發(fā)表時間： 2025-03-25 11:55:17
作者： 石油化工設備維護與檢修網(wǎng)
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隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機器人智能化水平越來越高，智能巡檢機器人技術(shù)不斷發(fā)展。油田站點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人化巡檢發(fā)展歷程，巡檢機器人原理方案以及巡檢過程中潛在問題，提出合理化建議，解決巡檢機器人應用過程中的痛點，使現(xiàn)存激光導航、溫度聲音光線檢測、紅外熱成像、自主充電等技術(shù)更加成熟，提高油氣管道檢測的智能化水平。油氣管道是生產(chǎn)、處理和儲運石油的管道。油田巡檢是油田生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，它對油田生產(chǎn)起到至關重要的作用。
目前，應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。人工巡檢勞動力度大，而且天氣的影響和人為情緒因素的干擾對巡檢都會造成一定的影響。視頻巡檢存在盲區(qū)，很難全方位覆蓋，此外，攝像頭數(shù)量多且連接復雜，出現(xiàn)電路故障就會導致巡檢出現(xiàn)問題，維修起來也不方便。本文介紹了智能巡檢機器人發(fā)展的過程、功能簡述以及所涉及的核心技術(shù)。
一、智能巡檢機器人概述
智能巡檢機器人是巡檢系統(tǒng)最終的執(zhí)行平臺，在執(zhí)行任務過程中發(fā)揮重要作用，可以代替人工完成巡檢工作。
智能巡檢機器人大多采用智能移動四驅(qū)底盤作為框架，結(jié)合GPS技術(shù)，充分融合自主導航、通信、自主控制、自主充電等技術(shù)的多功能智能機器人。它的應用場合具有多元化的特點，如日常巡檢、定點檢查、高清檢查等，智能巡檢機器人整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
它的驅(qū)動方式多種多樣，目前使用最廣泛的是輪式機器人和履帶式機器人，輪式機器人采用四輪驅(qū)動，移動速度較快；履帶式機器人具有一定的越障能力。智能巡檢機器人通常由攝像頭、多種傳感器、探測器以及輔助設備等組成。在激光傳感器的幫助下能夠?qū)χ車h(huán)境進行探測，實現(xiàn)定位的功能。借助紅外熱成像儀，能夠形成準確的熱成像圖像，對異常情況實時檢測，避免發(fā)生故障。自主充電技術(shù)的應用，能夠幫助巡檢機器人在工作前自主充電，減少了人為干預。
巡檢機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，進行云臺的存檔；同時，利用紅外測溫儀，測量溫度的變化，方便工作人員找出問題的所在，避免發(fā)生故障；通過甲烷檢測儀，發(fā)現(xiàn)甲烷泄漏的區(qū)域，方便工作人員及時進行修補，減少損失。
圖1 巡檢機器人整體結(jié)構(gòu)圖
二、油氣管道智能巡檢機器人的研究現(xiàn)狀
關于智能巡檢機器人的研究，國內(nèi)外學者都進行了許多嘗試。智能巡檢機器人在某些領域應用比較成功且廣泛，例如電力行業(yè)。
2003年，有日本學者提出智能巡檢機器人的方案，并進行了相關實驗和模擬，證明了其可行性。隨后幾年，能夠?qū)υO備進行有效紅外測溫的智能巡檢機器人投入使用，并取得預定成效，開啟了巡檢機器人研究的序章。之后越來越多的傳感器被加入巡檢系統(tǒng)之中。
2018年，中國石油首臺智能巡檢機器人在長慶油田投入使用，該設備采用電動四輪驅(qū)動，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，可以實現(xiàn)氣、聲、光的同時采集，并能實現(xiàn)自動化報警。中衛(wèi)站研發(fā)的第二代智能巡檢機器人，具有實時監(jiān)控，有效測溫并發(fā)出警報等功能。
西安市油氣田智慧裝備工程中心的第二代5G激光機器人，利用激光導航技術(shù)，實現(xiàn)正確導航路徑選擇，安裝有紅外甲烷檢測裝置檢測甲烷含量，并裝配有攝像頭和紅外熱成像儀準確記錄儀表讀數(shù)，巡檢機器人將采集的數(shù)據(jù)存檔至內(nèi)存，然后上傳到后臺控制系統(tǒng)。
三、油氣管道智能巡檢機器人的應用效果
一是節(jié)約成本。智能巡檢機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主導航、自主巡查、自主充電、全天24小時巡查，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。智能巡檢機器人裝備有智能檢測裝置，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，對泵、管道、儲油裝置等，人工不便到達的地方進行實時檢測，得到持續(xù)、穩(wěn)定和實時的動態(tài)數(shù)據(jù)情況，檢測效果更加穩(wěn)定。
