油气管道无人化巡检技术研究进展

油气管道是生产、处理和储运石油的管道。油田巡检是油田生产的重要环节，它对油田生产起到至关重要的作用。

目前，应用广泛的是人工巡检和视频监控相结合的方式，最终由工作人员检查管道泄漏情况。然而，人工巡检和视频巡检有很大的弊端。

人工巡检劳动力度大，而且天气的影响和人为情绪因素的干扰对巡检都会造成一定的影响。视频巡检存在盲区，很难全方位覆盖，此外，摄像头数量多且连接复杂，出现电路故障就会导致巡检出现问题，维修起来也不方便。

随着科学技术的发展，机器人智能化水平越来越高，智能巡检机器人技术不断发展。本文通过研究油气管道无人化巡检发展历程，巡检机器人原理方案以及巡检过程中潜在问题，提出合理化建议，解决巡检机器人应用过程中的痛点，使现存激光导航、温度声音光线检测、红外热成像、自主充电等技术更加成熟，提高油气管道检测的智能化水平。

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智能巡检机器人概述

智能巡检机器人是巡检系统最终的执行平台，在执行任务过程中发挥重要作用，可以代替人工完成巡检工作。

智能巡检机器人大多采用智能移动四驱底盘作为框架，结合GPS技术，充分融合自主导航、通信、自主控制、自主充电等技术的多功能智能机器人。它的应用场合具有多元化的特点，如日常巡检、定点检查、高清检查等，智能巡检机器人整体结构图如下图所示。

巡检机器人整体结构图

它的驱动方式多种多样，目前使用最广泛的是轮式机器人和履带式机器人，轮式机器人采用四轮驱动，移动速度较快；履带式机器人具有一定的越障能力。

智能巡检机器人通常由摄像头、多种传感器、探测器以及辅助设备等组成。在激光传感器的帮助下能够对周围环境进行探测，实现定位的功能。借助红外热成像仪，能够形成准确的热成像图像，对异常情况实时检测，避免发生故障。自主充电技术的应用，能够帮助巡检机器人在工作前自主充电，减少了人为干预。

巡检机器人在油气管道具体的工作流程为：利用高清摄像头拍摄视频和图片，进行云台的存档；同时，利用红外测温仪测量温度的变化，方便工作人员找出问题的所在，避免发生故障；通过甲烷检测仪，发现甲烷泄漏的区域，方便工作人员及时进行修补，减少损失。

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油气管道智能巡检机器人的研究现状

关于智能巡检机器人的研究，国内外学者都进行了许多尝试。智能巡检机器人在某些领域应用比较成功且广泛，例如电力行业。

2003年，有日本学者提出智能巡检机器人的方案，并进行了相关实验和模拟，证明了其可行性。随后几年，能够对设备进行有效红外测温的智能巡检机器人投入使用，并取得预定成效，开启了巡检机器人研究的序章。之后越来越多的传感器被加入巡检系统之中。

2018年，中国石油首台智能巡检机器人在长庆油田投入使用，该设备采用电动四轮驱动，配备有360°旋转的摄像头，搭载有气体采集装置和声音采集器，可以实现气、声、光的同时采集，并能实现自动化报警。

中卫站研发的第二代智能巡检机器人，具有实时监控，有效测温并发出警报等功能。西安市油气田智慧装备工程中心的第二代5G激光机器人，利用激光导航技术，实现正确导航路径选择，安装有红外甲烷检测装置检测甲烷含量，并装配有摄像头和红外热成像仪准确记录仪表读数，巡检机器人将采集的数据存档至内存，然后上传到后台控制系统。

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油气管道智能巡检机器人的应用效果

一是节约成本。智能巡检机器人能够实现自主导航、自主巡查、自主充电、全天24小时巡查，大幅降低成本、提高了效率。

二是增大监督力度，人工巡检很难避免员工偷懒和带着情绪上班等情况，利用机器人代替人工，有效解决了员工偷懒等问题。

三是工作高效稳定。智能巡检机器人装备有智能检测装置，借助互联网平台，对泵、管道、储油装置等，人工不便到达的地方进行实时检测，得到持续、稳定和实时的动态数据情况，检测效果更加稳定。

