張玲艷

山東廣域科技有限責(zé)任公司 山東東營(yíng) 257081

1 應(yīng)用背景

關(guān)于油井的無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù),目前各個(gè)油田都處于探索階段,總的技術(shù)現(xiàn)狀為:無(wú)人機(jī)飛控手開(kāi)車攜帶無(wú)人機(jī)到油井附近,人工操控或輔助控制無(wú)人機(jī)對(duì)各個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行拍攝視頻或拍照存儲(chǔ),然后返回指揮中心,將資料交給技術(shù)人員進(jìn)行分析查檢,判斷是否存在故障點(diǎn)。這種技術(shù)實(shí)際上與普通人工巡檢區(qū)別不大,效率提高有限,人工成本、車輛成本都沒(méi)有降低。

傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)與無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)對(duì)比如圖1所示。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)可以部署在油水井站附近,搭配全自動(dòng)飛行系統(tǒng),不需要人員到現(xiàn)場(chǎng)操作無(wú)人機(jī),起降收納自動(dòng)化,節(jié)省無(wú)人機(jī)運(yùn)輸時(shí)間和部署時(shí)間,可以大大減少油井巡檢的人力投入,同時(shí)又能高效、精準(zhǔn)、安全地對(duì)油井實(shí)施巡檢。由此可見(jiàn),無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展具有非常重要的意義。筆者介紹無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)在油水井站巡檢中的應(yīng)用。

圖1 傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)與無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)

2 無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)類型

無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)如圖2所示,按照類型大致可以分為固定式無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)、車載無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)可以收納多旋翼無(wú)人機(jī),具備自動(dòng)充電、自動(dòng)換電池、自動(dòng)收納等功能,能夠?qū)o(wú)人機(jī)直接部署到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),解決人工攜帶無(wú)人機(jī)通勤的問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)部署的最大優(yōu)勢(shì)是提高無(wú)人機(jī)的應(yīng)急作業(yè)能力,作業(yè)效率也得到大幅提升。不工作時(shí),無(wú)人機(jī)待機(jī)在無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)內(nèi)。工作時(shí),無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)艙門(mén)打開(kāi),升降平臺(tái)上升至頂部,無(wú)人機(jī)自動(dòng)飛出進(jìn)行作業(yè)。

圖2 無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)

3 無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)特性

無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)具備技術(shù)先進(jìn)性。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的出現(xiàn),大大提高了工作效率,可以做到無(wú)人值守、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳、全天候自主巡檢,實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在油水井站巡檢、巡邏等應(yīng)用場(chǎng)景的自動(dòng)飛行。無(wú)人機(jī)收納在無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部,防雨,防潮,防動(dòng)物進(jìn)入。配備不間斷電源,滿足無(wú)人機(jī)的野外部署、存放、自動(dòng)起降、電池充換電。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)部署在作業(yè)區(qū)域,實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守。無(wú)人機(jī)具備的自動(dòng)巡飛作業(yè)、自動(dòng)降落、快速充換電、數(shù)據(jù)智能識(shí)別等功能,解決了無(wú)人機(jī)巡邏巡檢中遇到的人員編制不足、通勤成本高、時(shí)效性差、手工操控難度高、巡檢數(shù)據(jù)應(yīng)用不便等問(wèn)題。

無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)具備快速反應(yīng)特性。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)換電技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)作業(yè)完畢后3 min即可再次飛行,突發(fā)事件來(lái)臨時(shí)能做到及時(shí)響應(yīng)。遇到緊急情況時(shí),按照預(yù)先設(shè)定的各類應(yīng)急場(chǎng)景,無(wú)人機(jī)快速?gòu)臒o(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)起飛前往現(xiàn)場(chǎng),不受地面交通影響,可以較快飛抵異常設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備實(shí)現(xiàn)精確定位,自動(dòng)拍攝回傳視頻圖像信息。

