基于Gazebo的无人机管道检测

1.需求分析

面对管道沿线地势起势大、道路崎岖难走，沿途穿越河流、沟谷、沼泽地纵多， 杂草植被茂密，无巡检通道等现状，人工巡检暴露出明显缺陷，车辆无法到达,需要跋山涉水徒步进行，巡护时间长,效率低，工作量大。在雨后，尤其是汛期，无法开展管道徒步巡护，致使部分管段成为巡检育区。且汛期山体滑坡、泥石流等地质灾害时有发生,徒步巡检风险高。此外，人工只能定期巡检管道，无法实现全天候、全覆盖巡护，人的视野、能力、责任心等多重因素都对巡检效果造成很大影响。因此，管道巡护技术迫切需要升级完善，采用现代科技逐步取代风险高、工作量大的人工巡护已经成为一种发展趋势。

近年来,随着“西气东输"等一批重要的油气长 输管道陆续建成与投产,我国已形成遍布全国并连接国外的油气输送管网，极大地促进了社会经济的发展，改善了人民生活。管道安全影响着能源供应的可靠性。由于输送介质的易燃、易爆特性，油气管道- -旦失效，可能引发员伤亡和环境污染等灾难性事故。如2006年1月20日四川仁寿的天然气管道爆炸事故，2009年12月30日山西渭南的成品油管道泄漏污染事故以及2010年5月2日山东胶州原油管道泄漏事故等。2010年7月16日，我国大连海港中石油公司的一条陆上输油管道突然发生起火爆炸。油气管道区域具有需求大、距离长、范围广、宽度窄等特点。 同时这些区域往往处于复杂的地理环境，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭等,特别是穿越原始森林边缘地区、高海拔、冰雪要盖区时，山高坡陡，交通和通讯极不发达,并且沿线可能存在滑坡、泥石流等地质灾害。这些地区常规巡检人员往往难以达到，有人机监测存在一定的飞行安全问题。无人机由于机动灵活、环境适应能力强、非常适合现状区域巡检等特点适合应用于以上领域。应急监测主要包括故障巡检和灾后巡检。故障巡检是指管道故障后，根据故障信息确定重点巡检区段和部位。灾后巡检是指发生事故后，根据事故发生位置确定重点巡检区段和部位，通常采用无人直升机对特定区域进行详细巡检。可选择搭载的载荷包括可见光相机、可见光摄像机、红外热像仪等,同时针对天然气管道可选择搭载监测天然气泄漏的激光光诸监测设备。

2.技术方案

 （无人机组装模块）

（无人机通信）

（姿态控制流程图）

（位置控制流程）

3.项目创新点

传统的无人机检测管道项目，仅仅可以做到发现和检测泄露，而需要人工提供完整的解决方案，对于人员的技术水平和应急处理能力要求较高，而本产品无人机系统在检测到管道泄漏后，可以通过现场拍取的照片，反馈给后台，后台进行数据的汇总与数据匹配，从后台“专家系统”中分析较为接近的破损原因，并智能的初步的给出基础解决框架，之后在进行人工处理，采取简单措施，以上方案不仅减少人工工作量，并且减轻工作难度，可以更加快捷的准确的得到处理管道突发状况的完整的解决方案。

4.方案实现

本项目主要是一个无人机检查运输油气的管道是否有泄露的系统，该系统分为两个部分：地面端和飞行端。其中飞行端为四旋翼无人机搭载通讯设备、USB摄像头以及传图模块获取出通讯情况及实时视频流等参数。地面端的任务主要为接收飞行端通过Socket通信协议发送来的数据，通过数据分析进行判定连接情况。以及接收无人机图传模块回传来的实时画面，进行目标检测操作。

本项目主要通过以下三种方式检测管道泄露：

1.红外检测：

油气管道运输过程，需先加热原油，使原油的粘稠性降低，若地表红外辐射被改变，则是因为管道四周被原油浸泡及覆盖的地表温度被改变，从而判断管道泄漏的发生。此外，空气内，油气管道泄漏物形成的气团与四周空气的光谱存有差异。结合此事实可知，红外线法的应用原理为：记录管道四周的热辐射效应，然后再对精密红外摄像装置记录下的光谱信号进行分析，以实现对油气管道局部泄漏的检测及漏点的定位。

