无人机在工业检查中的法规遵循和应用

2023-07-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在我国，无人机巡检的工作同样在有条不紊地进行中。在塔架的运维工作中，无人机能够长期记录塔架状态，通过正射影像投影法，可判断形变量及变形趋势，为整改工作提供依据。桥梁检查常规桥梁检查的工作都是由工程公司的检查人员亲自完成。选择无人机参与测试，就是希望节省作业时间，保证正常交通，甚至探测一些肉眼所无法观测到的潜在问题。类似铁路巡检，用无人机检查桥梁同样也处于初期探索和试错的阶段。

本节主要汇总一下前文所没有涉及的无人机在工业巡检领域的其他应用，包括油气管道巡检、风力发电机检查、太阳能发电系统巡检、铁路巡检和桥梁检查。虽然这些应用没有完全落地，有些还处于刚刚起步的状态，它们的潜在价值却是不可估量的。

油气管道巡检

石油、天然气管道是国家的能源动脉。我国油气管道总长超过10万千米，保证油气管道的安全运行是一项复杂而重要的任务。巡检工作往往要求“短、平、快”，即周期短、投资少、见效快。但长距离输油输气管道和区域性油气田断块系统，距离长、范围广、途径区域复杂，受环境险要、交通不便等客观条件限制，人工徒步巡线难以进行。再者，打孔盗油现象仍然存在，其活动隐蔽难以察觉，给管道安全造成了重大隐患，容易造成环境污染，还给企业带来了巨大的经济负担。

无人机方便运输、操作和维护简便且不易受地理条件和环境条件限制，可应用于山区管道巡检、近海油气管道监视、漏油和盗油点现场定位等。巡检过程中，无人机会沿着管道上空飞行，用内置高清摄像机采集管道详情影像，并通过无线远距离实时回传至地面站，甚至通过网络传输至石油企业在全球任何地点的终端设备。再经过后期的数据处理，即可得出完整的管道航测图。通过无人机巡检，用户可及时发现管道的破损区（如冻裂），更能有效防止石油现场的变压器、存油等被盗情况发生。

在国外，英国石油公司（BP）、皇家荷兰壳牌公司、美国杜克能源公司等都在探索无人机在油气管道巡检方面的应用价值，且展开了相应的测试和实践工作。在我国，无人机巡检的工作同样在有条不紊地进行中。例如，2015年4月10日，中石油管道学院在河北廊坊中石化大沈庄泵站组织召开了无人机管道应用现场交流会，共有来自中石化、中石油、中石油管道局等二十多家单位的专家，以及七家无人机企业携多旋翼无人机、固定翼无人机和无人直升机参会。除了座谈交流外，还举行了无人机表演，先后成功完成了长输管道四旋翼无人机应急抢险应用基本功能、八旋翼无人机应急抢险现场监视飞行、固定翼飞机航测巡线飞行、原油泄漏无人机巡检作业、电动小型飞机正射影像拍摄、六旋翼倾斜摄影、无人直升机巡线作业飞行、无人直升机夜航巡检飞行、多旋翼飞机抢险夜航飞行、固定翼夜航巡检飞行等十余个项目，初步验证了无人机在油气领域的价值。

风力发电机检查

和油气管道一样，风电场也需要对风力发电机进行定期和不定期的维护，维护对象包括叶片、齿轮箱、塔架等。

叶片是风力发电机最容易损坏的部分之一，全球共有近27万台风力发电机在运作，这些设备的80多万片叶片可能会受到雷击、冰雹、暴风雪极端天气，或者是长期受空气中颗粒磨损等因素影响。早期设备的轻微损坏会导致发电量的减少，如若问题一直得不到注意，叶片可能会彻底毁坏，造成经济损失。传统的检查手段为听和看：听，即运维人员在风机运行当中，根据叶片发出异响的哨声判定叶片有无缺陷；看，即通过高倍望远镜进行观察，找出受损位置。这种传统方式虽然操作简便，但却不够直观，容易忽视细小缺陷，留下隐患。2015年8月，某能源公司联合无人机服务商，在麒麟山风电场进行了风机叶片无人机检测试点应用，成功对6台机组的叶片进行了检查，取得良好成效。无人机搭载成像设备，可以近距离观察叶片运行情况有无受损，通过图像处理，就能直观地为维修人员提供参考依据。相比于传统检测手段，无人机的工作效率快了3倍，可以减少发电机2/3的停工时间。

