發表時間： 2025-03-25 11:55:17
作者： 石油化工設備維護與檢修網
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隨著科學技術的發展，機器人智能化水平越來越高，智能巡檢機器人技術不斷發展。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、處理和儲運石油的管道。油田巡檢是油田生產的重要環節，它對油田生產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控相結合的方式，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，很難全方位覆蓋，此外，攝像頭數量多且連接復雜，出現電路故障就會導致巡檢出現問題，維修起來也不方便。本文介紹了智能巡檢機器人發展的過程、功能簡述以及所涉及的核心技術。
一、智能巡檢機器人概述
智能巡檢機器人是巡檢系統最終的執行平臺，在執行任務過程中發揮重要作用，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底盤作為框架，結合GPS技術，充分融合自主導航、通信、自主控制、自主充電等技術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構圖如圖1所示。
它的驅動方式多種多樣，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對周圍環境進行探測，實現定位的功能。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，避免發生故障。自主充電技術的應用，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，避免發生故障；通過甲烷檢測儀，發現甲烷泄漏的區域，方便工作人員及時進行修補，減少損失。
圖1 巡檢機器人整體結構圖
二、油氣管道智能巡檢機器人的研究現狀
關于智能巡檢機器人的研究，國內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。
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，能夠對設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動，配備有360°旋轉的攝像頭，搭載有氣體采集裝置和聲音采集器，可以實現氣、聲、光的同時采集，并能實現自動化報警。中衛站研發的第二代智能巡檢機器人，具有實時監控，有效測溫并發出警報等功能。
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，實現正確導航路徑選擇，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，巡檢機器人將采集的數據存檔至內存，然后上傳到后臺控制系統。
三、油氣管道智能巡檢機器人的應用效果
一是節約成本。智能巡檢機器人能夠實現自主導航、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。
三是工作高效穩定。智能巡檢機器人裝備有智能檢測裝置，借助互聯網平臺，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、穩定和實時的動態數據情況，檢測效果更加穩定。
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，能夠自動規避。這項技術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現，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，還會發生撞上設備以及和不同路線巡檢機器人發生互撞等情況。一旦發生相撞，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現。
（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化措施
（一）系統聯動。為了方便數據采集，反饋更加準確、更加及時，將智能巡檢機器人的數據采集系統與儀表盤讀數系統進行連接，實現機器人與監控系統之間的聯動。通過將這兩種系統的聯動對接，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，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）充電優化。對智能巡檢機器人自主充電進行優化，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合的方式，當遇到突發情況無法回到固定充電樁時，搭載的太陽能充電板能夠發揮作用，進行自主充電，減少事故率。加強巡檢機器人視覺系統的識別，讓其更加智能，做到自主規避。設置多條備選路徑，按照優先級結合電量做到最優路徑規劃，完成巡檢任務。
（三）運動方式優化。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，從而實現精確定位，此方法是定位準確，平行性好。驅動方式上選擇靈活，可根據不同的環境條件，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，選擇輪式驅動，提高速度，工作效率提高；在崎嶇的路面上，選擇履帶式驅動方式，有效避免了運行過程中的卡殼現象，保證巡檢機器人在運行過程中平穩前行，進而提高智能巡檢機器人的工作效率。
六、結論與認識
隨著技術的發展，智能巡檢機器人技術越來越成熟，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；集成了場站的數據管理，方便了場站的數據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，減小了發生事故的可能性。其憑借較高的效率和穩定的工作方式越來越受行業工作人員的重視，其廣泛使用是油氣行業智慧油田發展的必然趨勢。
作者：牟曉亮 李文斌 章斌，國家管網集團西氣東輸公司
來源：中國儲運 . 2025 (01)
