智慧管网交流-复杂山区天然气管道无人机巡检技术及应用课件

复杂山区天然气管道无人机巡检技术及应用复杂山区天然气管道无人机巡检技术及应用1目

录Contents01山区管道巡检需求02专用巡检装备03智能分析平台0405应用情况思考与展望目录Contents02专用巡检装备03智能分析平台04应2山区管道巡检需求山区管道巡检需求3山区天然气管道巡检需求山区管道事故特点川气东送管道恩施段因降雨引发滑坡，导致天然气管道断裂爆燃中缅输气管道晴隆段因强降雨引发滑坡，导致天然气管道断裂爆燃深圳恒泰裕工业园人工堆土导致渣土受纳场堆填体坍塌滑坡，西气东输管道受损断裂山区天然气管道巡检需求山区管道事故特点川气东送管道恩施段因降4山区天然气管道巡检需求地灾影响严重泥石流冲击导致管道弯曲变形洪水冲刷黄土坍塌导致管道裸露悬空地震逆冲断层导致管道弯折破坏堤坝水毁导致河流穿越管道裸露冲刷洪水冲刷导致管道漂浮冲断管道下方采煤导致地面塌陷裂缝采空沉陷严重威胁附近埋地管道山区天然气管道巡检需求地灾影响严重泥石流冲击导致管道弯曲变形5山区天然气管道巡检需求巡检需求分析日常巡检泄漏探查地灾识别应急处置施工管理汛期监查1、微泄漏扫查2、泄漏区域定位1、滑坡2、沉降3、水毁4、崩塌……监测识别监测对象适用范围主要技术地质灾害调查各类灾害各类灾害地灾勘查、风险识别地表位移监测地表变形各类地表活动GPS、大地测量、近景测量地下位移监测地下变形边坡及断层测缝、钻孔位移计及倾斜应力应变监测管道、土体各类灾害管道应力、应变计视频监测地表视频情况崩塌、滑坡视频监测振动监测土体、结构物地震、泥石流、滑坡、基础物振动计、分布式光纤遥感监测地表变形各类灾害卫星遥感、无人机遥感山区天然气管道巡检需求巡检需求分析日常巡检泄漏探查地灾识别应6山区天然气管道巡检需求机型及载荷配置多旋翼甲烷痕量遥测激光雷达合成孔径雷达可见光相机复合翼多轴相机大变焦相机激光雷达热成像仪山区天然气管道巡检需求机型及载荷配置多旋翼甲烷痕量遥测激光雷7专用巡检装

备专用巡检装备8专用巡检装备地质灾害地表微变形机载检测设备天然气泄漏天然气泄漏机载检测设备高稳轻量双光吊舱昼夜高清监测专用巡检装备地质灾害地表微变形机载检测设备天然气泄漏天然气泄9专用巡检装备地表微变形检测机载设备开发基于激光雷达的地表微变形机载检测技术，研制小型化机载设备，检测点频320kHz、质量3.6kg，配套开发点云解算软件，实现了150m范围内厘米级地表微变形检测，为无人机在地质灾害预警能方面提供专用装备及技术支撑。专用巡检装备地表微变形检测机载设备10专用巡检装备地表微变形检测机载设备激光雷达技术相较摄影测量数据精度、分辨率更高适应性强，不受云雾和光照等的影响满足地灾领域的多角度和多尺度研究山区三维点云激光雷达用于崩塌灾害危害性评价专用巡检装备地表微变形检测机载设备激光雷达技术山区三维点云激11专用巡检装备地表微变形检测机载设备开发雷达、惯导及卫星定位数据组合方法并形成配套点云解算软件，基于开源软件Cloud

