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一种无人机对油气管线的巡检方法及系统

申请号 CN202410132197.8 申请日 2024-01-30 公开(公告)号 CN117970940A 公开(公告)日 2024-05-03
申请人 天津航宇智能装备有限公司; 发明人 赵云辉; 岳向泉; 王建; 闫浩;
摘要 本 发明 提供了一种无人机对油气管线的巡检方法及系统,该系统包括:垂起无人机系统、多旋翼无人值守系统、油电混动多旋翼无人机系统;所述垂起无人机系统包括垂起无人机及平台、垂起无人机搭载三光 载荷 ;所述多旋翼无人值守系统包括电动六旋翼无人机及平台,电动六旋翼无人机搭载双光载荷;所述油电混动多旋翼无人机系统包括油电混动六旋翼无人机及平台,油电混动六旋翼无人机搭载三光载荷。本发明通过长航时油混无人机与多旋翼无人值守系统联动,通过搭载相应的载荷进行监测,既解决了人工巡检的不足,也解决了单个无人机获取数据后识别效率低的问题。
权利要求

1.一种油气管线的巡检系统,其特征在于,包括:垂起无人机系统、多旋翼无人值守系统、油电混动多旋翼无人机系统;所述垂起无人机系统包括垂起无人机及平台、垂起无人机搭载三光载荷;所述多旋翼无人值守系统包括电动六旋翼无人机及平台,电动六旋翼无人机搭载双光载荷;所述油电混动多旋翼无人机系统包括油电混动六旋翼无人机及平台,油电混动六旋翼无人机搭载三光载荷。
2.根据权利要求1所述油气管线的巡检系统,其特征在于,所述垂起无人机系统的三光载荷包括可见光相机、红外摄像机、激光;利用可见光相机,在白天巡检时,根据DOM成像比例尺和相机分辨率计算出无人机的飞行高度;飞行结束后,将可见光原始照片通过PIX4D拼接成一张二维图,满足管道通道巡检一张图需求;搭载红外摄像机可满足夜间巡检需要;利用激光数据,测量出无人机与目标点之间的距离,然后通过计算算出目标点位置
3.根据权利要求1或2所述油气管线的巡检系统,其特征在于,所述多旋翼无人值守系统中,电动六旋翼无人机搭载的双光载荷包括可见光和红外摄像机。
4.根据权利要求1或2所述油气管线的巡检系统,其特征在于,所述油电混动多旋翼无人机系统中,油电混动六旋翼无人机搭载的三光载荷包括可见光、红外摄像机以及激光。
5.一种无人机对油气管线的巡检方法,其特征在于,包括:
S101,根据线路长度,选择垂起无人机或油电混动多旋翼无人机进行线路普查;
S103,当发现管线存在缺陷时,通过垂起无人机盘旋或油电混动多旋翼无人机悬停的方式,通过三光吊舱测出无人机与缺陷位置的距离,再通过吊舱姿态和无人机姿态融合,计算出缺陷的经纬度信息,传送到地面端;
S105,地面端对缺陷的经纬度信息进行处理,按最优路径原则,给最近的多旋翼无人值守系统发送起飞指令,并将缺陷位置装订到多旋翼无人值守飞机的航线,进行定点详查,数据实时传回指挥中心进行相应应急处理。
6.根据权利要求5所述无人机对油气管线的巡检方法,其特征在于,步骤S105中,回传到地面端的缺陷位置信息,通过信息转发方式转发到地面处理器,处理器根据多旋翼无人值守系统布置情况,对多个缺陷位置进行识别,以最优路径方法,将缺陷位置分类,规划成航线,作为多旋翼无人值守系统定点详查的航线,并启动多旋翼无人值守飞机进行定点详查。
7.根据权利要求6所述无人机对油气管线的巡检方法,其特征在于,步骤S105中,最优路径为指挥中心按照无人机的分布位置,与缺陷点连成的航线位置进行对比计算,选择距离航线最近的飞机执行监测任务;包括:
假设系统中使用的多旋翼无人机的航程为Qkm,每两个智能机库的位置距离Rkm,保证无人机从一端到另一端可原路返回;
管线起始点的机库编号为1,依次编号,一直到N;
地面处理器根据多旋翼无人机的航程进行规划缺陷航线,保证无人机在巡查完缺陷点后能安全返回智能机库进行降落,每两个机库之间的Rkm管线中的缺陷点连接成一条需要缺陷监测的航线;
假设两个机库编号分别为n和n+1,两点的位置分别为(Ln,Bn)、(Ln+1,Bn+1),在此段管线中检测到缺陷点分别为1,2,3……a,地面处理器将此缺陷点规划为第n航线,此时地面处理器会计算n点位置到缺陷点1和缺陷点a的距离,并将此距离相加得出d1,同时地面处理器会计算n+1点位置到缺陷点1和缺陷点a的距离,并将此距离相加得出d2,如果d1>d2,则选择n+1号机库的无人机进行此航线的缺陷巡检,以保证最小路径原则。
