微小型多旋翼無人機在綜合管廊巡檢中的應(yīng)用探討

1、微小型多旋翼無人機在綜合管廊巡檢中的應(yīng)用探討摘要：傳統(tǒng)的綜合管廊在線監(jiān)控系統(tǒng)采用定點監(jiān)測，可能存在監(jiān)控盲區(qū)，是一 種固定式的被動監(jiān)控，需要運行人員頻繁進入廊內(nèi)進行巡檢工作，存在工作負荷 高、漏檢錯誤、人員安全保障等一系列的問題。對此，本文提出了利用微小型多 旋翼無人機進行綜合管廊智能巡檢，對其可實現(xiàn)的巡檢功能和關(guān)鍵技術(shù)進行了探 討和分析，并與智能巡檢機器人進行了比較，為綜合管廊主動巡檢提供了一種新 的方案。關(guān)鍵詞：綜合管廊監(jiān)控；多旋翼無人機；主動巡檢1引言隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市病問題日益嚴重，為了建設(shè)智慧城市， 實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，各地都在積極響應(yīng)國家政策啟動城市地下綜合管廊建設(shè)。

2、綜合管廊作為一種集地下管線于一體的城市重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市地下神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)”，其智慧化管理和建設(shè)是建設(shè)智慧城市的基礎(chǔ)，因此綜合管廊安全運行和運 營管理顯得尤為重要。綜合管廊內(nèi)存在的安全隱患主要有火災(zāi)、爆炸及有毒有害氣體等。綜合管廊 一般位于地下無人場所，火災(zāi)發(fā)生隱蔽，不易察覺，當人們發(fā)現(xiàn)著火時，一般都 經(jīng)過悶燒期并轉(zhuǎn)入劇烈燃燒階段，且綜合管廊環(huán)境封閉狹小，出入孔少，難以實 施有效撲救，一旦發(fā)生火災(zāi)將會造成嚴重的安全事故。綜合管廊各種管道設(shè)施長 期處于地下特殊環(huán)境，管廊內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，極大的危害著操作人員的安全及健 康狀況。因此，對綜合管廊進行有效監(jiān)控是保障綜合管廊有效運行的重要手段。隨著對此，本

3、文提出了一種新的綜合管廊主動巡檢方案，即利用微小型多旋 翼無人機（以下簡稱無人機）搭載傳感器實現(xiàn)綜合管廊智能巡檢，可以實現(xiàn)對綜 合管廊全方位無死角的監(jiān)控、有效彌補了在線監(jiān)控系統(tǒng)離散性分布的不足，將被 動防范變?yōu)橹鲃臃婪?，有效降低了事故發(fā)生的概率。2微小型多旋翼無人機特點和應(yīng)用無人機具有體積小、機械結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、使用成本低、可垂直起降、 定點懸停等優(yōu)點，在軍事、航空測繪、抗災(zāi)救援、農(nóng)業(yè)植保、森林消防、安防監(jiān) 控、電力巡線、影視航拍、交通量監(jiān)測、短距離運輸、物流快遞等各項任務(wù)。無人機不僅在室外得到廣泛的應(yīng)用，在室內(nèi)、隧道、城市樓宇等復(fù)雜環(huán)境工 作也成為首選。在特殊工作環(huán)境中，由于某些特殊原因

4、使工作人員很難或無法進 入室內(nèi)，利用無人機搭載相關(guān)設(shè)備代替工人執(zhí)行任務(wù)，如軍事竊取敵方機密、進 入隧道墻體監(jiān)視狀況、進入輻射強的室內(nèi)檢查設(shè)備、坍塌建筑物內(nèi)搜索生命體征、 警方監(jiān)視嫌疑犯等。3無人機開展綜合管廊智能巡檢隨著綜合管廊的大力建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步、傳感器的微型化、智能化發(fā) 展，利用無人機搭載智能傳感器實現(xiàn)綜合管廊動態(tài)巡檢成為可能。用于綜合管廊 智能巡檢的無人機包括由飛無人機平臺系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)和地面控制三大部分 組成。根據(jù)綜合管廊實際需求和管廊空間條件可以有選擇的進行信息采集和監(jiān)控。3.1可實現(xiàn)功能利用無人機開展綜合管廊智能巡檢可實現(xiàn)以下功能：（1）可見光視頻監(jiān)控：無人機可搭載攝像

5、機對綜合管廊進行日常巡視。如各 投料口、通風口是否損壞、百葉窗是否缺失、標識是否完整、管廊表面是否正常 等，通過圖像傳輸系統(tǒng)或管廊無線網(wǎng)絡(luò)將視頻實時傳輸給監(jiān)控中心。對于重點部 位可以懸停進行全方位錄像，實現(xiàn)綜合管廊各類設(shè)施設(shè)備運行情況全方位無死角 監(jiān)控。經(jīng)過各防火分區(qū)安全門時，監(jiān)控后臺可根據(jù)無人機巡檢位置開啟防火門， 也可加裝傳感器或通信模塊實現(xiàn)無人機自動開啟防火門。當有報警狀況時，無人 機可協(xié)助運行人員查看管廊實時情況，對報警進行可視化復(fù)核。（2）紅外測溫：無人機可搭載紅外測溫儀探頭，對管廊內(nèi)的電力、水力、通 信管線設(shè)施進行實施發(fā)熱情況分析，實現(xiàn)移動測溫。當溫度超過一定閾值時，觸 發(fā)火災(zāi)報警