四是安全性高。采用特殊材料的防爆机器人代替人工进行巡检，有效避免了人为事故的发生，使安全性显著提高。

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油气管道智能巡检机器人在实际应用中的问题

（一）充电问题

智能巡检机器人开展巡检工作时，主要利用各种传感器，当感知周围有障碍物时，能够自动规避。这项技术在实际应用过程中还不够成熟。巡检机器人对前进过程中遇到的障碍物无法精细地感知，比如当它在前进过程中遇到杂草等，就会对前进过程造成一定的影响。如果工作人员不及时发现，会造成巡检机器人滞留，直到电量耗尽。

智能巡检机器人遭遇不良天气情况，会信号中断，还会发生撞上设备以及和不同路线巡检机器人发生互撞等情况。一旦发生相撞，仅仅依靠巡检机器人自己无法修正计算到正确路线，直到电力耗尽被工作人员发现。

（二）测温问题

对油气管道进行测温时，巡检机器人会按照既定路线进行巡检，对设备和非设备分辨界限不是很清晰，而且受季节和天气影响，巡检机器人检测温度相比于实际温度有较大差异。

巡检机器人在工作过程中的一些问题正逐步被解决，如重新确定检测单元的距离，使巡检机器人与设备之间的距离更加精确，红外摄像头只要达到一定的距离就会自动锁定。但是，这种方式无法像人一样进行360°巡检，进行温度比对，而且油气管道不但设备较多，而且道路复杂，巡检机器人受到天气和电池容量续航问题的影响，对设备的温度达不到精确测量的效果。

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油气管道智能巡检机器人在使用中的优化措施

（一）系统联动

为了方便数据采集，反馈更加准确、更加及时，将智能巡检机器人的数据采集系统与仪表盘读数系统进行连接，实现机器人与监控系统之间的联动。通过将这两种系统的联动对接，只要巡检机器人对应确定电表标号进行检索，在系统中就会查询到特定信息，相比之前更加快捷高效。

另外可以提升巡检机器人的视觉系统，增强巡检机器人对周围设备识别和锁定的能力。

针对常见表盘，如压力表、温度表和常用阀门和柱塞等的位置信息和状态信息，后台可以自动分析处理。同时，还可以自动生成检查记录，方便检查。

（二）充电优化

智能巡检机器人自主充电进行优化，需要解决的问题有两个：一是充电方式的问题，二是路径选择和巡检机器人视觉识别问题。

通过多种充电方式组合的方式作为电源的备选方案，防止电量耗尽。智能巡检机器人可以采用搭载太阳能充电装置和固定充电桩相结合的方式，当遇到突发情况无法回到固定充电桩时，搭载的太阳能充电板能够发挥作用，进行自主充电，减少事故率。

加强巡检机器人视觉系统的识别，让其更加智能，做到自主规避。设置多条备选路径，按照优先级结合电量做到最优路径规划，完成巡检任务。

（三）运动方式优化

智能巡检机器人采用AGV导航方式中的激光传感导航。激光反射技术是通过激光扫描周围设备，得到不同反射光的接收时间，进而推算出巡检机器人与设备之间的距离，从而实现精确定位，此方法是定位准确，平行性好。

驱动方式上选择灵活，可根据不同的环境条件，采取履带式和轮式组合并自由切换的方式。在平坦的路面上，选择轮式驱动，提高速度，工作效率提高；在崎岖的路面上，选择履带式驱动方式，有效避免了运行过程中的卡壳现象，保证巡检机器人在运行过程中平稳前行，进而提高智能巡检机器人的工作效率。

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结论与展望

随着科技的发展，智能巡检机器人技术越来越成熟，在油气管道的应用更加广泛。油田智能巡检机器人能够以全自动的方式运行外部设备检测、GPS定位、红外线检测以及温度检测等；集成了场站的数据管理，方便了场站的数据分析并提供决策支持；提高了油气管道的智能化水平，减少了工作人员的安全风险；提高了效率，减小了发生事故的可能性。其凭借较高的效率和稳定的工作方式越来越受行业工作人员的重视，其广泛使用是油气行业智慧油田发展的必然趋势。

作者： 牟晓亮，李文斌，章斌

工作单位：国家管网集团西气东输公司

来源：中国储运

转自：智慧油气管道

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