贾鑫 井煜晖 王帅 刘岩 张博阳 贾永强

国家管网集团西北公司西安输油气分公司

 

摘要：针对油气管道里程长、地形复杂、人工巡线效率低、传统无人机作业半径受限等问题，本文聚焦大疆御 3T 无人机核心技术优化升级，通过加装 DJI Cellular 4G 模块、图传增强技术并升级高容量电池，以管道走向为预设航线、阀室为起降点，经空管报备后实现每日长距离自主巡检，彻底解决传统无人机信号与续航短板。配合定期管道上方徒步巡线、专业管道外检测，与光纤预警、视频摄像头系统实现数据联动与响应，构建长距离、多维度巡检体系。该技术优化方案核心设备成本仅4～5万元，较智能无人机库降低93.6%以上；依托红外摄像实现昼夜监控，有效识别第三方施工与打孔盗油隐患，为管道长距离巡检提供核心技术支撑。

关键词：无人机技术优化；长距离巡检；DJI Cellular 4G 模块；图传增强技术；红外巡检

 

国家管网集团西北公司西安输油气分公司所辖油气管道穿越山地、冲沟、台塬田等复杂地形，途经陕西关中区域，沿线第三方施工活动频繁，高后果区密集，打孔盗油、地质灾害等风险突出，管道运维管控难度大。传统人工巡线存在效率低、盲区多、夜间巡检能力不足等痛点，单一的技防手段也难以实现管道全生命周期、全场景的安全防护；智能无人机库可实现自动化巡检，但单套成本80～100万元以上，大规模推广难度大，且固定机库飞行半径仅覆盖机库两侧各10公里管段[1]。

大疆御3T无人机轻便灵活、负载能力强，但原生配置存在明显短板：仅依靠遥控器图传信号，作业半径受限，有效飞行距离仅3～5公里，无法满足长距离、广覆盖巡检需求等。为此，围绕该型无人机开展通信、续航、图传三大技术改造，突破飞行距离与作业时效限制，单日累计飞行距离可达150～300公里，形成适配油气管道的长距离无人机巡检模式。

1  核心技术优化与巡检体系应用

1.1  无人机核心设备优化配置

针对大疆御3T无人机进行三大关键配置优化，全面提升长距离巡检能力。

巡检核心平台：沿用大疆御3T无人机，搭载非制冷氧化钒热成像相机，红外波长8～14微米，可精准识别﹣20～150度温度异常，满足夜间打孔盗油红外监测需求[2]。

通信技术改造：加装DJI Cellular 4G模块（TD-LTE终端）+图传增强模块，替代原生遥控器图传，实现巡检数据实时回传，保障指挥中心同步监控，突破3～5公里半径限制。

续航技术改造：配备12000毫安扩容电池，基于锂电池放电特性，理论单块电池续航达50分钟，支撑长距离连续巡检作业[3]。

1.2  长距离巡检体系应用

（1）无人机巡检流程设计

依托优化后的无人机性能，构建阀室起降、固定航线、接力换电的长距离巡检模式。

航线规划：依据管道GPS数据，将管道走向设为固定自主航线，每50米设置1个拍摄点，全段无视觉盲区。

起降布局：利用沿线阀室作为固定起降与换电点，西气东输二线、三线阀室间距20～30公里，与无人机改造后续航完美匹配，实现“起飞—巡检—换电—复飞”闭环作业。

合规管控：按照《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》，飞行高度控制在120米以内，提前1日向空管部门报备，固定航线申请长期飞行许可备案。

换电模式：采用“人工换电+电池轮换充电”方式，每个阀室配置2组备用电池，单人次换电仅需2分钟，保障每日长距离连续巡检（图 1）。

图 1 阀室无人机人工换电后起飞

（2）多方式巡检配合机制

徒步巡线配合：以无人机每日全覆盖巡检为核心，规划管道上方徒步巡线路线与周期，对无人机巡检中因地形遮挡形成的疑似盲区、数据异常点位，由巡线人员进行现场徒步核查；徒步巡线周期按管道地形复杂度、风险等级划分，实现“空中巡检+地面核查”的互补。

管道外检测配合：将无人机巡检数据作为管道外检测的重要参考，专业外检测工作按行业规范定期开展，针对无人机巡检中发现的管道周边环境变化、温度异常、第三方施工扰动等区域，提前纳入外检测重点排查范围，提升外检测的针对性与效率；外检测结果同步反馈至无人机巡检系统，优化无人机航线拍摄重点与隐患识别标准。

（3）多系统联动响应机制

光纤预警联动：当光纤预警系统检测到管道周边有异常振动、挖掘等信号并发出预警时[4]，指挥中心立即触发无人机巡检响应，调取预警区域周边预设航线，派遣无人机前往该区域进行高清航拍与红外测温，实现“预警—空中核实”的快速联动，同时调取相关管段的光纤预警系统瀑布图，为预警等级判定提供依据。