6、。（3）溫濕度超限報警、有毒氣體超限報警：無人機可搭載溫濕度傳感器、對 綜合管廊各類管道表發(fā)熱情況、溫度、濕度環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)控；可搭載氣體檢測 傳感器，對綜合管廊中的02、CH4、CO、H2S等氣體濃度實時監(jiān)控，保障廊內(nèi)設(shè) 備和檢修人員的安全。（4）善后處理：當火災(zāi)等事故發(fā)生后，防火分區(qū)內(nèi)充斥有大量的煙霧、有毒 有害氣體，為避免對運行維修人員的傷害，可安排無人機進行事故善后巡檢，檢 測整個管廊處于安全狀態(tài)后，再安排運行維修人員進入，以保障人員和設(shè)備的安 全。3.2無人機與智能巡檢機器人比較雖然我國已有綜合管廊已引入智能巡檢機器人進行智能巡檢，但智能機器人 巡檢仍還存在很多問題，技術(shù)上尚不成熟。

7、無人機和智能巡檢機器人相比，具有 以下優(yōu)勢：（1）平臺成本低機器人平臺控制系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴，一般都在百萬以上；無人機平臺操控 簡單、價格便宜，幾千元左右，與機器人相比，無人機有很大的成本優(yōu)勢。（2）無需復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)和越障能力綜合管廊地下環(huán)境復(fù)雜，地面可能存在障礙物（如碎石塊、小土堆、積水 等），輪式機器人和履帶式機器人要求復(fù)雜的機械控制和越障結(jié)構(gòu)設(shè)計，實際應(yīng) 用中也會時常存在卡死、無法有效越障等問題，使用效果不理想。而無人機在管 廊空間飛行，無需考慮機械結(jié)構(gòu)和越障能力。（3）節(jié)省廊內(nèi)空間綜合管廊廊內(nèi)空間有限，與掛軌式機器人相比，無人機無需占用頂部空間。3.3關(guān)鍵技術(shù)3.3.1廊內(nèi)位姿估計技

8、術(shù)實現(xiàn)無人機在復(fù)雜環(huán)境條件下的應(yīng)用，首要解決的就是無人機的位姿估計 （定位問題）。目前，國內(nèi)外對無人機定位問題已經(jīng)有很多成果，但實現(xiàn)室內(nèi)、 隧道內(nèi)精準的定位，尚有一定的困難?；谀壳凹夹g(shù)，對于綜合管廊無人機的定位，可沿管廊加設(shè)基站實現(xiàn)1維的 定位，定位精度可達到十厘米甚至厘米級；管廊兩邊設(shè)置反光條，控制擺動幅度， 總體可達到1.5維的定位。綜合管廊巡檢道路較窄，一般會小于1.5米，如何實 現(xiàn)無人機在綜合管廊內(nèi)精準的定位和操控是無人機巡檢首要解決的問題。3.3.2高效動力技術(shù)無人機一般使用鋰電池作為動力，飛行時間一般在30分鐘左右，載重量在幾 百克到幾公斤6，目前市場上的無人機可支持5-6公里的

9、航程（包括往返），對 于長距離的綜合管廊，無人機無法進行一次性巡檢，可根據(jù)分區(qū)進行分段巡檢。 綜合管廊內(nèi)需監(jiān)控的對象很多，而無人機承載負載有限，若要搭載多種傳感器， 會使無人機續(xù)航時間縮短，甚至無法起飛。無人機的續(xù)航時間、載重量和動力系 統(tǒng)是制約無人機發(fā)展的一個重要因素。因此，研制更輕、更高效的動力系統(tǒng)、選 取質(zhì)量輕、低功耗的傳感器對無人機智能巡檢至關(guān)重要。4結(jié)論針對綜合管廊在線監(jiān)控系統(tǒng)被動監(jiān)測的特點，本文提出了利用無人機開展綜 合管廊主動巡檢，結(jié)合傳統(tǒng)的在線監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對綜合管廊全方位無死角的 監(jiān)控，實現(xiàn)了綜合管廊被動監(jiān)控和主動防范相結(jié)合，可以節(jié)省了運行維護人員的 工作量，又可以有效降低事故發(fā)生的概率，為綜合管廊安全運行提供了重要的保 障。由于綜合管廊所處環(huán)境十分復(fù)雜，目前利用無人機開展智能巡檢的一些關(guān)鍵 技術(shù)還不太成熟，實際應(yīng)用還存在一定的困難。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，困擾 無人機的難題將被逐一解決，在綜合管廊的大力建設(shè)中，無人機智能巡檢將將擁 有廣闊的市場空間。參考文獻羅家木陳雍君陳渝江等.基于5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智慧管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè) 計J.電子測量技術(shù).2007,40(4):12