發(fā)表時(shí)間： 2025-03-25 11:55:17
作者： 石油化工設(shè)備維護(hù)與檢修網(wǎng)
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隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人智能化水平越來(lái)越高，智能巡檢機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展。油田站點(diǎn)中的油氣管道多采用人工巡檢和視頻巡檢相結(jié)合的方式，存在效率低、受天氣和人為因素影響等問題。
通過研究油氣管道無(wú)人化巡檢發(fā)展歷程，巡檢機(jī)器人原理方案以及巡檢過程中潛在問題，提出合理化建議，解決巡檢機(jī)器人應(yīng)用過程中的痛點(diǎn)，使現(xiàn)存激光導(dǎo)航、溫度聲音光線檢測(cè)、紅外熱成像、自主充電等技術(shù)更加成熟，提高油氣管道檢測(cè)的智能化水平。油氣管道是生產(chǎn)、處理和儲(chǔ)運(yùn)石油的管道。油田巡檢是油田生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)油田生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用。
目前，應(yīng)用廣泛的是人工巡檢和視頻監(jiān)控相結(jié)合的方式，最終由工作人員檢查管道泄漏情況。然而，人工巡檢和視頻巡檢有很大的弊端。人工巡檢勞動(dòng)力度大，而且天氣的影響和人為情緒因素的干擾對(duì)巡檢都會(huì)造成一定的影響。視頻巡檢存在盲區(qū)，很難全方位覆蓋，此外，攝像頭數(shù)量多且連接復(fù)雜，出現(xiàn)電路故障就會(huì)導(dǎo)致巡檢出現(xiàn)問題，維修起來(lái)也不方便。本文介紹了智能巡檢機(jī)器人發(fā)展的過程、功能簡(jiǎn)述以及所涉及的核心技術(shù)。
一、智能巡檢機(jī)器人概述
智能巡檢機(jī)器人是巡檢系統(tǒng)最終的執(zhí)行平臺(tái)，在執(zhí)行任務(wù)過程中發(fā)揮重要作用，可以代替人工完成巡檢工作。
智能巡檢機(jī)器人大多采用智能移動(dòng)四驅(qū)底盤作為框架，結(jié)合GPS技術(shù)，充分融合自主導(dǎo)航、通信、自主控制、自主充電等技術(shù)的多功能智能機(jī)器人。它的應(yīng)用場(chǎng)合具有多元化的特點(diǎn)，如日常巡檢、定點(diǎn)檢查、高清檢查等，智能巡檢機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
它的驅(qū)動(dòng)方式多種多樣，目前使用最廣泛的是輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人，輪式機(jī)器人采用四輪驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)速度較快；履帶式機(jī)器人具有一定的越障能力。智能巡檢機(jī)器人通常由攝像頭、多種傳感器、探測(cè)器以及輔助設(shè)備等組成。在激光傳感器的幫助下能夠?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)定位的功能。借助紅外熱成像儀，能夠形成準(zhǔn)確的熱成像圖像，對(duì)異常情況實(shí)時(shí)檢測(cè)，避免發(fā)生故障。自主充電技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助巡檢機(jī)器人在工作前自主充電，減少了人為干預(yù)。
巡檢機(jī)器人在油氣管道具體的工作流程為：利用高清攝像頭拍攝視頻和圖片，進(jìn)行云臺(tái)的存檔；同時(shí)，利用紅外測(cè)溫儀，測(cè)量溫度的變化，方便工作人員找出問題的所在，避免發(fā)生故障；通過甲烷檢測(cè)儀，發(fā)現(xiàn)甲烷泄漏的區(qū)域，方便工作人員及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，減少損失。
圖1 巡檢機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖
二、油氣管道智能巡檢機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
關(guān)于智能巡檢機(jī)器人的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行了許多嘗試。智能巡檢機(jī)器人在某些領(lǐng)域應(yīng)用比較成功且廣泛，例如電力行業(yè)。