Compare开发多期数据智能对比插件，实现地表微变形的自动识别。专用巡检装备地表微变形检测机载设备12专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，开发适用于无人机搭载的小型化甲烷遥测装备。专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备13专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备开发基于TDLAS的天然气泄漏机载检测技术，研制小型化天然气机载遥测仪，响应时间小于0.1s、质量460g，配套开发嵌入式及地面站控制软件。测试可实现120m外甲烷泄漏识别（20ppm·m）。专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备14专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备静态测试表明，虽然受大气湍流、温度、干涉等因素影响，能够反映检测区域天然气浓度高低。动态探查试验表明，虽然现场风速较大，环境中天然气稀释严重，悬停和巡航检测仍可灵敏检测天然气，快速识别和定位泄漏区域。专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备15专用巡检装备高稳轻量双光吊舱针对长距离、夜间、雾天等管道巡检场景，设计开发适用于固定翼无人机的可见光-红外双光吊舱，实现了10倍光学变焦可见光相机和红外热成像仪，能够在固定翼、复合翼无人机高速巡检下保持稳定拍摄。结合软件平台，可对大型车辆、第三方施工、打孔盗油等异常情况全天监测预警。日间影像（可见光）夜间影像（红外热成像）专用巡检装备高稳轻量双光吊舱日间影像（可见光）夜间影像（红外16专用巡检装备高稳轻量双光吊舱采用简化流场模型计算附加转矩，完成吊舱稳定方案设计。结合高频减振系统构建高精度陀螺稳定平台，实现双光吊舱在无人机高速巡检状态下的图像视频稳定，瞄准线稳定精度达1mrad，有效抑制帧内模糊，为实时监控及可疑目标智能识别提供稳定画面。附加转矩计算结果角度方案1转矩

(N·m)方案2转矩

(N·m)-90°0.0008-0.0016-70°0.00400.0044-50°0.0025-0.0049-30°-0.0027-0.0150-10°-0.0028-0.01140°-0.0002-0.002120°-0.00120.0163转角-附加转矩曲线图设计方案及简化流场模型专用巡检装备高稳轻量双光吊舱附加转矩计算结果方案1方案2-917巡检管理系

统巡检管理系统18异常目标在线智能识别基于卷积神经网络算法实现目标物智能识别。建立目标样本集，通过机器学习，对车辆、挖掘机、工程装备等活动目标，以及对滑坡、冲沟、地裂缝、塌陷等地质灾害进行智能识别。巡检管理系统异常目标在线智能识别巡检管理系统19地表模型多期智能分析开发地表模型多期智能分析技术，通过建立基于坐标驱动的两期格网做差处理方法、两期地表模型高程变化区域自动检测及自动分割技术，统计变化区域得到两期异常区域识别结果。巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异值分解相位相关法图像配准图像做差处理得到显著差异区显著差异区相似度分析人工确认上报预警地表模型多期智能分析巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异20正摄影像多期智能分析开发正摄影像多期智能分析技术，通过建立基于Harris角点的开发两期正摄影像配准方法、变化区域自动检测方法及变化区域纹理分析判定方法，可实现两期异常区域识别。巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异值分解相位相关法图像配准图像做差处理得到显著差异区显著差异区相似度分析人工确认上报预警显著差异区角点提取NCC粗匹配RANSAC精匹配欧氏距离相似度1相似度2相似度正摄影像多期智能分析巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异21巡检管理系统管道无人机巡检管理平台巡检业务管理巡检飞行监控在线智能识别历史数据比对人员管理巡检计划、空域、飞行路径设备综合管理飞机和载荷入库、使用、维修及任务配置飞手、业务及管理人员图像实时拼接、目标动态识别飞行姿态、地面影像、载荷自动比对、智能识别分析平台功能设计综合展示巡检流程综合管理其他功能GIS底图巡检历史巡检任务机型载荷巡检飞行数据处理预警管理维修保险巡检规范平台权限UI界面可扩展性展示管道全局走向；正在巡检的无人机巡检公里、巡检结果的年月日图形统计日常巡检；泄漏检测；灾害识别；应急救援机型、载荷的技术参数及推荐使用场景航线规划；实时监管；实时进行数传、图传数据存储；数据分析；形成多样化报表巡检过程中的实时预警；报表辅助预警机型载荷的检查、评估维修、保险管理巡检规范的文件管理工作流和权限的分配图形设计；交互设计无人机飞控系统；智能化管线管理系统总体设计巡检管理系统管道无人机巡检管理平台巡检业务管理巡检飞22图像自动拼接工具图像智能识别工具图像比对分析工具检前管理飞手管理无人机管理任务载荷管理设备配置管理虚拟设备管理空域申请管理检中管理飞行轨迹显示危险目标预警日常巡检管理泄漏巡检管理灾害识别管理应急救援管理检后管理飞行记录管理历史视频回放历史飞行轨迹离线图像分析预警信息管理巡检报告导出基础管理底图管理用户管理角色管理权限管理日志管理数据统计飞控即时通讯工具核心功能：4管理模块+1辅助工具+3专业工具巡检管理系统图像自动拼接工具图像智能识别工具图像比对分析工具检前管理飞手23基于B/S的跨平台架构，兼容全机型接入，并实现多端应用。智能分析平台基于B/S的跨平台架构，兼容全机型接入，并实现多端应用。智能24技 术 应 用 情 况技 术 应 用 情 况25技术应用效果全景影像视频拍摄正射影像总体情况技术应用效果全景影像视频拍摄正射影像总体情况26技术应用效果技术应用效果27技术应用效果重点巡护可视化技术应用效果重点巡护可视化28技术应用效果泄漏检测精细化技术应用效果泄漏检测精细化29技术应用效果地表变形预警超前化技术应用效果地表变形预警超前化30技术应用效果灾情勘察即时化技术应用效果灾情勘察即时化31技术应用效果多期数据分析——正射影像比对技术应用效果多期数据分析——正射影像比对32技术应用效果多期数据分析——三维模型比对技术应用效果多期数据分析——三维模型比对33思 考 与 展 望思 考 与 展 望34思考与展望针对山区管道巡检，开发了甲烷泄漏探测、地表变形激光检测、轻量双光吊舱等小型化机载检测设备，进一步开展红外光谱成像（OGI）、