8.根据权利要求5‑7中任一项所述无人机对油气管线的巡检方法,其特征在于,步骤S103中,吊舱识别到管线缺陷,通过测测距,将吊舱坐标系机体坐标系及大地坐标系进行融合,统一转化到大地坐标系,以无人机位置为参考,计算出缺陷的经纬度信息,将此信息传回地面端。
9.根据权利要求5‑7中任一项所述无人机对油气管线的巡检方法,其特征在于,还包括:根据管线长度和监测需求,结合无人机测控距离,布置相应的无人值守飞机。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现所述权利要求5‑9中任一项所述方法的步骤。

说明书全文

一种无人机对油气管线的巡检方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于油气管线巡检领域,具体而言,涉及一种无人机对油气管线的巡检方法及系统。

背景技术

[0002] 目前,我国的油气管道总里程已近15万公里,石油与天然气是国家重要的战略资源,而管道是油气资源配送的主要方式。我国幅员辽阔,管道横跨东西、纵贯南北,管道的安全运行对国民经济发展有着重要意义,需对之进行定期巡查。
[0003] 现阶段油气管线巡检主要通过人工实现,但由于管线所在区域地形复杂,人员无法到达且无法满足晚间巡检,造成巡检周期较长、难度大、成本高,单靠人工无法满足巡检需求。近年来,部分无人机巡检也逐步应用在油气管线上,巡检通过视频或拍摄的方式获得管线概况,并通过后期人工识别缺陷位置,然后调动相关资源进行详查,解决了部分人工巡检的难点,但是此方法周期长,由于管线多埋设在地下,无法实时掌握管线的整体概况并实时应对。

发明内容

[0004] 本申请实施例提供了一种无人机对油气管线的巡检方法及系统,既解决了人工巡检的不足,也解决了单个无人机获取数据后识别效率低的问题。
[0005] 第一方面,本申请提供了一种油气管线的巡检系统,包括:垂起无人机系统、多旋翼无人值守系统、油电混动多旋翼无人机系统;所述垂起无人机系统包括垂起无人机及平台、垂起无人机搭载三光载荷;所述多旋翼无人值守系统包括电动六旋翼无人机及平台,电动六旋翼无人机搭载双光载荷;所述油电混动多旋翼无人机系统包括油电混动六旋翼无人机及平台,油电混动六旋翼无人机搭载三光载荷。
[0006] 其中,所述垂起无人机系统的三光载荷包括可见光相机、红外摄像机、激光;利用可见光相机,在白天巡检时,根据DOM成像比例尺和相机分辨率计算出无人机的飞行高度;飞行结束后,将可见光原始照片通过PIX4D拼接成一张二维图,满足管道通道巡检一张图需求;搭载红外摄像机可满足夜间巡检需要;利用激光数据,测量出无人机与目标点之间的距离,然后通过计算算出目标点位置。
[0007] 其中,所述多旋翼无人值守系统中,电动六旋翼无人机搭载的双光载荷包括可见光和红外摄像机。
[0008] 其中,所述油电混动多旋翼无人机系统中,油电混动六旋翼无人机搭载的三光载荷包括可见光、红外摄像机以及激光。
[0009] 第二方面,本申请提供了一种无人机对油气管线的巡检方法,包括:
[0010] S101,根据线路长度,选择垂起无人机或油电混动多旋翼无人机进行线路普查;S103,当发现管线存在缺陷时,通过垂起无人机盘旋或油电混动多旋翼无人机悬停的方式,通过三光吊舱测出无人机与缺陷位置的距离,再通过吊舱姿态和无人机姿态融合,计算出缺陷的经纬度信息,传送到地面端;S105,地面端对缺陷的经纬度信息进行处理,按最优路径原则,给最近的多旋翼无人值守系统发送起飞指令,并将缺陷位置装订到多旋翼无人值守飞机的航线,进行定点详查,数据实时传回指挥中心进行相应应急处理。
[0011] 其中,步骤S105中,回传到地面端的缺陷位置信息,通过信息转发方式转发到地面处理器,处理器根据多旋翼无人值守系统布置情况,对多个缺陷位置进行识别,以最优路径方法,将缺陷位置分类,规划成航线,作为多旋翼无人值守系统定点详查的航线,并启动多旋翼无人值守飞机进行定点详查。