2.声波检测：

当长距离油气管道发生泄漏时，在其泄漏点会造成内部管道气压与外部气压出现压力差的现象，压力差的出现会导致空气流动瞬间变大，形成声音。在输油管道周围布置好的声波传感器能够很好地对该种声波进行收集，通过相关数据的支持，对于辨别管道是否泄漏以及泄漏地点的确认都有较为突出的作用。原始的声波检测方式主要采取在管道上放置大量的传感器，通过该种方法实现对于管道的有效控制。而现在由于光纤的出现，原始的方式被一根光纤所取代。新型方式有效减少了传感器的数量，在一定程度上避免了由于传感器老化或者故障而产生无法准确探测管道的现象，且降低了大量的成本，为检测工作的持续性提供了基础保障。

3.实时回传视频流，图像识别：

通过对回传的信息进行识别处理可以确定管道泄露的位置，并且可以实时观察管道的泄露状况，以方便进行进一步的的判断。

4.燃气管道技术相关改造维护方案：

(1)燃气管道工艺路线:利用原先路由,将旧有燃气管线挖出,直接敷设新管线。

(2)燃气管线的防止腐蚀燃气管道的防止腐蚀应用普通聚乙烯粉末在外层覆盖防止腐蚀,每根管道和系统附件的防止腐蚀层在防止腐蚀建工车间完成,焊接缝隙的防止腐蚀要在管道敷设过程中进行

(3)民用燃气供用气系统的施工中焊接的一些相关作业:民用燃气供用气系统的施工中在焊接作业中应利用氢电的相关连焊技术。

(4)民用燃气供用气系统的焊接的缝隙施工作业后的相关检测:民用燃气供用气系统的焊接的缝隙施工作业后必须有相关的检测人员进行检验,在检验的工程中一定严格执行国家的相关标准,将相关的检测结果与现时执行的国家相关标准进行比对,得出相应结论。

(5)民用燃气供用气系统的相关的验收方法:民用燃气供用气系统的施工作业中,为了能够保障相关工程的质量,以及运行过程中操作的相关安全性，燃气的输送过程中运行的稳定性,在工程施工的验收程序上严格执行国家现时的相关的技术标准。

5.应用前景

管道检测要求无人机能够低速飞行，无人直升机在起 飞以及回收方式等方面比固定英无人机有着较明显的优势，具有空中悬停、 全向飞行、低速机动等功能，因此将无人直升机作为飞行平台应用于应急详查是比较理想的选择。当出现紧急情况，现场情况复杂或者受现场环境限制时，人员无法靠近现场教援,指挥员无法了解现场情况，无法制定快速有效的作战方案,无人直升机可快速升空,用最短的时间，最大限度地接近现场,利用空中悬停的特点提供一个相对稳定的观测平台， 通过可见光摄像机或红外热像仪进行观测，通过数据链将监测视频实时传输到后方现场,提供最直接、最真实的第一手数据。

通过摄像头的信息传输，有效判断各地段管道的实际状况。在小规模范围内，基本不会收到信号干扰的影响。关于噪声的加性噪声，由于加性噪声的不可避免性，在信息传输过程中，通过改善信道的传输，增强主瓣传输，减弱旁瓣的不良影响，通过将电基本振子改善为半波振子的方式，加强信息传输的方向性。

随着无人机和人工智能技术的快速发展，要提高认识，与时俱进，持续探索更多的管道巡护应用场景，为无人机应用积累经验做法，同时。要制订无人机巡护管道管理规定等程序，进一步推进无人机管道巡护规范化管理。此外。无人机巡检始终不能完全取代人工巡检，管道巡护需要无人机和人工紧密协同，形成互为补充、相互促进的管道巡护组合,实现降低管理成本的同时，提高巡护效率、和应急监测能力。