2003年，有日本學(xué)者提出智能巡檢機(jī)器人的方案，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)和模擬，證明了其可行性。隨后幾年，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行有效紅外測(cè)溫的智能巡檢機(jī)器人投入使用，并取得預(yù)定成效，開啟了巡檢機(jī)器人研究的序章。之后越來(lái)越多的傳感器被加入巡檢系統(tǒng)之中。
2018年，中國(guó)石油首臺(tái)智能巡檢機(jī)器人在長(zhǎng)慶油田投入使用，該設(shè)備采用電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)，配備有360°旋轉(zhuǎn)的攝像頭，搭載有氣體采集裝置和聲音采集器，可以實(shí)現(xiàn)氣、聲、光的同時(shí)采集，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化報(bào)警。中衛(wèi)站研發(fā)的第二代智能巡檢機(jī)器人，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效測(cè)溫并發(fā)出警報(bào)等功能。
西安市油氣田智慧裝備工程中心的第二代5G激光機(jī)器人，利用激光導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)正確導(dǎo)航路徑選擇，安裝有紅外甲烷檢測(cè)裝置檢測(cè)甲烷含量，并裝配有攝像頭和紅外熱成像儀準(zhǔn)確記錄儀表讀數(shù)，巡檢機(jī)器人將采集的數(shù)據(jù)存檔至內(nèi)存，然后上傳到后臺(tái)控制系統(tǒng)。
三、油氣管道智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用效果
一是節(jié)約成本。智能巡檢機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航、自主巡查、自主充電、全天24小時(shí)巡查，大幅降低成本、提高了效率。
二是增大監(jiān)督力度，人工巡檢很難避免員工偷懶和帶著情緒上班等情況，利用機(jī)器人代替人工，有效解決了員工偷懶等問題。
三是工作高效穩(wěn)定。智能巡檢機(jī)器人裝備有智能檢測(cè)裝置，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)泵、管道、儲(chǔ)油裝置等，人工不便到達(dá)的地方進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到持續(xù)、穩(wěn)定和實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)情況，檢測(cè)效果更加穩(wěn)定。
四是安全性高。采用特殊材料的防爆機(jī)器人代替人工進(jìn)行巡檢，有效避免了人為事故的發(fā)生，使安全性顯著提高。
四、油氣管道智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的問題
（一）充電問題智能巡檢機(jī)器人開展巡檢工作時(shí)，主要利用各種傳感器，當(dāng)感知周圍有障礙物時(shí)，能夠自動(dòng)規(guī)避。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中還不夠成熟。巡檢機(jī)器人對(duì)前進(jìn)過程中遇到的障礙物無(wú)法精細(xì)地感知，比如，當(dāng)它在前進(jìn)過程中遇到雜草等，就會(huì)對(duì)前進(jìn)過程造成一定的影響。如果工作人員不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成巡檢機(jī)器人滯留，直到電量耗盡。智能巡檢機(jī)器人遭遇不良天氣情況，會(huì)信號(hào)中斷，還會(huì)發(fā)生撞上設(shè)備以及和不同路線巡檢機(jī)器人發(fā)生互撞等情況。一旦發(fā)生相撞，僅僅依靠巡檢機(jī)器人自己無(wú)法修正計(jì)算到正確路線，直到電力耗盡被工作人員發(fā)現(xiàn)。
