王立航 李悦坚

武汉市燃气集团有限公司

摘要：随着城市化进程的加速，城镇燃气管网规模迅速扩张，原本位于城市边缘的管道逐渐被密集的建筑群和第三方施工包围，形成了典型的动态演化型高后果区。传统的“人+车”地面巡检模式在面对复杂的地理环境和空域管制时，已难以满足高效、全覆盖的安全监管需求。本文结合武汉市现状，重点探讨了在特定环境下（如空域限制、复杂植被、AI误报等）无人机在城镇燃气管道巡检中存在的难点问题和应用无人机巡检需解决的关键问题。指出聚焦行为识别、分级管控、闭环优化是有效提升无人机巡检技术的三大方向，将为武汉城市燃气安全运行提供有力支撑。

关键词：无人机；城镇燃气；管道巡检；高后果区；AI识别；分级管控

随着我国城市化进程的加速，城镇燃气管网规模持续扩大，管道安全运行面临日益复杂的外部环境挑战。特别是在武汉等快速发展的特大城市，原本位于城市边缘的燃气管道逐渐被新建城区、密集建筑群和频繁的第三方施工活动包围，高后果区范围不断扩大，传统人工巡检模式已难以满足高效、精准、全覆盖的安全监管需求。

传统的“人+车”地面巡检方式暴露出明显短板：巡检视野受限、覆盖周期长、人力成本高、夜间及复杂地形作业困难等问题日益突出。与此同时，以多旋翼无人机为代表的小型无人航空器技术日趋成熟，具备灵活机动、视角广阔、可搭载多种传感器的优势，为破解上述难题提供了新的技术路径，并逐步应用于燃气管道日常管理中。

武汉三环线全长约91公里，10年前该区域外多数地段尚处于开发初期，人员活动稀少；而今，光谷片区、沌口经开区、后湖居住区等均已高度城市化，第三方施工扰动频发，成为典型的动态演化型高后果区（HCA）。面对特有的“江城”地理格局与“航空枢纽”双重身份，使得无人机巡检方案在落地时必须进行本地化部署。

1  燃气管道无人机巡检应用难点

尽管无人机技术已引入燃气巡检体系，但在实际应用中，其并非简单的“替代工具”，而是面临着与城市特有环境磨合的“阵痛期”。

复杂环境下的飞行稳定性难题。武汉复杂的地理微环境对飞行稳定性提出了极高要求。武汉多湖泊、湿地及高层建筑，容易产生江面大风和高楼风切变现象。尽管工业级无人机标称抗风等级可达6级，但在武汉核心区，由于高楼风切变导致的瞬间乱流往往超过仪器标定的稳态风速，导致无人机姿态失控、图传中断，甚至出现“炸机”风险。

空域管控下的巡检连续性挑战。武汉辖区内设有天河机场、军用机场及光谷广场等重大活动区域，无人机在靠近这些区域（如三环线周边部分管段）时，常触发报警被迫返航，导致巡检任务中断。

复杂施工场景下的AI识别误报。现有AI识别算法在施工场景下“水土不服”。当前的AI模型主要基于通用目标检测，虽然能识别出“有挖掘机”，但难以精准判断该机械是否正在进行危险的“挖掘动作”或“向管道移动”，导致误报率较高。

2  无人机巡检应用探索中的关键问题分析

在燃气管道试点应用无人机巡检过程中，存在4个关键问题。

飞行模式单一，缺乏智能变轨能力。目前主流无人机执行任务时多采用预设航线、恒定高度飞行，无法根据实时发现的目标动态调整飞行轨迹。例如，当AI初步识别到疑似施工机械时，无人机不能自主决策上升至更高空域获取全景图，或下降至低空进行细节拍摄确认。这种“一刀切”式的飞行逻辑限制了隐患识别的准确性与深度。

AI 识别停留在“是什么”，尚未实现“做什么”的行为判断。当前AI算法主要基于目标检测模型（如YOLOv8、Faster R-CNN）实现对特定物体的分类识别，能准确分辨“是否为挖掘机”“是否有人员聚集”等现象。然而，对于“是否正在挖掘”“是否启动旋转钻头”“是否向管道方向移动”等动态行为尚无可靠识别能力，这导致误报率可能增加。

复杂植被遮蔽环境下巡检失效。在东湖高新区、黄家湖大学城等绿化覆盖率高的区域，地下燃气管道上方常被茂密树林或灌木丛覆盖。无人机航拍图像无法穿透植被观察地面情况，传统视觉识别可能失效。此时需辅以地面人工巡查或其他手段，削弱了无人机的替代价值。

人机交互流程冗长，闭环管理效率偏低。当前工作流程通常为：无人机采集→视频回传→后台AI初筛→人工复核→派单至班组→现场核查→反馈结果。整个过程耗时较长，尤其在AI识别不准的情况下，一线员工需花费大量时间在屏幕前甄别无效信息，反而增加了基层负担，违背了减负增效的初衷。

3  展望与提升方向

针对上述问题，结合城镇燃气管道的实际运行环境，未来应在以下三个方面进行重点突破，推动无人机系统由“工具化”向“智能化”升级。

引入行为识别算法，实现由“静态识别”向“动态预判”。引入动作识别算法（Action Recognition）、时空序列分析（如3D CNN、Transformer）等先进技术，通过对连续帧图像中机械臂运动轨迹、旋转频率、作业方向的分析，判断其是否正在进行开挖、钻探等危险操作。同时结合GPS轨迹追踪，预测其是否会进入管道保护范围，实现由“静态识别”向“动态预判”转变，让AI不仅能“看见”，还能“理解”。

建立基于管网特征的分级防护与管控标准。建议依据GB 50028―2006《城镇燃气设计规范》（2020年修订版）中关于安全间距的规定，建立三级防护圈，例如针对次高压管道：一级区（0～5米）：严禁任何动土作业，一旦发现即刻报警；二级区（5～15米）：允许轻型作业，但需备案，无人机加强监控；三级区（15～30米）：重点关注重型机械接近趋势，提前介入沟通。不同区域设置差异化告警阈值与响应级别，避免“狼来了”效应。

推动边缘计算，优化全流程闭环。采用边缘计算，使无人机在飞行中即可完成初步图像处理与风险筛查，仅将可疑片段上传云端，降低带宽压力与后台负荷。同时打通工单系统接口，实现告警信息自动派发、处理进度实时跟踪、闭环状态自动归档，真正实现全流程数字化管理。

无人机作为新一代智能巡检装备，在应对城市燃气管道外部环境剧变、提升高后果区管控能力方面展现出巨大潜力。实践表明，该技术在泄漏检测、施工监控、应急响应等方面已取得初步成效。然而，受限于当前AI识别能力、飞行控制灵活性及复杂环境适应性，其应用仍处于“辅助增强”阶段。未来应聚焦行为识别、分级管控、闭环优化三大方向，坚持问题导向、注重实效闭环，使无人机真正成为守护城市燃气生命线的“空中哨兵”。

作者简介：王立航，1992年生，硕士研究生，中级工程师，现任武汉市燃气集团有限公司高压输配分公司总经理助理，主要从事燃气管道完整性管理和安全管理工作。联系方式：18007144848，84863602@qq.com。