劉 蕾 趙 清 洪建偉 侯 政

中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

1 天然氣管道巡護(hù)工作的重要性

1.1 天然氣管道巡護(hù)工作重要性

天然氣管線的安全運(yùn)行是石油天然氣行業(yè)共同關(guān)注的問題，在天然氣輸送目標(biāo)就是將高壓易燃易爆天然氣介質(zhì)順利輸送至用戶[1]。

四川地區(qū)山路險峻，山地滑坡等自然災(zāi)害對天然氣管道的破壞，給人生安全和國家經(jīng)濟(jì)帶來損失。所以，在石油天然氣企業(yè)的生產(chǎn)營運(yùn)過程中，維護(hù)管道的完整性，天然氣巡管工作起著非常重要的工作。

1.2 管道巡護(hù)工作中存在的困難

針對天然氣巡管工作，企業(yè)制定了制度，從初期的人工巡檢手工記錄到近期開展了GPS巡線，通過電子信息監(jiān)控巡線頻率。但是，這一切都需要管道保護(hù)工親自沿著管線踏尋。以四川西部地區(qū)為例，從氣田到用戶，在天然氣管線巡護(hù)的過程中，存在以下3個困難。

1）山地地區(qū)管道巡護(hù)成本高但效率低

四川盆地山多路陡，車輛無法到達(dá)（圖1），需要管道保護(hù)工跋山涉水步行持GPS巡管，導(dǎo)致管道巡護(hù)工巡護(hù)時間長，巡管效率非常低。

圖1 管線經(jīng)過山地險峻

2）洪雨季后存在管道巡護(hù)盲區(qū)

夏季洪雨期山體滑坡泥石流時有發(fā)生，巡護(hù)道路被堵，道路泥濘致使管道保護(hù)工無法涉足進(jìn)行巡管（圖2）。

3）管道巡護(hù)工作中協(xié)調(diào)難度大

承包商建設(shè)圍欄及圍墻進(jìn)行經(jīng)濟(jì)作物種植，巡管人員在進(jìn)行管道巡護(hù)時要經(jīng)承商同意后方可穿過圍欄區(qū)，協(xié)調(diào)過程中難度大，效率低（圖3）。

圖2 水毀管線裸露地?zé)o法到達(dá)區(qū)域

圖3 無人機(jī)拍攝經(jīng)濟(jì)作物被圍區(qū)域

2 無人機(jī)航拍的應(yīng)用技術(shù)及前景

2.1 無人機(jī)航拍技術(shù)前景

在許多帶有危險性或者工作量巨大的野外工作中，應(yīng)用現(xiàn)代科技產(chǎn)物已經(jīng)成為一種趨勢[2]。無人機(jī)航拍技術(shù)是無人機(jī)與攝影技術(shù)的結(jié)合，是通過飛行器技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS、差分定位技術(shù)和圖像技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)的一種無人機(jī)遙感技術(shù)[3]，通過搭載掃描設(shè)備，使用配套軟件，能夠自動快速地生成待測區(qū)圖像視頻。無人機(jī)的快速機(jī)動，云下低空飛行，影像分辨率高，使用成本低的優(yōu)勢，成為各種領(lǐng)域俯瞰、巡檢、搶險的重要工具。在許多帶有危險性或者工作量巨大的野外工作上，應(yīng)用現(xiàn)代科技產(chǎn)物已經(jīng)成為一種趨勢[3]。無人機(jī)航拍技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如地震、洪水等災(zāi)害發(fā)生，當(dāng)?shù)孛嫒藛T無法通過和到達(dá)時，利用無人機(jī)航拍對受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行拍攝，了解災(zāi)情。同時無人機(jī)航拍也廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測、地質(zhì)勘測、地圖測繪等領(lǐng)域，工作中帶來極大便利[1]。將無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用于石油天然氣管道的巡護(hù)工作，可有效解決天然氣管道巡護(hù)工作中人員無法到達(dá)區(qū)域或到達(dá)難度較大區(qū)域的問題。

2.2 無人機(jī)技術(shù)巡管小實(shí)驗(yàn)（以四川西部某管線為例）

以四川盆地西部地區(qū)邛崍市平落鎮(zhèn)—彭山縣觀音鎮(zhèn)天然氣管線（以下簡稱“平籍線”），雅安市碧峰峽鎮(zhèn)—邛崍市平落鎮(zhèn)天然氣管線（以下簡稱“蓮花外輸”）為例展開無人機(jī)巡線工作（圖4），管線基本情況見表1。