四是安全性高。采用特殊材料的防爆機器人代替人工進行巡檢，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器人在實際應用中的問題
（一）充電問題智能巡檢機器人開展巡檢工作時，主要利用各種傳感器，當感知周圍有障礙物時，能夠自動規(guī)避。這項技術(shù)在實際應用過程中還不夠成熟。巡檢機器人對前進過程中遇到的障礙物無法精細地感知，比如，當它在前進過程中遇到雜草等，就會對前進過程造成一定的影響。如果工作人員不及時發(fā)現(xiàn)，會造成巡檢機器人滯留，直到電量耗盡。智能巡檢機器人遭遇不良天氣情況，會信號中斷，還會發(fā)生撞上設備以及和不同路線巡檢機器人發(fā)生互撞等情況。一旦發(fā)生相撞，僅僅依靠巡檢機器人自己無法修正計算到正確路線，直到電力耗盡被工作人員發(fā)現(xiàn)。
（二）測溫問題。在對油氣管道進行測溫時，巡檢機器人會按照既定路線進行巡檢，對設備和非設備分辨界限不是很清晰，而且受季節(jié)和天氣影響，巡檢機器人檢測溫度相比于實際溫度有較大差異。巡檢機器人在工作過程中的一些問題正逐步被解決，如重新確定檢測單元的距離，使巡檢機器人與設備之間的距離更加精確，紅外攝像頭只要達到一定的距離就會自動鎖定。但是，這種方式無法像人一樣進行360°巡檢。進行溫度比對，而且油氣管道不但設備較多，而且道路復雜，巡檢機器人受到天氣和電池容量續(xù)航問題的影響，對設備的溫度達不到精確測量的效果。
五、油氣管道智能巡檢機器人在使用中的優(yōu)化措施
（一）系統(tǒng)聯(lián)動。為了方便數(shù)據(jù)采集，反饋更加準確、更加及時，將智能巡檢機器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與儀表盤讀數(shù)系統(tǒng)進行連接，實現(xiàn)機器人與監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)動。通過將這兩種系統(tǒng)的聯(lián)動對接，只要巡檢機器人對應確定電表標號進行檢索，在系統(tǒng)中就會查詢到特定信息，相比之前更加快捷高效。另外可以提升巡檢機器人的視覺系統(tǒng)，增強巡檢機器人對周圍設備識別和鎖定的能力。針對常見表盤，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，后臺可以自動分析處理。同時，還可以自動生成檢查記錄，方便檢查。
（二）充電優(yōu)化。對智能巡檢機器人自主充電進行優(yōu)化，需要解決的問題有兩個：一是充電方式的問題，二是路徑選擇和巡檢機器人視覺識別問題。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。智能巡檢機器人可以采用搭載太陽能充電裝置和固定充電樁相結(jié)合的方式，當遇到突發(fā)情況無法回到固定充電樁時，搭載的太陽能充電板能夠發(fā)揮作用，進行自主充電，減少事故率。加強巡檢機器人視覺系統(tǒng)的識別，讓其更加智能，做到自主規(guī)避。設置多條備選路徑，按照優(yōu)先級結(jié)合電量做到最優(yōu)路徑規(guī)劃，完成巡檢任務。
（三）運動方式優(yōu)化。智能巡檢機器人采用AGV導航方式中的激光傳感導航。激光反射技術(shù)是通過激光掃描周圍設備，得到不同反射光的接收時間，進而推算出巡檢機器人與設備之間的距離，從而實現(xiàn)精確定位，此方法是定位準確，平行性好。驅(qū)動方式上選擇靈活，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，提高速度，工作效率提高；在崎嶇的路面上，選擇履帶式驅(qū)動方式，有效避免了運行過程中的卡殼現(xiàn)象，保證巡檢機器人在運行過程中平穩(wěn)前行，進而提高智能巡檢機器人的工作效率。
六、結(jié)論與認識
隨著技術(shù)的發(fā)展，智能巡檢機器人技術(shù)越來越成熟，在油氣管道的應用更加廣泛。油田智能巡檢機器人能夠以全自動的方式運行外部設備檢測、GPS定位、紅外線檢測以及溫度檢測等；集成了場站的數(shù)據(jù)管理，方便了場站的數(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險；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。
作者：牟曉亮 李文斌 章斌，國家管網(wǎng)集團西氣東輸公司
來源：中國儲運 . 2025 (01)