無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)自動(dòng)化程度高。無(wú)人值守狀態(tài)下,無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)觀測(cè)外部實(shí)時(shí)氣象信息,如風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等,并自動(dòng)判斷起飛環(huán)境,確保無(wú)人機(jī)飛行安全?；谒钶d的激光雷達(dá)吊艙,建立多元數(shù)據(jù)融合的高精度三維立體模型,通過(guò)算法自動(dòng)規(guī)劃出巡檢作業(yè)路徑。在巡檢過(guò)程中,數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)回傳至云端,通過(guò)人工智能算法自動(dòng)分析數(shù)據(jù),同步獲得巡檢所需的報(bào)告。無(wú)人機(jī)降落于無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)后,可自動(dòng)下載無(wú)人機(jī)拍攝的原始數(shù)據(jù),并自動(dòng)上傳至云端。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)內(nèi)配置視覺(jué)引導(dǎo)裝置,與無(wú)人機(jī)的視覺(jué)識(shí)別模塊相配合,使無(wú)人機(jī)可以精準(zhǔn)地降落在無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)內(nèi)。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)獨(dú)特的下沉式對(duì)開(kāi)門(mén)設(shè)計(jì)省去無(wú)人機(jī)升降機(jī)構(gòu),提高無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和工作防雨性能,滿足多環(huán)境下的使用條件,特別是暴雪、暴雨、雷雨等天氣。無(wú)人機(jī)電量低時(shí),自主尋找最近的無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng),自動(dòng)更換電池,實(shí)現(xiàn)全天候不間斷自動(dòng)巡檢。

4 應(yīng)用

4.1 無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)自動(dòng)巡檢

與人工智能診斷識(shí)別

相比電力桿塔、管道,抽油機(jī)設(shè)備巡檢難度高,特別是橫梁式抽油機(jī)工作時(shí),抽油機(jī)的懸繩器、平衡塊、曲柄、曲柄銷、尾軸承皮帶等部位動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng),想要精準(zhǔn)拍攝高清有效的圖像,難度很高。采用無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)對(duì)油水井站進(jìn)行全自動(dòng)巡檢,主要分為自動(dòng)巡檢和人工智能診斷識(shí)別兩部分。在自動(dòng)巡檢部分,在高精度三維立體模型上標(biāo)注巡檢目標(biāo),自動(dòng)生成無(wú)人機(jī)航點(diǎn)動(dòng)作和飛行航跡,在云端設(shè)置無(wú)人機(jī)巡檢場(chǎng)景和巡檢計(jì)劃,無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)檢測(cè)符合起飛條件后,無(wú)人機(jī)自動(dòng)按照設(shè)置的航跡起降、巡檢、回收,實(shí)時(shí)回傳畫(huà)面,全程不需要人為干預(yù)。在人工智能診斷識(shí)別部分,無(wú)人機(jī)搭載廣角相機(jī)和變倍相機(jī),到達(dá)預(yù)定航點(diǎn)后,機(jī)載人工智能模塊控制無(wú)人機(jī)自動(dòng)尋找拍攝目標(biāo),自主調(diào)整飛行航跡、飛行姿態(tài)、云臺(tái)參數(shù),拍攝高質(zhì)量巡檢圖像,運(yùn)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)拍攝目標(biāo)進(jìn)行深度學(xué)習(xí),診斷目標(biāo)可能存在的缺陷,包括井口漏油、皮帶斷股、平衡塊移位等,診斷得出巡檢目標(biāo)可能存在缺陷時(shí),向云端人工智能處理平臺(tái)發(fā)送報(bào)警指令,對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理,生成分析結(jié)果,提供給遠(yuǎn)程指揮中心決策參考。

4.2 夜間紅外熱成像自動(dòng)巡檢

人工巡檢費(fèi)時(shí)費(fèi)力,特別是在夜間,很容易存在死角,留下隱患。無(wú)人機(jī)搭載雙光相機(jī)和紅外熱像儀進(jìn)行航拍,不受空間和地理位置的限制。熱像儀通過(guò)探測(cè)物體自身發(fā)出的紅外線,對(duì)溫度分布進(jìn)行成像,可以在能見(jiàn)度低及危險(xiǎn)性區(qū)域探測(cè)。雙光相機(jī)和紅外熱像儀技術(shù)的重疊應(yīng)用,能夠判斷抽油機(jī)設(shè)備高溫、管道泄漏等突發(fā)狀況,實(shí)現(xiàn)故障和隱患自動(dòng)識(shí)別,并上報(bào)至云端人工智能處理平臺(tái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前,無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)作為一種新型手段,在油田巡檢中有良好的發(fā)展前景。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程一鍵啟動(dòng)或定時(shí)啟動(dòng)無(wú)人機(jī)全自動(dòng)飛行系統(tǒng),使無(wú)人機(jī)執(zhí)行巡檢任務(wù),全程自動(dòng)化,不需要人工操作。無(wú)人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)自動(dòng)起降收納無(wú)人機(jī),將圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)下載,完成無(wú)人值守巡檢任務(wù),實(shí)現(xiàn)智能感知、智能識(shí)別、智能分析、智能輔助等功能,可以提高巡檢效率與質(zhì)量,為油田的綠色生產(chǎn)、安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。