（二）測(cè)溫問題。在對(duì)油氣管道進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，巡檢機(jī)器人會(huì)按照既定路線進(jìn)行巡檢，對(duì)設(shè)備和非設(shè)備分辨界限不是很清晰，而且受季節(jié)和天氣影響，巡檢機(jī)器人檢測(cè)溫度相比于實(shí)際溫度有較大差異。巡檢機(jī)器人在工作過程中的一些問題正逐步被解決，如重新確定檢測(cè)單元的距離，使巡檢機(jī)器人與設(shè)備之間的距離更加精確，紅外攝像頭只要達(dá)到一定的距離就會(huì)自動(dòng)鎖定。但是，這種方式無(wú)法像人一樣進(jìn)行360°巡檢。進(jìn)行溫度比對(duì)，而且油氣管道不但設(shè)備較多，而且道路復(fù)雜，巡檢機(jī)器人受到天氣和電池容量續(xù)航問題的影響，對(duì)設(shè)備的溫度達(dá)不到精確測(cè)量的效果。
五、油氣管道智能巡檢機(jī)器人在使用中的優(yōu)化措施
（一）系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。為了方便數(shù)據(jù)采集，反饋更加準(zhǔn)確、更加及時(shí)，將智能巡檢機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與儀表盤讀數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)。通過將這兩種系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)對(duì)接，只要巡檢機(jī)器人對(duì)應(yīng)確定電表標(biāo)號(hào)進(jìn)行檢索，在系統(tǒng)中就會(huì)查詢到特定信息，相比之前更加快捷高效。另外可以提升巡檢機(jī)器人的視覺系統(tǒng)，增強(qiáng)巡檢機(jī)器人對(duì)周圍設(shè)備識(shí)別和鎖定的能力。針對(duì)常見表盤，如壓力表、溫度表和常用閥門和柱塞等的位置信息和狀態(tài)信息，后臺(tái)可以自動(dòng)分析處理。同時(shí)，還可以自動(dòng)生成檢查記錄，方便檢查。
（二）充電優(yōu)化。對(duì)智能巡檢機(jī)器人自主充電進(jìn)行優(yōu)化，需要解決的問題有兩個(gè)：一是充電方式的問題，二是路徑選擇和巡檢機(jī)器人視覺識(shí)別問題。通過多種充電方式組合的方式作為電源的備選方案，防止電量耗盡。智能巡檢機(jī)器人可以采用搭載太陽(yáng)能充電裝置和固定充電樁相結(jié)合的方式，當(dāng)遇到突發(fā)情況無(wú)法回到固定充電樁時(shí)，搭載的太陽(yáng)能充電板能夠發(fā)揮作用，進(jìn)行自主充電，減少事故率。加強(qiáng)巡檢機(jī)器人視覺系統(tǒng)的識(shí)別，讓其更加智能，做到自主規(guī)避。設(shè)置多條備選路徑，按照優(yōu)先級(jí)結(jié)合電量做到最優(yōu)路徑規(guī)劃，完成巡檢任務(wù)。
（三）運(yùn)動(dòng)方式優(yōu)化。智能巡檢機(jī)器人采用AGV導(dǎo)航方式中的激光傳感導(dǎo)航。激光反射技術(shù)是通過激光掃描周圍設(shè)備，得到不同反射光的接收時(shí)間，進(jìn)而推算出巡檢機(jī)器人與設(shè)備之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)精確定位，此方法是定位準(zhǔn)確，平行性好。驅(qū)動(dòng)方式上選擇靈活，可根據(jù)不同的環(huán)境條件，采取履帶式和輪式組合并自由切換的方式。在平坦的路面上，選擇輪式驅(qū)動(dòng)，提高速度，工作效率提高；在崎嶇的路面上，選擇履帶式驅(qū)動(dòng)方式，有效避免了運(yùn)行過程中的卡殼現(xiàn)象，保證巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過程中平穩(wěn)前行，進(jìn)而提高智能巡檢機(jī)器人的工作效率。
六、結(jié)論與認(rèn)識(shí)
隨著技術(shù)的發(fā)展，智能巡檢機(jī)器人技術(shù)越來(lái)越成熟，在油氣管道的應(yīng)用更加廣泛。油田智能巡檢機(jī)器人能夠以全自動(dòng)的方式運(yùn)行外部設(shè)備檢測(cè)、GPS定位、紅外線檢測(cè)以及溫度檢測(cè)等；集成了場(chǎng)站的數(shù)據(jù)管理，方便了場(chǎng)站的數(shù)據(jù)分析并提供決策支持；提高了油氣管道的智能化水平，減少了工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)；提高了效率，減小了發(fā)生事故的可能性。其憑借較高的效率和穩(wěn)定的工作方式越來(lái)越受行業(yè)工作人員的重視，其廣泛使用是油氣行業(yè)智慧油田發(fā)展的必然趨勢(shì)。
作者：牟曉亮 李文斌 章斌，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司
來(lái)源：中國(guó)儲(chǔ)運(yùn) . 2025 (01)
