一种天然气管道泄漏无人机巡检系统的制作方法

1.本实用新型属于天然气管道巡检技术领域，具体涉及一种天然气管道泄漏无人机巡检系统。


背景技术：

2.天然气作为目前最具前途的清洁能源，具有环保、能效高等优点，是国民生活的重要能量来源，通常使用埋地管道被运输到全国各地，但是由于地底情况复杂，天然气管道因外部环境因素如地面塌陷、沉降变形和开裂等地质灾害或内部因素如服役时间过长的因素等导致输送管道管体拉伸、弯曲、剪切变形造成管道的泄漏，会导致天然气泄漏到大气中，不仅会造成资源浪费，也会污染环境，甚至可能引发爆炸、火灾等安全事故，对人们生命和财产造成巨大损失。
3.天然气管道日常巡检工作对于保证天然气在运输途中的安全具有重要意义。目前国内天然气管道巡检主要以人工巡检为主，恶劣的野外工作环境和长时间巡检工作时间等难以保证巡检效率，需要工人们拿着监测仪器逐个定点检测，监测的同时会伴有一定的安全隐患，效率也不高，若管道某处已经开始泄漏，由人力逐个检测，当到达泄漏点时已经泄漏很大量气体，造成严重的环境污染与能源浪费，长的输送管线也需要多人协作检查，非常不方便。
4.一种天然气管道输送漏气检测装置201821967197.6，包括支撑架，支撑架一侧设有管道，管道顶部设有滑轨，滑轨与顶部固定连接，管道顶部固定设有压力变送器和第一通讯模块，滑轨上设有定位巡检小车，定位巡检小车包括车体，车体内设有供电模块，车体顶部驱动导轮，车体顶部相对的四角均固定设有连接杆，连接杆的顶部一侧均通过转轴转动连接设有限位导轮，限位导轮与滑轨的顶部相切设置，车体底部固定设有天然气检测装置，车体的一侧固定设有第二通讯模块，第一通讯模块及第二通讯模块均内置控制单元。能够解决一些天然气管道输送漏气检测装置只是单纯间隔布置若干检测装置，当检测装置铺设密度大时，成本较高，当检测装置铺设密度小时，又无法准确定位具体的泄漏点，不利于快速维修的缺点，但是该方法监测效率偏低，不适宜大范围的连续快速巡检。


