复合翼无人机智能巡检系统

　　一、总体介绍

　　(1)概述

　　针对传统油气管线巡检方式中存在的劳动强度大、巡检效率低、数据统计难、安全风险高、运维成本高等弊端，国家管网集团北京管道有限公司通过引进基于复合翼无人机智能巡检系统，依托系统具有的野外无人值守、响应速度快、作业距离远、巡检效率高、智能化程度高等优势，实现了陕京四线“陕蒙界-8#阀室”共178公里管道的常态化、自动化、智能化无人机巡检作业。系统目前已安全稳定运行超过180天，累计飞行架次超过1000次，累计巡检里程超过12.5万公里。与传统巡检方式相比，复合翼无人机智能巡检系统具备无人机自动起飞、自动巡检、数据自动回传、AI预警上报、无人机自动回巢、自动充电、报告自动生成、成果自动储存等全流程功能。并将复合翼无人机智能巡检系统、光纤振动预警系统和视频监控系统统一接入国家管网集团IMS系统，整合实现数据接通、预警联动，将无人机的巡检效果最大化。无人机巡检技术的应用，能够在减少人力物力投入的同时，大幅提升管线巡检效率，真正实现降本增效，切实有效的提高管道安全保障水平。

　　(2)实施地点

　　申报案例在国家管网集团北京管道有限公司内蒙古输油气分公司陕京四线天然气管道鄂尔多斯作业区乌审旗段实施应用，管道起点为陕西省与内蒙古自治区交界处，止于陕京四线8#阀室，管道全长178公里，区间内有2#-8#共7座阀室。

　　申报案例实施地点示意图如下图所示。

　　图 案例实施地点示意图

　　二、主要做法

　　(1)主要设备

　　案例中所使用的无人机巡检设备和管控平台是由山东智航智能装备有限公司自主研发的复合翼无人机自动机库(FCDH-36(S)A)和油气管线智能巡检系统。主要性能指标如下：

　　自动机场

　　a)防护等级：IP65;

　　b)充电方式：触点充电,充电时间1.5h~2h;

　　c)工作温度：-40℃~70℃;

　　d)断电保护：UPS不间断电源，断电续航≥8小时;

　　e)单巢有效作业半径：≥75km;

　　无人机

　　a)翼展：3.8m;

　　b)长度：2.3m;

　　c)最大载荷能力：10kg;

　　d)续航时间：2.5h(5kg载荷情况下);

　　e)续航里程：200km(5kg载荷情况下);

　　f)最大巡航速度：≮130km/h;

　　g)起降定位精度：<0.3m;

　　h)数据链通信距离：80km;

　　(2)设备部署

　　通过设置3套复合翼无人机自动机库等相关硬件设备提供无人机天然气管道巡检服务，实施178公里管道每日2个往返以上无人机自动巡检任务。巡检任务主要包括日常巡检、系统发出的预警信息现场确认、重大活动期间加密巡检及其他临时巡检任务;参与应急抢险时现场画面实时回传;采集更新管道周边地理信息数据，定期对管道地形地貌图绘制更新;通过无人机巡检平台实现巡飞任务指派和实时视频传输，实时识别管道沿线风险并发布预警。

　　无人机飞行路径规划及飞行里程如下所示：

　　(1)7#阀室附近无人机自动机库：

　　无人机飞行路径为7# - 6# - 8# - 7#，总里程约125km。

　　(2)5#阀室附近无人机自动机库：

　　无人机飞行路径为5# - 4# - 6# - 5#，总里程约128km。

　　(3)3#阀室附近无人机自动机库：

　　无人机飞行路径为3# - 2# - 4# - 3#，总里程约135km。

　　3套复合翼无人机自动机库和油气管线无人机智能巡检平台部署图片如下所示。管控平台能够同时对部署在不同地点的无人机自动机库进行监控和调度。

　　图 复合翼无人机库实物图

　　(3)工作流程

　　(1)待机充电：在无巡检任务时，系统处于待命状态，自动机库舱门呈现闭合状，无人机存储在自动机库内部进行充电;

　　(2)任务接收：当有巡检任务时，无人机自动机库接收到管控平台发送的任务指令，自动机库顶部舱门自动打开，夹持归中机构展开，旋转平台调整至利于无人机起飞的风向方位，为无人机放飞做好准备。

　　(3)自动起飞：无人机自动起飞，进入自动驾驶飞行模式，无人机飞出机巢后，自动机库顶部舱门闭合;

