / 21固定翼無人機(jī)系統(tǒng)整機(jī)包括機(jī)體、 動(dòng)力系統(tǒng)、航攝系統(tǒng)及自駕系 統(tǒng)完全自主研發(fā)，

9、并經(jīng)過大量的飛行測(cè)試，性能穩(wěn)定可靠。固定翼無人機(jī)采用 EPO材料一體成型，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，內(nèi)置的高清 晰度相機(jī)能夠獲取高質(zhì)量的航拍影像。固定翼無人機(jī)操作簡單，實(shí)現(xiàn)了全自主起降，采用手拋起飛的起 飛方式，使無人機(jī)不受起飛場(chǎng)地的限制。地面站采用全中文操作界面， 易于操作。自主研發(fā)無畸變測(cè)繪級(jí)無人機(jī)專用相機(jī)， 配有專門用于無人機(jī)平 臺(tái)的減震環(huán)境，整機(jī)重量不超過 100克。航拍專用相機(jī)7 / 21相機(jī)畸變檢校效果與Sensefly公司的ebee無人機(jī)相比，我們的無人機(jī)擁有更長的 航時(shí)（ebee無人機(jī)的航時(shí)為45分鐘），能夠獲取更多的影像數(shù)據(jù); 整機(jī)一體成型，性能更加穩(wěn)定；我們的無人機(jī)在空中直線飛行，在航 線

10、上拍照，而ebee無人機(jī)在空中波峰式飛行，在俯沖關(guān)鍵點(diǎn)拍照， 主要是ebee無人機(jī)沒有很好的解決機(jī)身的震動(dòng)問題。性能參數(shù):最大起飛重量980克空機(jī)重量530克任務(wù)載荷重量150克航拍傳感器分辨率1600萬像素8 / 21機(jī)長350毫米翼展900毫米定位導(dǎo)航方式高精度導(dǎo)航定位電動(dòng)電池高性能鋰聚合物電池航時(shí)75分鐘巡航速度50-60公里/時(shí)最大速度80公里/時(shí)控制半徑5公里起飛方式手拋起飛回收方式觸地回收任務(wù)高度100-500 米升限3000 米環(huán)境要求小于6級(jí)風(fēng)，天氣晴朗9 / 212.五相機(jī)四旋翼系統(tǒng)10 / 21五相機(jī)四旋翼無人機(jī)機(jī)體采用全碳纖維復(fù)合材料腔體結(jié)構(gòu)，一體化成型，擁有更輕的重量和

11、更高的強(qiáng)度。五相機(jī)四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)具有優(yōu)秀的安全設(shè)計(jì)模式，即使通訊鏈 路丟失，也能夠自動(dòng)返回到起飛點(diǎn)。五相機(jī)四旋翼無人機(jī)搭載的五相機(jī)傳感器系統(tǒng)，可獲取測(cè)區(qū)內(nèi)多 個(gè)角度的影像，經(jīng)過后期的數(shù)據(jù)處理，可得到更加直觀的三維模型。 相機(jī)間夾角為45度，且相機(jī)像素?cái)?shù)達(dá)到1億像素。飛行與導(dǎo)航系統(tǒng)集成了三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、磁力計(jì)、氣 壓高度計(jì)等多種高精度傳感器，同時(shí)采用卡爾曼濾波算法，使無人機(jī) 的操控更加安全、簡單。與安爾康姆的四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)相比， 我們的四旋翼無人機(jī)重量 更輕，載荷更大，且搭載的RT叱分導(dǎo)航定位系統(tǒng)，使無人機(jī)擁有更 高的飛行精度和更高的起飛降落精度，同時(shí)成果數(shù)據(jù)也有更高的定位 精度。

12、性能參數(shù):重量6800 克有效任務(wù)載荷2000 克軸距750毫米電動(dòng)起降方式全自主垂直起降11 / 21航時(shí)55分鐘（空載）經(jīng)濟(jì)巡航速度30公里/時(shí)最大速度40公里/時(shí)定位導(dǎo)航方式RTK精度導(dǎo)航定位控制半徑10公里傳感器五相機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)任務(wù)高度50-500 米升限3000 米環(huán)境要求小于6級(jí)風(fēng)，天氣晴朗3,吊艙版四旋翼無人機(jī)12 / 21吊艙版四旋翼無人機(jī)，集成了高精度的RTK導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可精 確定點(diǎn)懸停，搭載的可見光和熱成像設(shè)備，可全天候執(zhí)行任務(wù)，該機(jī) 操作簡單，全自主起降。機(jī)體采用全碳纖維復(fù)合材料腔體結(jié)構(gòu)，一體 化成型，安全可靠。吊艙版四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)具有優(yōu)秀的安全設(shè)計(jì)模式，即使通