齿轮箱是风机的重要机械部件，负责将叶片在风力作用下所产生的动力传递给发电机，若其出现过温现象会造成以下状况：当齿轮箱温度达到75摄氏度时，风机进入限功率运行状态，影响发电量；降低润滑油的黏度，使机械磨损加快；温度居高不下，会加速温度敏感元件的老化，进而缩短整机的使用寿命。在齿轮箱的运维工作中，无人机能够搭载热红外摄像机，查找温度异常位置，快速定位，从而做到及时发现及时解决，以保证设备的正常运行。

塔架是整个风力发电设备的支撑，承担各个部件和外界环境的作用力，要想保证自身的稳固，塔架需要具备足够的刚度和疲劳强度，且在发生形变时，工作人员必须及时做出整改方案。在塔架的运维工作中，无人机能够长期记录塔架状态，通过正射影像投影法，可判断形变量及变形趋势，为整改工作提供依据。

太阳能发电系统巡检

在太阳能发电厂，无人机的作用主要有两个——巡检和清洁。巡检工作中，受损电池板无法吸收太阳能，所以比其他完好的电池板温度更高，无人机能够搭载红外摄像机或者其他热敏设备进行数据采集，工作人员通过航拍热图像，即可掌握所有电池板的运行情况。对于大面积太阳能发电厂而言，无人机可以节省大量时间。

在清洁工作中，无人机则可以装备清洁刷，对设备上的灰尘进行定期清理，以保证发电效率。据英国一家能源公司的介绍，清除太阳能板上的尘土可使月发电量最多增加30%。

铁路巡检

常规对铁路线路的检测方式是固定检测和移动检测相结合的综合检测技术。在设置固定检测装置的同时，通过高速综合检测列车等，对轨道、接触网、通信信号等实施定期综合检测。根据检测结果，分析基础设施对高速列车运行性能的影响，预测基础设施损伤规律，指导养护维修。

无人机技术引爆市场后，美国、法国、英国、澳大利亚、印度、荷兰等国的铁路公司都开始将目光投向于此，开展了无人机测试。然而相比于前几种无人机应用，无人机在铁路巡检方面的实用性还没有得到充分肯定，处于待开发阶段，目前主要是用于检测钢轨裂缝、路基状况、塌方处等一些技术难度较低的工作。除此之外对轨道、接触网的检测，业内并没有很好的解决方案，如对轨道平顺度的检测，误差需要精确到几毫米，如此高的精确度对于无人机的定位系统来说是个不小的考验。

桥梁检查

常规桥梁检查的工作都是由工程公司的检查人员亲自完成。桥梁检测车为工作人员提供作业平台，车的桁架式结构可以探到桥梁下，实施近距离作业，但是可想而知这种方式是十分耗时的。选择无人机参与测试，就是希望节省作业时间，保证正常交通，甚至探测一些肉眼所无法观测到的潜在问题。

类似铁路巡检，用无人机检查桥梁同样也处于初期探索和试错的阶段。美国俄亥俄州高速公路和基础设施委员会在2016年9月就对此进行了尝试，用无人机检查了当地295米长的桑达斯基河大桥。然而试验中，无人机在即将完成任务时，突然断电，直接坠入桥下的河中，给无人机在这一领域的应用泼了盆冷水。

实际上，无论是本章前几节提到的农业植保、电力巡线、警用安防、气象探测、空中送货、影视航拍，还是本节涉及的工业检查，都充分说明了无人机在专业领域的潜在价值是毋庸置疑的。

但也需要清醒地认识到一个老生常谈却又无法回避的现实问题——无人机技术的局限性，包括续航、抗风能力、抗低温能力、抗信号干扰能力等。无人机理论上的前景和现阶段的实战能力，还存在一定差距。所以，工业级无人机还处于蓄势待发的状态，只有突破了技术的瓶颈，填补了理论与实践的鸿沟，才能掀起空中革命。

无人机在工业检查中的法规遵循和应用

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