機(jī)型：大疆 精靈3A 最大時速：57.6 km/h 最長續(xù)航時間23 min。

圖4 無人機(jī)巡線航拍圖

表1 實(shí)驗(yàn)管線基本情況表

考慮到實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)及操作維護(hù)簡便性，本次實(shí)驗(yàn)機(jī)載攝像采集圖像飛行完畢后，在電腦中進(jìn)行播放，因此實(shí)驗(yàn)時間包含錄像觀看時間。

2.2.1 平籍線實(shí)驗(yàn)情況

選擇蒲江縣壽安鎮(zhèn)松華社區(qū)某處被圍獼猴桃經(jīng)濟(jì)作物林穿越段3處共3 km進(jìn)行試驗(yàn)。

無人機(jī)和人工巡管結(jié)論一致：未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓，管道處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

在被圍經(jīng)濟(jì)作物區(qū)域，由于經(jīng)濟(jì)作物園區(qū)被圍，大門往往僅有一處，人工從園區(qū)入口進(jìn)入巡管后返回入口，繞行距離為管線穿越段距離長度3倍（圖5、表 2）。

2.2.2 蓮花外輸管線實(shí)驗(yàn)情況

選擇雅安市名山區(qū)建山鄉(xiāng)飛水山管線穿越長度8 km管線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1）蓮花外輸無人機(jī)實(shí)驗(yàn)

鑒于無人機(jī)本身續(xù)航時間有限，將此段管線分成了3段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（表3）。

通過實(shí)驗(yàn)，總計(jì)耗時192 min（含人工觀看錄像播放時間50 min），未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓，該段管線未發(fā)現(xiàn)自然災(zāi)害損毀管道、未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓。但是植被茂密，被植被覆蓋段管道標(biāo)志樁走向不清晰。

2）蓮花外輸步行實(shí)驗(yàn)

在返程途中，對該管段開展了步行巡線實(shí)驗(yàn)，耗時600 min，巡管中發(fā)現(xiàn)兩處露管0.5 m和0.8 m。未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓，該段管線未發(fā)現(xiàn)自然災(zāi)害損毀管道、未發(fā)現(xiàn)第三方施工及占壓。

表2 巡檢平籍線時間比較表

表3 無人機(jī)巡檢蓮花外輸

3 無人機(jī)技術(shù)巡管應(yīng)用中存在問題

3.1 無人機(jī)購機(jī)費(fèi)用成本及維修費(fèi)用高

目前無人機(jī)購置費(fèi)用從5 000～30 000萬不等，根據(jù)功能及續(xù)航時間不同價格有所區(qū)別，為每條管線管道巡護(hù)工配備無人機(jī)費(fèi)用高，成本大。

同時，目前企業(yè)內(nèi)部沒有專業(yè)無人機(jī)的維護(hù)人員，一旦出現(xiàn)故障，需要外委進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)周期長且維護(hù)成本高。有必要培養(yǎng)專業(yè)的無人機(jī)維護(hù)人員，或者在購置無人機(jī)合同中，要求制造商家對企業(yè)員工定期開展無人機(jī)故障處理技術(shù)維護(hù)[4]。

3.2 無人機(jī)管理的合法性

3.2.1 國際現(xiàn)狀

國際上無人機(jī)管理制度比較完善的當(dāng)屬歐美的一些發(fā)達(dá)國家。例如，美國聯(lián)邦航空局（FAA）對非特殊任務(wù)的無人機(jī)就制定有“PART 107”管理規(guī)則，對無人機(jī)的重量、高度、速度、操縱人員要求和飛行范圍均有嚴(yán)格的規(guī)定[5]。

3.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

企業(yè)選用無人機(jī)設(shè)備必須具有設(shè)備本身的合法性。在2015年底民航局《輕小型無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定（試行）》的發(fā)布，對無人機(jī)適用范圍和分類、無人機(jī)駕駛員資格等方面的規(guī)定進(jìn)一步清晰，無人機(jī)管理逐步完善[6]。

3.3 無人機(jī)駕駛員操作資質(zhì)培養(yǎng)

企業(yè)目前暫未儲備無人機(jī)駕駛員，無論從國家無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求還是企業(yè)管理要求，均需要既懂得管道保護(hù)相關(guān)知識技術(shù)又懂得無人機(jī)駕駛技術(shù)的人員。

