微小型多旋翼无人机在综合管廊巡检中的应用探讨

1、微小型多旋翼无人机在综合管廊巡检中的应用探讨摘要：传统的综合管廊在线监控系统采用定点监测，可能存在监控盲区，是一 种固定式的被动监控，需要运行人员频繁进入廊内进行巡检工作，存在工作负荷 高、漏检错误、人员安全保障等一系列的问题。对此，本文提出了利用微小型多 旋翼无人机进行综合管廊智能巡检，对其可实现的巡检功能和关键技术进行了探 讨和分析，并与智能巡检机器人进行了比较，为综合管廊主动巡检提供了一种新 的方案。关键词：综合管廊监控；多旋翼无人机；主动巡检1引言随着我国城市建设的不断发展，城市病问题日益严重，为了建设智慧城市， 实现城市可持续发展，各地都在积极响应国家政策启动城市地下综合管廊建设。

2、综合管廊作为一种集地下管线于一体的城市重要基础设施，是城市地下神经网 络”，其智慧化管理和建设是建设智慧城市的基础，因此综合管廊安全运行和运 营管理显得尤为重要。综合管廊内存在的安全隐患主要有火灾、爆炸及有毒有害气体等。综合管廊 一般位于地下无人场所，火灾发生隐蔽，不易察觉，当人们发现着火时，一般都 经过闷烧期并转入剧烈燃烧阶段，且综合管廊环境封闭狭小，出入孔少，难以实 施有效扑救，一旦发生火灾将会造成严重的安全事故。综合管廊各种管道设施长 期处于地下特殊环境，管廊内空气质量恶化，极大的危害着操作人员的安全及健 康状况。因此，对综合管廊进行有效监控是保障综合管廊有效运行的重要手段。随着对此，本

3、文提出了一种新的综合管廊主动巡检方案，即利用微小型多旋 翼无人机（以下简称无人机）搭载传感器实现综合管廊智能巡检，可以实现对综 合管廊全方位无死角的监控、有效弥补了在线监控系统离散性分布的不足，将被 动防范变为主动防范，有效降低了事故发生的概率。2微小型多旋翼无人机特点和应用无人机具有体积小、机械结构简单、安全性高、使用成本低、可垂直起降、 定点悬停等优点，在军事、航空测绘、抗灾救援、农业植保、森林消防、安防监 控、电力巡线、影视航拍、交通量监测、短距离运输、物流快递等各项任务。无人机不仅在室外得到广泛的应用，在室内、隧道、城市楼宇等复杂环境工 作也成为首选。在特殊工作环境中，由于某些特殊原因

4、使工作人员很难或无法进 入室内，利用无人机搭载相关设备代替工人执行任务，如军事窃取敌方机密、进 入隧道墙体监视状况、进入辐射强的室内检查设备、坍塌建筑物内搜索生命体征、 警方监视嫌疑犯等。3无人机开展综合管廊智能巡检随着综合管廊的大力建设、物联网技术的进步、传感器的微型化、智能化发 展，利用无人机搭载智能传感器实现综合管廊动态巡检成为可能。用于综合管廊 智能巡检的无人机包括由飞无人机平台系统、信息采集系统和地面控制三大部分 组成。根据综合管廊实际需求和管廊空间条件可以有选择的进行信息采集和监控。3.1可实现功能利用无人机开展综合管廊智能巡检可实现以下功能：（1）可见光视频监控：无人机可搭载摄像

5、机对综合管廊进行日常巡视。如各 投料口、通风口是否损坏、百叶窗是否缺失、标识是否完整、管廊表面是否正常 等，通过图像传输系统或管廊无线网络将视频实时传输给监控中心。对于重点部 位可以悬停进行全方位录像，实现综合管廊各类设施设备运行情况全方位无死角 监控。经过各防火分区安全门时，监控后台可根据无人机巡检位置开启防火门， 也可加装传感器或通信模块实现无人机自动开启防火门。当有报警状况时，无人 机可协助运行人员查看管廊实时情况，对报警进行可视化复核。（2）红外测温：无人机可搭载红外测温仪探头，对管廊内的电力、水力、通 信管线设施进行实施发热情况分析，实现移动测温。当温度超过一定阈值时，触 发火灾报警

