油气管道企业空天地一体化探索与实践

　　摘要:本文提出了一种空天地一体化管道巡护模式，该模式在传统人工巡护的基础上，结合视频监控、无人机、卫星遥感、光纤预警和人工智能技术，形成一个全方位、多层次的管道监测和保护网络，以数字化转型支撑油气管道保护效率和安全性提升。对比传统巡护方式，分析了新型管道巡护模式在成本、效率、安全性等方面的优势，探讨了其在实际应用中的经济效益和社会效益。

　　关键词：油气企业 空天地一体化 无人机 人工智能

　　引 言：随着能源需求的不断增长，管道作为主要的能源运输方式，其安全性和可靠性显得尤为重要。传统的管道巡护方式主要依赖人工巡护，存在监测范围有限、反应速度慢等问题，近年来，随着低空经济迅速发展，北京管道公司创新应用了一种空天地一体化的管道巡护模式，通过多种先进技术的融合，构建一个高效、智能的管道监测和保护系统。

　　一.空天地一体化模式概况

　　(一)空天地一体化概念

　　空天地一体化管道保护模式是指在人工巡检的基础上，联动视频监控，通过无人机、卫星遥感、光纤预警和人工智能技术的结合，形成一个全方位、多层次的管道监测和保护网络。其核心在于：一是统筹区域时域，构建油气管网全局精细化巡检解决方案，针对长输管道、两高地区、地灾易发区等不同类型管道和区域，构建油气管网分时段、智能化和精细化的巡检解决方案。二是人防技防联防，逐步夯实油气管网数智化闭环管控基础，基于人防技防联防，逐步提升物联网、AI、大数据、云计算等先进技术在管道巡护数字化闭环管控中的落地应用。三是多源无人感知、探索综合智慧立体油气管网管理新模式，基于无人值守机库、智能摄像头、地灾、光纤震动等无人化巡检设备，基于多源数据融合分析、多智能感知系统联动，对油气管网进行综合智能一体化管控。

　　(二)油气管道企业巡护模式发展概况

　　1.人工巡护

　　人工巡检作为传统的管道巡检方式在实际应用中不可或缺。其优势在于，一是人工巡检灵活性高，可以根据实际情况灵活调整巡检路线和频率。例如，在管道两高区域即高风险区域和高后果区域，可以增加巡检频率，而在低风险区域则可以减少巡检次数。二是人员具备直观判断能力，巡检人员可以通过视觉、听觉、触觉等感官直接判断管道的外部状况，目视检查可以发现管道周边塌陷、植物枯萎迹象，嗅觉检查可以通过闻气味的方式判断是否存在泄漏。三是人工巡检属于低技术门槛，不需要复杂的技术设备，主要依靠简单的工具和巡检人员的经验，这使得人工巡检适具备普遍适应性，也是目前国内管道公司通用的巡护模式。

　　其局限性表现在，一是人力资源消耗大，人工巡检需要大量的巡检人员，尤其是对于长距离或复杂地形的管道，巡检人员的数量和工作量都会大幅增加。二是巡检时间受限，由于人工巡检的速度较慢，一个完整的巡检周期可能需要一天甚至两天，由于巡检人员的工作时间有限，无法实现24小时不间断监控。三是覆盖范围有限，受地理条件限制人工巡检只能覆盖到人力能够到达的地方。

　　2.视频监控巡护

　　视频监控设备利用各种传感器和监测设备对管道进行实时监测，是人工巡检的一种补充。其优势在于，一是能实施24小时不间断监控，视频监控设备可以全天候运行，提供实时的监控数据。二是降低人力成本，视频监控系统可以覆盖管道重点防护的区域，减少了对人工巡检的依赖，降低人身风险。三是可以进行数据记录存储，视频监控系统可以记录和存储大量的监控数据，这些数据可以用于后期分析、问题追溯和趋势预测。

　　3.无人机巡护

　　无人机自主巡检作为一项新兴的管道巡护技防措施，对于保障长输管道的安全稳定运行提供了新思路。

　　一是提升巡检全面性，长输管道线路长、分布广，仅靠人工难以做到无死角巡检。无人机可以覆盖到更多人工不易到达的区域，确保巡护没有遗漏。二是克服环境限制，能轻松穿越复杂地形、茂密植被等，在一些恶劣自然条件下如高温、高寒、暴雨等，依然能够正常开展工作，而人工巡护在这些情况下可能会受到较大限制。三是实时监测与快速响应，实时获取管道及周边环境信息，一旦发现异常情况能迅速反馈，以便及时采取应对措施，避免问题扩大化。四是数据精准与客观，搭载高精度的检测设备，获取的数据更准确、客观，为后续的分析和决策提供可靠依据，问题可追溯，数据可留存。五是提高巡护效率，相比传统人工徒步巡护，无人机的飞行速度快，能在短时间内完成大范围的巡检任务，大大提高了工作效率。六是24 小时不间断作业，自动机场可以实现无人机的不间断派遣，确保管道始终处于被监控状态，提高了安全保障水平。