技术实现要素：

5.针对现有天然气管道泄漏人工巡检效率低、现有监测手段不适宜大范围的连续快速巡检等技术难题，本实用新型提供了一种天然气管道泄漏无人机巡检系统，通过无人机与管道线路之间的定位巡航，以及无人机搭载激光探头实现对管道泄漏的监测与天然气扩散范围的精确测量。
6.本实用新型的技术方案：
7.一种天然气管道泄漏无人机巡检系统，包括地面控制器和可沿被监测天然气管道自动飞行的无人机，所述无人机包括自动巡航装置、gps定位器、跟踪定位器、脉冲激光检测器、数据处理器和无线数据传输器；被监测天然气管道沿线设置gps定位块；
8.所述无人机上的gps定位器实时跟踪记录无人机坐标，并与天然气管道沿线的gps定位块响应；所述跟踪定位器与所述gps定位器连接，可自动识别天然气管道沿程路径，同时实时反馈无人机坐标；
9.所述自动巡航装置与所述跟踪定位器连接，用以结合管道的gps定位块与跟踪定位器，形成无人机沿管道的预定飞行工作轨迹；
10.所述脉冲激光检测器用于对无人机的沿程实时监测，并收集光谱数据图；
11.所述数据处理器分别与所述脉冲激光检测器和跟踪定位器连接，优选的，所述数据处理器还与所述gps定位器连接，数据处理器用于接收光谱数据图并判断管道是否泄漏以及记录无人机坐标，以形成天然气管道沿程飞行轨迹数据；所述无线数据传输器连接所述数据处理器与所述控制器；所述控制器接收无人机实时位置与检测光谱数据图。
12.所述自动巡航装置与所述数据处理器连接，一方面，所述飞行轨迹数据包括无人机飞行位置、泄漏检测数据和自动巡航状态；另一方面，所述飞行轨迹数据可同步反馈给所述自动巡航装置。
13.所述数据处理器包括报警装置，所述报警装置与所述无线数据传输器连接，用于向无线数据传输器发送报警信号。
14.所述脉冲激光检测器包括激光探头和色谱采集器，所述激光探头发射激光，以对无人机沿程的天然气管道进行实时检测；所述色谱采集器与所述数据处理器连接，用于收集反馈回来的色谱数据，并传输给所述数据处理器。
15.所述自动巡航装置与所述脉冲激光检测器连接，所述激光探头的角度可调节。
16.所述控制器包括显示器，所述显示器显示无人机实时位置与检测光谱数据图。
17.本实用新型的有益技术效果：
18.本实用新型的一种天然气管道泄漏无人机巡检系统，利用无人机与天然气管道之间的gps定位，使得无人机沿天然气管道进行自动巡航和检漏。该系统包括搭载自动巡航装置与gps定位器、能沿天然气管道自动飞行的无人机，以及地面控制器；所述无人机上安装有脉冲激光检测器、跟踪定位器、数据处理器与无线数据传输器，实时对管线进行检测。
19.所述无人机上gps定位器可与天然气管线上的gps定位块响应，保证无人机能够沿着埋地管线巡航。所述脉冲激光检测器用于检测天然气泄漏，优选的，包括激光探头与色谱采集器，激光探头沿途发射激光信号，色谱采集器用于收集返回的色谱。跟踪定位器可以定位管线位置，保证飞行方向正确，同时实时反馈无人机经纬度方位/坐标。数据处理器接收色谱采集器反馈的色谱图并进行判断以及记录无人机坐标，形成沿管线的天然气管道飞行轨迹数据。无线数据传输器通过无线通讯方式与控制器连接，反馈无人机上通过数据处理器处理后的数据。自动巡航装置结合管道的gps定位块与跟踪定位器，接收管道位置信息，并据此规划无人机的飞行线路，调整飞行方向以及飞行速度，形成无人机的预定沿管道飞行工作轨迹。地面控制器，可以接受无人机检测实时位置与检测光谱数据图，根据光谱检测结果，派遣工作人员进行抢险救援。
20.优选的，优选的，所述自动巡航装置可自动更改无人机飞行状态。所述自动巡航装置与所述数据处理器连接，一方面，所述数据处理器可以接收跟踪定位器、脉冲激光检测器和自动巡航装置的实时数据，能够将无人机飞行位置、泄漏检测数据、自动巡航状态这三种数据整理为轨迹数据，然后数据处理器将数据传输给无线数据传输器，从而通过无线数据
传输器传送给所述控制器。另一方面，所述数据处理器得到的轨迹数据可同步反馈给所述无人机自动巡航装置，当数据处理器发出气体泄漏警报时，自动巡航装置停止无人机巡航作业，同时提升无人机飞行高度，以提高泄漏点的气体泄漏监测范围；优选的，自动巡航装置与脉冲激光检测器连接，当所述数据处理器的报警装置发出气体泄漏警报时，所述自动巡航装置控制脉冲激光检测器调整激光探头监测角度，扩大监测范围。
21.综上，本实用新型的一种天然气泄漏无人机巡检系统，通过无人机与管道线路之间定位巡航，通过无人机搭载激光探头实现对管道泄漏的监测与天然气扩散范围的精确测量。可以有效管控整条管线的泄漏情况，在发现泄漏的同时第一时间反馈到控制器，并根据相应地理条件进行一定的爬升，扩大天然气泄漏监测范围，为之后的抢险提供更准确的信息，可代替人工进行定期巡检、应急巡查，既能提高巡护效率、提升巡护效果，又能提高巡护的自动化程度，还能保证巡护人员的人身安全，在国内外均具有极为广阔的应用前景。
22.本实用新型的其它有益技术效果：
23.1.基于无人机与埋地管道的gps定位器的单向定位，可以保证无人机的巡航路线精准，避免部分线路未能进行检测，同时减少不必要的飞行路程，可完成天然气管道泄漏的巡检；
24.2.利用激光探头对泄漏天然气进行光谱分析，不需要拍摄图像，直接通过检测系统进行检测，并得出油气泄漏的相关数据，检测效率高，不仅能检测天然气的泄漏，还能分析天然气扩散的范围，能够及时反馈险情，节省时间；
25.3.无人机搭载的数据处理器，能有效反馈天然气巡航监测结果，并于沿途管线坐标进行结合，形成运动轨迹数据，便于控制器更方便实时观察监测结果；
26.4.在监测到天然气泄漏的同时，该系统可以根据地理位置情况，停止沿途巡航，爬升高度，提高激光的检测范围，对天然气扩散范围记录，可为救援抢险提供便利。
附图说明
27.图1是本实用新型的一种天然气管道泄漏无人机巡检系统的一实施例的结构图；
28.图2是本实用新型的脉冲激光检测器的子系统结构图。
