九天無(wú)人機(jī)-天然氣管道巡線技術(shù)方案

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

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2.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(guò)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

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保天然氣管線能夠安全、可靠的運(yùn)行。

3.無(wú)人機(jī)巡線的意義

天然氣管線一般呈線形分布，其線路長(zhǎng)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)手段，無(wú)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(wú)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

進(jìn)行全光譜的快速攝像和故障監(jiān)測(cè)。

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)綜合了無(wú)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(guó)外無(wú)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(wú)人機(jī)對(duì)天然氣管道進(jìn)行巡線可以做到：

?大大提高天然氣管線巡線效率，對(duì)于管線長(zhǎng)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(lái)完成，

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而由無(wú)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(wú)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(guò)無(wú)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(wú)法完成，而應(yīng)用無(wú)人巡檢便能

很好的解決；

無(wú)人機(jī)巡線的優(yōu)點(diǎn)：

1、使用靈活

無(wú)人機(jī)通過(guò)不同航高可實(shí)現(xiàn)高空間、大面積巡線，也可實(shí)現(xiàn)

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(wàn)平方公里測(cè)區(qū)

進(jìn)行巡查。通過(guò)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(wú)人機(jī)上搭載的攝像裝備其影像分辨率可以達(dá)到0.02-0.2米,

分辨率優(yōu)于目前國(guó)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

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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(wú)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(wú)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(wú)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(guò)使用無(wú)人機(jī)代替巡線人員進(jìn)行巡線。

二、我公司現(xiàn)有技術(shù)積累及產(chǎn)品

1.固定翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)

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固定翼無(wú)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)，并經(jīng)過(guò)大量的飛行測(cè)試，性能穩(wěn)定可靠。

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固定翼無(wú)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(wú)人機(jī)操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了全自主起降，采用手拋起飛的起

飛方式，使無(wú)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(wú)畸變測(cè)繪級(jí)無(wú)人機(jī)專用相機(jī)，配有專門用于無(wú)人機(jī)平

臺(tái)的減震環(huán)境，整機(jī)重量不超過(guò)100克。

航拍專用相機(jī)

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相機(jī)畸變檢校效果

與Sensefly公司的ebee無(wú)人機(jī)相比，我們的無(wú)人機(jī)擁有更長(zhǎng)的

航時(shí)（ebee無(wú)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(wú)人機(jī)在空中直線飛行，在航

線上拍照，而ebee無(wú)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(wú)人機(jī)沒(méi)有很好的解決機(jī)身的震動(dòng)問(wèn)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

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航拍傳感器分辨率1600萬(wàn)像素

機(jī)長(zhǎng)350毫米

翼展900毫米

定位導(dǎo)航方式高精度導(dǎo)航定位

動(dòng)力類型電動(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

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2.五相機(jī)四旋翼系統(tǒng)

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五相機(jī)四旋翼無(wú)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，擁有更輕的重量和更高的強(qiáng)度。

五相機(jī)四旋翼無(wú)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(wú)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(guò)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。

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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(wú)人機(jī)

的操控更加安全、簡(jiǎn)單。

與安爾康姆的四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)相比，我們的四旋翼無(wú)人機(jī)重量

更輕，載荷更大，且搭載的RTK差分導(dǎo)航定位系統(tǒng)，使無(wú)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。

性能參數(shù):

重量6800克

有效任務(wù)載荷2000克

軸距750毫米

動(dòng)力類型電動(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高精度導(dǎo)航定位

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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

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吊艙版四旋翼無(wú)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(jiàn)光和熱成像設(shè)備，可全天候執(zhí)行任務(wù)，該機(jī)

操作簡(jiǎn)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(wú)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)。

吊艙版四旋翼無(wú)人機(jī)搭載的可見(jiàn)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(jiàn)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。

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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(wú)人機(jī)

的操控更加安全、簡(jiǎn)單。

性能參數(shù):

重量6000克

有效任務(wù)載荷2000克

軸距750毫米

動(dòng)力類型電動(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高精度導(dǎo)航定位

控制半徑10公里

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傳感器類型：CMOS；

傳感器尺寸：1/2.3"CMOS；

像素?cái)?shù)：2110萬(wàn)；

焦距（等效35mm焦距）：25-300mm；

可見(jiàn)光最大光圈：F3.6（廣角）/7.0（長(zhǎng)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/低光照等；

ISO感光度:自動(dòng),ISO80；ISO100-IS03200

視頻:MP4［圖像數(shù)據(jù):H.264/MPEG-AVC］［音

頻數(shù)據(jù):MPEG-4AAeLC（單聲道）］；

探測(cè)器類型：非制冷焦平面；

傳感器波長(zhǎng)范圍：7.5~14um；

像素?cái)?shù)：640X480；

像素尺寸：17um；

幀率：探測(cè)器采集幀率50Hz熱成像儀輸出

幀率25Hz；

熱成像測(cè)溫范圍：-20~150℃；

熱靈敏度：＜60mK；

焦距：25mm；

視場(chǎng)角：25。X19°；

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

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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(wú)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(zhǎng)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(guò)數(shù)據(jù)處理生成了管道

的無(wú)人機(jī)正射影像圖。

天然氣管道正射影像圖

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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平方米；在距

離天然