[0012] 其中,步骤S105中,最优路径为指挥中心按照无人机的分布位置,与缺陷点连成的航线位置进行对比计算,选择距离航线最近的飞机执行监测任务;包括:
[0013] 假设系统中使用的多旋翼无人机的航程为Qkm,每两个智能机库的位置距离Rkm,保证无人机从一端到另一端可原路返回;
[0014] 管线起始点的机库编号为1,依次编号,一直到N;
[0015] 地面处理器根据多旋翼无人机的航程进行规划缺陷航线,保证无人机在巡查完缺陷点后能安全返回智能机库进行降落,每两个机库之间的Rkm管线中的缺陷点连接成一条需要缺陷监测的航线;
[0016] 假设两个机库编号分别为n和n+1,两点的位置分别为(Ln,Bn)、(Ln+1,Bn+1),在此段管线中检测到缺陷点分别为1,2,3……a,地面处理器将此缺陷点规划为第n航线,此时地面处理器会计算n点位置到缺陷点1和缺陷点a的距离,并将此距离相加得出d1,同时地面处理器会计算n+1点位置到缺陷点1和缺陷点a的距离,并将此距离相加得出d2,如果d1>d2,则选择n+1号机库的无人机进行此航线的缺陷巡检,以保证最小路径原则。
[0017] 其中,步骤S103中,吊舱识别到管线缺陷,通过测测距,将吊舱坐标系机体坐标系及大地坐标系进行融合,统一转化到大地坐标系,以无人机位置为参考,计算出缺陷的经纬度信息,将此信息传回地面端。
[0018] 其中,还包括:根据管线长度和监测需求,结合无人机测控距离,布置相应的无人值守飞机。
[0019] 第三方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0020] 本申请实施例无人机对油气管线的巡检方法及系统具有如下有益效果:
[0021] 本申请通过长航时油混无人机与多旋翼无人值守系统联动,通过搭载相应的载荷进行监测,既解决了人工巡检的不足,也解决了单个无人机获取数据后识别效率低的问题。附图说明
[0022] 图1为本申请实施例油气管线的巡检系统的结构示意图;
[0023] 图2为本申请实施例油气管线的巡检系统调度原理图;
[0024] 图3为本申请实施例无人机对油气管线的巡检方法的流程示意图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和实施例对本申请进行进一步的介绍。
[0026] 在下述介绍中,术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例,不同实施例之间可以替换或者合并组合,因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而,如果一个实施例包含特征A、B、C,另一个实施例包含特征B、D,那么本申请也应视为包括含有特征A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例,尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
[0027] 如图1‑2所示,本申请油气管线的巡检系统包括:垂起无人机系统、多旋翼无人值守系统、油电混动多旋翼无人机系统;垂起无人机系统包括垂起无人机及平台、垂起无人机搭载三光载荷;多旋翼无人值守系统包括电动六旋翼无人机及平台,电动六旋翼无人机搭载双光载荷;油电混动多旋翼无人机系统包括油电混动六旋翼无人机及平台,油电混动六旋翼无人机搭载三光载荷。
[0028] 如图1‑2所示,本申请油气管线的巡检系统包括垂起无人机系统、电动多旋翼无人值守系统、油电混动长航时多旋翼无人机系统、双光载荷、三光载荷、通信设备及后端处理软件等。
[0029] (一)垂起无人机系统
[0030] 垂起无人机系统包括垂起无人机平台、三光载荷、通信设备及配套软件组成,各模组成及功能如下:
[0031] 1.垂起无人机机体无人机平台
[0032] 采用性能高效的垂起平台,载荷能满足挂载需要,而且垂起飞行速度快,满足对管线的普查及长距离监测。
[0033] 2.三光载荷
[0034] 可见光相机:在白天巡检时,根据DOM成像比例尺和相机分辨率可以算出无人机的飞行高度,在地面站规划航线,人员控制地面站解起飞、航线飞行、自动回收。飞行结束后,将可见光原始照片通过PIX4D拼接成一张二维图,满足管道通道巡检一张图需求。