小型合成孔径雷达等设备，形成系列化的机载设备。开发了基于卷积神经网络的目标自动算法、地表模型构建与异常识别等方法，实现了沿线异常事件的在线识别、历史数据自动比对，不断丰富和深化海量巡检数据处理手段。开发了跨平台的无人机巡检综合管理系统，集成了日常巡检、实时监控、图像拼接、异常识别、泄漏探测、数据管理等功能，不断深化应用提升和完善。思考与展望针对山区管道巡检，开发了甲烷泄漏探测、地表变形激光35思考与展望复杂地形条件长航时巡检要求无人机系统具备更高可靠性和稳定性地灾、水保、施工、泄漏等场景多样，检测设备需要不断突破提升异常自动识别、海量数据比对、未来趋势预测的智能算法不断提升管道无人机巡检作业中坐标保密与安全问题需要关注和解决天空地一体化巡检技术融合集成，提高管道巡检智能化水平无人机巡检管理系统与管道完性管理平台的集成与交互“规范+装备+平台”的一体化解决方案思考与展望复杂地形条件长航时巡检要求无人机系统具备更高可靠性36复杂山区天然气管道无人机巡检技术及应用复杂山区天然气管道无人机巡检技术及应用37目

录Contents01山区管道巡检需求02专用巡检装备03智能分析平台0405应用情况思考与展望目录Contents02专用巡检装备03智能分析平台04应38山区管道巡检需求山区管道巡检需求39山区天然气管道巡检需求山区管道事故特点川气东送管道恩施段因降雨引发滑坡，导致天然气管道断裂爆燃中缅输气管道晴隆段因强降雨引发滑坡，导致天然气管道断裂爆燃深圳恒泰裕工业园人工堆土导致渣土受纳场堆填体坍塌滑坡，西气东输管道受损断裂山区天然气管道巡检需求山区管道事故特点川气东送管道恩施段因降40山区天然气管道巡检需求地灾影响严重泥石流冲击导致管道弯曲变形洪水冲刷黄土坍塌导致管道裸露悬空地震逆冲断层导致管道弯折破坏堤坝水毁导致河流穿越管道裸露冲刷洪水冲刷导致管道漂浮冲断管道下方采煤导致地面塌陷裂缝采空沉陷严重威胁附近埋地管道山区天然气管道巡检需求地灾影响严重泥石流冲击导致管道弯曲变形41山区天然气管道巡检需求巡检需求分析日常巡检泄漏探查地灾识别应急处置施工管理汛期监查1、微泄漏扫查2、泄漏区域定位1、滑坡2、沉降3、水毁4、崩塌……监测识别监测对象适用范围主要技术地质灾害调查各类灾害各类灾害地灾勘查、风险识别地表位移监测地表变形各类地表活动GPS、大地测量、近景测量地下位移监测地下变形边坡及断层测缝、钻孔位移计及倾斜应力应变监测管道、土体各类灾害管道应力、应变计视频监测地表视频情况崩塌、滑坡视频监测振动监测土体、结构物地震、泥石流、滑坡、基础物振动计、分布式光纤遥感监测地表变形各类灾害卫星遥感、无人机遥感山区天然气管道巡检需求巡检需求分析日常巡检泄漏探查地灾识别应42山区天然气管道巡检需求机型及载荷配置多旋翼甲烷痕量遥测激光雷达合成孔径雷达可见光相机复合翼多轴相机大变焦相机激光雷达热成像仪山区天然气管道巡检需求机型及载荷配置多旋翼甲烷痕量遥测激光雷43专用巡检装