1）國家規(guī)范要求

根據(jù)國家民用無人機(jī)監(jiān)管要求，4 kg以上的無人機(jī)就必須有人遙控、操縱，駕駛員不在空中在地面，要負(fù)責(zé)整個無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和安全，駕駛員需要接受專業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)和考核，持證上崗[7]。

2）天然氣巡管軌跡要求

無人機(jī)是要按照天然氣管道沿路展開拍攝，由于無人機(jī)在飛行過程中，飛行姿態(tài)受氣流等外界因素的影響，拍攝效果是否能達(dá)到預(yù)期目的除了無人機(jī)本來的功能外，還與無人機(jī)駕駛員的水平有關(guān)。同時，惡劣的氣候及外部環(huán)境條件下駕駛水平不當(dāng)，會帶來機(jī)器墜毀的風(fēng)險[8]，維修和重新購買設(shè)施給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險。

3）職業(yè)操守

員工的職業(yè)素養(yǎng)關(guān)系著整個企業(yè)的形象。對于發(fā)生的無人機(jī)砸穿民房、擾亂空中秩序、駕駛者偷拍隱私等問題正在困擾著該項(xiàng)技術(shù)的健康發(fā)展。對無人機(jī)駕駛員除了本身對設(shè)備操控能力的培養(yǎng)，對道德品質(zhì)、法律風(fēng)險意識的培養(yǎng)也至關(guān)重要。

3.4 試用期第三方侵權(quán)帶來的法律風(fēng)險

無人機(jī)巡護(hù)推廣初期，是人和設(shè)備的協(xié)調(diào)配合過程，在該項(xiàng)技術(shù)試運(yùn)行期間，人員的技術(shù)水平和設(shè)備本身的性能穩(wěn)定性需要進(jìn)一步評估，均存在事故風(fēng)險的不確定性，如飛機(jī)跌落對第三方房屋、家畜、機(jī)經(jīng)濟(jì)作物的損害。一旦發(fā)生，將導(dǎo)致企業(yè)帶來對第三方侵權(quán)的法律風(fēng)險。因此，推廣初期試運(yùn)行期間，不建議人口密集區(qū)開展無人機(jī)巡管。人口密集區(qū)仍采用傳統(tǒng)的管道巡護(hù)方式-手持GPS巡線。在車輛難以到達(dá)區(qū)域，人口稀少區(qū)域，使用無人機(jī)管道巡護(hù)，可降低無人機(jī)對第三方侵權(quán)帶來的法律風(fēng)險。待試運(yùn)行期經(jīng)過測試設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定和人員操作熟練后，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用區(qū)域。

4 結(jié)論

1）通過無人機(jī)實(shí)驗(yàn)比較后，使用無人機(jī)技術(shù)開展天然氣管道巡管可以節(jié)約大量的人力物力，降低管道保護(hù)工的工作強(qiáng)度，在地勢險峻危險地段，代替管道保護(hù)工巡管，降低員工巡線的安全風(fēng)險，保障了員工的人生安全。因此在地勢險峻、人口稀少地區(qū)無人機(jī)技術(shù)有很大的應(yīng)用前景。

2）通過無人機(jī)巡檢天然氣管線，可以監(jiān)控第三方施工，大型滑坡及泥石流，但植被茂密地區(qū)小型露管難以發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)無法完全代替人工巡管，因此特殊區(qū)域和位置需要無人機(jī)和人工巡管相結(jié)合交替進(jìn)行。

3）人口密集區(qū)域推薦采用人工巡線，降低無人機(jī)事故對第三方造成的侵權(quán)及經(jīng)濟(jì)損失。

4）使用無人機(jī)進(jìn)行巡線，需要天然氣管道標(biāo)志樁齊全、醒目，人工巡檢時應(yīng)清除相關(guān)遮擋物，確保無人機(jī)巡管線路的正確性。

[ 1 ]楊偉, 楊帆. 無人機(jī)在長輸管道常規(guī)巡檢中的應(yīng)用[J]. 能源與節(jié)能 , 2015, 11(6)： 132-133.Yang Wei & Yang Fan. The application of UAV remote sensing system in conventional natural of gas transmission pipeline inspection[J]. Energy and Energy Conservation, 2015, 11(6)： 132-133.