13、訊鏈 路丟失，也能夠自動(dòng)返回到起飛點(diǎn)。吊艙版四旋翼無人機(jī)搭載的可見光和熱成像傳感器系統(tǒng)，可同時(shí) 獲取測(cè)區(qū)內(nèi)的可見光個(gè)熱成像數(shù)據(jù)， 在夜間也能夠觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域，具 有全天候的監(jiān)測(cè)功能。飛行與導(dǎo)航系統(tǒng)集成了三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、磁力計(jì)、氣13 / 21壓高度計(jì)等多種高精度傳感器，同時(shí)采用卡爾曼濾波算法，使無人機(jī) 的操控更加安全、簡單性能參數(shù):重量6000 克有效任務(wù)載荷2000 克軸距750毫米電動(dòng)起降方式全自主垂直起降航時(shí)55分鐘（空載）經(jīng)濟(jì)巡航速度30公里/時(shí)最大速度40公里/時(shí)定位導(dǎo)航方式RTK精度導(dǎo)航定位控制半徑10公里傳感器可見光傳感器CMO S傳感器尺寸：1/2.3 CMOS像素?cái)?shù)：

14、2110萬；焦品巨（等效 35mnmil） : 25-300mm 最大光圈:F3.6 （廣角）/7.0 （長焦） 相機(jī)功能：具有自動(dòng)拍照/混合式自動(dòng)/P程 序/人像/自動(dòng)快門/高速連拍氐光照等； ISO感光度:自動(dòng)，ISO 80; ISO 100-ISO 3200 視頻：MP4圖像數(shù)據(jù)：H.264/MPEG-AVC音 頻數(shù)據(jù):MPEG-4AAC LC（單聲W）;14 / 21熱成像探測(cè)器類型：非制冷焦平面；波長范圍：7.514 wmft 數(shù)：640X480;像素尺寸：17m幀率：探測(cè)器采集幀率50Hz熱成像儀輸出幀率25Hz；測(cè)溫范圍：-20150 C；熱靈敏度：v 60mK焦距：25mm視場(chǎng)

15、角：25 X 19 ;角分辨率：0.68mrad;最高溫追蹤：實(shí)時(shí)顯示高溫點(diǎn)的位置和溫度。任務(wù)高度50-500 米升限3000 米環(huán)境要求小于6級(jí)風(fēng)，天氣晴朗三、應(yīng)用案例利用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)西南丘陵地區(qū)的天然氣管道進(jìn)行巡檢。巡檢長度約22公里，對(duì)輸氣管道沿線的整體建筑、地貌及周邊 環(huán)境進(jìn)行巡查，并拍攝了高清圖片和視頻。通過數(shù)據(jù)處理生成了管道 的無人機(jī)正射影像圖。15 / 21天然氣管道正射影像圖天然氣管道熱成像視頻圖根據(jù)管道安全的相關(guān)管理規(guī)定進(jìn)行分析， 得到以下結(jié)果：在距離 天然氣管道75米的安全距離內(nèi)，建筑用地總面積約為180000平方米； 在距離天然氣管道15米的高危距離內(nèi)，建筑用地總面積約為 25000平方米。16 / 21草叢中的管道樁我們對(duì)其中的管道安全重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行分析， 在管道沿線某處的安全距離內(nèi)有一所學(xué)校，存在安全隱患。管線沿線安全隱患夜間用無人機(jī)搭載的熱成像儀在管道沿線進(jìn)行巡視，熱成像視頻中發(fā)現(xiàn)存在可疑人員，在視頻圖像中清晰可見。熱成像儀監(jiān)測(cè)圖像中的可疑人員17 / 21四、結(jié)論無人機(jī)天然氣管線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠滿足天然氣管線巡線的需求，同時(shí)，巡檢效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人