备专用巡检装备44专用巡检装备地质灾害地表微变形机载检测设备天然气泄漏天然气泄漏机载检测设备高稳轻量双光吊舱昼夜高清监测专用巡检装备地质灾害地表微变形机载检测设备天然气泄漏天然气泄45专用巡检装备地表微变形检测机载设备开发基于激光雷达的地表微变形机载检测技术，研制小型化机载设备，检测点频320kHz、质量3.6kg，配套开发点云解算软件，实现了150m范围内厘米级地表微变形检测，为无人机在地质灾害预警能方面提供专用装备及技术支撑。专用巡检装备地表微变形检测机载设备46专用巡检装备地表微变形检测机载设备激光雷达技术相较摄影测量数据精度、分辨率更高适应性强，不受云雾和光照等的影响满足地灾领域的多角度和多尺度研究山区三维点云激光雷达用于崩塌灾害危害性评价专用巡检装备地表微变形检测机载设备激光雷达技术山区三维点云激47专用巡检装备地表微变形检测机载设备开发雷达、惯导及卫星定位数据组合方法并形成配套点云解算软件，基于开源软件Cloud

Compare开发多期数据智能对比插件，实现地表微变形的自动识别。专用巡检装备地表微变形检测机载设备48专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，开发适用于无人机搭载的小型化甲烷遥测装备。专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备49专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备开发基于TDLAS的天然气泄漏机载检测技术，研制小型化天然气机载遥测仪，响应时间小于0.1s、质量460g，配套开发嵌入式及地面站控制软件。测试可实现120m外甲烷泄漏识别（20ppm·m）。专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备50专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备静态测试表明，虽然受大气湍流、温度、干涉等因素影响，能够反映检测区域天然气浓度高低。动态探查试验表明，虽然现场风速较大，环境中天然气稀释严重，悬停和巡航检测仍可灵敏检测天然气，快速识别和定位泄漏区域。专用巡检装备天然气泄漏机载检测设备51专用巡检装备高稳轻量双光吊舱针对长距离、夜间、雾天等管道巡检场景，设计开发适用于固定翼无人机的可见光-红外双光吊舱，实现了10倍光学变焦可见光相机和红外热成像仪，能够在固定翼、复合翼无人机高速巡检下保持稳定拍摄。结合软件平台，可对大型车辆、第三方施工、打孔盗油等异常情况全天监测预警。日间影像（可见光）夜间影像（红外热成像）专用巡检装备高稳轻量双光吊舱日间影像（可见光）夜间影像（红外52专用巡检装备高稳轻量双光吊舱采用简化流场模型计算附加转矩，完成吊舱稳定方案设计。结合高频减振系统构建高精度陀螺稳定平台，实现双光吊舱在无人机高速巡检状态下的图像视频稳定，瞄准线稳定精度达1mrad，有效抑制帧内模糊，为实时监控及可疑目标智能识别提供稳定画面。附加转矩计算结果角度方案1转矩