　　(4)自主巡检：无人机根据任务指令和规划航线执行管线巡检任务，并实时回传光电载荷等设备获取的巡检数据。

　　(5)自动回收：巡检任务完成后，无人机自动返航并降落至自动机库停机坪;

　　(6)自动充电：无人机自动机库顶部舱门关闭，无人机在舱内自动充电，为下一次巡检任务做好准备。

　　(4)关键技术

　　关键技术一：复合翼无人机自动机库设计研制

　　针对复合翼无人机的野外存放、自动巡检和高精度自动起降问题，设计研制复合翼无人机自动机库、旋转平台、夹持归中系统、触点充电系统、温控调节系统、高精度定位系统、多余度无人机飞行控制系统等，实现复合翼无人机的野外智能存储、自动起飞、自动巡检、精准降落、自动回收、自动充电能功能。

　　关键技术二：通讯机柜设计研制

　　针对无人机在执行任务过程中的远距离高质量数据传输与通信问题，设计研制一种外通讯机柜，集成高性能导航、数传、图传链路，为无人机的远距离飞行、数据采集、数据交互提供定位和通信保障。

　　关键技术三：低延时视频推拉流技术

　　针对无人机的视频直播问题，研发基于流媒体服务器的视频推拉流技术，使得管理平台能够获取质量稳定、低延时的视频图像。

　　关键技术四：智能AI识别技术

　　针对石油管线两侧机械入侵、第三方作业施工、新增占压等异常情况的智能识别问题，研发人工智能图像识别技术和深度学习神经网络，实现天然气管道两侧异常信息的自动预警识别。

　　图 预警识别图片

　　关键技术五：管控平台开发

　　针对无人机、自动机库、巡检任务和数据管理问题，研发油气管线无人机智能巡检平台和APP，实现无人机和自动机库的统一管理、航线规划、任务下发、数据采集、实时传输、风险识别、报告生成等功能。

　　关键技术六：与其他系统联动

　　复合翼无人机智能巡检系统可通过IMS系统接收来自光纤预警和视频监控系统的报警信息，然后自动起飞前往报警点进行核实。同时复合翼无人机智能巡检系统发现的报警也可通过纤预警和视频监控系统进行核实，真正做到数据互通、预警联动。

　　三、取得成效

　　申报案例是国家管网集团北京管道有限公司首次尝试一种全新的管道巡护模式，深度契合国家大力发展低空经济的战略部署，精准对接国家发展低空经济的宏伟蓝图，极大提升了管道的智能化管理水平。案例在应用层面具有很大的实用价值和巨大的潜在市场需求，在油气管线巡检行业具有很强的可复制性和应用推广价值。主要经济效益和安全效益如下：

　　(1)经济效益

　　复合翼无人机智能巡检系统自动化程度高，具备无人值守能力，只需在指控中心远程控制机巢和无人机完成相应的巡检任务，通过监控中心大屏幕对整个系统运行状态进行监控。相比传统的人工巡检方式，在巡检效率、智能化识别、应急响应等方面均具有突出的优势。

　　复合翼无人机智能巡检系统能够有效替代部分人工巡检，消除传统人工巡检周期长、范围小、效率低、工作量大、实效性差的缺点，节省大量人力物力投入。通过复合翼无人机智能巡检系统应用，能够大幅提升巡检效率，总体效率可提升3～4倍，综合成本可节省30%以上，二氧化碳排放量相比传统方式下降50%以上，具有良好的经济性和环保性。

　　(2)安全效益

　　在野外环境下，依靠人工进行巡检的方式存在很大人身安全隐患，复合翼无人机智能巡检系统的应用，能够通过现场无人值守和全自动化的作业方式完成常态化巡检和应急响应，有效减少人工巡检的安全隐患。

　　同时复合翼无人机智能巡检系统具备自动化、智能化等特点，无需人工干预，可自动完成管道巡护个报警核实等工作。可以全天候、无盲区实时监测，对周边突发施工有很好的预警作用，为现场管理提供有力抓手。系统建成后，将有效填补人员巡检的空白期，智能识别管道第三方破坏、地质灾害等方面存在的风险。截止目前，复合翼无人机智能巡检系统已发现管道周边第三方施工6次，管道上方地形地貌变化8次，极大提高了管道安全防护水平，切实提升了管道智能化管控水平和应急响应能力。