[0035] 可见光/红外摄像机:白天飞行时,可主要使用可见光视频,飞行视频通过数据链传输到地面站,然后通过4G传输到指挥中心,后方可实时观看有无漏油偷油以及油井、管线等的巡查巡护。在夜间巡检时,可见光无法满足需求,搭载高分辨率红外载荷可满足巡检需要。
[0036] 激光:可以测量出无人机与目标点之间的距离,然后通过计算算出目标点位置,从而为指挥调度提供位置信息。
[0037] 3.通信设备
[0038] 垂起无人机系统采用点对点微波数据链与4G传输相结合的方式,飞机上视频及数据信息通过微波数据链传送到地面端,然后通过地面端链路转发到4G模块,传送到后方指挥中心。
[0039] 4.配套软件
[0040] 除了无人机正常飞行控制软件外,还配有视频显示软件。
[0041] (二)多旋翼无人值守系统
[0042] 多旋翼无人值守系统包括多旋翼无人机平台、双光载荷、通信设备及配套软件组成,各模块组成及功能如下:
[0043] 1.无人机平台
[0044] 采用电动六旋翼无人机,无人机动力依靠纯电池供电,并采用模块化设计。
[0045] 2.双光载荷
[0046] 双光载荷包括可见光和红外摄像机,可见光与红外的使用方式与前边所述方式相同,主要获取管道的视频和照片信息。
[0047] 3.通信设备
[0048] 多旋翼无人值守系统采用4G模块进行数据和视频传输,飞机上视频及数据信息通过4G传送到智能机库的地面端设备,地面端设备将飞机采集到的信息和机库信息一同通过4G模块传送到后端指挥中心。
[0049] 4.配套软件
[0050] 除了无人机正常飞行控制软件外,还配有视频显示软件。
[0051] (三)油电混动多旋翼无人机系统
[0052] 油电混动多旋翼无人机系统包括多旋翼无人机平台、三光载荷、通信设备、智能机库及配套软件组成,各模块组成及功能如下:
[0053] 1.无人机平台
[0054] 采用油电混动六旋翼无人机,飞机动力采用油动与电动相配合的模式,正常飞行使用油动动力,在发动机出现问题情况下,采用电池供电应急。
[0055] 2.三光载荷
[0056] 三光载荷包括可见光、红外及激光,可见光与红外的使用方式与前边所述方式相同,激光可以测量出无人机与目标点之间的距离,然后通过计算算出目标点位置,从而为指挥调度提供位置信息。
[0057] 3.通信设备
[0058] 油混多旋翼无人机系统采用点对点微波数据链与4G传输相结合的方式,飞机上视频及数据信息通过微波数据链传送到地面端,然后通过地面端链路转发到4G模块,传送到后方指挥中心进行综合管控。
[0059] 4.配套软件
[0060] 除了无人机正常飞行控制软件外,还配有视频显示软件。
[0061] 如图2‑3所示,本申请还提供了一种无人机对油气管线的巡检方法,包括:S101,根据线路长度,选择垂起无人机或油电混动多旋翼无人机进行线路普查;S103,当发现管线存在缺陷时,通过垂起无人机盘旋或油电混动多旋翼无人机悬停的方式,通过三光吊舱测出无人机与缺陷位置的距离,再通过吊舱姿态和无人机姿态融合,计算出缺陷的经纬度信息,传送到地面端;S105,地面端对缺陷的经纬度信息进行处理,按最优路径原则,给最近的多旋翼无人值守系统发送起飞指令,并将缺陷位置装订到多旋翼无人值守飞机的航线,进行定点详查,数据实时传回指挥中心进行相应应急处理。步骤S101之前还包括:根据管线长度和监测需求,结合无人机测控距离,布置相应的无人值守飞机。技术实现方式如下:
[0062] (1)缺陷定位技术实现方式:系统中使用的无人机都搭载高精度RTK定位装置,保证无人机的定位准确性,吊舱识别到管线缺陷,通过测角测距,将吊舱坐标系、机体坐标系及大地坐标系进行融合,统一转化到大地坐标系,以无人机位置为参考,计算出缺陷的经纬度信息,将此信息传回地面端。
[0063] (2)地面端数据处理技术实现方式:回传到地面端的缺陷位置信息,通过信息转发方式转发到地面处理器,处理器根据多旋翼无人值守布置情况,对多个缺陷位置进行识别,以最优路径方法,把缺陷位置分类,规划成航线,作为多旋翼无人值守系统定点详查的航线,并启动多旋翼无人值守飞机进行定点详查。