(N·m)方案2转矩

(N·m)-90°0.0008-0.0016-70°0.00400.0044-50°0.0025-0.0049-30°-0.0027-0.0150-10°-0.0028-0.01140°-0.0002-0.002120°-0.00120.0163转角-附加转矩曲线图设计方案及简化流场模型专用巡检装备高稳轻量双光吊舱附加转矩计算结果方案1方案2-953巡检管理系

统巡检管理系统54异常目标在线智能识别基于卷积神经网络算法实现目标物智能识别。建立目标样本集，通过机器学习，对车辆、挖掘机、工程装备等活动目标，以及对滑坡、冲沟、地裂缝、塌陷等地质灾害进行智能识别。巡检管理系统异常目标在线智能识别巡检管理系统55地表模型多期智能分析开发地表模型多期智能分析技术，通过建立基于坐标驱动的两期格网做差处理方法、两期地表模型高程变化区域自动检测及自动分割技术，统计变化区域得到两期异常区域识别结果。巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异值分解相位相关法图像配准图像做差处理得到显著差异区显著差异区相似度分析人工确认上报预警地表模型多期智能分析巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异56正摄影像多期智能分析开发正摄影像多期智能分析技术，通过建立基于Harris角点的开发两期正摄影像配准方法、变化区域自动检测方法及变化区域纹理分析判定方法，可实现两期异常区域识别。巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异值分解相位相关法图像配准图像做差处理得到显著差异区显著差异区相似度分析人工确认上报预警显著差异区角点提取NCC粗匹配RANSAC精匹配欧氏距离相似度1相似度2相似度正摄影像多期智能分析巡检管理系统基于GPS的数据粗配图像奇异57巡检管理系统管道无人机巡检管理平台巡检业务管理巡检飞行监控在线智能识别历史数据比对人员管理巡检计划、空域、飞行路径设备综合管理飞机和载荷入库、使用、维修及任务配置飞手、业务及管理人员图像实时拼接、目标动态识别飞行姿态、地面影像、载荷自动比对、智能识别分析平台功能设计综合展示巡检流程综合管理其他功能GIS底图巡检历史巡检任务机型载荷巡检飞行数据处理预警管理维修保险巡检规范平台权限UI界面可扩展性展示管道全局走向；正在巡检的无人机巡检公里、巡检结果的年月日图形统计日常巡检；泄漏检测；灾害识别；应急救援机型、载荷的技术参数及推荐使用场景航线规划；实时监管；实时进行数传、图传数据存储；数据分析；形成多样化报表巡检过程中的实时预警；报表辅助预警机型载荷的检查、评估维修、保险管理巡检规范的文件管理工作流和权限的分配图形设计；交互设计无人机飞控系统；智能化管线管理系统总体设计巡检管理系统管道无人机巡检管理平台巡检业务管理巡检飞58图像自动拼接工具图像智能识别工具图像比对分析工具检前管理飞手管理无人机管理任务载荷管理设备配置管理虚拟设备管理空域申请管理检中管理飞行轨迹显示危险目标预警日常巡检管理泄漏巡检管理灾害识别管理应急救援管理检后管理飞行记录管理历史视频回放历史飞行轨迹离线图像分析预警信息管理巡检报告导出基础管理底图管理用户管理角色管理权限管理日志管理数据统计飞控即时通讯工具核心功能：4管理模块+1辅助工具+3专业工具巡检管理系统图像自动拼接工具图像智能识别工具图像比对分析工具检前管理飞手59基于B/S的跨平台架构，兼容全机型接入，并实现多端应用。智能分析平台基于B/S的跨平台架