视频摄像头联动：整合管道沿线现有视频摄像头资源，将摄像头监测盲区与无人机航线进行精准衔接；当摄像头捕捉到管道周边可疑人员、车辆、施工行为时，联动无人机前往该区域进行全方位、近距离巡检，弥补摄像头固定视角的不足；无人机巡检发现的隐患点位，可联动指挥中心调取周边摄像头画面，实现对隐患的持续跟踪。

应急处置闭环：多系统、多方式发现隐患后，由指挥中心统一调度，将无人机、徒步巡线、光纤预警、视频摄像头的相关数据整合分析，判定隐患等级，下达处置指令，确认隐患消除，形成“发现—核实—处置—复查”的全流程应急闭环。

2  技术优化方案应用成效分析

2.1  长距离巡检能力突破

通过通信、续航、图传三大技术优化升级，无人机巡检能力实现质的提升。

覆盖范围翻倍：原生3～5公里半径限制被打破，单日可完成150～300公里管段巡检，覆盖能力提升30～60倍。

地形适配性增强：无人机全向避障系统（前视探测0.5～200米）可应对山地、林地等复杂地形，改造后稳定飞行，无信号中断风险。

全时段作业：红外摄像+4G实时传输，实现白天高清巡检、夜间红外测温，24小时无间断监控[2]。

2.2  安全隐患精准识别

依托优化后无人机的红外与长距离传输能力，隐患识别效率显著提升（图 2）。

图 2 无人机巡检航拍画面

第三方施工监测：航拍视角+红外测温”可提前发现管道周边施工扰动，试运行期间累计识别第三方施工42起，处置响应时间由原来的至少30分钟缩短至5分钟。

夜间防盗监测：红外热成像精准捕捉管道异常热源，解决夜间人工巡线盲区，有效防范打孔盗油行为[2]。

2.3  成本效益分析

本次技术优化方案核心设备总成本5.1万元（御3T机身3.8万元+4G模块0.1万元+10组扩容电池1.2万元），较智能无人机库（80～120万元/套）成本降低93.6%以上[1]。

人力与资质成本：需管道无人机操作人员考取国家无人机操作执照，负责无人机起降、换电与现场保障，证件考取费用每人约5000元；而智能无人机库为无人值守模式，无需现场人力。即便叠加人力成本，本方案年均总投入仍不足8万元，全生命周期成本仅为智能无人机库的6%～10%，且覆盖范围远超固定机库，综合经济效益优势显著。同时，优化方案无需新增其他硬件，依托现有管道阀室布局即可落地，减少车辆高频巡检，降低碳排放，兼顾环保与社会效益。

3  结论

大疆御3T无人机通过4G通信、图传增强、高容量电池三大技术优化升级，彻底突破原生机型飞行距离短、信号覆盖有限的短板，实现了低成本、长距离、全时段的油气管道无人机巡检模式。该模式以阀室为接力点、固定航线为核心，实现150～300公里单日连续巡检，解决了长距离管道巡检的续航与覆盖难题；红外摄像与4G实时传输技术，为隐患识别提供核心支撑[2]。

通过“空中+地面”多种巡检方式配合，弥补了单一巡检方式的盲区与短板；通过光纤预警、视频摄像头与无人机的应急联动，实现了隐患的快速发现、精准核实与高效处置[4]；形成了长距离、多维度巡检体系。

该技术优化方案设备成本仅为智能无人机库的4%～6%，覆盖范围与作业灵活性远超固定机库，客观考量阀室人力投入后仍具备显著的成本优势，有效弥补了传统无人机与智能机库的双重短板，兼顾经济、环保与安全效益，为能源管道长距离巡检提供了可复制、可推广的技术改造路径[1]。未来可融合AI图像识别技术，进一步实现隐患自动识别，推动管道巡检智能化升级。

 

参考文献：

[1]张勇，李洋，高伟.无人机技术在油气管道巡检中的应用与发展[J]. 石油机械，2022，50 (08)：121-128.

[2]周明辉，李剑，张鹏.红外热成像技术在管道安防隐患检测中的应用[J]. 红外技术，2021，43 (05)：476-481.

[3]张立超，王颖，刘杰.民用无人机续航优化技术研究进展[J]. 航空工程进展，2022，13 (03)：65-76.

[4]刘艳秋，王健，陈明.光纤预警系统在油气管道安防中的应用研究[J].光通信技术，2020，44 (11)：45-48.

 

作者简介：贾鑫，1989 年生，毕业于西安石油大学，工学学士，高级工程师，主要从事管道保卫、完整性管理、管道腐蚀防护管理、工程管理等工作。联系方式：18192933126，529219281@qq.com。