29.附图标记：100.无人机，101.无线数据传输器，102.跟踪定位器，103.脉冲激光检测器，104.数据处理器，105.激光探头，106.色谱采集器，107.自动巡航装置，108.gps定位器，109
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报警装置，200.控制器，201
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显示器。
具体实施方式
30.为了详细介绍本实用新型的内容，下面将结合附图1
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2和具体实施例详细说明。
31.如图1
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2所示，本实施例的一种天然气管道泄漏无人机巡检系统，包括地面控制器200、搭载自动巡航装置107与gps定位器108的无人机100，无人机100还包括脉冲激光检测器103、数据处理器104和无线数据传输器101。埋地天然气管线上连续分布gps定位块，例如在输气管线上间隔30米布置一个gps定位块；无人机100的gps定位器108可与埋地天然气管道上的gps定位块响应，保证无人机能够沿着埋地管线巡航，跟踪定位器102与gps定位器108连接，实现沿管线精确巡航与无人机坐标实时记录，同时实时反馈给自动巡航装置107，以保证无人机100可以沿着天然气埋地管道进行自动巡航。
32.脉冲激光检测器103用于检测天然气泄漏，包括激光探头105与色谱采集器106，在无人机100巡航过程中，通过激光探头105发射激光对无人机100沿程巡航管线上空进行实时监测，色谱采集器106收集由气体中反馈回来的色谱数据/光谱数据图。
33.数据处理器104分别与跟踪定位器102、gps定位器108和脉冲激光检测器103连接，可以实时记录工作时间、统计无人机100巡航位置/无人机坐标、接受色谱采集器反馈的色谱图/色谱图数据并进行判断以及记录，以形成沿管线的天然气管道飞行轨迹数据。
34.无线数据传输器101与数据处理器104连接，通过无线通讯方式与控制器200连接，用于将无人机100的坐标与监测结果传递给控制器200，控制器200中的工作人员会对轨迹数据进行实时监控，查看色谱图有无异常变化或者无人机100是否发出警报等，据此执行下一步行动。
35.进一步的，所述数据处理器104还与自动巡航装置107连接，一方面，数据处理器104可接收自动巡航装置107的信息，从而可以实时记录工作时间、统计无人机100巡航位置/无人机坐标、接受色谱采集器反馈的色谱图/色谱图数据并进行判断以及记录，以形成沿管线的天然气管道飞行轨迹数据。另一方面，所述数据处理器104得到的飞行轨迹数据可同步反馈给所述无人机自动巡航装置107，根据无泄漏和有泄漏两种情况，无人机100作出相应指令：未发现泄漏情况则保持巡航状态；当检测到天然气泄漏时，立即发送报警信号到无线数据传输器101，自动巡航装置107控制无人机100停止巡航前进，并根据实时地理位置进行高度爬升，以增加激光探头105的辐射范围，以提升泄漏监测能力。
36.所述数据处理器104包括报警装置109，通过所述报警装置109发出报警信号，报警装置109与所述无线数据传输器101连接，将报警信号发送至无线数据传输器101。从而根据无泄漏和有泄漏两种情况，无人机100作出相应指令：未发现泄漏情况则保持巡航状态，发现泄漏时，立即发送报警信号到无线数据传输器101。
37.进一步的，所述自动巡航装置107与所述脉冲激光检测器103连接，所述激光探头105的角度可调节。所述自动巡航装置107可控制脉冲激光检测器103，当无人机沿管线巡航时，脉冲激光检测器103正常工作，当数据处理器104的报警装置109发出气体泄漏警报时，自动巡航装置107控制脉冲激光检测器103调整激光探头105监测角度，扩大监测范围。
38.所述控制器200包括显示器201，所述显示器201显示无人机实时位置与检测光谱数据图。
39.本实施例的一种天然气管道泄漏无人机巡检系统的运行原理如下：
40.当无人机100沿天然气管线进行巡航时，无人机100上的自动巡航装置107结合管道的gps定位块与无人机的跟踪定位器102，形成无人机100的沿天然气管道铺设方向的预定工作轨迹路线，无人机100正常工作时会沿着天然气管道进行自动巡航，同时在巡航的过程中通过gps定位器108记录沿途天然气管道坐标，具有极高的精度与监测的准确性；当无人机100巡航至泄漏点时，脉冲激光检测器103的激光探头105发射的激光穿过泄漏的天然气层，此时反馈回来的激光光谱发生改变，改变后的光谱图由空气或相应地形反射到色谱采集器106中进行收集，数据处理器104根据无人机100实时坐标结合色谱分析结果形成飞行轨迹数据，此时该数据会通过无线数据传输器101传递给控制器200，经由数据处理器104分析后的光谱与正常空气中的光谱不同的时候，会通过报警装置109立即发出报警信号，同时也会响应自动巡航装置107，控制无人机100提高飞行高度，和/或改变激光探头105的角
度，以增加激光探头105的监测范围，及时记录天然气扩散面积；同时控制器200借由显示器201发现险情并派出工作人员进行救援抢险工作。
41.本实施例的一种天然气管道泄漏无人机巡检系统，本着安全、高效、实用、准确、适应性强的原则，根据工作现场的条件，通过对目标区域实行无人机自动全覆盖进行跟踪定位，提供不间断的实时监测数据，无线数据传输报警，遇险情自动做出动作的目标进行设计。
42.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点，因此以上所述仅为本实用新型的实施例。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本实用新型范围内。