6、。（3）温湿度超限报警、有毒气体超限报警：无人机可搭载温湿度传感器、对 综合管廊各类管道表发热情况、温度、湿度环境参数进行监控；可搭载气体检测 传感器，对综合管廊中的02、CH4、CO、H2S等气体浓度实时监控，保障廊内设 备和检修人员的安全。（4）善后处理：当火灾等事故发生后，防火分区内充斥有大量的烟雾、有毒 有害气体，为避免对运行维修人员的伤害，可安排无人机进行事故善后巡检，检 测整个管廊处于安全状态后，再安排运行维修人员进入，以保障人员和设备的安 全。3.2无人机与智能巡检机器人比较虽然我国已有综合管廊已引入智能巡检机器人进行智能巡检，但智能机器人 巡检仍还存在很多问题，技术上尚不成熟。

7、无人机和智能巡检机器人相比，具有 以下优势：（1）平台成本低机器人平台控制系统复杂，价格昂贵，一般都在百万以上；无人机平台操控 简单、价格便宜，几千元左右，与机器人相比，无人机有很大的成本优势。（2）无需复杂的机械结构和越障能力综合管廊地下环境复杂，地面可能存在障碍物（如碎石块、小土堆、积水 等），轮式机器人和履带式机器人要求复杂的机械控制和越障结构设计，实际应 用中也会时常存在卡死、无法有效越障等问题，使用效果不理想。而无人机在管 廊空间飞行，无需考虑机械结构和越障能力。（3）节省廊内空间综合管廊廊内空间有限，与挂轨式机器人相比，无人机无需占用顶部空间。3.3关键技术3.3.1廊内位姿估计技

8、术实现无人机在复杂环境条件下的应用，首要解决的就是无人机的位姿估计 （定位问题）。目前，国内外对无人机定位问题已经有很多成果，但实现室内、 隧道内精准的定位，尚有一定的困难。基于目前技术，对于综合管廊无人机的定位，可沿管廊加设基站实现1维的 定位，定位精度可达到十厘米甚至厘米级；管廊两边设置反光条，控制摆动幅度， 总体可达到1.5维的定位。综合管廊巡检道路较窄，一般会小于1.5米，如何实 现无人机在综合管廊内精准的定位和操控是无人机巡检首要解决的问题。3.3.2高效动力技术无人机一般使用锂电池作为动力，飞行时间一般在30分钟左右，载重量在几 百克到几公斤6，目前市场上的无人机可支持5-6公里的

9、航程（包括往返），对 于长距离的综合管廊，无人机无法进行一次性巡检，可根据分区进行分段巡检。 综合管廊内需监控的对象很多，而无人机承载负载有限，若要搭载多种传感器， 会使无人机续航时间缩短，甚至无法起飞。无人机的续航时间、载重量和动力系 统是制约无人机发展的一个重要因素。因此，研制更轻、更高效的动力系统、选 取质量轻、低功耗的传感器对无人机智能巡检至关重要。4结论针对综合管廊在线监控系统被动监测的特点，本文提出了利用无人机开展综 合管廊主动巡检，结合传统的在线监控系统，可实现对综合管廊全方位无死角的 监控，实现了综合管廊被动监控和主动防范相结合，可以节省了运行维护人员的 工作量，又可以有效降低事故发生的概率，为综合管廊安全运行提供了重要的保 障。由于综合管廊所处环境十分复杂，目前利用无人机开展智能巡检的一些关键 技术还不太成熟，实际应用还存在一定的困难。随着科学技术的不断发展，困扰 无人机的难题将被逐一解决，在综合管廊的大力建设中，无人机智能巡检将将拥 有广阔的市场空间。参考文献罗家木陈雍君陈渝江等.基于5G无线传感网络的智慧管廊综合监控系统设 计J.电子测量技术.2007,40(4):12