[ 2 ] 逯曦, 任曉毓, 張華明, 李如箭, 錢穆暉. 無人機(jī)航拍技術(shù)在雷電防護(hù)中的應(yīng)用[J]. 氣象科技, 2015, 43(6)： 1176-1180.Lu Xi, Ren Xiaoyu, Zhang Huaming, Li Rujian & Qian Muhui.Application of UAV photography technology to lightning protection[J]. Meteorological Science and Technology, 2015, 43(6)：1176-1180.

[ 3 ]孔慶紅. 基于暗原色先驗(yàn)的無人機(jī)航拍圖像去霧算法研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 青島： 中國海洋大學(xué), 2014.Kong Qinghong. The defog algorithm on research and implementation of UAV aerial images based on the dark channel prior[D]. Qingdao： Ocean University of China, 2014.

[ 4 ]施會子. 新買的無人機(jī)出問題 引出維修難題[N]. 中國消費(fèi)者報, 2016-12-26(2).Shi Huizi. Unmanned machine out of trouble maintenance problems[N]. China Consumer News, 2016-12-26(2).

[ 5 ]王疆民. 無人機(jī)貨運(yùn)發(fā)展落后不能怪罪法規(guī)[N]. 中國民航報, 2017-01-19(4).Wang Jiangmin. The development of UAV cargo can not be blamed for the development of regulations[N]. China Civil Aviation, 2017-01-19(4).

[ 6 ]趙展慧. 無人機(jī)還得有人管[N]. 人民日報, 2016-04-17(19).Zhao Zhanhui. Unmanned aerial vehicles have been injured by the tube[N]. People's Daily, 2016-04-17(19) .

[ 7 ]劉朝君, 孫穎飛. 無人機(jī)飛行員培訓(xùn)方法研究[J]. 中國科技信息 , 2016, 24(12)： 23-24.Liu Zhaojun & Sun Yingfei. Research on the training method of UAV pilots[J]. China Science and Technology Information,2016, 24(12)： 23-24.

[ 8 ]何碧波, 倪峰, 鄭明燈. 無人機(jī)航測若干問題分析[J]. 地理空間信息 , 2016, 14(12)： 13-14.He Bibo, Ni Feng & Zheng Mingdeng. Analysis of UAV aerial photogrammetry[J]. Geospatial Information, 2016, 14(12)： 13-14.

[ 9 ]秦勇. 無人機(jī)的四川力量[N]. 四川日報, 2016-12-10(3).Qin Yong. UAV Sichuan power[N]. Sichuan Daily, 2016-12-10(3).

[10]宇辰網(wǎng). 中國民用無人機(jī)發(fā)展概況[J]. 機(jī)器人產(chǎn)業(yè), 2017(1)：52-58.Yu Chenwang. Chinese Yuchen civilian UAV development[J].The Robot Industry, 2017(1)： 52-58.

[11]余志光. 遙感與GIS在油氣田管道線路選擇中的應(yīng)用研究[D]. 北京 ： 清華大學(xué) , 2011.Yu Zhiguang. Application research on the RS And GIS for oil and gas pipelin route selection[D]. Beijing： Tsinghua University, 2011.

[12]武海彬. 無人機(jī)系統(tǒng)在油氣管道巡檢中的應(yīng)用研究[J]. 中國石油和化工與質(zhì)量, 2014, 14(9)： 105-106.Wu Haibin. application of unmanned aerial vehicle (UAV) system in oil pipeline inspection[J]. China Petroleum and Chemical Engineering and Quality, 2014, 14(9)： 105-106.

[13]高姣姣. 高精度無人機(jī)遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查應(yīng)用研究[D]. 北京： 北京交通大學(xué), 2010.Gao Jiaojiao. Application of High precision of UAV Remote Sensing in geological disaster investigation[D]. Beijing： Beijing Jiaotong University, 2010.

[14]金開保. 無人機(jī)飛行棋飛行控制系統(tǒng)半物力仿真研究[D].南京： 南京航空航天大學(xué), 2014.Jin Kaibao. Semi physical fl ight chess UAV fl ight control system simulation research[D]. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2014.

[15]王軍鋒, 馬建榮, 魏向軍, 謝敏, 張亮. 油發(fā)式無人機(jī)技術(shù)在油田管線巡護(hù)中的應(yīng)用[J]. 石油化工應(yīng)用, 2016, 35(11)： 44-46.Wang Junfeng, Ma Jianrong, Wei Xiangjun, Xie Min & Zhang Liang. Application of oil-f i red unmanned aerial vehicle (UAV)technology in oil pipeline inspection[J]. Petroleum and Chemical Engineering, 2016, 35(11)： 44-46.