　　无人机巡护在管道监测和安全领域也存在一些缺陷和挑战。一是有限的飞行时间，无人机的飞行时间通常受限于电池寿命，因此在一次飞行中无人机能够覆盖的范围和时间有限。二是受天气条件限制，恶劣的天气条件，会对无人机的飞行安全和稳定性造成影响，限制了无人机巡护的可靠性和持续性。三是有限的载荷能力，大多数无人机的载荷能力有限，无法携带大型或重量级的传感器设备，限制了其在管道监测中的应用范围和效果。四是飞行规范和法律限制，无人机的飞行受到严格的法律和规定限制，需要遵守相关的飞行规范和法律法规，否则可能面临处罚和法律责任。

　　总的来说空天地一体化管道保护模式相比于传统的管道巡检方式，具有明显的成本和效率上的优势，无人机和地面传感器的使用可以减少对人工巡检的依赖，降低人力成本，且具有更高的安全性，无人机、卫星遥感和地面传感器可以实现对整个管道的全面监测，减少监测盲区。

　　二.北京管道公司空天地一体化模式建设实践

　　北京管道公司通过光纤预警、视频监控、无人机、卫星遥感等系列技术，在多段管道实现空天地一体化多源联控智能巡护模式。无人机自动巡检系统、光纤预警系统和视频监控系统作为三个独立的系统，应用过程中协同处置，提高作业区员工巡护效率，节约巡护资源。在保证各个系统预期效果的同时，对三个系统数据进行融合，解决数据孤岛问题，也充分利用各个系统的优势，达到相互验证、相辅相成的智能化巡护效果。

　　1.系统总体组成

　　(1)无人机巡检系统

　　无人机全自动巡检系统是由无人机、机库、云服务器以及控制软件组成。该系统能实现无人机自动巡检、自动充换电、图像智能识别、异常情况预警、远程规划指挥、数据自动回传等功能。

　　(2)系统架构

　　图1 无人机巡检系统规划

　　图2 无人机巡检系统架构

　　图3 数据采集架构

　　2.应用案例

　　北京管道公司在陕京管道不同区域选取超200公里管段，布设光纤预警设备、无人机和视频监控系统，实施多源联动智能化巡检。通过智能联动平台的信息联动与智能分析功能，实现日常巡护和应急处置等多方面功能。

　　2.1 日常巡护

　　(1)无人机在正常巡检时，将实时画面通过图传技术传输至智能平台，平台进行智能识别，对异常情况生成预警信息发送至作业区线路管理人员，作业区进行信息确认。飞行期间无人机搭载双光吊舱对管线两侧进行可视化巡检，在管道两侧各200米范围内，发现第三方施工、机械作业、地形地貌变化、新增建筑物等情况，纳入当日飞行巡检报告中，提醒管道管理人员予以关注。无人机自动巡检系统可实现366天、24小时待命，按照招标要求开展线路巡检工作和数据采集、应急抢险任务。

　　(2)出现第三方开挖时，光纤振动预警系统通过智能预警平台发出报警信息，在有摄像头满足要求的情况下，平台通过互联网下发指令调整摄像头获取现场画面。

　　(3)监控摄像头无法获得现场画面的，平台根据报警点位置自动调用无人机前往报警点采集现场画面，无人机所拍摄的画面可实时回传并进行智能识别。无人机接收到突发预警信息后，开始进行飞行前自检，并自主规划航线飞行至异常点。到达现场后将画面实时传给指挥中心，同时推送至管线负责人手机。

　　2.2 应急抢险

　　2023年7月29日至8月1日，京津冀等地出现历史极端强降雨过程，本次强降雨过程具有持续时间长、累计雨量大、极端性强等特点。北京管道公司所辖管道部分站场、阀室、管线出现地质灾害，公司提前做好各种应急准备，在应急抢险过程中，在极端天气影响导致进场道路及巡检路由受阻情况下，通过应用无人机航拍现场管道光缆受损情况，将现场情况实时反馈，加强对现场管道光缆受损应急情况的第一时间研判和分析。

　　抢险前期，公司严格按照应急预案体系程序文件执行，响应的分级处置、信息报送流程准确、顺畅，抢险过程中，公司统筹协调对受灾严重的地区安排设计院同时设计，运用无人机对全部山区段和河流穿越段受损管道进行照片、视频取证100余次，公司相关人员与赴现场的地质灾害专家团队，不间断对编制的临时处置方案和永久防护方案进行审查，通过边监测拍照边排查整治的方式，在最短时间内确定首批排查出的露管风险点整治方案，提高了治理效率。

　　三.总结

　　安全是油气管道企业生产运营的重要课题，随着管道智能化水平提升，空天地一体化管控将逐步取代传统巡护模式，但在应用过程中，还需要在数据、服务、业务、展示、终端等多模块方向进行优化和调整，未来随着技术的不断创新和应用场景的不断拓展,低空经济将迎来更加广阔的发展前景,为管道保护注入新的活力和动力。