[0064] 最优路径是指“指挥中心按照无人机的分布位置,与缺陷点连成的航线位置进行对比计算,选择距离航线最近的飞机执行监测任务”。具体方法包括:
[0065] (1)假设系统中使用的多旋翼无人机的航程为40km,每两个智能机库的位置距离20km,保证无人机从一端到另一端可原路返回。
[0066] (2)管线起始点的机库编号为1,依次编号,一直到N。
[0067] (3)地面处理器根据多旋翼无人机的航程进行规划缺陷航线,保证无人机在巡查完缺陷点后能安全返回智能机库进行降落,每两个机库之间的20km管线中的缺陷点连接成一条需要缺陷监测的航线。
[0068] (4)假设两个机库编号分别为n和n+1,两点的位置分别为(Ln,Bn)、(Ln+1,Bn+1),在此段管线中检测到缺陷点分别为1,2,3……a,地面处理器将此缺陷点规划为第n航线,此时地面处理器会计算n点位置到缺陷点1和缺陷点a的距离,并将此距离相加得出d1,同时地面处理器会计算n+1点位置到缺陷点1和缺陷点a的距离,并将此距离相加得出d2,如果d1>d2,则选择n+1号机库的无人机进行此航线的缺陷巡检,以保证最小路径原则。
[0069] (3)后台调度方式:通过处理器回传的航线信息,自动识别需要进行定点巡查的旋翼无人值守系统,并通过后台软件自动装订到相应旋翼无人值守系统飞控中,自检完成后自动触发旋翼无人值守飞机起飞进行监测。
[0070] 由以上第二条规划航线和最小路径选择,得出每条缺陷航线需要调动的智能机库无人机编号。地面处理器通过无线模块将所有航线和由最优路径计算出的需要选择的无人机编号对应传送到后端指挥中心,指挥中心启动相应智能无人机并将对应航线自动装订到此无人机中,实现巡检任务。
[0071] 通过本发明的方案,无人机获取的数据包括可见光照片、可见光视频及红外视频。分别解决如下问题:
[0072] (1)无人机通过航空摄影获取油气管道原始可见光照片,然后经过数据处理获得管道正射DOM图,通过正射图可以对局部进行放大,观看管道周边是否有违法建筑、是否有漏油情况及为管道选址提供直观参考,并通过多次数据进行叠加,对管线随着时间变化的规律和情况进行统计,可供后续管线维护指导。
[0073] 获得管道正射DOM图的过程如下:
[0074] 通过数据处理软件,如Pix4Dmapper等。处理过程为:将飞行拍摄的原始照片批量导入Pix4Dmapper软件,此软件可较为快速的进行像控点加密、空三平差、特征点匹配、数据拼接等步骤操作。Pix4Dmapper通过软件自动空三计算原始影像外方位元素。利用Pix4UAV的技术和区域网平差技术,自动校准影像。软件自动生成精度报告,可以快速和正确地评估结果的质量。可提供详细的、定量化的自动空三、区域网平差和地面控制点的精度。
[0075] (2)夜晚对管线的巡检一直是个难题,一是受限于人员晚间不方便,二是红外载荷清晰度低,本发明使用30倍红外摄像仪可解决此问题,通过红外成像,可实现夜间可疑车辆、可疑人员和线路整体概况的把握,白昼结合,更好的服务油气管道巡检。
[0076] 本发明的方案代替了人工巡检方式,解决了时效性和成本高的问题;多数据融合,可对管线故障规律进行识别;系统全自主方式,减少了信息传递的误差。
[0077] 本申请通过长航时油混无人机与多旋翼无人值守系统联动,通过搭载相应的载荷进行监测,既解决了人工巡检的不足,也解决了单个无人机获取数据后识别效率低的问题。
[0078] 本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述无人机对油气管线的巡检方法步骤。其中,计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘,包括软盘、光盘、DVD、CD‑ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC),或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
[0079] 以上介绍仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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